在NEDO项目中，单壁碳纳米管融合新材料研究开发机构（TASC）和米乐m6官方网站（AIST）通过在橡胶材料中添加单壁碳纳米管（CNT），开发出了具有耐热性、耐热水性、耐酸碱性等世界最高耐环境性能的橡胶材料。
未来，橡胶材料的应用范围预计将大幅扩大，例如密封石油钻井设备、替代汽车中的金属垫片、密封化工厂的高温部件以及燃料运输等。
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| 所开发的添加CNT的橡胶材料与其他材料的杨氏模量（柔软度指标）和连续使用极限温度的比较 |
氟橡胶、聚氨酯等弹性体该材料具有橡胶弹性的特性，具有优异的气体和液体阻隔性能，并且可以容易地成型为各种形状，使其成为作为密封材料特别优异的材料。然而，由于它在热、热水、酸和碱等环境中会变质，因此在这些环境中的使用受到限制。
这一次，NEDO 项目中，技术研究会单壁碳纳米管融合新材料研究开发公司（TASC）和米乐m6官方网站（AIST）发现单壁碳纳米管可以掺入到橡胶等弹性体材料中。碳纳米管 (CNT)，我们开发出了一种新型复合材料，具有世界最高水平的耐热、耐热水、耐酸碱等耐环境性能（左下图）。
这预计将极大地扩大橡胶等弹性体材料的应用范围，例如需要耐热和耐热水的石油钻探设备的密封、替代汽车中的金属垫片、化工厂的高温部件的密封以及燃料运输等。
该成果将于2016年1月27日（星期三）至1月29日（星期五）在东京国际展示场举办的“nano tech 2016第15届国际纳米技术展览会暨技术大会”的NEDO展位上展出。
由 AIST 开发超级成长法获得的单壁碳纳米管（SGCNT）复合材料的研究中和弹性体材料，我们开发了一种技术，可以在弹性体材料中超高度分散 SGCNT，同时保持复杂的网络结构。这大大提高了弹性体材料的耐环境性能，包括耐热、耐热水、耐酸碱等。
[关键技术：SGCNT在弹性体材料中的高分散性]
为了充分发挥SGCNT优异的物理和化学增强作用，如机械强度、导电性和导热性，需要使SGCNT尽可能均匀且隔离分布的状态分散在弹性体材料等基质中。然而，纤维状 SGCNT 无法使用炭黑等现有粒状填料的方法进行分散，因此有必要开发一种全新的复合技术。
这次，我们通过各种工艺分散SGCNT，将其与氟橡胶在有机溶剂中混合，最后除去有机溶剂，从而制成了SGCNT/橡胶母料。对于需要长聚合物分子之间连接（交联）的橡胶，我们通过在使用两个辊捏合SGCNT/橡胶母料的同时添加交联引发剂、交联剂等来制造复合材料。可以证实，实际生产的氟橡胶中添加1wt%的CNT结构具有致密的网络结构（右下图）。 SGCNT之间的距离约为50nm至10μm，SGCNT分散在橡胶中，分布不均匀。
SGCNT与氟橡胶复合材料 |
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橡胶中的SGCNT网络结构
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[耐热]
氟橡胶劣化存储模数减少后，我们测量了高温24小时后储能模量的变化作为耐热性测试。不含SGCNT的氟橡胶，在200℃以上储能模量开始下降，280℃时24小时下降80%。另一方面，对于含有1wt％SGCNT的氟橡胶，储能模量几乎没有降低，并且劣化受到抑制。
[耐热水]
当我们进行热水环境试验以测量在280℃和63MPa的水蒸气中保持3小时时形态和物理性能的变化时，单独的氟橡胶和市售耐热橡胶与试验前相比表现出形态变化，例如表面粗糙度和硬化（左下图）以及拉伸强度和硬度（IRHD)等物理性质也有所下降（右下图）。另一方面，对于含有SGCNT的氟橡胶，没有观察到形态变化，物理性能几乎没有变化，并且确认了耐热水性显着改善。
水热环境试验前后表格 |
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当水热环境试验前的物理性能设为100时，试验后材料的拉伸强度（左）和硬度（右）。
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[耐酸/耐碱]
关于耐酸碱性能，我们比较了聚氨酯中添加和不添加 5 wt% SGCNT 的材料的耐酸（3 mol/l 盐酸：HCl [pH=-047，85°C]）和碱（3 mol/l 氢氧化钾：KOH [pH=1447，85°C]）。尽管未添加SGCNT的材料劣化，但添加SGCNT的材料仍保持了承受拉伸测试的强度。水解可以被抑制（见下图）。
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| 酸处理和碱处理后的聚氨酯与聚氨酯CNT复合材料对比 |
[成本/成型性]
市售氟橡胶中耐热性较高的全氟弹性体价格昂贵，为80万日元至100万日元/公斤，这阻碍了其材料的开发。以氟橡胶为基材，价格相对便宜，约为10,000日元/公斤，实现了与全氟弹性体相媲美的耐热性，有望用于因成本原因而无法使用的用途。此外，由于基材的氟化度可以保持在较低水平，因此保留了其柔软性，这在易于材料捏合和成型方面具有优势。