在NEDO项目中，单壁碳纳米管聚变新材料研究开发机构（TASC）和米乐m6官方网站（AIST）利用超生长方法创造了一种超级工程塑料聚醚醚酮（PEEK）。通过添加单壁碳纳米管（SGCNT），我们开发出一种新型超级工程塑料“PEEK/SGCNT复合材料”，该材料同时达到了世界最高水平的耐热性（450°C）和机械强度（弯曲强度提高18倍），并且可以注塑成型。
From the perspective of heat resistance, super engineering plastics are expected to dramatically expand the scope of application as lightweight, easy-to-form PEEK materials for automobile parts, aerospace industry parts, etc, replacing light metal materials
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| 左为单独的PEEK，右为注塑PEEK/SGCNT（5wt%）复合材料 |
聚醚醚酮 (PEEK)※1可熔融成型超级工程塑料※2该树脂具有所有类型中最高的耐热性，具有优异的耐疲劳性、耐环境性、阻燃性和成型性，并且比金属轻，因此广泛应用于电气/电子、汽车和航空航天领域。然而，为了扩大应用范围，需要更高的功能，特别是提高耐热性。
这次，NEDO 项目※3、技术研究会单壁碳纳米管聚变新材料研究开发机构（以下简称TASC）及米乐m6官方网站（以下简称AIST）加入PEEK超级成长法※4制成碳纳米管※5(hereinafter referred to as SGCNT), we have developed a super engineering plastic "PEEK/SGCNT composite material" that has the world's highest level of heat resistance (stable even at 450℃ for 2 hours) and mechanical strength of tensile strength (approximately 12 times) and bending strength (approximately 18 times) compared to PEEK alone
这种材料与 PEEK 一样，可以通过注射成型轻松制成各种形状。因此，PEEK/SGCNT复合材料可以应用于以前需要使用轻金属材料的各种应用，特别有望应用于需要减重的汽车零部件和航空航天工业零部件。
在对通过日本产业技术研究院开发的超生长法获得的单壁CNT和PEEK复合材料进行研究时，我们开发了一种高性能复合材料，其中SGCNT分散在PEEK中，同时保持了复杂的网络结构。新开发的PEEK/SGCNT复合材料与单独的PEEK相比，耐热性、拉伸强度和弯曲强度显着提高。
[关键技术：SGCNT在树脂中的高度分散]
CNT作为材料的开发重点是其导电性、导热性和机械性能，但近年来，添加CNT对提高高分子材料的耐热性的效果引起了人们的关注。特别是，已经发现在CNT中添加SGCNT对于提高复合材料的耐热性具有很高的效果。为了达到这种提高耐热性的效果，需要将SGCNT尽可能均匀地分散在聚合物材料中，并且处于每根单独的纤维几乎孤立的状态。迄今为止，在CNT复合材料的研究中，通过将CNT分散在有机溶剂中、将聚合物材料溶解在其中并除去有机溶剂来获得复合材料。然而，有必要开发一种新的 PEEK 生产方法，该方法不需要有机溶剂来溶解它。
TASC has developed an ultra-high dispersion technology that can be mass-produced and continuously defibrates and disperses SGCNT in PEEK, which led to this result
[耐热]
作为树脂耐热性的指标，负载变形温度※6和连续使用温度※7PEEK的载荷挠曲温度为150℃，但通过添加玻璃纤维或碳纤维可显着提高至300℃。另一方面，连续使用温度在240℃左右，无法通过添加玻璃纤维或碳纤维来提高。如果能够将其在载荷下的挠曲温度上限提高到300℃，则有望在需要更轻重量且在温度低于300℃的应用中成为铝的替代材料。
为了提高连续使用温度，需要抑制PEEK的热分解，但通过将耐热稳定且分散性优异的SGCNT超高程度地分散到PEEK中，与PEEK相比，成功提高了PEEK/SGCNT复合材料的连续使用温度。
图1显示了PEEK或PEEK/SGCNT复合材料在恒温下保持2小时时的重量变化率。当在450℃保温2小时时，单独的PEEK的重量变化率为-18%，但对于PEEK/SGCNT复合材料，随着SGCNT添加量从1wt%增加到5wt%，重量变化率下降，并且在5wt%时，重量变化率降低至-05%。重量变化是由PEEK的热分解和生成的低分子成分的汽化引起的，因此重量变化率的降低意味着SGCNT抑制了PEEK的热分解。
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图1 恒温下重量变化率
(0%表示没有变化，-100%表示没有样品因汽化或热分解而残留) |
另外，图2显示了PEEK和PEEK/SGCNT复合材料热处理前后的状态。图中红框表示样品已达到连续使用温度或更高，已熔化或变形。另一方面，含有2wt％和5wt％SGCNT的PEEK/SGCNT复合材料即使在450℃下样品中也不会熔化或变形（图中的蓝色框），并且与单独的PEEK相比具有改善的连续使用温度。
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图2 试件在不同温度下保持2小时时的形状
（红框：样品中有熔化或变形。蓝框：样品没有熔化或变形。） |
[机械性能]
SGCNT与其他CNT一样具有较高的机械性能，因此PEEK/SGCNT复合材料与单独的PEEK相比可以提高拉伸强度和弯曲强度。当添加5wt%的SGCNT时，拉伸强度提高约12倍，弯曲强度提高约18倍。通过优化 SGCNT 在 PEEK 中的分散性和成型条件，有望进一步提高机械强度。
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| 图3 PEEK和PEEK/SGCNT复合材料的拉伸强度和弯曲强度 |
[成型性]
PEEK/SGCNT复合材料可以注射成型为与普通PEEK相同的形状，尽管成型条件不同。金属材料和高耐热热固性树脂压铸方法※8完成的或压制成型等，成型成本高且成型形状有限制。然而，可注射成型的 PEEK/SGCNT 复合材料可以连续且廉价地成型。
该成果将在2016年11月15日（星期二）至18日（星期五）在伊野大厅和东京工业大学大仓前大厅举行的“纪念碳纳米管发现25周年研讨会（2016-CNT25）”的TASC会议上发表，并在“nano tech 2017”的NEDO展位上展出第十六届国际纳米技术综合展览暨技术会议。
欲了解更多信息，请参阅以下网站。
(2016-CNT25)http://wwwnedogojp/events/EF_100063html
（纳米技术 2017）http://wwwnanotechexpojp/main/