JP2678291B2 - 板状炭素複合材料及びその製造法 - Google Patents
板状炭素複合材料及びその製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は板状炭素複合材料及びその製造法に関し、さ
らに詳しくは、樹脂を含浸して硬化・焼成した板状炭素
材を積層するに際し、中間層を黒鉛粉末と樹脂からなる
接着剤を介して積層するか、あるいは膨張黒鉛成形体に
熱可塑性樹脂フイルムを被覆したのち加圧下で加熱して
膨張黒鉛成形体の内部空隙に熱可塑性樹脂を充填してな
る高強度の炭素複合材料及びその製造方法に関する。
らに詳しくは、樹脂を含浸して硬化・焼成した板状炭素
材を積層するに際し、中間層を黒鉛粉末と樹脂からなる
接着剤を介して積層するか、あるいは膨張黒鉛成形体に
熱可塑性樹脂フイルムを被覆したのち加圧下で加熱して
膨張黒鉛成形体の内部空隙に熱可塑性樹脂を充填してな
る高強度の炭素複合材料及びその製造方法に関する。
＜従来の技術＞ 従来より、膨張黒鉛を圧縮成形した可撓性黒鉛シート
材料が知られている。
材料が知られている。
この可撓性黒鉛シート材料は膨張黒鉛を少量の結合剤
の存在下、あるいは不存在下にて高圧で加圧成形して得
られるもので、その特徴は可撓性を有し、圧縮に対する
復元率がよいというものである。
の存在下、あるいは不存在下にて高圧で加圧成形して得
られるもので、その特徴は可撓性を有し、圧縮に対する
復元率がよいというものである。
しかしながら、結合剤を添加しない可撓性黒鉛シート
材料は、剛性が小さく脆いため、変形破損し易く、取扱
いが困難であるという欠点があった。
材料は、剛性が小さく脆いため、変形破損し易く、取扱
いが困難であるという欠点があった。
また、膨張黒鉛に結合剤を添加した黒鉛シート材料で
も剛性の向上は望めなかった。
も剛性の向上は望めなかった。
そこで、可撓性黒鉛シートの補強方法として、熱硬化
性樹脂を減圧下で含浸させ、その後加熱硬化して補強す
る方法（特開昭60−242041号公報）や、膨張黒鉛粉末成
形体を積層して成形した成形体に樹脂を含浸し、成形体
の表面の樹脂を洗浄除去した後、加熱硬化する膨張黒鉛
成形体（特開昭60−65781号公報）が開示されている。
性樹脂を減圧下で含浸させ、その後加熱硬化して補強す
る方法（特開昭60−242041号公報）や、膨張黒鉛粉末成
形体を積層して成形した成形体に樹脂を含浸し、成形体
の表面の樹脂を洗浄除去した後、加熱硬化する膨張黒鉛
成形体（特開昭60−65781号公報）が開示されている。
＜発明が解決しょうとする課題＞ しかしながら、従来の可撓性黒鉛シートやその補強さ
れた黒鉛シートは、未だ強度が低く、大型の板状のもの
を貼付けハンドリング作業をする際等には割れが入るこ
とがしばしばある。
れた黒鉛シートは、未だ強度が低く、大型の板状のもの
を貼付けハンドリング作業をする際等には割れが入るこ
とがしばしばある。
また、従来のものは変形しやすく、さらに表面が荒ら
く、これらの欠点のため加工することをよぎなくされる
が、カーボンの薄い板を加工することは困難であつた。
く、これらの欠点のため加工することをよぎなくされる
が、カーボンの薄い板を加工することは困難であつた。
このためいっそう強度や剛性の高い可撓性シート材の
開発が望まれていた。
開発が望まれていた。
本発明は、上記欠点を除去して、曲げ強度、剛性が高
く、さらに表面が平滑である板状炭素複合材料及びその
製造法を提供することを目的とする。
く、さらに表面が平滑である板状炭素複合材料及びその
製造法を提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明者は上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた
結果、膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し得る樹
脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる硬化物
を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を介して
積層するか、あるいは膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹脂フ
イルムを被覆したのち加圧下で加熱して膨張黒鉛成形体
の内部空隙に熱可塑性樹脂を充填すれば、上記課題が解
決される板状炭素複合材料が得られるとして本発明を完
成した。
結果、膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し得る樹
脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる硬化物
を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を介して
積層するか、あるいは膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹脂フ
イルムを被覆したのち加圧下で加熱して膨張黒鉛成形体
の内部空隙に熱可塑性樹脂を充填すれば、上記課題が解
決される板状炭素複合材料が得られるとして本発明を完
成した。
＜作用＞ 本発明において使用される膨張黒鉛は、公知のものが
利用できるが、例えば、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシ
ュ黒鉛等の黒鉛粉を濃硫酸、濃硝酸、硝酸カリウム等の
強酸化剤により層間化合物を形成させて得た黒鉛粒子を
急激に加熱処理して得られるものである。
利用できるが、例えば、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシ
ュ黒鉛等の黒鉛粉を濃硫酸、濃硝酸、硝酸カリウム等の
強酸化剤により層間化合物を形成させて得た黒鉛粒子を
急激に加熱処理して得られるものである。
膨張率が10倍未満であると膨張黒鉛としての性質が十
分でなく、自己接着性等に難があり好ましくない。
分でなく、自己接着性等に難があり好ましくない。
さらに、膨張黒鉛成形体は、前記膨張黒鉛を結合剤の
不存在下で、または少量の有機質結合剤や、ホウ酸、リ
ン酸アルミニウム等の無機質結合剤の存在下で加圧成形
したものを用いるのが好ましい。
不存在下で、または少量の有機質結合剤や、ホウ酸、リ
ン酸アルミニウム等の無機質結合剤の存在下で加圧成形
したものを用いるのが好ましい。
本発明で使用する熱硬化性樹脂は、フエノール樹脂で
あることが好ましく、減圧:100mmHg以下で60分以下、加
圧:10kg/cm2・Ｇ以下で60分以下の条件下で膨張黒鉛に
含浸することが好ましい。
あることが好ましく、減圧:100mmHg以下で60分以下、加
圧:10kg/cm2・Ｇ以下で60分以下の条件下で膨張黒鉛に
含浸することが好ましい。
膨張黒鉛成形体に含浸した表面の熱硬化性樹脂を洗浄
除去したのち、40℃程度の温度で４〜８時間乾燥し、そ
の後プレスを使用して熱硬化し、ついで硬化物を700〜1
000℃で焼成する。
除去したのち、40℃程度の温度で４〜８時間乾燥し、そ
の後プレスを使用して熱硬化し、ついで硬化物を700〜1
000℃で焼成する。
このとき、洗浄は水洗が好ましいが、トルエン等を用
いることもできる。
いることもできる。
熱硬化は、プレスを用いて行なえば、曲げ強度、剛性
が硬化物でも高くなが、プレスを使用しないと硬化物の
表面が剥離するので好ましくない。
が硬化物でも高くなが、プレスを使用しないと硬化物の
表面が剥離するので好ましくない。
硬化条件は、例えば、100〜180℃で２〜10時間、プレ
ス圧１〜10kg/cm2・Ｇの条件で行なうことが好ましい。
ス圧１〜10kg/cm2・Ｇの条件で行なうことが好ましい。
硬化物を積層する接着剤としては、熱硬化性樹脂に黒
鉛粉末を添加したものを用い、熱硬化性樹脂としてはフ
エノール樹脂を用いることが好ましく、またこのフエノ
ール樹脂としては、可溶性樹脂と不可溶性樹脂の組合せ
であることが好ましい。
鉛粉末を添加したものを用い、熱硬化性樹脂としてはフ
エノール樹脂を用いることが好ましく、またこのフエノ
ール樹脂としては、可溶性樹脂と不可溶性樹脂の組合せ
であることが好ましい。
このとき、黒鉛粉末とフェノール樹脂の組合せとして
は、一般シェルモード用の粉末樹脂と主溶剤としてIP
A、メタノール、水、MEK、エタノール、トルエン等とし
たフエノール樹脂ワニスの液状樹脂と混合するか、また
は液状樹脂の代わりに、アルコール溶性フエノール樹脂
接着剤、水溶性フェノール樹脂接着剤やノボラツク型樹
脂をメタノールに溶解したレジンコーティングサンド用
フェノール樹脂等を利用することもできる。
は、一般シェルモード用の粉末樹脂と主溶剤としてIP
A、メタノール、水、MEK、エタノール、トルエン等とし
たフエノール樹脂ワニスの液状樹脂と混合するか、また
は液状樹脂の代わりに、アルコール溶性フエノール樹脂
接着剤、水溶性フェノール樹脂接着剤やノボラツク型樹
脂をメタノールに溶解したレジンコーティングサンド用
フェノール樹脂等を利用することもできる。
黒鉛粉末／粉末樹脂＋液状樹脂の配合比率は、例え
ば、50/（20〜50）＋（100〜200）が示される。
ば、50/（20〜50）＋（100〜200）が示される。
また積層に際し、中間層に炭素繊維等の層状物を用い
れば、より強度が向上する。
れば、より強度が向上する。
このとき炭素繊維等の層状物としては、織布ならびに
フエルト等の不織布が好適に使用できる。
フエルト等の不織布が好適に使用できる。
積層は、層状物をそのまま、あるいは熱硬化性樹脂を
含浸したのち、前記接着剤を介して行なう。
含浸したのち、前記接着剤を介して行なう。
このように高密度化した接着によって、高強度の製品
を得ることができ、また中間層に黒鉛粉末を含有せしめ
ることによって、炭素率が向上し強度の向上を図ること
ができる。
を得ることができ、また中間層に黒鉛粉末を含有せしめ
ることによって、炭素率が向上し強度の向上を図ること
ができる。
また、フエノール樹脂に可溶性フエノール樹脂と不可
溶性フエノール樹脂を用いることにより、高粒子化する
ことができ、高強度な製品を得ることができる。
溶性フエノール樹脂を用いることにより、高粒子化する
ことができ、高強度な製品を得ることができる。
ついで、100〜200℃で、１〜５時間、加圧して硬化
し、得られた硬化物を700〜1000℃で焼成して、板状炭
素複合材料を得る。
し、得られた硬化物を700〜1000℃で焼成して、板状炭
素複合材料を得る。
さらに、本発明で使用する熱可塑性樹脂フイルムとし
ては、ポリフエニールサルフオン（PPS）樹脂、または
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）樹脂が好適で、フ
イルムの厚みは20〜200μが好ましく、30〜100μが特に
好ましい。
ては、ポリフエニールサルフオン（PPS）樹脂、または
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）樹脂が好適で、フ
イルムの厚みは20〜200μが好ましく、30〜100μが特に
好ましい。
このフイルムで膨張黒鉛成形体表面を被覆し、つい
で、加圧下で加熱して、樹脂を流動せしめ膨張黒鉛成形
体の空隙中に樹脂を充填する。
で、加圧下で加熱して、樹脂を流動せしめ膨張黒鉛成形
体の空隙中に樹脂を充填する。
ポリフエニールサルフオン（PPS）フイルム、または
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）フイルムは、10Kg
/cm2以上の加圧下で200〜300℃で１〜２時間加熱して樹
脂を充填するのが好ましい。
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）フイルムは、10Kg
/cm2以上の加圧下で200〜300℃で１〜２時間加熱して樹
脂を充填するのが好ましい。
ついで室温に冷却することにより板状炭素複合材料を
得る。
得る。
＜効果＞ 本発明によれば、従来の膨張黒鉛シートに比して、剛
性を大幅に向上でき、曲げ強度に優れ、しかも不浸透性
で表面の平滑な板状炭素複合材料を得ることができ、さ
らに、変形、破損が少なく、取扱いが容易に行なえると
いう特徴を有する。
性を大幅に向上でき、曲げ強度に優れ、しかも不浸透性
で表面の平滑な板状炭素複合材料を得ることができ、さ
らに、変形、破損が少なく、取扱いが容易に行なえると
いう特徴を有する。
そのため各種の特に高温用の材料として最適であり、
また、燃料電池分離板、や雰囲気焼成炉の断熱材として
用いることができ、しかも各種の形状に容易に成形でき
る特長を有する。
また、燃料電池分離板、や雰囲気焼成炉の断熱材として
用いることができ、しかも各種の形状に容易に成形でき
る特長を有する。
＜実施例＞ 以下に本発明の実施例を述べるが、本発明はこれらに
限定されるものでない。
限定されるものでない。
実施例１ 500×500mm、幅、厚み1mmの膨張黒鉛成形体に市販の
フエノール樹脂（大日本インキ株式会社製、TD753S）を
含浸し、乾燥後、150℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化
した。
フエノール樹脂（大日本インキ株式会社製、TD753S）を
含浸し、乾燥後、150℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化
した。
この硬化物を窒素中、800℃で焼成し、高性能硬化物
を得た。
を得た。
得られた硬化物は原板と同様にその表面は平滑であっ
た。
た。
その曲げ強度は120kg/cm2であり、原板の50kg/cm2に
比べ、大幅に向上した。
比べ、大幅に向上した。
また、曲げ強度測定時の応力−歪曲線から、本硬化物
は原料に比べ、変形しにくいことが明らかになった（第
１図参照）。
は原料に比べ、変形しにくいことが明らかになった（第
１図参照）。
次いで、黒鉛粉末（24メツシュ以下）50部、粉末フエ
ノール樹脂（カネボウ株式会社製、ベルパールＳ−89
0）50部、及び液状フエノール樹脂（大日本インキ株式
会社製、TD753S）100部を混合して得た接着剤を介して
前記硬化物を積層し、乾燥、硬化、焼成して板状炭素複
合材料を得た。
ノール樹脂（カネボウ株式会社製、ベルパールＳ−89
0）50部、及び液状フエノール樹脂（大日本インキ株式
会社製、TD753S）100部を混合して得た接着剤を介して
前記硬化物を積層し、乾燥、硬化、焼成して板状炭素複
合材料を得た。
得られた製品は、引っ張り強さ116kg/cm2、弾性率25t
/cm2で、通常品のそれぞれの70kg/cm2、10t/cm2に比べ
大幅に性能が向上した。
/cm2で、通常品のそれぞれの70kg/cm2、10t/cm2に比べ
大幅に性能が向上した。
実施例２ 実施例１で得た高性能硬化物２枚の接着面に実施例１
で使用した接着剤を塗布し、さらに液状フエノール樹脂
（大日本インキ株式会社製、TD7537）を含浸した3mm厚
みの炭素繊維不織布をはさみ込んで、乾燥し、150℃で
３時間熱処理して樹脂を硬化したのち、さらに800℃で
焼成して板状炭素複合材料を得た。
で使用した接着剤を塗布し、さらに液状フエノール樹脂
（大日本インキ株式会社製、TD7537）を含浸した3mm厚
みの炭素繊維不織布をはさみ込んで、乾燥し、150℃で
３時間熱処理して樹脂を硬化したのち、さらに800℃で
焼成して板状炭素複合材料を得た。
得られた製品のカサ比重は0.6g/cm3、曲げ強度は44kg
/cm2であつた。
/cm2であつた。
実施例３ 実施例１で使用したと同一の膨張黒鉛成形体の表面を
ポリフエニールサルフォン樹脂フイルム（深み80μ）で
被覆したのちオートクレーブに入れ、チツ素ガスで12kg
/cm2に加圧し、かつ280℃の温度で120分間保持した。
ポリフエニールサルフォン樹脂フイルム（深み80μ）で
被覆したのちオートクレーブに入れ、チツ素ガスで12kg
/cm2に加圧し、かつ280℃の温度で120分間保持した。
その後、これを室温に冷却して、本発明の板状炭素複
合材料を得た。
合材料を得た。
得られた製品の引っ張り強さは110kg/cm2、弾性率22t
/cm2であった。
/cm2であった。
第１図は曲げ強度測定時の応力−歪曲線を示す。
Claims (10)
- 【請求項１】膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し
得る樹脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる
硬化物を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を
介して積層してなる板状炭素複合材料。 - 【請求項２】接着剤として、黒鉛粉末とフエノール樹脂
を用いたことを特徴とする請求項１記載の板状炭素複合
材料。 - 【請求項３】接着剤としてのフエノール樹脂が、粉末樹
脂と液状樹脂の組合せであることを特徴とする請求項１
又は２記載の板状炭素複合材料。 - 【請求項４】膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹脂フイルムを
被覆したのち、加圧下で加熱して、該膨張黒鉛成形体の
内部空隙に熱可塑性樹脂を充填してなる板状炭素複合材
料。 - 【請求項５】熱可塑性樹脂フイルムが、ポリフエニール
サルフオン（PPS）、またはポリエーテルエーテルケト
ン（PEEK）であることを特徴とする請求項４記載の板状
炭素複合材料。 - 【請求項６】膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し
得る樹脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる
硬化物を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を
介して積層することを特徴とする板状炭素複合材料の製
造方法。 - 【請求項７】接着剤として、黒鉛粉末とフエノール樹脂
を用いたことを特徴とする請求項６記載の板状炭素複合
材料の製造方法。 - 【請求項８】接着剤としてのフエノール樹脂が、粉末樹
脂と液状樹脂の組合せであることを特徴とする請求項６
又は７記載の板状炭素複合材料の製造方法。 - 【請求項９】膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹脂フイルムを
被覆したのち、加圧下で加熱して、該膨張黒鉛成形体の
内部空隙に熱可塑性樹脂を充填することを特徴とする板
状炭素複合材料の製造方法。 - 【請求項１０】熱可塑性樹脂フイルムが、ポリフエニー
ルサルフオン（PPS）またはポリエーテルエーテルケト
ン（PEEK）であることを特徴とする請求項９記載の板状
炭素複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63163777A JP2678291B2 (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 板状炭素複合材料及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63163777A JP2678291B2 (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 板状炭素複合材料及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0211322A JPH0211322A (ja) | 1990-01-16 |
| JP2678291B2 true JP2678291B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=15780520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63163777A Expired - Fee Related JP2678291B2 (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 板状炭素複合材料及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2678291B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160132196A (ko) * | 2015-05-06 | 2016-11-17 | 한국교통대학교산학협력단 | 고방열 고분자 복합재료 및 이의 제조방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010228934A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 薄板状成形体の加熱処理方法 |
-
1988
- 1988-06-30 JP JP63163777A patent/JP2678291B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160132196A (ko) * | 2015-05-06 | 2016-11-17 | 한국교통대학교산학협력단 | 고방열 고분자 복합재료 및 이의 제조방법 |
| KR101697764B1 (ko) * | 2015-05-06 | 2017-01-19 | 한국교통대학교산학협력단 | 고방열 고분자 복합재료 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0211322A (ja) | 1990-01-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |