JP2003064566A - 凹凸面フェルト材 - Google Patents
凹凸面フェルト材Info
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Inorganic Fibers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐炎化繊維の凹凸面フェルト材として断熱材
または耐熱性敷物などに用いたり、炭素繊維の凹凸面フ
ェルト材として高温断熱材または各種の電極材などに用
い、電極表面積を大きく且つ電解液などの流体の流動抵
抗を小さくする。 【解決手段】 ポリアクリロニトリル系繊維を酸化性雰
囲気中で２００〜３００℃で酸化した耐炎化繊維を用
い、該耐炎化繊維のラップをニードルパンチングしてか
ら、このフェルト材の表面を開孔金属板またはエンボス
ロールによって熱圧縮成型することにより、その片面ま
たは両面に多数個の凸起を分散形成する。
または耐熱性敷物などに用いたり、炭素繊維の凹凸面フ
ェルト材として高温断熱材または各種の電極材などに用
い、電極表面積を大きく且つ電解液などの流体の流動抵
抗を小さくする。 【解決手段】 ポリアクリロニトリル系繊維を酸化性雰
囲気中で２００〜３００℃で酸化した耐炎化繊維を用
い、該耐炎化繊維のラップをニードルパンチングしてか
ら、このフェルト材の表面を開孔金属板またはエンボス
ロールによって熱圧縮成型することにより、その片面ま
たは両面に多数個の凸起を分散形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、断熱材または耐熱
性敷物などに用いる耐炎化繊維の凹凸面フェルト材に関
し、さらに高温断熱材または液相系電解質対象の電極材
などに用いる炭素繊維の凹凸面フェルト材に関する。
性敷物などに用いる耐炎化繊維の凹凸面フェルト材に関
し、さらに高温断熱材または液相系電解質対象の電極材
などに用いる炭素繊維の凹凸面フェルト材に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐炎化繊維は、ポリアクリロニトリル
（ＰＡＮ）系、レーヨン系、ピッチ系繊維を空気中で酸
化すると得ることができる。例えば、ＰＡＮ系の耐炎化
繊維は、一般の有機繊維と異なり、熱溶融せずに耐熱性
が高く、限界酸素指数（ＬＯＩ）が４０〜６０で燃え難
いという特性を有する。また、その繊維性能は、一般の
有機繊維と同等に、乾強度が１.５ｇ／ｄｔｅｘ以上お
よび乾伸度が８％以上であることにより、不織布、ニ−
ドルパンチフェルト、紡績糸への加工および各種の織物
加工が容易である。
（ＰＡＮ）系、レーヨン系、ピッチ系繊維を空気中で酸
化すると得ることができる。例えば、ＰＡＮ系の耐炎化
繊維は、一般の有機繊維と異なり、熱溶融せずに耐熱性
が高く、限界酸素指数（ＬＯＩ）が４０〜６０で燃え難
いという特性を有する。また、その繊維性能は、一般の
有機繊維と同等に、乾強度が１.５ｇ／ｄｔｅｘ以上お
よび乾伸度が８％以上であることにより、不織布、ニ−
ドルパンチフェルト、紡績糸への加工および各種の織物
加工が容易である。
【０００３】 耐炎化繊維は、前記のような特性を持っ
ているので、不織布、フェルト、織物の態様において、
断熱材または耐熱性敷物などとしての用途がある。特
に、ＰＡＮ系の耐炎化繊維は、他の耐炎化有機繊維と異
なり、その不織布、フェルト、織物を不活性雰囲気中で
炭素化することにより、賦形性が良くて高品質の炭素繊
維の構造体を得ることができる。
ているので、不織布、フェルト、織物の態様において、
断熱材または耐熱性敷物などとしての用途がある。特
に、ＰＡＮ系の耐炎化繊維は、他の耐炎化有機繊維と異
なり、その不織布、フェルト、織物を不活性雰囲気中で
炭素化することにより、賦形性が良くて高品質の炭素繊
維の構造体を得ることができる。
【０００４】 炭素繊維の構造体は、通電性があって化
学的に安定しており、高温断熱材として使用されてい
る。炭素繊維の構造体は、液相系での苛性ソーダ、亜
鉛、塩酸、過酸化水素製造などの電解用の電極材、また
はＮａ−Ｓ電池、液流通型電池、燃料電池のような電力
貯蔵システム用二次電池の電極材としても広く使用され
ている。この炭素繊維は、一般に、繊維直径が５〜２０
μｍというように非常に細く、電気エネルギの授受や放
出効率が高いうえに速いという利点がある。
学的に安定しており、高温断熱材として使用されてい
る。炭素繊維の構造体は、液相系での苛性ソーダ、亜
鉛、塩酸、過酸化水素製造などの電解用の電極材、また
はＮａ−Ｓ電池、液流通型電池、燃料電池のような電力
貯蔵システム用二次電池の電極材としても広く使用され
ている。この炭素繊維は、一般に、繊維直径が５〜２０
μｍというように非常に細く、電気エネルギの授受や放
出効率が高いうえに速いという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】耐炎化繊維の不織布や
フェルトは、断熱材として使用する際に複数枚を積層し
て用いることが多い。従来の耐炎化繊維の不織布やフェ
ルトは、複数枚の積層によって空隙が小さくなり、その
断熱性が低下することを回避できない。断熱材の断熱性
を高めるために、窒素などの不活性ガスを断熱材の内部
を流通させても、従来の不織布やフェルトでは不活性ガ
スの内部流通量が少なくて断熱性が大して高くならず、
その酸化劣化を防止することも期待できない。
フェルトは、断熱材として使用する際に複数枚を積層し
て用いることが多い。従来の耐炎化繊維の不織布やフェ
ルトは、複数枚の積層によって空隙が小さくなり、その
断熱性が低下することを回避できない。断熱材の断熱性
を高めるために、窒素などの不活性ガスを断熱材の内部
を流通させても、従来の不織布やフェルトでは不活性ガ
スの内部流通量が少なくて断熱性が大して高くならず、
その酸化劣化を防止することも期待できない。
【０００６】 また、耐炎化繊維の不織布やフェルトを
溶融成形金属などの敷物として利用する場合、従来の耐
炎化繊維の不織布やフェルトの敷物は溶融成形金属の底
面との接触面積が大きい。このため、溶融成形金属の底
面と敷物表面との間に、冷却用空気や不活性ガスが流通
することが少ない結果、溶融成形金属の冷却速度が遅く
なり、敷物の熱劣化が急速に発生する。
溶融成形金属などの敷物として利用する場合、従来の耐
炎化繊維の不織布やフェルトの敷物は溶融成形金属の底
面との接触面積が大きい。このため、溶融成形金属の底
面と敷物表面との間に、冷却用空気や不活性ガスが流通
することが少ない結果、溶融成形金属の冷却速度が遅く
なり、敷物の熱劣化が急速に発生する。
【０００７】 耐炎化繊維の不織布やフェルトを炭素化
すると、得た炭素繊維の構造体は高温断熱材または電極
材として適用可能な薄シ−ト状である。薄シ−ト状の電
極材は、例えば、バイポーラ板や陰イオン交換膜などの
板材と積層され、その積層板間を電解質液や電池活物質
が流動している。このため、従来のような平坦な構造体
であると、電解質液や電池活物質が積層板間をスム−ス
に流動しにくく、通液の圧力損失が大きくなり、電極材
の電気抵抗および電解質液や電池活物質の流動抵抗が増
大する。
すると、得た炭素繊維の構造体は高温断熱材または電極
材として適用可能な薄シ−ト状である。薄シ−ト状の電
極材は、例えば、バイポーラ板や陰イオン交換膜などの
板材と積層され、その積層板間を電解質液や電池活物質
が流動している。このため、従来のような平坦な構造体
であると、電解質液や電池活物質が積層板間をスム−ス
に流動しにくく、通液の圧力損失が大きくなり、電極材
の電気抵抗および電解質液や電池活物質の流動抵抗が増
大する。
【０００８】 炭素繊維の不織布やフェルトは、その積
層間に液流通可能な連通空間を設けるため、薄シ−トの
完成後にカッタなどで表面を部分的に切削し、連通空間
用の溝付け加工などを行うことは可能である。しかしな
がら、この場合には、切削加工時に炭素繊維の微粉末が
多量に発生し、切削分の炭素繊維をロスするうえに作業
環境が悪化し、しかも切削加工費の追加によって製造経
費が上昇してしまう。
層間に液流通可能な連通空間を設けるため、薄シ−トの
完成後にカッタなどで表面を部分的に切削し、連通空間
用の溝付け加工などを行うことは可能である。しかしな
がら、この場合には、切削加工時に炭素繊維の微粉末が
多量に発生し、切削分の炭素繊維をロスするうえに作業
環境が悪化し、しかも切削加工費の追加によって製造経
費が上昇してしまう。
【０００９】 本発明は、従来の耐炎化繊維や炭素繊維
のフェルト材に関する前記の問題点を改善するために提
案されたものであり、複数枚積層しても空隙率が大きい
ことにより、断熱材として好適な耐炎化繊維の凹凸面フ
ェルト材を提供することを目的としている。本発明の他
の目的は、溶融成形金属の冷却速度が速くて敷物が熱劣
化しにくいことにより、溶融成形金属用などの敷物とし
て好適な耐炎化繊維の凹凸面フェルト材を提供すること
である。本発明の別の目的は、高温断熱材として断熱性
が高い炭素繊維の凹凸面フェルト材を提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、液相系電解用の電極材
または電力貯蔵システム用二次電池の電極材として好適
な炭素繊維の凹凸面フェルト材を提供することである。
のフェルト材に関する前記の問題点を改善するために提
案されたものであり、複数枚積層しても空隙率が大きい
ことにより、断熱材として好適な耐炎化繊維の凹凸面フ
ェルト材を提供することを目的としている。本発明の他
の目的は、溶融成形金属の冷却速度が速くて敷物が熱劣
化しにくいことにより、溶融成形金属用などの敷物とし
て好適な耐炎化繊維の凹凸面フェルト材を提供すること
である。本発明の別の目的は、高温断熱材として断熱性
が高い炭素繊維の凹凸面フェルト材を提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、液相系電解用の電極材
または電力貯蔵システム用二次電池の電極材として好適
な炭素繊維の凹凸面フェルト材を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る凹凸面フェルト材を得るには、ＰＡＮ
系繊維を酸化性雰囲気中で２００〜３００℃で酸化した
耐炎化繊維を用い、該耐炎化繊維のラップをニードルパ
ンチングする。この耐炎化繊維のフェルト材は、表面を
開孔金属板またはエンボスロールによって熱圧縮成型す
ることにより、その片面または両面に多数個の凸起を分
散形成している。
に、本発明に係る凹凸面フェルト材を得るには、ＰＡＮ
系繊維を酸化性雰囲気中で２００〜３００℃で酸化した
耐炎化繊維を用い、該耐炎化繊維のラップをニードルパ
ンチングする。この耐炎化繊維のフェルト材は、表面を
開孔金属板またはエンボスロールによって熱圧縮成型す
ることにより、その片面または両面に多数個の凸起を分
散形成している。
【００１１】 耐炎化繊維のフェルト材では、熱圧縮成
型を温度２５０〜４００℃、圧力０.１〜１０ＭＰａで
５〜３００秒間行うと好ましい。この凹凸面フェルト材
において、凸起の平面形状は、円形、四角形、亀甲形、
長円形、楕円形などであり、凸起平面の総表面積が全体
の３０〜８０％、凹部の総容積が２〜４０％であると好
ましい。
型を温度２５０〜４００℃、圧力０.１〜１０ＭＰａで
５〜３００秒間行うと好ましい。この凹凸面フェルト材
において、凸起の平面形状は、円形、四角形、亀甲形、
長円形、楕円形などであり、凸起平面の総表面積が全体
の３０〜８０％、凹部の総容積が２〜４０％であると好
ましい。
【００１２】 炭素繊維の凹凸面フェルト材を得るに
は、ＰＡＮ系繊維を酸化性雰囲気中で２００〜３００℃
で酸化した耐炎化繊維を用い、該耐炎化繊維をフェルト
化し、このフェルト材の表面を熱圧縮成型することによ
り、その片面または両面に多数個の凸起を分散形成して
もよい。さらに、このフェルト材は、不活性ガス中で１
５００〜２５００℃で炭素化処理を施し、Ｘ線結晶サイ
ズ１.３〜３.５ｎｍ、窒素含有量０.５％以下である。
は、ＰＡＮ系繊維を酸化性雰囲気中で２００〜３００℃
で酸化した耐炎化繊維を用い、該耐炎化繊維をフェルト
化し、このフェルト材の表面を熱圧縮成型することによ
り、その片面または両面に多数個の凸起を分散形成して
もよい。さらに、このフェルト材は、不活性ガス中で１
５００〜２５００℃で炭素化処理を施し、Ｘ線結晶サイ
ズ１.３〜３.５ｎｍ、窒素含有量０.５％以下である。
【００１３】 炭素繊維の凹凸面フェルト材では、その
表面の凸起間をフェルト材表面に沿って流通する流体が
分散しやすいように各凸起を横列ごとに千鳥掛け状に配
列してもよい。さらに、このフェルト材は、不活性ガス
中で１５００〜２５００℃で炭素化処理を施して導電性
を発現させ、Ｘ線結晶サイズ１.３〜３.５ｎｍ、窒素含
有量０.５％以下である。
表面の凸起間をフェルト材表面に沿って流通する流体が
分散しやすいように各凸起を横列ごとに千鳥掛け状に配
列してもよい。さらに、このフェルト材は、不活性ガス
中で１５００〜２５００℃で炭素化処理を施して導電性
を発現させ、Ｘ線結晶サイズ１.３〜３.５ｎｍ、窒素含
有量０.５％以下である。
【００１４】
【発明の実施の形態】耐炎化繊維の凹凸面フェルト材１
（図１）は、ＰＡＮ系繊維を酸化性雰囲気中で２００〜
３００℃で酸化して製造し、通常、空気中で２００〜３
００℃で焼成すればよい。ＰＡＮ系繊維は、一般に耐炎
化繊維の原料としてレーヨン系、ピッチ系繊維よりも高
性能であり、ＰＡＮ系繊維の耐炎化工程で延伸を行うと
炭素繊維のフェルト材の性能を向上させることが可能で
ある。
（図１）は、ＰＡＮ系繊維を酸化性雰囲気中で２００〜
３００℃で酸化して製造し、通常、空気中で２００〜３
００℃で焼成すればよい。ＰＡＮ系繊維は、一般に耐炎
化繊維の原料としてレーヨン系、ピッチ系繊維よりも高
性能であり、ＰＡＮ系繊維の耐炎化工程で延伸を行うと
炭素繊維のフェルト材の性能を向上させることが可能で
ある。
【００１５】 用いるＰＡＮ系繊維は、繊度が０.９〜
４.５ｄｔｅｘ、比重が１.３７〜１.４５であり、繊維
長と比重が前記の範囲外であると、断熱材や敷物として
柔軟性や圧縮強度を欠くことになる。得た耐炎化繊維
は、公知のカード機を用いてカーディングを施してラッ
プを形成し、該ラップをニードルパンチングして耐炎化
繊維のフェルト材１を製造する。このニードルパンチン
グは、ラップの片面または両面から針本数２００〜１５
００本／ｃｍ２で行うことが望ましい。フェルト材１
は、厚さが０.８〜１３ｍｍ、目付が１５０〜１５００
ｇ／ｍ２である。フェルト材１の厚さおよび目付が前記
の範囲内であると、断熱材または敷物として適してい
る。
４.５ｄｔｅｘ、比重が１.３７〜１.４５であり、繊維
長と比重が前記の範囲外であると、断熱材や敷物として
柔軟性や圧縮強度を欠くことになる。得た耐炎化繊維
は、公知のカード機を用いてカーディングを施してラッ
プを形成し、該ラップをニードルパンチングして耐炎化
繊維のフェルト材１を製造する。このニードルパンチン
グは、ラップの片面または両面から針本数２００〜１５
００本／ｃｍ２で行うことが望ましい。フェルト材１
は、厚さが０.８〜１３ｍｍ、目付が１５０〜１５００
ｇ／ｍ２である。フェルト材１の厚さおよび目付が前記
の範囲内であると、断熱材または敷物として適してい
る。
【００１６】 ＰＡＮ系繊維に関して、その乾強度と乾
伸度はＪＩＳ Ｌ１０１５に基づいて測定する。耐炎化
繊維のフェルト材１に関して、直径３０ｍｍの円形圧板
で２００ｇの荷重を加えた時（２.８ｋｐａ）に厚さを
測定し、目付については、フェルト材１を１０ｃｍ角に
カットし、相対湿度６５％、温度２５℃の平衡状態にお
いて重量を測定する。また、比重は、ＪＩＳ Ｒ ７６０
１に基づいてエチルアルコールを溶媒として用いる液置
換法で測定する。
伸度はＪＩＳ Ｌ１０１５に基づいて測定する。耐炎化
繊維のフェルト材１に関して、直径３０ｍｍの円形圧板
で２００ｇの荷重を加えた時（２.８ｋｐａ）に厚さを
測定し、目付については、フェルト材１を１０ｃｍ角に
カットし、相対湿度６５％、温度２５℃の平衡状態にお
いて重量を測定する。また、比重は、ＪＩＳ Ｒ ７６０
１に基づいてエチルアルコールを溶媒として用いる液置
換法で測定する。
【００１７】 耐炎化繊維のフェルト材１は、その表面
に多数個の凸起２を分散形成するために熱圧縮成型し、
この熱圧縮成型は開孔金属板（図示しない）によるバッ
チ工程でも、周面に凹凸を設けたエンボスロール（図示
しない）による連続工程でもよい。この熱圧縮成型は、
温度２５０〜４００℃、圧力０.１〜１０ＭＰａで５〜
３００秒間行う。加熱温度が２５０℃未満ではフェルト
材１に樹脂を含浸しないので凸起や凸条が元に戻りやす
い。また、４００℃を超えると耐炎化繊維へ熱による悪
影響が及ぶ。この熱圧縮成型は、フェルト材１の片面ま
たは両面に施し、該フェルト材の両面に行うならば、凸
起平面の総表面積、凸起の高さやニードルパンチ数をフ
ェルト面ごとに異ならせてもよい。
に多数個の凸起２を分散形成するために熱圧縮成型し、
この熱圧縮成型は開孔金属板（図示しない）によるバッ
チ工程でも、周面に凹凸を設けたエンボスロール（図示
しない）による連続工程でもよい。この熱圧縮成型は、
温度２５０〜４００℃、圧力０.１〜１０ＭＰａで５〜
３００秒間行う。加熱温度が２５０℃未満ではフェルト
材１に樹脂を含浸しないので凸起や凸条が元に戻りやす
い。また、４００℃を超えると耐炎化繊維へ熱による悪
影響が及ぶ。この熱圧縮成型は、フェルト材１の片面ま
たは両面に施し、該フェルト材の両面に行うならば、凸
起平面の総表面積、凸起の高さやニードルパンチ数をフ
ェルト面ごとに異ならせてもよい。
【００１８】 フェルト材１の表面における凸起２の平
面形状は、耐炎化繊維または炭素繊維の段階において、
円形（図１、図２参照）、正四角形（図３参照）、亀甲
形（図４参照）、長円形（図５参照）、斜角形つまりダ
イヤ形（図６参照）、菱形（図７参照）、長方形などで
ある。凸起２の配列は、図１から図７に示すように横列
ごとに千鳥掛け状に配列すると好ましいけれども、各凸
起を縦方向に直線状に配列したものを平行に配置した
り、長円形や長方形では斜めに連続配列したものを縦ま
たは横平行に配置してもよい。凸起平面の総表面積は、
全体の３０〜８０％であると好ましく、３０％未満では
断熱効果や電極表面積が小さくなり、８０％を超えると
凸起がへたりやすくなる。フェルト材１において、凹部
の総容積が２〜４０％であると断熱効果や流動抵抗の点
で好ましく、一般的に凸起２の高さは０.５〜３ｍｍで
ある。
面形状は、耐炎化繊維または炭素繊維の段階において、
円形（図１、図２参照）、正四角形（図３参照）、亀甲
形（図４参照）、長円形（図５参照）、斜角形つまりダ
イヤ形（図６参照）、菱形（図７参照）、長方形などで
ある。凸起２の配列は、図１から図７に示すように横列
ごとに千鳥掛け状に配列すると好ましいけれども、各凸
起を縦方向に直線状に配列したものを平行に配置した
り、長円形や長方形では斜めに連続配列したものを縦ま
たは横平行に配置してもよい。凸起平面の総表面積は、
全体の３０〜８０％であると好ましく、３０％未満では
断熱効果や電極表面積が小さくなり、８０％を超えると
凸起がへたりやすくなる。フェルト材１において、凹部
の総容積が２〜４０％であると断熱効果や流動抵抗の点
で好ましく、一般的に凸起２の高さは０.５〜３ｍｍで
ある。
【００１９】 炭素繊維の凹凸面フェルト材３（図２）
を得るには、表面を熱圧縮成型した耐炎化繊維のフェル
ト材を窒素などの不活性ガス中で１５００〜２５００℃
で炭素化処理を施す。炭素繊維の凹凸面フェルト材３
は、厚さが０.５〜１２ｍｍ、目付が８０〜９００ｇ／
ｍ２である。フェルト材３の厚さおよび目付が前記の範
囲内であると、高温断熱材または電極材として好適であ
る。
を得るには、表面を熱圧縮成型した耐炎化繊維のフェル
ト材を窒素などの不活性ガス中で１５００〜２５００℃
で炭素化処理を施す。炭素繊維の凹凸面フェルト材３
は、厚さが０.５〜１２ｍｍ、目付が８０〜９００ｇ／
ｍ２である。フェルト材３の厚さおよび目付が前記の範
囲内であると、高温断熱材または電極材として好適であ
る。
【００２０】 炭素繊維のフェルト材３では、Ｘ線結晶
サイズが１.３〜３.５ｎｍ、窒素含有量が０.５％以下
である。フェルト材３の表面における凸起形状は、円形
平面の突起５（図２）、正四角形平面の突起６（図
３）、亀甲形平面の突起７（図４）、長円形平面の突起
８（図５）、ダイヤ形平面の突起９（図６）、菱形平面
の突起１０（図７）、長方形平面などであり、凸起平面
の総表面積は全体の３０〜８０％、凹部の総容積は２〜
４０％であることを要する。
サイズが１.３〜３.５ｎｍ、窒素含有量が０.５％以下
である。フェルト材３の表面における凸起形状は、円形
平面の突起５（図２）、正四角形平面の突起６（図
３）、亀甲形平面の突起７（図４）、長円形平面の突起
８（図５）、ダイヤ形平面の突起９（図６）、菱形平面
の突起１０（図７）、長方形平面などであり、凸起平面
の総表面積は全体の３０〜８０％、凹部の総容積は２〜
４０％であることを要する。
【００２１】 炭素繊維のフェルト材３に関して、Ｘ線
結晶サイズは、広角Ｘ線回析測定による２θのピーク半
値幅と、式１のシェラーの式より求める。
結晶サイズは、広角Ｘ線回析測定による２θのピーク半
値幅と、式１のシェラーの式より求める。
【式１】
式中、ｋ：装置定数（０.９０）
λ：Ｘ線波長（０.１５４ｎｍ）
β：２θ＝２６.０°付近の最大ピークの半値幅
【００２２】 炭素繊維のフェルト材３に関して、その
通電性（比抵抗値）は、金めっきした５０ｍｍ角で厚さ
１０ｍｍの２枚の電極の間に、フェルト材３の両面が圧
力０.０１ＭＰａで接触するように挟み、その電気抵抗
値を測定し、式２から算出する。
通電性（比抵抗値）は、金めっきした５０ｍｍ角で厚さ
１０ｍｍの２枚の電極の間に、フェルト材３の両面が圧
力０.０１ＭＰａで接触するように挟み、その電気抵抗
値を測定し、式２から算出する。
【式２】
式中、Ｒ：電気抵抗値（Ω）
Ｓ：凹凸加工なしの接触面積（ｃｍ２）
Ｔ：厚さ（ｃｍ）
【００２３】 炭素繊維のフェルト材３に関して、その
通液性（圧力損失値）は、フェルト材３の凹凸面を内側
にしてのり巻き状に巻き上げ、直径３０ｍｍ、長さ１０
０ｍｍの円筒の中に充填密度が０．１５ｇ／ｃｍ３とな
るように充填し、５％食塩水を空塔速度（ＳＶ）２００
０／ｈｒで通液した際の圧力損失値である。この圧力損
失値（ＭＰａ）を通液性の指標とする。
通液性（圧力損失値）は、フェルト材３の凹凸面を内側
にしてのり巻き状に巻き上げ、直径３０ｍｍ、長さ１０
０ｍｍの円筒の中に充填密度が０．１５ｇ／ｃｍ３とな
るように充填し、５％食塩水を空塔速度（ＳＶ）２００
０／ｈｒで通液した際の圧力損失値である。この圧力損
失値（ＭＰａ）を通液性の指標とする。
【００２４】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明は実施例に限定されるものではない。
が、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００２５】 実施例１
耐炎化繊維のフェルト材１を製造するために、ＰＡＮ系
繊維を空気中で２００〜３００℃で焼成した耐炎化繊維
（商品名：パイロメックス、東邦テナックス製）を用い
る。この耐炎化繊維は、繊度２.２ｄｔｅｘ、比重１.３
９、クリンプ数４.１個／ｃｍ、クリンプ率１１.０％で
ある。
繊維を空気中で２００〜３００℃で焼成した耐炎化繊維
（商品名：パイロメックス、東邦テナックス製）を用い
る。この耐炎化繊維は、繊度２.２ｄｔｅｘ、比重１.３
９、クリンプ数４.１個／ｃｍ、クリンプ率１１.０％で
ある。
【００２６】 この耐炎化繊維から、公知のカード機を
用いてカーディングを施してラップを形成する。得たラ
ップの片面からニードルパンチングを行ってフェルト材
を製造し、該フェルト材はプレス前の厚さが５.５ｍ
ｍ、目付が６００ｇ／ｍ２である。
用いてカーディングを施してラップを形成する。得たラ
ップの片面からニードルパンチングを行ってフェルト材
を製造し、該フェルト材はプレス前の厚さが５.５ｍ
ｍ、目付が６００ｇ／ｍ２である。
【００２７】 この耐炎化繊維フェルト材をプレス台上
に載置し、円形の透孔を多数設けた開孔金属板（図示し
ない）によって、上方から圧力１Ｍｐａ、３００℃で１
分間熱プレスする。得たフェルト材１は、プレス後の厚
さが４.０ｍｍ、目付が６００ｇ／ｍ２である。この結
果、図１に示すように、フェルト材１の表面に円形平面
の凸起２が多数個形成され、図示のように各凸起２を横
列ごとに千鳥掛け状に分散配列している。凹凸面フェル
ト材１において、凸起平面の総表面積が全体の６０％、
凹部の総容積は１５％である。
に載置し、円形の透孔を多数設けた開孔金属板（図示し
ない）によって、上方から圧力１Ｍｐａ、３００℃で１
分間熱プレスする。得たフェルト材１は、プレス後の厚
さが４.０ｍｍ、目付が６００ｇ／ｍ２である。この結
果、図１に示すように、フェルト材１の表面に円形平面
の凸起２が多数個形成され、図示のように各凸起２を横
列ごとに千鳥掛け状に分散配列している。凹凸面フェル
ト材１において、凸起平面の総表面積が全体の６０％、
凹部の総容積は１５％である。
【００２８】 得た凹凸面フェルト材１は、アルミ圧延
板の下敷き用敷物として使用できる。この下敷き用敷物
には、使用時に蓄熱および酸化劣化が認められない。
板の下敷き用敷物として使用できる。この下敷き用敷物
には、使用時に蓄熱および酸化劣化が認められない。
【００２９】 比較例１
実施例１で製造した耐炎化繊維のフェルト材について、
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、円形の透孔を多数設けた開孔金属板に
よって熱プレスする。プレス時の圧力は１０Ｍｐａであ
り、３５０℃で２分間熱プレスする。この凹凸面フェル
ト材において、凸起平面の総表面積が全体の３０％、凹
部の総容積は４５％である。
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、円形の透孔を多数設けた開孔金属板に
よって熱プレスする。プレス時の圧力は１０Ｍｐａであ
り、３５０℃で２分間熱プレスする。この凹凸面フェル
ト材において、凸起平面の総表面積が全体の３０％、凹
部の総容積は４５％である。
【００３０】 得た凹凸面フェルト材をアルミ圧延板の
下敷き用敷物として使用すると、この下敷き用敷物に
は、使用時に蓄熱は認められないが、酸化劣化がかなり
認められる。
下敷き用敷物として使用すると、この下敷き用敷物に
は、使用時に蓄熱は認められないが、酸化劣化がかなり
認められる。
【００３１】 実施例２
実施例１で製造した耐炎化繊維のフェルト材について、
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、四角形の透孔を多数設けた開孔金属板
によって熱プレスする。プレス時の圧力は０.５Ｍｐａ
であり、３００℃で１分間熱プレスする。この凹凸面フ
ェルト材において、凸起平面の総表面積が全体の７０
％、凹部の総容積は１０％である。
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、四角形の透孔を多数設けた開孔金属板
によって熱プレスする。プレス時の圧力は０.５Ｍｐａ
であり、３００℃で１分間熱プレスする。この凹凸面フ
ェルト材において、凸起平面の総表面積が全体の７０
％、凹部の総容積は１０％である。
【００３２】 得た凹凸面フェルト材は、窒素雰囲気中
で１９００℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材１２（図３）を得る。フェルト材１２は、Ｘ
線結晶サイズ３.２ｎｍ、炭素含有率９９.５％、窒素含
有量０.１％、比抵抗値が０.５Ωｃｍである。
で１９００℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材１２（図３）を得る。フェルト材１２は、Ｘ
線結晶サイズ３.２ｎｍ、炭素含有率９９.５％、窒素含
有量０.１％、比抵抗値が０.５Ωｃｍである。
【００３３】 炭素繊維のフェルト材１２は、複数枚積
層して高温断熱材として用いる。この高温断熱材は、断
熱効果が良好であり、酸化劣化および損耗が殆ど発生し
ない。
層して高温断熱材として用いる。この高温断熱材は、断
熱効果が良好であり、酸化劣化および損耗が殆ど発生し
ない。
【００３４】 実施例３
実施例１で製造した耐炎化繊維のフェルト材について、
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、亀甲形の透孔を多数設けた開孔金属板
によって熱プレスする。プレス時の圧力は０.５Ｍｐａ
であり、３００℃で１分間熱プレスする。この凹凸面フ
ェルト材は、プレス後の厚さが４.０ｍｍ、目付が６０
０ｇ／ｍ２である。この凹凸面フェルト材において、凸
起平面の総表面積が全体の７０％、凹部の総容積は１０
％である。
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、亀甲形の透孔を多数設けた開孔金属板
によって熱プレスする。プレス時の圧力は０.５Ｍｐａ
であり、３００℃で１分間熱プレスする。この凹凸面フ
ェルト材は、プレス後の厚さが４.０ｍｍ、目付が６０
０ｇ／ｍ２である。この凹凸面フェルト材において、凸
起平面の総表面積が全体の７０％、凹部の総容積は１０
％である。
【００３５】 得た凹凸面フェルト材は、窒素雰囲気中
で１９００℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材１４（図４）を得、該フェルト材は炭素化後
の厚さが３.６ｍｍ、目付が３６０ｇ／ｍ２である。得
たフェルト材１４は、Ｘ線結晶サイズ３.２ｎｍ、炭素
含有率９９.５％、窒素含有量０.１％、比抵抗値が０.
５Ωｃｍである。
で１９００℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材１４（図４）を得、該フェルト材は炭素化後
の厚さが３.６ｍｍ、目付が３６０ｇ／ｍ２である。得
たフェルト材１４は、Ｘ線結晶サイズ３.２ｎｍ、炭素
含有率９９.５％、窒素含有量０.１％、比抵抗値が０.
５Ωｃｍである。
【００３６】 炭素繊維のフェルト材１４は、食塩電解
による苛性ソーダ製造用の電極材として用いる。この電
極材は、その通液性（圧力損失値）が０.００４ＭＰａ
であり、電解質水溶液の流動性が良好である。
による苛性ソーダ製造用の電極材として用いる。この電
極材は、その通液性（圧力損失値）が０.００４ＭＰａ
であり、電解質水溶液の流動性が良好である。
【００３７】 比較例２
実施例１で製造した耐炎化繊維のフェルト材について、
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、四角形の透孔を多数設けた開孔金属板
によって熱プレスする。プレス時の圧力は０.０５Ｍｐ
ａであり、３００℃で１分間熱プレスする。この凹凸面
フェルト材において、凸起平面の総表面積が全体の８５
％、凹部の総容積は２％である。
実施例１と同様にニードルパンチングし、その後にプレ
ス台上に載置し、四角形の透孔を多数設けた開孔金属板
によって熱プレスする。プレス時の圧力は０.０５Ｍｐ
ａであり、３００℃で１分間熱プレスする。この凹凸面
フェルト材において、凸起平面の総表面積が全体の８５
％、凹部の総容積は２％である。
【００３８】 得た凹凸面フェルト材は、窒素雰囲気中
で１９００℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材を得る。このフェルト材は、Ｘ線結晶サイズ
が３.２ｎｍ、炭素含有率９９.５％、窒素含有量０.１
％、比抵抗値が０.５Ωｃｍである。
で１９００℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材を得る。このフェルト材は、Ｘ線結晶サイズ
が３.２ｎｍ、炭素含有率９９.５％、窒素含有量０.１
％、比抵抗値が０.５Ωｃｍである。
【００３９】 このフェルト材は、食塩電解による苛性
ソーダ製造用の電極材として用いると、この電極材の通
液性（圧力損失値）が０.０１ＭＰａであり、電解質水
溶液の流動性が不良である。
ソーダ製造用の電極材として用いると、この電極材の通
液性（圧力損失値）が０.０１ＭＰａであり、電解質水
溶液の流動性が不良である。
【００４０】 実施例４
実施例１と同様に製造した耐炎化繊維は、繊度２.２ｄ
ｔｅｘ、比重１.４１、クリンプ数４.３個／ｃｍ、クリ
ンプ率１１.０％である。この耐炎化繊維のラップの片
面からニードルパンチングを行ってフェルト材を製造
し、該フェルト材はプレス前の厚さが８.３ｍｍ、目付
が８００ｇ／ｍ２である。このフェルト材をプレス台上
に載置し、長円形の透孔を多数設けた開孔金属板によっ
て熱プレスする。プレス時の圧力は１Ｍｐａであり、３
００℃で１分間熱プレスする。得た凹凸面フェルト材
は、プレス後の厚さが６.０ｍｍ、目付が８００ｇ／ｍ
２である。この凹凸面フェルト材において、凸起平面の
総表面積が全体の６０％、凹部の総容積は１５％であ
る。
ｔｅｘ、比重１.４１、クリンプ数４.３個／ｃｍ、クリ
ンプ率１１.０％である。この耐炎化繊維のラップの片
面からニードルパンチングを行ってフェルト材を製造
し、該フェルト材はプレス前の厚さが８.３ｍｍ、目付
が８００ｇ／ｍ２である。このフェルト材をプレス台上
に載置し、長円形の透孔を多数設けた開孔金属板によっ
て熱プレスする。プレス時の圧力は１Ｍｐａであり、３
００℃で１分間熱プレスする。得た凹凸面フェルト材
は、プレス後の厚さが６.０ｍｍ、目付が８００ｇ／ｍ
２である。この凹凸面フェルト材において、凸起平面の
総表面積が全体の６０％、凹部の総容積は１５％であ
る。
【００４１】 得た凹凸面フェルト材は、窒素雰囲気中
で１７５０℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材１６（図５）を得、該フェルト材は炭素化後
の厚さが５.４ｍｍ、目付が４８０ｇ／ｍ２である。フ
ェルト材１６は、Ｘ線結晶サイズ２.５ｎｍ、炭素含有
率９８.５％、窒素含有量０.４％、比抵抗値が０.５Ω
ｃｍである。
で１７５０℃で炭素化処理することにより、炭素繊維の
フェルト材１６（図５）を得、該フェルト材は炭素化後
の厚さが５.４ｍｍ、目付が４８０ｇ／ｍ２である。フ
ェルト材１６は、Ｘ線結晶サイズ２.５ｎｍ、炭素含有
率９８.５％、窒素含有量０.４％、比抵抗値が０.５Ω
ｃｍである。
【００４２】 炭素繊維のフェルト材１６は、硫酸亜鉛
電解による亜鉛製造用の電極材として用いる。この電極
材は、その通液性（圧力損失値）が０.００３ＭＰａで
あり、電解質水溶液の流動性が良好である。
電解による亜鉛製造用の電極材として用いる。この電極
材は、その通液性（圧力損失値）が０.００３ＭＰａで
あり、電解質水溶液の流動性が良好である。
【００４３】
【発明の効果】本発明に係る凹凸面フェルト材は、複数
枚を積層して断熱材として使用すると、凹部の総容積が
大きくて断熱性が高い。この凹凸面フェルト材では、窒
素などの不活性ガスがフェルト層間を流通しやすく、こ
れによって断熱性が高くなり且つ酸化劣化を防止でき
る。また、この凹凸面フェルト材を溶融成形金属などの
敷物として利用すれば、表面に多数個の凸起を有するこ
とによって溶融成形金属の底面との接触面積が小さい。
このため、溶融成形金属の底面と敷物表面との間に、冷
却用空気や不活性ガスが流通しやすい結果、溶融成形金
属の冷却速度が速くなり、敷物の熱劣化が殆ど発生しな
い。
枚を積層して断熱材として使用すると、凹部の総容積が
大きくて断熱性が高い。この凹凸面フェルト材では、窒
素などの不活性ガスがフェルト層間を流通しやすく、こ
れによって断熱性が高くなり且つ酸化劣化を防止でき
る。また、この凹凸面フェルト材を溶融成形金属などの
敷物として利用すれば、表面に多数個の凸起を有するこ
とによって溶融成形金属の底面との接触面積が小さい。
このため、溶融成形金属の底面と敷物表面との間に、冷
却用空気や不活性ガスが流通しやすい結果、溶融成形金
属の冷却速度が速くなり、敷物の熱劣化が殆ど発生しな
い。
【００４４】 本発明の凹凸面フェルト材は、表面に多
数個の凸起を設けてから炭素化することにより、複数枚
積層すると、溶融成形金属の冷却速度が速く且つ熱劣化
が発生しにくい高温断熱材として使用できる。薄シ−ト
状の凹凸面フェルト材は導電性であり、これを電極材と
してバイポーラ板などの板材と積層し、その積層板間を
電解質液や電池活物質を流動させると、電解質液や電池
活物質が積層板間をスム−スに流動して通液の圧力損失
が小さくなり、電極材の電気抵抗および電解質液や電池
活物質の流動抵抗が低下する。このため、この凹凸面フ
ェルト材は、液相系電解用の電極材または電力貯蔵シス
テム用二次電池の電極材として好適である。
数個の凸起を設けてから炭素化することにより、複数枚
積層すると、溶融成形金属の冷却速度が速く且つ熱劣化
が発生しにくい高温断熱材として使用できる。薄シ−ト
状の凹凸面フェルト材は導電性であり、これを電極材と
してバイポーラ板などの板材と積層し、その積層板間を
電解質液や電池活物質を流動させると、電解質液や電池
活物質が積層板間をスム−スに流動して通液の圧力損失
が小さくなり、電極材の電気抵抗および電解質液や電池
活物質の流動抵抗が低下する。このため、この凹凸面フ
ェルト材は、液相系電解用の電極材または電力貯蔵シス
テム用二次電池の電極材として好適である。
【００４５】 本発明の凹凸面フェルト材は、電極材に
用いると通常のフェルト材に比べて電極表面積が確実に
大きく、充放電時に電解液の流通を促進し、電解液の流
動抵抗が小さい。また、本発明のフェルト材は、緻密な
ニードルパンチ処理と凹凸加工後に高温で焼成すること
により、その製造が比較的容易で安価である。
用いると通常のフェルト材に比べて電極表面積が確実に
大きく、充放電時に電解液の流通を促進し、電解液の流
動抵抗が小さい。また、本発明のフェルト材は、緻密な
ニードルパンチ処理と凹凸加工後に高温で焼成すること
により、その製造が比較的容易で安価である。
【図１】 本発明に係る耐炎化繊維のフェルト材を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】 炭素繊維のフェルト材の一例を示す部分平面
図である。
図である。
【図３】 炭素繊維のフェルト材の第１変形例を示す部
分平面図である。
分平面図である。
【図４】 炭素繊維のフェルト材の第２変形例を示す部
分平面図である。
分平面図である。
【図５】 炭素繊維のフェルト材の第３変形例を示す部
分平面図である。
分平面図である。
【図６】 炭素繊維のフェルト材の第４変形例を示す部
分平面図である。
分平面図である。
【図７】 炭素繊維のフェルト材の第５変形例を示す部
分平面図である。
分平面図である。
１ 耐炎化繊維の凹凸面フェルト材
２ 凸起
３ 炭素繊維の凹凸面フェルト材
５ 凸起
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 島崎 賢司
静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ
ックス株式会社内
Ｆターム(参考） 3B154 AA14 AB23 BA29 BA38 BB02
BB12 BC23 BC41 BE01 BF01
BF02 BF04 BF09 BF12 BF23
DA02 DA03 DA11 DA30
4L037 AT05 CS03 FA01 FA05 FA17
UA04 UA15
4L047 AA03 AA17 BA03 BA24 CA01
CA12 CB06 CB09 CB10 EA10
5H018 BB01 BB03 DD05 HH02 HH05
HH08
Claims (5)
- 【請求項１】 ポリアクリロニトリル系繊維を酸化性雰
囲気中で２００〜３００℃で酸化した耐炎化繊維を用
い、該耐炎化繊維のラップをニードルパンチングして得
たフェルト材であって、このフェルト材の表面を開孔金
属板またはエンボスロールによって熱圧縮成型すること
により、その片面または両面に多数個の凸起を分散形成
している耐炎化繊維の凹凸面フェルト材。 - 【請求項２】 熱圧縮成型を温度２５０〜４００℃、圧
力０.１〜１０ＭＰａで５〜３００秒間行う請求項１記
載のフェルト材。 - 【請求項３】 凸起の平面形状が円形、四角形、亀甲
形、長円形、楕円形であり、凸起平面の総表面積が全体
の３０〜８０％、凹部の総容積が２〜４０％である請求
項１記載のフェルト材。 - 【請求項４】 ポリアクリロニトリル系繊維を酸化性雰
囲気中で２００〜３００℃で酸化した耐炎化繊維を用
い、該耐炎化繊維をフェルト化し、このフェルト材の表
面を熱圧縮成型することにより、その片面または両面に
多数個の凸起を分散形成したフェルト材であって、不活
性ガス中で１５００〜２５００℃で炭素化処理を施し、
Ｘ線結晶サイズ１.３〜３.５ｎｍ、窒素含有量０.５％
以下である炭素繊維の凹凸面フェルト材。 - 【請求項５】 ポリアクリロニトリル系繊維を酸化性雰
囲気中で２００〜３００℃で酸化した耐炎化繊維を用
い、該耐炎化繊維をフェルト化し、このフェルト材の表
面を熱圧縮成型することにより、その片面または両面に
多数個の凸起を分散形成したフェルト材であって、フェ
ルト材表面の凸起間をフェルト材表面に沿って流通する
流体が分散しやすいように各凸起を横列ごとに千鳥掛け
状に配列し、不活性ガス中で１５００〜２５００℃で炭
素化処理を施して導電性を発現させ、Ｘ線結晶サイズ
１.３〜３.５ｎｍ、窒素含有量０.５％以下である炭素
繊維の凹凸面フェルト材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001251096A JP4823446B2 (ja) | 2001-08-22 | 2001-08-22 | 凹凸面フェルト材 |
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| JP2001251096A JP4823446B2 (ja) | 2001-08-22 | 2001-08-22 | 凹凸面フェルト材 |
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| JP4823446B2 JP4823446B2 (ja) | 2011-11-24 |
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ID=19079801
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| JP2001251096A Expired - Lifetime JP4823446B2 (ja) | 2001-08-22 | 2001-08-22 | 凹凸面フェルト材 |
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