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産総研 ゴム表面加工新技術を開発

2013年08月29日

ゴムタイムス社



 独立行政法人産業技術総合研究所(産総研)は8月28日、ネットワーク構造の単層カーボンナノチューブ(CNT)をゴムに分散させることで、従来のゴムでは実現できなかった数百ナノメートルやマイクロメートルの精度でゴム表面を加工する技術を開発したと発表した。
 開発は同研究所ナノチューブ応用研究センターが行った。
 ゴムに代表されるエラストマーを加工する方法としては、従来から金型成形加工や切削加工などが知られている。特に金型成形加工は生産性に優れ、連続生産もでき、大量生産に適しているが、プレス成形中の気泡混入や、成形後のクリープにより、ナノメートル、マイクロメートル単位での高精緻な加工が事実上不可能であった。今回、ネットワーク構造の長尺単層CNTをゴムに分散させることで、ゴム中で自由自在に変形できる支持材としてCNTが働き、ゴムの柔軟性と高精緻な形状維持性を両立した。
 今回開発した技術を用いると、自由自在にマイクロサイズのゴム表面加工を、数百ナノメートルやマイクロメートル精度で行うことが可能になり、例えば表面加工することにより濡れ性、密着性、光学特性を制御した高機能ゴムへの応用が期待できる。なお、同研究開発は、独立行政法人 科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業(CREST)の一環として行われた。この技術の詳細は、8月29日~30日に東京ビッグサイト(東京都江東区)で開催されるイノベーション・ジャパン2013で発表される。
 ゴム材料は、その絶縁性と柔軟性から、電子部品、自動車、建築物の保護材、シーリング材、防振材として幅広く使用されているが、ゴム製品の用途拡大や機能向上を図るには、精緻な表面加工技術の開発が重要。しかしゴムは柔らかいため、加工中の弾性ひずみや加工後のクリープによりナノメートル、マイクロメートル単位での高精緻な表面加工は不可能である。そのためさまざまなゴム材料に適用でき、量産に適したゴムの表面加工ができれば、密着性、撥水性、光学特性といった構造により発現する機能をゴムに付加することが可能となり、新たなゴム市場の開拓が期待できる。
 産総研は、スーパーグロース法で合成した単層CNTが他の単層CNTに比べて大比表面積であり、長尺でアスペクト比が高いという特徴を生かして、さまざまな用途開発を進めてきた。例えば―196℃から1000℃までゴムのような粘弾性を示す単層CNT(2010年12月3日産総研プレス発表)や、チタン並みの熱伝導率を持つ単層CNT/炭素繊維/ゴム複合材料(2011年10月6日産総研プレス発表など)の開発である。
 スーパーグロース法で作製した単層CNTはその高いアスペクト比から、溶液中で分散させると、広範囲にわたるネットワークを形成する。この分散液を用いて単層CNTをゴムと複合化すると、ゴムの中に単層CNTのネットワークを含んだ複合材料ができる。単層CNTのネットワーク構造はゴムのような柔軟性を示すため、この複合材料をプレス成形加工するとゴムばかりでなく単層CNTも金型形状に合わせて自在に変形すると予想されていた。また単層CNTのネットワークによって形状維持性を持つことも考えられたため、この単層CNT/ゴム複合材料を用いた寸法精度の高いゴム加工技術を開発した。
 今回開発した手法は、フッ素ゴム以外にも、ニトリルゴム、アクリルゴムといったフッ素ゴムよりも柔らかいゴム材料でも同様の効果があった。この技術を用いることで、例えば、ゴム表面の精密加工により密着性・濡れ性・光学特性のような、表面構造により発現する特性制御を利用したゴムの高機能化が可能になる。
なお、今回開発した技術は特許出願済み(特願2013―085982)。
 今後は、産業界、特にゴムメーカーに対してニーズ調査を行うとともに、興味を持った企業と連携し、表面構造に起因した特性制御によって高機能化した高精密加工ゴムの新規用途開拓を進めていく方針。

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