CN108630463B - 碳片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碳片的制造方法，通过脱水工序、榨水工序和干燥工序将不含粘合剂的浆料成型为片状时，在各工序间顺利地进行浆料的交接。在脱水工序部(P1)中，一边去除浆料中包含的水分，一边输送浆料。在榨水工序部(P2)中，一边对该浆料进行压延榨水，一边输送。在干燥工序部(P3)中，一边对该浆料进行加热干燥，一边输送。此处，榨水工序中的浆料的输送速度比脱水工序中的浆料的输送速度慢，干燥工序中的浆料的输送速度比榨水工序中的浆料的输送速度慢。另外，脱水工序中的浆料的输送速度与榨水工序中的浆料的输送速度之差即第1速度差小于榨水工序中的浆料的输送速度与干燥工序中的浆料的输送速度之差即第2速度差。

Description

碳片的制造方法
技术领域
本发明涉及例如用于双电层电容器的极化电极等中的碳片的制造方法。
背景技术
以往，作为这种碳片，具有如下得到的碳片：使碳纳米管、纳米碳颗粒和粘合剂分散于水中而制备浆料，将该浆料脱水并成型为片状。在将该碳片量产时，依照通常的造纸技术，考虑采用下述制造方法：首先使浆料中的水分通过其自重从金属丝网的间隙落下后(脱水工序)，用一对辊对浆料进行压延，形成为片状(榨水工序)，进而用热辊加热浆料，使水分蒸发(干燥工序)。并且，此时，包含粘合剂的浆料伴随着含水量的下降而出现膨胀的现象，每经过上述各工序(脱水工序、榨水工序、干燥工序)阶段性地加快浆料的输送速度，由此设法在各工序间进行浆料交接时不产生弛缓(たるみ)。
另一方面，作为不含粘合剂的碳纤维膜，提出了如下得到的碳纤维膜：制备仅由碳纳米管和碳纳米管以外的碳材料(例如，石墨烯、石墨、炭黑等)构成的浆料、即制备不含将两者结合的粘合剂的浆料，对该浆料进行减压过滤后，干燥得到所述碳纤维膜(例如参见专利文献1)。该碳纤维膜用廉价的碳材料替换部分昂贵的碳纳米管，并省去了不具有导电性的粘合剂，由此具有在抑制制造成本的同时、能够增大单位质量的电容的优点。
另外，关于石墨片的制造方法，公开了下述技术：为了防止褶皱的产生，在压延辊的插入侧在与插入方向相反的方向拉伸石墨片，将石墨片的凹凸弄平后插入到压延辊中(例如参见专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/072370号
专利文献2：日本特开2000-16808号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在不含粘合剂的情况下(专利文献1)，与包含粘合剂的情况相反，会出现浆料伴随着其含水量的下降而收缩的现象。因此，在脱水工序、榨水工序和干燥工序这三个工序中，以相同的输送速度输送浆料、或者每经过各工序加快浆料的输送速度时，浆料在其输送方向上有可能被过度拉伸而切断。该情况下，由于浆料的切断，在各工序间浆料的交接无法顺利进行。
需要说明的是，在专利文献2中，最初甚至并未着眼于不含粘合剂的浆料伴随着含水量的下降而收缩的现象。
鉴于这些情况，本发明的目的在于提供一种碳片的制造方法，该制造方法通过脱水工序、榨水工序和干燥工序将不含粘合剂的浆料成型为片状时，在各工序间能够顺利地进行浆料的交接。
用于解决课题的手段
本发明的碳片的制造方法是将由碳纳米管、纳米碳颗粒和水构成的浆料成型为片状的碳片的制造方法，该制造方法依次具有下述工序：脱水工序，一边去除所述浆料中包含的水分，一边输送该浆料；榨水工序，一边对经该脱水工序的浆料进行压延榨水，一边输送；和干燥工序，一边对经该榨水工序的浆料进行加热干燥，一边输送，在所述脱水工序、所述榨水工序和所述干燥工序中，后工序中的浆料的输送速度比前工序中的浆料的输送速度慢。
所述榨水工序可以进一步被分割成两个以上的工序，在这些两个以上的工序中，后工序中的浆料的输送速度比前工序中的浆料的输送速度慢。
在前工序中的浆料的输送速度与后工序中的浆料的输送速度上存在差异的部分具有两个以上，在这些两个以上的部分之中，将任意两部分的速度差从上游起设为上游速度差、下游速度差时，所述上游速度差可以小于所述下游速度差。
所述脱水工序中的浆料的输送速度(例如，后述的输送速度VS1)与所述榨水工序中的浆料的输送速度(例如，后述的输送速度VS2)之差即第1速度差(例如，后述的第1速度差ΔVS1)可以小于所述榨水工序中的浆料的输送速度与所述干燥工序中的浆料的输送速度(例如，后述的输送速度VS3)之差即第2速度差(例如，后述的第2速度差ΔVS2)。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种碳片的制造方法，该制造方法通过脱水工序、榨水工序和干燥工序将不含粘合剂的浆料成型为片状时，在各工序间能够顺利地进行浆料的交接。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的碳片的制造装置的概况的主视图。
图2是示出浆料的含水量与收缩量的关系的图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的第1实施方式进行说明。
图1是示出本发明的第1实施方式的碳片的制造装置的概况的主视图。图2是示出浆料的含水量与收缩量的关系的图。
如图1所示，该第1实施方式的碳片的制造装置1是由脱水工序部P1、榨水工序部P2和干燥工序部P3构成的传送带方式的装置。
在脱水工序部P1中，进行脱水工序：一边去除浆料中包含的水分，一边将该浆料输送(搬运)到图1左侧方向(榨水工序部P2侧)。脱水工序部P1具有特定网眼的水平的金属丝网11。在金属丝网11的附近(主要是下方)，配设有驱动轮12和两个以上的从动轮13，并且环形带15以被驱动轮12和两个以上的从动轮13架设的形式张紧设置。另外按照下述方式构成：通过使驱动轮12旋转，环形带15在金属丝网11的上侧向图1左侧方向通过。
在榨水工序部P2中，进行榨水工序：一边对从脱水工序部P1输送来的浆料进行压延榨水，一边向图1左侧方向(干燥工序部P3侧)输送。榨水工序部P2具有两组辊21A、21B，各辊21A、21B分别具备上下一对从动辊211和驱动辊212。此处，两个从动辊211和两个驱动辊212均具有相同的直径。
在这两组辊21A、21B的附近(主要是上方)，配设有驱动轮22和两个以上的从动轮23，并且由毡部件构成的第1环形带25以被驱动轮22和两个以上的从动轮23架设的形式张紧设置。另外按照下述方式构成：通过使驱动轮22旋转，第1环形带25在各辊21A、21B的从动辊211与驱动辊212之间向图1左侧方向通过。
另外，在辊21A的附近(主要是下方)，配设有两个以上的从动轮26，并且由毡部件构成的第2环形带27以被两个以上的从动轮26架设的形式张紧设置。另外按照下述方式构成：通过使辊21A的驱动辊212旋转，第2环形带27在辊21A的从动辊211与驱动辊212之间向图1左侧方向通过。
进而，在辊21B的附近(主要是下方)，配设有两个以上的从动轮28，并且由毡部件构成的第3环形带29以被两个以上的从动轮28架设的形式张紧设置。另外按照下述方式构成：通过使辊21B的驱动辊212旋转，第3环形带29在辊21B的从动辊211与驱动辊212之间向图1左侧方向通过。
在干燥工序部P3中，进行干燥工序：一边对从榨水工序部P2输送来的浆料进行加热干燥，一边向图1左侧方向输送。干燥工序部P3具有热辊31。在热辊31的附近(主要是上方)，配设有驱动轮32和两个以上的从动轮33，并且环形带35以被驱动轮32和两个以上的从动轮33架设的形式张紧设置。需要说明的是，驱动轮32藉由环形带35与热辊31接触。另外按照下述方式构成：通过使驱动轮32旋转，热辊31朝逆时针方向旋转，同时环形带35沿着热辊31的圆周的上部朝逆时针方向与热辊31同步移动。
另外，在碳片的制造装置1中组装有未图示的控制装置。该控制装置按照使脱水工序部P1的驱动轮12、榨水工序部P2的驱动轮22和两组辊21A、21B的驱动辊212、以及干燥工序部P3的驱动轮32旋转的方式进行控制。
使用具有上述构成的碳片的制造装置1，在制造不含粘合剂的碳片时，按照下述步骤。
首先，在浆料制备工序中，制备由碳纳米管、炉黑(纳米碳颗粒)和水构成的浆料。然后，对于该浆料调查其含水量对收缩量所产生的影响，通过该实验可知，如图2所示，浆料的含水量与收缩量具有负相关关系，具有浆料的含水量越低则浆料的收缩量越增加的倾向。需要说明的是，在图2的图中，横轴表示浆料的含水量(单位：％)，纵轴表示浆料的收缩量(单位：mm)。
需要说明的是，关于不含粘合剂的浆料收缩的理由，考虑如下。即，与氢键(10～40kJ/mol)相比范德华力(约1kJ/mol)为较弱的相互作用，但作用于碳纳米管和炉黑的比表面积(约1000m2/g)的范德华力强于作用于纤维素的氢键，因此推测，与纸的主要成分纤维素相比，不含粘合剂的浆料会发生收缩。
之后，转移到传送带驱动工序，使脱水工序部P1的驱动轮12旋转。于是，按照脱水工序部P1的环形带15在金属丝网11的上侧向图1左侧方向通过的方式移动。此时，驱动轮12的圆周速度与驱动轮12的直径成比例，基于此，按照环形带15的移动速度VB1达到特定速度的方式来设定驱动轮12的旋转速度。
另外，使榨水工序部P2的驱动轮22旋转。于是，按照榨水工序部P2的第1环形带25在两组辊21A、21B的从动辊211与驱动辊212之间向图1左侧方向通过的方式移动。此时，驱动轮22的圆周速度与驱动轮22的直径成比例，基于此，按照第1环形带25的移动速度VB2达到特定速度的方式来设定驱动轮22的旋转速度。此处，第1环形带25的移动速度VB2小于上述环形带15的移动速度VB1(VB2<VB1)。
另外，使榨水工序部P2的辊21A的驱动辊212旋转。于是，按照榨水工序部P2的第2环形带27在辊21A的从动辊211与驱动辊212之间向图1左侧方向通过的方式移动。此时，辊21A的驱动辊212的圆周速度与辊21A的驱动辊212的直径成比例，基于此，按照第2环形带27的移动速度VB3与第1环形带25的移动速度VB2为相同速度的方式来设定辊21A的驱动辊212的旋转速度。
进而，使榨水工序部P2的辊21B的驱动辊212旋转。于是，按照榨水工序部P2的第3环形带29在辊21B的从动辊211与驱动辊212之间向图1左侧方向通过的方式移动。此时，辊21B的驱动辊212的圆周速度与辊21B的驱动辊212的直径成比例，基于此，按照第3环形带29的移动速度VB4与第1环形带25的移动速度VB2为相同速度的方式来设定辊21B的驱动辊212的旋转速度。
另外，使干燥工序部P3的驱动轮32旋转。于是，干燥工序部P3的热辊31朝逆时针方向旋转，同时干燥工序部P3的环形带35沿着热辊31的圆周的上部朝逆时针方向与热辊31同步移动。此时，驱动轮32的圆周速度与驱动轮32的直径成比例，基于此，按照环形带35的移动速度VB5达到特定速度的方式来设定驱动轮32的旋转速度。此处，环形带35的移动速度VB5小于上述第1环形带25的移动速度VB2(VB5<VB2)。进而，环形带15的移动速度VB1与第1环形带25的移动速度VB2之差即第1速度差ΔVB1(＝VB1－VB2)小于第1环形带25的移动速度VB2与环形带35的移动速度VB5之差即第2速度差ΔVB2(＝VB2－VB5)(ΔVB1<ΔVB2)。
在该状态下，将上述浆料搬入脱水工序部P1的环形带15上。于是，该浆料在脱水工序部P1中搭载于环形带15，并且以与环形带15相同的速度、即特定的速度VB1向图1左侧方向输送。此时，浆料中包含的水分利用其自重通过金属丝网11而落下，因此，该浆料通过脱水而使含水量下降。之后，该浆料从脱水工序部P1被交接到榨水工序部P2。
在榨水工序部P2中，该浆料以被第1环形带25和第2环形带27夹持的状态被辊21A压延，之后以被第1环形带25和第3环形带29夹持的状态被辊21B压延，同时以与三条环形带25、27、29相同的速度、即特定的速度VB2向图1左侧方向输送。此时，该浆料通过利用辊21A的压延和利用环形带25、27、29的毡部件的吸水而除掉水分，因此含水量进一步下降，接近片状。之后，该浆料从榨水工序部P2被交接到干燥工序部P3。此处，关于榨水工序部P2的三条环形带25、27、29的移动速度VB2、VB3、VB4与脱水工序部P1的环形带15的移动速度VB1，如上所述，前者小于后者，因此榨水工序中的浆料的输送速度VS2比脱水工序中的浆料的输送速度VS1慢(VS2<VS1)。
在干燥工序部P3中，该浆料沿着热辊31的圆周朝逆时针方向以与环形带35的移动速度VB5相同的速度向图1左侧方向输送。此时，浆料被热辊31加热而干燥，因此含水量进一步下降，成为片状。之后，该浆料从干燥工序部P3被搬运出。此处，关于干燥工序部P3的环形带35的移动速度VB5与榨水工序部P2的三条环形带25、27、29的移动速度VB2、VB3、VB4，如上所述，前者小于后者，因此干燥工序中的浆料的输送速度VS3比榨水工序中的浆料的输送速度VS2慢(VS3<VS2)。
而且，如上所述，关于环形带15的移动速度VB1与第1环形带25的移动速度VB2之差即第1速度差ΔVB1、和第1环形带25的移动速度VB2与环形带35的移动速度VB5之差即第2速度差ΔVB2，前者小于后者，因此脱水工序中的浆料的输送速度VS1与榨水工序中的浆料的输送速度VS2之差即第1速度差ΔVS1小于榨水工序中的浆料的输送速度VS2与干燥工序中的浆料的输送速度VS3之差即第2速度差ΔVS2(ΔVS1<ΔVS2)。
由此，得到不含粘合剂的碳片，碳片的制造结束。
这样，在制造不含粘合剂的碳片时，阶段性地减慢浆料的输送速度VS1、VS2、VS3。即，在浆料从脱水工序部P1被交接到榨水工序部P2时，减慢该浆料的输送速度；并且在浆料从榨水工序部P2被交接到干燥工序部P3时，进一步减慢该浆料的输送速度。其结果，通过脱水工序、榨水工序和干燥工序将不含粘合剂的浆料成型为片状时，能够应对该浆料伴随着其含水量的下降而收缩的现象，从而能够在各工序(脱水工序、榨水工序、干燥工序)间顺利地进行浆料的交接。因此，能够大量生产碳片。
并且，与浆料从脱水工序部P1被交接到榨水工序部P2时的浆料的输送速度的减少量(即，第1速度差ΔVS1)相比，增大浆料从榨水工序部P2被交接到干燥工序部P3时的浆料的输送速度的减少量(即，第2速度差ΔVS2)，因此在具有浆料的含水量越低则浆料的收缩量越增加的倾向的情况下，能够更顺利地进行各工序间的浆料交接。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。另外，本实施方式中记载的效果只不过是列举了由本发明产生的最合适的效果，本发明的效果并不限定于本实施方式中记载的效果。
例如，在上述第1实施方式中，对榨水工序中的浆料的输送速度VS2比脱水工序中的浆料的输送速度VS1慢、并且干燥工序中的浆料的输送速度VS3比榨水工序中的浆料的输送速度VS2慢的情况(VS3<VS2<VS1)进行了说明。但是，不限于这种情况，也可以仅仅使榨水工序中的浆料的输送速度VS2比脱水工序中的浆料的输送速度VS1慢(VS2<VS1)，另外，也可以仅仅使干燥工序中的浆料的输送速度VS3比榨水工序中的浆料的输送速度VS2慢(VS3<VS2)。
即，在脱水工序、榨水工序和干燥工序中，只要后工序中的浆料的输送速度比前工序中的浆料的输送速度慢即可。此时，对于前工序和后工序，在连续实行两个以上的工序时，基于其实行顺序的前后关系来决定。例如，使榨水工序中的浆料的输送速度VS2慢于脱水工序中的浆料的输送速度VS1的情况下，实行顺序早的脱水工序为前工序，实行顺序晚的榨水工序为后工序。另外，在使干燥工序中的浆料的输送速度VS3慢于榨水工序中的浆料的输送速度VS2的情况下，实行顺序早的榨水工序成为前工序，实行顺序晚的干燥工序为后工序。
另外，在上述第1实施方式中，以脱水工序、榨水工序和干燥工序的顺序制造碳片时，对于在榨水工序中使浆料的输送速度恒定的情况进行了说明。但是，由于榨水工序是调整浆料的含水量的重要工序，因此在该榨水工序中也强烈要求希望阶段性地调整浆料的输送速度。因此，为了应对该要求，也可以将榨水工序进一步分割成两个以上的工序，在这些两个以上的工序中，使后工序中的浆料的输送速度比前工序中的浆料的输送速度慢。此时，对于前工序和后工序，在连续实行两个以上的工序时，也基于其实行顺序的前后关系来决定。这不限于榨水工序，对脱水工序、干燥工序也可同样适用。
此外，在上述第1实施方式中，以脱水工序、榨水工序和干燥工序的顺序制造碳片时，对于与下游速度差、即浆料从榨水工序部P2被交接到干燥工序部P3时的浆料的输送速度的减少量(第2速度差ΔVS2)相比，减小上游速度差、即浆料从脱水工序部P1被交接到榨水工序部P2时的浆料的输送速度的减少量(第1速度差ΔVS1)的情况(ΔVS1<ΔVS2)进行了说明。
但是，在将脱水工序、榨水工序和干燥工序之中的一个以上的工序进一步分割成两个以上的工序，在前工序中的浆料的输送速度与后工序中的浆料的输送速度上存在差异的部分具有两个以上的情况下，在这些两个以上的部分之中，将任意两部分的速度差从上游起设为上游速度差、下游速度差时，也可以使上游速度差小于下游速度差。此时，对于前工序和后工序，在连续实行两个以上的工序时，也基于其实行顺序的前后关系来决定。因此，不仅仅是脱水工序与榨水工序、榨水工序与干燥工序，在分割成两个以上的工序的榨水工序内的浆料的输送速度存在差异时，也能够使上游速度差小于下游速度差。
符号说明
1……碳片的制造装置
P1……脱水工序部
P2……榨水工序部
P3……干燥工序部
VS1……脱水工序中的浆料的输送速度
VS2……榨水工序中的浆料的输送速度
VS3……干燥工序中的浆料的输送速度
ΔVS1……第1速度差
ΔVS2……第2速度差

Claims (3)

1.一种碳片的制造方法，该碳片的制造方法将由碳纳米管、纳米碳颗粒和水构成的浆料成型为片状，该制造方法依次具有下述工序：
脱水工序，一边去除所述浆料中包含的水分，一边输送该浆料；
榨水工序，一边对经该脱水工序的浆料进行压延榨水，一边输送；和
干燥工序，一边对经该榨水工序的浆料进行加热干燥，一边输送，
在所述脱水工序、所述榨水工序和所述干燥工序中，后工序中的浆料的输送速度比前工序中的浆料的输送速度慢，
所述脱水工序中的浆料的输送速度与所述榨水工序中的浆料的输送速度之差即第1速度差小于所述榨水工序中的浆料的输送速度与所述干燥工序中的浆料的输送速度之差即第2速度差。
2.如权利要求1所述的碳片的制造方法，其中，所述榨水工序进一步被分割成两个以上的工序，在这些两个以上的工序中，后工序中的浆料的输送速度比前工序中的浆料的输送速度慢。
3.如权利要求2所述的碳片的制造方法，其中，在前工序中的浆料的输送速度与后工序中的浆料的输送速度上存在差异的部分具有两个以上，在这些两个以上的部分之中，将任意两部分的速度差从上游起设为上游速度差、下游速度差时，所述上游速度差小于所述下游速度差。
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