JP2005281871A - 炭素繊維織物及びその製造方法 - Google Patents
炭素繊維織物及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005281871A JP2005281871A JP2004093007A JP2004093007A JP2005281871A JP 2005281871 A JP2005281871 A JP 2005281871A JP 2004093007 A JP2004093007 A JP 2004093007A JP 2004093007 A JP2004093007 A JP 2004093007A JP 2005281871 A JP2005281871 A JP 2005281871A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- woven fabric
- fabric
- fiber woven
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 137
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 137
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 137
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 52
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 38
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 88
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 87
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 3
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 28
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 24
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 24
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 38
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 15
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 12
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 11
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 7
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 6
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
Abstract
【課題】 適度なガス透過性を持ち、圧縮時の厚さ変化率が小さく、厚さ方向の電気抵抗値が低く、固体高分子型燃料電池用ガス拡散層として好適な炭素繊維織物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 目付が８０〜１５０ｇ／ｍ2、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、厚さ方向に１ＭＰａで加圧した圧縮時の厚さ変化率が３０％以下、ガス透過性が２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏである炭素繊維織物とする。目付６５〜１３０ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を１０〜３０質量％付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、１５００〜２８００℃で黒鉛化することにより、前記炭素繊維織物を製造する。
【選択図】 なし
【解決手段】 目付が８０〜１５０ｇ／ｍ2、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、厚さ方向に１ＭＰａで加圧した圧縮時の厚さ変化率が３０％以下、ガス透過性が２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏである炭素繊維織物とする。目付６５〜１３０ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を１０〜３０質量％付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、１５００〜２８００℃で黒鉛化することにより、前記炭素繊維織物を製造する。
【選択図】 なし
Description
本発明は、適度なガス透過性と低い電気抵抗を有する炭素繊維織物、及びその製造方法に関する。更に詳しくは、圧縮時の厚さ変化率が少ない、固体高分子型燃料電池用ガス拡散層に好適に用いられる炭素繊維織物とその製造方法に関する。
通電性、ガス透過性を有し、化学的安定性に優れた特性を有するシート状の炭素材料を、燃料電池用のガス拡散層として用いる応用開発が進められている。
このような炭素繊維シートとしては炭素繊維織物、炭素繊維不織布、炭素繊維紙が利用されている。中でも炭素繊維織物は糸の間に適度な隙間を有していることから、この部分でガスの透過や電池反応によって生成する水の排出が可能であり、ガス拡散層として良好な性能を示すことが知られている。
このような炭素繊維織物として、耐炎繊維紡績糸織物を不活性ガス雰囲気下、１０００℃以上の温度で焼成して得られる炭素繊維紡績糸織物が知られている(例えば、特許文献１参照)。
しかし、従来の炭素繊維織物は一般的に圧縮時の厚さ変化が大きい。この炭素繊維織物を、燃料電池のガス拡散層として高分子電解質膜やセパレータと接合して高圧で圧縮した場合、反応ガスの流路となるセパレータの溝を埋めてしまう問題がある。
セパレータの溝が埋まると、電池内の圧力損失が大きくなる。その場合は、反応ガスを高圧で燃料電池内に供給する必要が生じ、燃料電池システム内にコンプレッサを加えなければならず、システムが小型化できない問題が生ずる。
特開２００３−２８６６３１号公報 （特許請求の範囲）
本発明者は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、所定目付の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を所定量付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、所定の条件で黒鉛化することより、適度なガス透過性を持ち、圧縮時の厚さ変化率が小さく、厚さ方向の電気抵抗値が低い炭素繊維織物が得られることを知得し、本発明を完成するに到った。
従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した、炭素繊維織物及びその製造方法を提供することにある。
なお、本発明において、炭素繊維織物基材とは、前記熱硬化性樹脂を含浸する前の、実質的に繊維成分のみからなる炭素繊維で織製された基材である。
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
〔１〕 目付が８０〜１５０ｇ／ｍ2、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、厚さ方向に１ＭＰａで加圧した圧縮時の厚さ変化率が３０％以下、ガス透過性が２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏである炭素繊維織物。
〔２〕 織密度が１２〜２２本／ｃｍである〔１〕記載の炭素繊維織物。
〔３〕 厚さ方向の電気抵抗値が１００ｍΩｃｍ2以下である〔１〕記載の炭素繊維織物。
〔４〕 目付６５〜１３０ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を１０〜３０質量％付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、１５００〜２８００℃で黒鉛化することを特徴とする炭素繊維織物の製造方法。
〔５〕 炭素繊維織物基材が、目付１１０〜２１０ｇ／ｍ2の耐炎繊維紡績糸織物を１０００〜１５００℃で炭素化して得られたものである〔４〕記載の炭素繊維織物の製造方法。
本発明の炭素繊維織物は、適度なガス透過性を持ち、圧縮時の厚さ変化率が小さく、厚さ方向の電気抵抗値が低いので、固体高分子型燃料電池用ガス拡散層として好適である。
この好適な物性の炭素繊維織物は、所定目付の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を所定量付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、所定の条件で黒鉛化することを特徴とする本発明の製造方法により得ることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の炭素繊維織物の目付は８０〜１５０ｇ／ｍ2、好ましくは９０〜１３０ｇ／ｍ2、最も好ましくは１００〜１１０ｇ／ｍ2である。目付が８０ｇ／ｍ2未満の場合、ガス透過性が高くなりすぎる傾向にあり、目標の範囲のガス透過性が得られない。また、強度が低く、取扱性が難しい。目付が１５０ｇ／ｍ2を超える場合、電気抵抗値が高くなりすぎ、ガス拡散層として用いることが出来ない。
本発明の炭素繊維織物の嵩密度は０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．３２〜０．４８ｇ／ｃｍ3、最も好ましくは０．３５〜０．４５ｇ／ｃｍ3である。嵩密度がこの範囲外である場合、電気抵抗とガスの透過性とのバランスを確保することができない。例えば嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ3未満の場合には、電気抵抗値が増加する傾向にある。逆に嵩密度が０．５０ｇ／ｃｍ3を超える場合には、ガス透過性が低下する傾向にある。
本発明の炭素繊維織物の後述する測定条件における圧縮時の厚さ変化率は３０％以下、好ましくは２０％以下、最も好ましくは１５％以下である。圧縮時の厚さ変化率が３０％を超える場合、反応ガスの流路となるセパレータの溝を炭素繊維織物が埋めてしまい、電池内の圧力損失が高くなり、電池性能が低下する。
本発明の炭素繊維織物のガス透過性は２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏの範囲、好ましくは２５０〜５００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、最も好ましくは３００〜４５０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏの範囲である。ガス透過性が２００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ未満の場合、燃料電池に組み込み、特に高電流密度で運転した場合に、燃料ガスや酸素の供給が不十分となり、電池性能の低下を引き起こす。また、ガス透過性が７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏを超える場合、ガス透過性が高くなりすぎる傾向にあり、特に高電流密度域で燃料電池を作動させた場合は高分子電解質膜が適度な水分を保持できず、抵抗が増加して電池性能が低下するので好ましくない。
本発明の炭素繊維織物の織密度は１２〜２２本／ｃｍであることが好ましい。更には１３〜２０本／ｃｍ、最も好ましくは１４〜１８本／ｃｍである。織密度がこの範囲外である場合、目標とするガス透過性の炭素繊維織物を得ることが難しい。
本発明の炭素繊維織物の厚さ方向電気抵抗値は、１００ｍΩ・ｃｍ2以下が好ましい。更に好ましくは９０ｍΩ・ｃｍ2以下、最も好ましくは７５ｍΩ・ｃｍ2以下である。厚さ方向電気抵抗値が１００ｍΩ・ｃｍ2を超える場合、電気抵抗が高く、ガス拡散層として用いることができない。
本発明の炭素繊維織物は、その物性が上記範囲内にあれば、その製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、目付６５〜１３０ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を１０〜３０質量％付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、１５００〜２８００℃で黒鉛化することにより製造することができる。
上記炭素繊維織物基材は、目付１１０〜２１０ｇ／ｍ2の耐炎繊維紡績糸織物を１０００〜１５００℃で炭素化することにより製造することができる。
上記耐炎繊維紡績糸織物は、耐炎繊維を原料として製造することができる。
以下、本発明の炭素繊維織物の製造方法の一例について上記耐炎繊維から説明する。
［耐炎繊維］
本例において用いられる耐炎繊維とは、プリカーサ繊維を耐炎化させることによって得られる繊維のことであり、好ましくは臨界酸素指数が３０〜６０の繊維のことである。
本例において用いられる耐炎繊維とは、プリカーサ繊維を耐炎化させることによって得られる繊維のことであり、好ましくは臨界酸素指数が３０〜６０の繊維のことである。
耐炎繊維の原料となるプリカーサ繊維としては、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)系、ピッチ系、フェノール系、レーヨン系など従来公知のいずれの繊維でも用いられる。なお、紡績を行う上では、強度、伸度の比較的高いＰＡＮ系耐炎繊維が最も好適である。例えばＰＡＮ系耐炎繊維は、ＰＡＮ系繊維を空気中、高温で処理することにより環化反応を生じさせ、酸素結合量を増加させて不融化、難燃化させる耐炎化処理によって得られる。
具体的な耐炎化処理としては、例えばＰＡＮ系繊維では、空気中、初期耐炎化温度２２０〜２５０℃で１０分間耐炎化処理後、昇温速度０．２〜０．９℃／分で、最高温度２５０〜２８０℃まで加熱し、この温度で５〜３０分間保持する条件により得られる。
本例において用いられる耐炎繊維は、その繊度が０．５〜３．４ｄｔｅｘが好ましく、より好ましくは０．６〜２．３ｄｔｅｘの範囲である。繊度がこの範囲を外れる場合には繊維切れが生じ易く紡績が困難である。繊度はプリカーサ繊維の繊度、耐炎化処理時のリラックス条件等により調節できる。
［耐炎繊維ステープル］
このようにして得られる耐炎繊維は、定長カット又はトウリアクターでバイアスカットしてステープルとする。
このようにして得られる耐炎繊維は、定長カット又はトウリアクターでバイアスカットしてステープルとする。
耐炎繊維ステープルのクリンプ数は２．４〜５．５ヶ／ｃｍの範囲が好ましい。クリンプ数が２．４ヶ／ｃｍ未満の場合、紡績時に糸切れを生じ易い。クリンプ数が５．５ヶ／ｃｍを超える場合、単繊維強度が低下したり、クリンプ加工時に繊維切れが生ずる傾向にある。
耐炎繊維ステープルのクリンプ率は８〜１６％であることが好ましい。クリンプ率が８％未満の場合、繊維同士の絡み合いが少ないため、紡績時に糸切れを生じ易い。クリンプ率が１６％を超える場合、単繊維強度が低下し、紡績が難しい。
耐炎繊維ステープルの標準状態の強度は０．９〜４．０ｇｆ／ｄｔｅｘ(８〜４０ｍＮ／ｄｔｅｘ)の範囲が好ましい。同じく標準状態での伸度は８〜３０％であることが好ましい。強度が８ｍＮ／ｄｔｅｘ未満の場合及び伸度が８％未満の場合には、耐炎繊維紡績糸織物製造時の加工性が低下する傾向にある。
耐炎繊維ステープルの結節強度は０．５〜１．５ｇｆ／ｄｔｅｘ(５〜１５ｍＮ／ｄｔｅｘ)の範囲が好ましい。同じく結節伸度は５〜１０％の範囲が好ましい。結節強度が５ｍＮ／ｄｔｅｘ未満の場合及び結節伸度が５％未満の場合には、耐炎繊維紡績糸織物製造時の加工性が低下し、更に得られる耐炎繊維紡績糸織物の強度が低下する傾向にある。
［耐炎繊維紡績糸］
次に、上記耐炎繊維ステープルを用いて単糸若しくは双糸で構成される紡績糸を作製する。
次に、上記耐炎繊維ステープルを用いて単糸若しくは双糸で構成される紡績糸を作製する。
耐炎繊維紡績糸が双糸の場合は、上撚り及び下撚り数は２００〜９００回／ｍが好ましい。撚り数が２００回／ｍ未満の場合、繊維の収束性が低い為、嵩高くなる傾向にあり、目標の嵩密度の炭素繊維織物が得難い。また、紡績糸の強度が低い為、織物加工が困難となる傾向にある。撚り数が９００回／ｍを超える場合、繊維の収束性が高過ぎる為、繊維間の隙間が大きくなり、ガス透過性が高くなりすぎる傾向にある。
耐炎繊維紡績糸の太さは３０〜５０番手が好ましい。太さが３０番手よりも太い場合、得られる織物は嵩高くなる傾向にあり、目標の嵩密度の炭素繊維織物が得難い。太さが５０番手よりも細い場合、紡績糸の強度が低い為、紡績が困難となり、好ましくない。
［耐炎繊維紡績糸織物］
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織して、耐炎繊維紡績糸織物を作製する。織り形態については平織り、綾織り、朱子織りのいずれでもよいが、薄く、目ずれの少ない織物を得る為には平織りが好ましい。
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織して、耐炎繊維紡績糸織物を作製する。織り形態については平織り、綾織り、朱子織りのいずれでもよいが、薄く、目ずれの少ない織物を得る為には平織りが好ましい。
耐炎繊維紡績糸織物の織密度は、経緯共に１１〜２０本／ｃｍが好ましい。織り密度がこの範囲外の場合、焼成後に織密度が１２〜２２本／ｃｍの範囲である炭素繊維織物基材を得ることが難しい。
耐炎繊維紡績糸織物の目付は１１０〜２１０ｇ／ｍ2が好ましい。目付がこの範囲外の場合、焼成後に目付が６５〜１３０ｇ／ｍ2の範囲である炭素繊維織物基材を得ることが難しい。
［炭素繊維織物基材］
本例の炭素繊維織物の製造方法では、上記耐炎繊維紡績糸織物を不活性ガス雰囲気下で１０００〜１５００℃の温度で炭素化することにより、炭素繊維織物の前駆体となる炭素繊維織物基材を得ることが好ましい。
本例の炭素繊維織物の製造方法では、上記耐炎繊維紡績糸織物を不活性ガス雰囲気下で１０００〜１５００℃の温度で炭素化することにより、炭素繊維織物の前駆体となる炭素繊維織物基材を得ることが好ましい。
炭素化は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性雰囲気下、１０００〜１５００℃で行うことが好ましい。炭素化温度が１０００℃未満の場合、織物の熱収縮が完全に終了しておらず、その後の黒鉛化で炭素繊維織物基材の収縮による皺が発生し、これを用いて作製する炭素繊維織物の表面平滑性が低下する。
昇温速度は２００℃／分以下が好ましく、１７０℃／分以下がより好ましい。昇温速度が２００℃／分を超える場合、結晶子の成長速度は向上するが、繊維強度が低下し、炭素微粉末が多量に発生する。
最高温度での滞留時間は３０分間以内が好ましく、０．５〜２０分がより好ましい。
昇温速度は２００℃／分以下が好ましく、１７０℃／分以下がより好ましい。昇温速度が２００℃／分を超える場合、結晶子の成長速度は向上するが、繊維強度が低下し、炭素微粉末が多量に発生する。
最高温度での滞留時間は３０分間以内が好ましく、０．５〜２０分がより好ましい。
炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を含浸し、炭素化して本発明の炭素繊維織物を得る場合、織密度は炭素繊維織物基材の段階で１２〜２２本／ｃｍの範囲に入るよう調整しておく必要がある。
炭素繊維織物の目付は、炭素繊維織物基材に付着させる熱硬化性樹脂の付着量によっても調整することができるが、目標の範囲の特性を有した炭素繊維織物を得る場合、炭素繊維織物基材の目付は６５〜１３０ｇ／ｍ2の範囲であることが好ましい。
［熱硬化性樹脂付着炭素繊維織物基材］
このようにして得られた炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を含浸して硬化させる。その後１５００〜２８００℃で黒鉛化することにより、本発明の炭素繊維織物を得ることができる。
このようにして得られた炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を含浸して硬化させる。その後１５００〜２８００℃で黒鉛化することにより、本発明の炭素繊維織物を得ることができる。
熱硬化性樹脂
熱硬化性樹脂はフェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、フラン系樹脂、メラミン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ユリア系樹脂等、従来公知のいずれの樹脂も用いることができる。残炭率の高い樹脂の方が焼成後も繊維同士の接点を結着する効果が高く、圧縮時の厚さ変化率の少ない炭素繊維織物を得られる傾向にあり好ましい。残炭率の高い樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂がある。
熱硬化性樹脂はフェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、フラン系樹脂、メラミン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ユリア系樹脂等、従来公知のいずれの樹脂も用いることができる。残炭率の高い樹脂の方が焼成後も繊維同士の接点を結着する効果が高く、圧縮時の厚さ変化率の少ない炭素繊維織物を得られる傾向にあり好ましい。残炭率の高い樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂がある。
熱硬化性樹脂の付着方法としては、ディップ法やスプレー法等、従来公知の方法で行うことができる。
炭素繊維織物基材への熱硬化性樹脂の付着量は１０〜３０質量％が好ましい。付着量が１０質量％未満の場合、繊維同士の接点を結着する効果が低く、厚さ変化率の低い炭素繊維織物を得ることが難しい。付着量が３０質量％を超える場合、樹脂の炭化分が繊維間の隙間や糸間の隙間を埋めてしまい、ガス透過性が低下する傾向にあり好ましくない。
このようにして得られた、熱硬化性樹脂が付着した炭素繊維織物基材は、その樹脂を硬化させることにより、その後の黒鉛化工程での収縮が抑制され、皺のない、表面平滑性の高い炭素繊維織物を得ることができる。熱硬化性樹脂の硬化条件は、用いる熱硬化性樹脂の種類によって異なるが、例えばフェノール樹脂の場合、１４０〜１８０℃で５〜６０分間熱処理することにより熱硬化させることができる。一般的には、１２０〜１９０℃好ましくは１４０〜１８０℃で、１〜８０分間好ましくは５〜６０分間加熱する。この時、任意の厚さのスペーサを入れて５〜２０ＭＰａで加圧しながら熱硬化させることで炭素繊維織物基材の嵩密度を調整することができ、これにより、黒鉛化後の炭素繊維織物の嵩密度を目標の範囲に調整することができる。
炭素繊維織物
このようにして得られた、樹脂硬化後の炭素繊維織物基材を１５００〜２８００℃の温度で黒鉛化することにより、目付が８０〜１５０ｇ／ｍ2、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率が３０％以下、ガス透過性が２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏである炭素繊維織物を得ることができる。また、織密度は１２〜２２本／ｃｍ、厚さ方向の電気抵抗値が１００ｍΩｃｍ2以下であることが好ましい。
このようにして得られた、樹脂硬化後の炭素繊維織物基材を１５００〜２８００℃の温度で黒鉛化することにより、目付が８０〜１５０ｇ／ｍ2、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率が３０％以下、ガス透過性が２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏである炭素繊維織物を得ることができる。また、織密度は１２〜２２本／ｃｍ、厚さ方向の電気抵抗値が１００ｍΩｃｍ2以下であることが好ましい。
黒鉛化は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性雰囲気下、１５００〜２８００℃で行うことが好ましい。黒鉛化温度が１５００℃未満の場合、熱硬化性樹脂部分の結晶化が充分でなく、電気抵抗値が高くなる傾向にあり、好ましくない。黒鉛化温度が２８００℃を超える場合、炭素繊維織物の脆性が高くなりすぎ、取扱性が悪くなる。
昇温速度は２００℃／分以下が好ましく、１７０℃／分以下がより好ましい。昇温速度が２００℃／分を超える場合、結晶子の成長速度は向上するが、繊維強度が低下し、炭素微粉末が多量に発生する。
最高温度での滞留時間は３０分間以内が好ましく、０．５〜２０分がより好ましい。
このようにして得られた本発明の炭素繊維織物は、適度なガス透過性を持ち、圧縮時の厚さ変化率が小さく、固体高分子型燃料電池用ガス拡散層として極めて適したものである。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、各物性の測定は次の方法によった。
(１)繊維物性
耐炎繊維ステープルの繊度、乾強度、乾伸度、クリンプ数、クリンプ率、平均繊維長はＪＩＳ Ｌ １０１５により測定した。
耐炎繊維ステープルの繊度、乾強度、乾伸度、クリンプ数、クリンプ率、平均繊維長はＪＩＳ Ｌ １０１５により測定した。
(２)厚さ
直径５ｍｍの円形圧板で厚さ方向に１．２Ｎの荷量(６１．９ｋＰａ)を負荷したときの厚さを測定した。
直径５ｍｍの円形圧板で厚さ方向に１．２Ｎの荷量(６１．９ｋＰａ)を負荷したときの厚さを測定した。
(３)目付
２００ｍｍ×２５０ｍｍの織物を１２０℃で１時間真空乾燥した後の質量値より算出した。
２００ｍｍ×２５０ｍｍの織物を１２０℃で１時間真空乾燥した後の質量値より算出した。
(４)嵩密度
目付と厚さより算出した。
目付と厚さより算出した。
(５)圧縮時の厚さ変化率
５０ｍｍ角の炭素繊維織物を５０ｍｍ角の金属板二枚で挟み、片方の金属板の炭素繊維織物と接する面には幅１ｍｍ、深さ１ｍｍ以上の溝を切っておく。この金属板で挟んだ炭素繊維織物を１ＭＰａで加圧した状態で、顕微鏡で断面の観察を行い、二枚の金属板と接している部分の炭素繊維織物の厚さ(Ｔａ)と溝部分の炭素繊維織物の厚さ(Ｔｂ)を測定し、圧縮時の厚さ変化率を下式
圧縮時の厚さ変化率(％)＝１００×(Ｔｂ−Ｔａ)／Ｔｂ
にて算出した。
５０ｍｍ角の炭素繊維織物を５０ｍｍ角の金属板二枚で挟み、片方の金属板の炭素繊維織物と接する面には幅１ｍｍ、深さ１ｍｍ以上の溝を切っておく。この金属板で挟んだ炭素繊維織物を１ＭＰａで加圧した状態で、顕微鏡で断面の観察を行い、二枚の金属板と接している部分の炭素繊維織物の厚さ(Ｔａ)と溝部分の炭素繊維織物の厚さ(Ｔｂ)を測定し、圧縮時の厚さ変化率を下式
圧縮時の厚さ変化率(％)＝１００×(Ｔｂ−Ｔａ)／Ｔｂ
にて算出した。
(６)ガス透過性
炭素繊維織物を直径５０ｍｍ以上の円形に切り出し、内径３５ｍｍのカラム(断面積Ｓ＝９．６ｃｍ2)に装着し、圧空を圧力５０Ｎ／ｃｍ2、線速度Ｖを２Ｌ／ｍｉｎで流した時の圧力損失値(Ｐ；ｍｍＨ2Ｏ)を測定し、ガス透過性を下式
ガス透過性(ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ)＝Ｖ／(Ｓ×Ｐ)
にて算出した。
炭素繊維織物を直径５０ｍｍ以上の円形に切り出し、内径３５ｍｍのカラム(断面積Ｓ＝９．６ｃｍ2)に装着し、圧空を圧力５０Ｎ／ｃｍ2、線速度Ｖを２Ｌ／ｍｉｎで流した時の圧力損失値(Ｐ；ｍｍＨ2Ｏ)を測定し、ガス透過性を下式
ガス透過性(ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ)＝Ｖ／(Ｓ×Ｐ)
にて算出した。
(７)織密度
太陽計器株式会社製ルノメーター(タイプＤ)にて測定した。
太陽計器株式会社製ルノメーター(タイプＤ)にて測定した。
(８)厚さ方向電気抵抗値
５０ｍｍ角(厚さ１０ｍｍ)の金メッキした電極板二枚で炭素繊維織物の両面を全面接触するように挟み、荷重１０ｋＰａを厚さ方向にかけた時の電気抵抗値を測定した。この電気抵抗値と試料の面積(２５ｃｍ2)の積を厚さ方向電気抵抗値とした。
５０ｍｍ角(厚さ１０ｍｍ)の金メッキした電極板二枚で炭素繊維織物の両面を全面接触するように挟み、荷重１０ｋＰａを厚さ方向にかけた時の電気抵抗値を測定した。この電気抵抗値と試料の面積(２５ｃｍ2)の積を厚さ方向電気抵抗値とした。
［実施例１］
繊度１．３ｄｔｅｘ、クリンプ数４．１ヶ／ｃｍ、クリンプ率１３％、乾強度２４ｍＮ／ｄｔｅｘ、乾伸度２１％、平均繊維長３８ｍｍのＰＡＮ系耐炎繊維ステープルを用い、耐炎繊維ステープルを紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの４０番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
繊度１．３ｄｔｅｘ、クリンプ数４．１ヶ／ｃｍ、クリンプ率１３％、乾強度２４ｍＮ／ｄｔｅｘ、乾伸度２１％、平均繊維長３８ｍｍのＰＡＮ系耐炎繊維ステープルを用い、耐炎繊維ステープルを紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの４０番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織し、織密度が経緯共に１６本／ｃｍ、目付１７０ｇ／ｍ2、平織りの耐炎繊維紡績糸織物を作製した。この耐炎繊維紡績糸織物を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で１２００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１０２ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材を得た。
得られた炭素繊維織物基材にフェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２０質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１１２ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．４０ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率１０％、ガス透過性３８０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値７１ｍΩｃｍ2の良好な物性の炭素繊維織物が得られた。以上の結果の要点を表１に示す。
［実施例２］
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２８質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２８質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１１６ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．４２ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率８％、ガス透過性２４０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値８３ｍΩｃｍ2の良好な物性の炭素繊維織物が得られた。以上の結果の要点を表１に示す。
［実施例３］
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して１２質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して１２質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１０８ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．３９ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率１６％、ガス透過性５１０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値７０ｍΩｃｍ2の良好な物性の炭素繊維織物が得られた。以上の結果の要点を表１に示す。
［実施例４］
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの３０番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの３０番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織し、織密度が経緯共に１２本／ｃｍ、目付１７４ｇ／ｍ2、平織りの耐炎繊維紡績糸織物を作製した。この耐炎繊維紡績糸織物を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で１２００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１３本／ｃｍ、目付１０４ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材を得た。
得られた炭素繊維織物基材にフェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２０質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１３本／ｃｍ、目付１１５ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．４１ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率１２％、ガス透過性６３０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値９４ｍΩｃｍ2の良好な物性の炭素繊維織物が得られた。以上の結果の要点を表１に示す。
［実施例５］
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの４５番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの４５番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織し、織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１６８ｇ／ｍ2、平織りの耐炎繊維紡績糸織物を作製した。この耐炎繊維紡績糸織物を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で１２００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に２０本／ｃｍ、目付１０１ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材を得た。
得られた炭素繊維織物基材にフェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２０質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に２０本／ｃｍ、目付１１１ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．４０ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率９％、ガス透過性２２０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値６８ｍΩｃｍ2の良好な物性の炭素繊維織物が得られた。以上の結果の要点を表１に示す。
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して４０質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１２２ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．４４ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率４％、ガス透過性１１０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値１２８ｍΩｃｍ2と、良好な物性の炭素繊維織物は得られなかった。以上の結果の要点を表２に示す。
［比較例２］
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して５質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
実施例１の炭素繊維織物基材を用い、フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して５質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１８本／ｃｍ、目付１０５ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．３７ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率３６％、ガス透過性１０２０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値６６ｍΩｃｍ2と、良好な物性の炭素繊維織物は得られなかった。以上の結果の要点を表２に示す。
［比較例３］
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの２３番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの２３番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織し、織密度が経緯共に９本／ｃｍ、目付１６５ｇ／ｍ2、平織りの耐炎繊維紡績糸織物を作製した。この耐炎繊維紡績糸織物を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で１２００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１０本／ｃｍ、目付９９ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材を得た。
得られた炭素繊維織物基材にフェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２０質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に１０本／ｃｍ、目付１０９ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．３９ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率１６％、ガス透過性１２３０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値１４３ｍΩｃｍ2と、良好な物性の炭素繊維織物は得られなかった。以上の結果の要点を表２に示す。
［比較例４］
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの５５番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
実施例１のＰＡＮ系耐炎繊維を紡績し、上撚り数４００回／ｍ、下撚り数４００回／ｍの５５番手双糸(耐炎繊維紡績糸)を得た。
次に、この耐炎繊維紡績糸を製織し、織密度が経緯共に２２本／ｃｍ、目付１７７ｇ／ｍ2、平織りの耐炎繊維紡績糸織物を作製した。この耐炎繊維紡績糸織物を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で１２００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に２４本／ｃｍ、目付１０６ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材を得た。
得られた炭素繊維織物基材にフェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「ＰＲ２２１１」)をフェノール樹脂分が炭素繊維織物基材に対して２０質量％となるよう付着させ、ホットプレスで熱圧縮し、１６０℃で３０分間樹脂を熱硬化させた。この際、プレスの間に２８０μｍのスペーサーを入れ、熱硬化後の炭素繊維織物基材の厚さが２８０μｍとなるよう調整した。
この熱硬化後の炭素繊維織物基材を窒素ガス雰囲気下、常温より昇温勾配１２０℃／分で２０００℃まで昇温した後、この温度で２分間処理して織密度が経緯共に２４本／ｃｍ、目付１１７ｇ／ｍ2、厚さ２８０μｍ、嵩密度０．４２ｇ／ｃｍ3、圧縮時の厚さ変化率７％、ガス透過性１４０ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏ、電気抵抗値６６ｍΩｃｍ2と、良好な物性の炭素繊維織物は得られなかった。以上の結果の要点を表２に示す。
Claims (5)
- 目付が８０〜１５０ｇ／ｍ2、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｃｍ3、厚さ方向に１ＭＰａで加圧した圧縮時の厚さ変化率が３０％以下、ガス透過性が２００〜７００ｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2・ｍｍＨ2Ｏである炭素繊維織物。
- 織密度が１２〜２２本／ｃｍである請求項１記載の炭素繊維織物。
- 厚さ方向の電気抵抗値が１００ｍΩｃｍ2以下である請求項１記載の炭素繊維織物。
- 目付６５〜１３０ｇ／ｍ2の炭素繊維織物基材に熱硬化性樹脂を１０〜３０質量％付着し、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化後、１５００〜２８００℃で黒鉛化することを特徴とする炭素繊維織物の製造方法。
- 炭素繊維織物基材が、目付１１０〜２１０ｇ／ｍ2の耐炎繊維紡績糸織物を１０００〜１５００℃で炭素化して得られたものである請求項４記載の炭素繊維織物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004093007A JP2005281871A (ja) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | 炭素繊維織物及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004093007A JP2005281871A (ja) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | 炭素繊維織物及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005281871A true JP2005281871A (ja) | 2005-10-13 |
Family
ID=35180577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004093007A Pending JP2005281871A (ja) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | 炭素繊維織物及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005281871A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9705137B2 (en) | 2011-01-27 | 2017-07-11 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Porous electrode substrate, method for manufacturing same, precursor sheet, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell |
| US9716278B2 (en) | 2012-03-30 | 2017-07-25 | Mitsubishi Chemical Corporation | Porous electrode base material, method for manufacturing same, and precursor sheet |
-
2004
- 2004-03-26 JP JP2004093007A patent/JP2005281871A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9705137B2 (en) | 2011-01-27 | 2017-07-11 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Porous electrode substrate, method for manufacturing same, precursor sheet, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell |
| US9825304B2 (en) | 2011-01-27 | 2017-11-21 | Mitsubishi Chemical Corporation | Porous electrode substrate, method for manufacturing same, precursor sheet, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell |
| US9716278B2 (en) | 2012-03-30 | 2017-07-25 | Mitsubishi Chemical Corporation | Porous electrode base material, method for manufacturing same, and precursor sheet |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102664327B1 (ko) | 일방향으로 배향된 탄소 섬유를 포함하는 탄소 기재 및 이를 채용한 기체확산층 | |
| JP2007184224A (ja) | 多孔質カーボン電極基材およびその作成方法 | |
| KR101392227B1 (ko) | 고분자 나노섬유를 포함하는 탄소섬유 웹 | |
| JPWO2004031465A1 (ja) | アクリル耐炎繊維不織布、炭素繊維不織布、および、それらの製造方法 | |
| EP1237214A2 (en) | Conductive carbonaceous-fiber sheet and solid polymer electrolyte fuel cell | |
| WO2003034519A1 (fr) | Textile tisse en fibres de carbone pour pile a combustible, element electrode, pile a combustible, unite mobile et procede de production dudit textile | |
| JP2002352807A (ja) | ガス拡散体及びその製造方法 | |
| JPH09157052A (ja) | 多孔質炭素板とその製造方法 | |
| JP2008201005A (ja) | 炭素繊維シート及びその製造方法 | |
| JP4329296B2 (ja) | 導電性炭素質繊維シート及び固体高分子型燃料電池 | |
| JP2011195374A (ja) | 多孔質炭素シートおよびその製造方法 | |
| JP2007176750A (ja) | 多孔質炭素繊維シートおよびその製造方法 | |
| JP4282964B2 (ja) | 炭素質繊維織布 | |
| EP1162296A1 (en) | Carbon fiber woven fabric and method for production thereof | |
| JP2005281871A (ja) | 炭素繊維織物及びその製造方法 | |
| JP2016143492A (ja) | 燃料電池用炭素繊維織物およびその製造方法 | |
| JP3976580B2 (ja) | 高密度耐炎繊維不織布、炭素繊維不織布およびそれらの製造方法 | |
| JP2004111341A (ja) | 燃料電池ガス拡散層用の炭素繊維織布または不織布の製造方法 | |
| JP2005183325A (ja) | 高分子電解質型ガス拡散層用炭素繊維シート及びその製造方法 | |
| JP2012201996A (ja) | 炭素繊維紡績糸織物、炭素繊維紡績糸織物の製造方法、燃料電池用ガス拡散電極 | |
| JP2003336145A (ja) | 導電性炭素質繊維織布及びこれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
| JP4333106B2 (ja) | 炭素質繊維織布の製造方法 | |
| JP4002426B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池電極材用炭素繊維紡績糸織物構造体、及びその製造方法 | |
| JP2004084147A (ja) | 炭素質繊維織布 | |
| JP3934974B2 (ja) | 高嵩密度耐炎繊維紡績糸織物及び炭素繊維紡績糸織物、並びにそれらの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070129 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090327 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090421 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090811 |