JP3183681B2 - 高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法 - Google Patents
高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法Info
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- JP3183681B2 JP3183681B2 JP22364791A JP22364791A JP3183681B2 JP 3183681 B2 JP3183681 B2 JP 3183681B2 JP 22364791 A JP22364791 A JP 22364791A JP 22364791 A JP22364791 A JP 22364791A JP 3183681 B2 JP3183681 B2 JP 3183681B2
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、良好な気孔性状と高強
度の骨格組織を備え、かつ熱および電気に対して優れた
伝導特性を示す高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法
に関する。
度の骨格組織を備え、かつ熱および電気に対して優れた
伝導特性を示す高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽量で導電性、耐熱性、耐食性などに優
れるポーラスカーボン材は、従来からフィルター、吸着
材、その他の工業用部材として広範囲の用途分野で用い
られている。なかでも燃料電池や二次電池用の電極材に
対しては、前記の諸特性が生かされて多量に使用されて
いる。
れるポーラスカーボン材は、従来からフィルター、吸着
材、その他の工業用部材として広範囲の用途分野で用い
られている。なかでも燃料電池や二次電池用の電極材に
対しては、前記の諸特性が生かされて多量に使用されて
いる。
【０００３】ポーラスカーボン材の製造技術としては、
粒度を揃えたコークス粉をタールピッチのような炭化性
バインダーとともに捏合したのち粉砕、成形および焼成
炭化処理するプロセスが典型的な方法として古くから知
られているが、均質かつ安定な気孔構造を付与するため
の条件設定が難しい関係で、量産性に乏しい欠点があ
る。そのうえ、得られる材質には十分な熱伝導性や電気
伝導性を付与することができず、また材質強度が低いた
め使用中にカーボン粉の脱離が生じ易い等の実用上の難
点がある。
粒度を揃えたコークス粉をタールピッチのような炭化性
バインダーとともに捏合したのち粉砕、成形および焼成
炭化処理するプロセスが典型的な方法として古くから知
られているが、均質かつ安定な気孔構造を付与するため
の条件設定が難しい関係で、量産性に乏しい欠点があ
る。そのうえ、得られる材質には十分な熱伝導性や電気
伝導性を付与することができず、また材質強度が低いた
め使用中にカーボン粉の脱離が生じ易い等の実用上の難
点がある。
【０００４】この点、炭素繊維をパルプおよびバインダ
ー成分とともに抄紙して得られる炭素繊維混合シートに
熱硬化性樹脂液を含浸させたのち焼成炭化する多孔質カ
ーボン材の製造技術（特開昭50−25808 号公報) は、炭
素繊維が補強骨格を形成するうえ熱硬化性樹脂がガラス
状カーボン組織に転化するため、材料強度を高めること
が可能となるほか熱や電気に対する伝導性も向上する。
ところが、この方法においては、嵩密度、気孔径、気孔
率などの制御に難点があり、加えて高価な炭素繊維を原
料とする関係で製造原価が高騰化する問題がある。
ー成分とともに抄紙して得られる炭素繊維混合シートに
熱硬化性樹脂液を含浸させたのち焼成炭化する多孔質カ
ーボン材の製造技術（特開昭50−25808 号公報) は、炭
素繊維が補強骨格を形成するうえ熱硬化性樹脂がガラス
状カーボン組織に転化するため、材料強度を高めること
が可能となるほか熱や電気に対する伝導性も向上する。
ところが、この方法においては、嵩密度、気孔径、気孔
率などの制御に難点があり、加えて高価な炭素繊維を原
料とする関係で製造原価が高騰化する問題がある。
【０００５】このため、高価な炭素繊維に代えてその原
料となる有機繊維を使用し、これにパルプ、炭素質粉末
などを配合して抄紙したシートに有機高分子物質あるい
は炭素質粉末を懸濁させた有機高分子物質を含浸したの
ち焼成処理する方法（特開昭61−236664号公報、同61−
236665号公報) が提案されている。しかし、この方法で
は、組織内に局部的に閉塞された空隙部分が多く形成さ
れるため、均質で制御された気孔構造を得ることが困難
であるほか、伝導特性が十分に付与されない問題があ
る。このほか、特開昭62−223012号公報には膨張黒鉛を
骨材として含有する多孔質炭素製品が開示されている。
この製品は電気伝導性に対する改善効果は認められる
が、前記技術と同様に均質かつ制御された気孔構造が得
難い欠点がある。
料となる有機繊維を使用し、これにパルプ、炭素質粉末
などを配合して抄紙したシートに有機高分子物質あるい
は炭素質粉末を懸濁させた有機高分子物質を含浸したの
ち焼成処理する方法（特開昭61−236664号公報、同61−
236665号公報) が提案されている。しかし、この方法で
は、組織内に局部的に閉塞された空隙部分が多く形成さ
れるため、均質で制御された気孔構造を得ることが困難
であるほか、伝導特性が十分に付与されない問題があ
る。このほか、特開昭62−223012号公報には膨張黒鉛を
骨材として含有する多孔質炭素製品が開示されている。
この製品は電気伝導性に対する改善効果は認められる
が、前記技術と同様に均質かつ制御された気孔構造が得
難い欠点がある。
【０００６】本発明者らは、先に良好な気孔性状と高強
度特性を兼備するポーラスカーボン材を得るための製造
技術として、α−セルロースを主成分とする熱揮散性物
質を抄紙してシート化する工程と、シートに残炭率40％
以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸する工程と、含浸処理後
のシートを50〜150 ℃の温度で半硬化する工程と、半硬
化シートを積層して全面を均一加熱しながらシート厚さ
が70〜20％になるように圧縮する工程と、圧縮シートを
非酸化性雰囲気下で800 ℃以上の温度により焼成炭化す
る工程からなる方法を開発した（特願平１−321729号)
。
度特性を兼備するポーラスカーボン材を得るための製造
技術として、α−セルロースを主成分とする熱揮散性物
質を抄紙してシート化する工程と、シートに残炭率40％
以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸する工程と、含浸処理後
のシートを50〜150 ℃の温度で半硬化する工程と、半硬
化シートを積層して全面を均一加熱しながらシート厚さ
が70〜20％になるように圧縮する工程と、圧縮シートを
非酸化性雰囲気下で800 ℃以上の温度により焼成炭化す
る工程からなる方法を開発した（特願平１−321729号)
。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近時、各種電池の高性
能化に伴い、電極材に対しても電気化学反応時における
発熱度の抑制や電気抵抗による電力ロスの低減化に対応
するために、組織の気孔性状および強度特性に加えてよ
り熱伝導性および電気伝導性に優れるポーラスカーボン
材の開発要求が高まっている。しかしながら、前記した
先行技術（特願平１−321729号）の方法では気孔性状お
よび強度特性の面では要求性能を満たすものの、熱およ
び電気に対する伝導性の点では改善の余地が残されてい
た。
能化に伴い、電極材に対しても電気化学反応時における
発熱度の抑制や電気抵抗による電力ロスの低減化に対応
するために、組織の気孔性状および強度特性に加えてよ
り熱伝導性および電気伝導性に優れるポーラスカーボン
材の開発要求が高まっている。しかしながら、前記した
先行技術（特願平１−321729号）の方法では気孔性状お
よび強度特性の面では要求性能を満たすものの、熱およ
び電気に対する伝導性の点では改善の余地が残されてい
た。
【０００８】本発明の目的は、先行技術における上記の
問題点を解消し、良好な気孔性状と組織強度に加え、優
れた熱および電気に対する伝導性能を備えるポーラスカ
ーボン材を製造するための方法を提供することにある。
問題点を解消し、良好な気孔性状と組織強度に加え、優
れた熱および電気に対する伝導性能を備えるポーラスカ
ーボン材を製造するための方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による高伝導性ポーラスカーボン材の製造方
法は、α−セルロースを主成分とする有機質物60〜90重
量部、水溶性抄紙バインダー10〜40重量部に、粒サイズ
が50〜250 μm 、厚さが 1μm 以下の鱗片状膨張黒鉛 5
〜40重量部を添加して水に分散し、これを抄紙してシー
ト状に成形したのち残炭率40％以上の熱硬化性樹脂溶液
に浸漬処理し、処理後のシートを半硬化の状態で積層成
形し、ついで成形体を非酸化性雰囲気下で 800℃以上の
温度により焼成炭化することを構成上の特徴とする。
めの本発明による高伝導性ポーラスカーボン材の製造方
法は、α−セルロースを主成分とする有機質物60〜90重
量部、水溶性抄紙バインダー10〜40重量部に、粒サイズ
が50〜250 μm 、厚さが 1μm 以下の鱗片状膨張黒鉛 5
〜40重量部を添加して水に分散し、これを抄紙してシー
ト状に成形したのち残炭率40％以上の熱硬化性樹脂溶液
に浸漬処理し、処理後のシートを半硬化の状態で積層成
形し、ついで成形体を非酸化性雰囲気下で 800℃以上の
温度により焼成炭化することを構成上の特徴とする。
【００１０】本発明の主要原料となるα−セルロースを
主成分とする有機質物は抄紙時にシート成形のフィラー
成分となるもので、通常の木材パルプのほか、α−セル
ロース分90％を含むレーヨンパルプを用いることができ
る。パルプ性状としては、抄紙成形性および高気孔構造
を確保する面から太さ３〜10デニール、長さ５〜10mm範
囲にある繊維形状を有するものを選択することが好まし
い。水溶性抄紙バインダーは抄紙工程でシート成形の結
合材として機能する成分で、例えばアカマツ、エゾマ
ツ、トドマツ、カラマツ、モミ、ツガ等の針葉樹系パル
プ類が好適に使用される。
主成分とする有機質物は抄紙時にシート成形のフィラー
成分となるもので、通常の木材パルプのほか、α−セル
ロース分90％を含むレーヨンパルプを用いることができ
る。パルプ性状としては、抄紙成形性および高気孔構造
を確保する面から太さ３〜10デニール、長さ５〜10mm範
囲にある繊維形状を有するものを選択することが好まし
い。水溶性抄紙バインダーは抄紙工程でシート成形の結
合材として機能する成分で、例えばアカマツ、エゾマ
ツ、トドマツ、カラマツ、モミ、ツガ等の針葉樹系パル
プ類が好適に使用される。
【００１１】鱗片状膨張黒鉛は、組織に高度の熱と電気
の伝導性を付与するための重要な成分となる。通常、膨
張黒鉛は天然黒鉛やキッシュ黒鉛に硫酸、硝酸またはア
ルカリ金属−有機分子等を作用させて層間化合物を生成
し、加熱処理によりＣ軸方向の黒鉛結晶間隔を膨張させ
ることにより得られるが、本発明においては原料に鱗状
天然黒鉛などを用いて得られる鱗片形状のものが選択さ
れる。膨張黒鉛の形状が塊状あるいは粒状であると、熱
伝導性および電気伝導性に対する十分な改善効果が期待
できず、また積層成形時にシート間の接合状態が不均一
になって組織強度の低下を招く。使用する鱗片状膨張黒
鉛の性状は、粒サイズが50〜250 μm 、厚さが１μm 以
下であることが好適である。粒サイズが50μm を下廻る
とシート中に担持することが困難になり、 250μm を越
えると気孔率が低下する。厚さは１μm を上廻ると積層
成形時にシート間の接合状態を損ねる原因となる。
の伝導性を付与するための重要な成分となる。通常、膨
張黒鉛は天然黒鉛やキッシュ黒鉛に硫酸、硝酸またはア
ルカリ金属−有機分子等を作用させて層間化合物を生成
し、加熱処理によりＣ軸方向の黒鉛結晶間隔を膨張させ
ることにより得られるが、本発明においては原料に鱗状
天然黒鉛などを用いて得られる鱗片形状のものが選択さ
れる。膨張黒鉛の形状が塊状あるいは粒状であると、熱
伝導性および電気伝導性に対する十分な改善効果が期待
できず、また積層成形時にシート間の接合状態が不均一
になって組織強度の低下を招く。使用する鱗片状膨張黒
鉛の性状は、粒サイズが50〜250 μm 、厚さが１μm 以
下であることが好適である。粒サイズが50μm を下廻る
とシート中に担持することが困難になり、 250μm を越
えると気孔率が低下する。厚さは１μm を上廻ると積層
成形時にシート間の接合状態を損ねる原因となる。
【００１２】原料物質の配合比率は、α−セルロースを
主成分とする有機質物60〜90重量部、水溶性抄紙バイン
ダー10〜40重量部に対し、鱗片状膨張黒鉛が５〜40重量
部になるように設定する。有機質物に対する水溶性抄紙
バインダーの配合量が前記の範囲を下廻ると抄紙成形性
が悪化し、逆に範囲を越えると多孔質組織の形成を阻害
する。また、鱗片状膨張黒鉛が前記の範囲未満であると
目的とする伝導性の改善効果がもたらされず、上限範囲
を越えると気孔特性の大幅な低下を惹起する。
主成分とする有機質物60〜90重量部、水溶性抄紙バイン
ダー10〜40重量部に対し、鱗片状膨張黒鉛が５〜40重量
部になるように設定する。有機質物に対する水溶性抄紙
バインダーの配合量が前記の範囲を下廻ると抄紙成形性
が悪化し、逆に範囲を越えると多孔質組織の形成を阻害
する。また、鱗片状膨張黒鉛が前記の範囲未満であると
目的とする伝導性の改善効果がもたらされず、上限範囲
を越えると気孔特性の大幅な低下を惹起する。
【００１３】上記の三成分系原料物質は混合して水に分
散させたのち、長網式、丸網式など適宜な抄紙化装置を
用いてシート状に抄紙成形し、乾燥される。
散させたのち、長網式、丸網式など適宜な抄紙化装置を
用いてシート状に抄紙成形し、乾燥される。
【００１４】ついで、シートを残炭率40％以上の熱硬化
性樹脂溶液に浸漬処理する。熱硬化性樹脂の残炭率と
は、樹脂を非酸化性雰囲気下で 800℃の温度で焼成した
ときに残留する炭素分の重量％を指し、これが40％未満
の場合には得られるポーラスカーボン材の強度を実用水
準まで向上させることが困難となる。40％以上の残炭率
をもつ熱硬化性樹脂としては、フェノール系樹脂、フラ
ン系樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができ、い
ずれも焼成炭化後にガラス状カーボン組織に転化して組
織の骨格強度を高める機能を果たす。熱硬化性樹脂の溶
液化に用いられる有機溶媒は樹脂の種類に応じて選定さ
れるが、通常はメタノール、エタノール、アセトン、メ
チルエチルケトンのような低粘度で浸透性が高く、容易
に熱揮散する性質の溶媒類が適用される。溶液の樹脂濃
度は、５重量％未満であると強度特性が減退し、40重量
％を越すと粘度が増大して含浸性が損なわれるうえ、気
孔の閉塞を生じて気孔率および気孔径の調整することが
困難となる。したがって、５〜40重量％範囲の樹脂濃度
に設定することが望ましい。
性樹脂溶液に浸漬処理する。熱硬化性樹脂の残炭率と
は、樹脂を非酸化性雰囲気下で 800℃の温度で焼成した
ときに残留する炭素分の重量％を指し、これが40％未満
の場合には得られるポーラスカーボン材の強度を実用水
準まで向上させることが困難となる。40％以上の残炭率
をもつ熱硬化性樹脂としては、フェノール系樹脂、フラ
ン系樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができ、い
ずれも焼成炭化後にガラス状カーボン組織に転化して組
織の骨格強度を高める機能を果たす。熱硬化性樹脂の溶
液化に用いられる有機溶媒は樹脂の種類に応じて選定さ
れるが、通常はメタノール、エタノール、アセトン、メ
チルエチルケトンのような低粘度で浸透性が高く、容易
に熱揮散する性質の溶媒類が適用される。溶液の樹脂濃
度は、５重量％未満であると強度特性が減退し、40重量
％を越すと粘度が増大して含浸性が損なわれるうえ、気
孔の閉塞を生じて気孔率および気孔径の調整することが
困難となる。したがって、５〜40重量％範囲の樹脂濃度
に設定することが望ましい。
【００１５】浸漬処理後のシートは、50〜150 ℃の温度
に保持された乾燥器を通して水分等の未反応物や反応生
成物を有機溶媒成分と共に揮散除去し、同時にシートに
担持された樹脂成分を半硬化する。半硬化状態のシート
は所定の枚数を積層し、全面を均一に加熱しながらシー
ト厚さが圧縮前に比べて70〜20％の範囲に薄くなるよう
な条件で圧縮して積層成形する。この圧縮比率が70％を
上廻る程度の低圧縮率では実用的な強度性能が得られ難
く、他方20％を下廻るような高い圧縮率を適用すると組
織が緻密化して気孔率が低減化する。また、積層成形の
操作は、平面加熱盤を介して油圧プレス、空圧プレスに
より熱圧する方法を採ることが工業的に有利である。成
形時の温度は樹脂の性状によって若干の差異はあるが、
概ね80〜200 ℃の範囲で円滑に成形され、同時に樹脂が
硬化する。
に保持された乾燥器を通して水分等の未反応物や反応生
成物を有機溶媒成分と共に揮散除去し、同時にシートに
担持された樹脂成分を半硬化する。半硬化状態のシート
は所定の枚数を積層し、全面を均一に加熱しながらシー
ト厚さが圧縮前に比べて70〜20％の範囲に薄くなるよう
な条件で圧縮して積層成形する。この圧縮比率が70％を
上廻る程度の低圧縮率では実用的な強度性能が得られ難
く、他方20％を下廻るような高い圧縮率を適用すると組
織が緻密化して気孔率が低減化する。また、積層成形の
操作は、平面加熱盤を介して油圧プレス、空圧プレスに
より熱圧する方法を採ることが工業的に有利である。成
形時の温度は樹脂の性状によって若干の差異はあるが、
概ね80〜200 ℃の範囲で円滑に成形され、同時に樹脂が
硬化する。
【００１６】積層成形された成形体は、ついで窒素、ア
ルゴン、二酸化炭素などの非酸化性雰囲気に保持された
焼成炉に移し、800 ℃以上の温度により焼成する。この
段階で、熱揮散成分は揮散され、同時に熱硬化性樹脂成
分は炭化されてガラス状カーボンに転化する。この焼成
炭化工程は、成形体を平滑表面を有する黒鉛板で挟み込
んだ形態でおこなうと反りなどの熱変形の発生を防止す
ることができる。
ルゴン、二酸化炭素などの非酸化性雰囲気に保持された
焼成炉に移し、800 ℃以上の温度により焼成する。この
段階で、熱揮散成分は揮散され、同時に熱硬化性樹脂成
分は炭化されてガラス状カーボンに転化する。この焼成
炭化工程は、成形体を平滑表面を有する黒鉛板で挟み込
んだ形態でおこなうと反りなどの熱変形の発生を防止す
ることができる。
【００１７】
【作用】本発明を構成する原料物質のうち、α−セルロ
ースを主成分とする有機質物はシート成形段階において
均質気孔組織を形成するフィラーおよび鱗片状膨張黒鉛
を均一に分散担持するために機能し、焼成炭化過程では
大部分が揮散して気孔形成に寄与するが、同時にその一
部は炭化残留して組織骨格を形成する。シートに含浸さ
れた熱硬化性樹脂は炭化してガラス状カーボンに転化
し、前記の組織骨格に固着して組織強度を増強する機能
を果たす。そして、鱗片状膨張黒鉛は最終的にガラス状
カーボン骨格に均一分散する状態で共存し、正常な気孔
性状を崩すことなしにシート全体の熱伝導性および電気
伝導性を大幅に向上させる組織を形成する。
ースを主成分とする有機質物はシート成形段階において
均質気孔組織を形成するフィラーおよび鱗片状膨張黒鉛
を均一に分散担持するために機能し、焼成炭化過程では
大部分が揮散して気孔形成に寄与するが、同時にその一
部は炭化残留して組織骨格を形成する。シートに含浸さ
れた熱硬化性樹脂は炭化してガラス状カーボンに転化
し、前記の組織骨格に固着して組織強度を増強する機能
を果たす。そして、鱗片状膨張黒鉛は最終的にガラス状
カーボン骨格に均一分散する状態で共存し、正常な気孔
性状を崩すことなしにシート全体の熱伝導性および電気
伝導性を大幅に向上させる組織を形成する。
【００１８】このような作用を介して均一微細な多孔質
性状でありながら組織強度が高く、かつ熱および電気に
対する伝導性に優れるポーラスカーボン材の製造が可能
になる。
性状でありながら組織強度が高く、かつ熱および電気に
対する伝導性に優れるポーラスカーボン材の製造が可能
になる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
明する。
【００２０】実施例１〜５、比較例４〜６ 太さ５デニール、長さ25mmのレーヨンパルプ〔大和紡績
（株）製〕80重量部、晒し針葉樹パルプ(NBKP)20重量部
に粒サイズ、厚さの異なる鱗片状膨張黒鉛を配合量を変
えて添加した。これら原料物質を水中で攪拌混合して均
一に分散させたのち長網式抄紙装置を用いて抄紙成形
し、乾燥して縦横 200mm、厚さ0.21mm、平均気孔径 100
μm のシートを形成した。
（株）製〕80重量部、晒し針葉樹パルプ(NBKP)20重量部
に粒サイズ、厚さの異なる鱗片状膨張黒鉛を配合量を変
えて添加した。これら原料物質を水中で攪拌混合して均
一に分散させたのち長網式抄紙装置を用いて抄紙成形
し、乾燥して縦横 200mm、厚さ0.21mm、平均気孔径 100
μm のシートを形成した。
【００２１】上記のシートを残炭率45％のフェノール樹
脂〔住友デュレズ（株）製“スミライトレジンPR940
”〕をアセトンに溶解した濃度20重量％の溶液に浸漬
処理し、引き続き 100℃に保持された乾燥器に入れて含
浸樹脂成分を半硬化させた。ついで、半硬化状態のシー
トを14枚積層し、120 ℃に温調された均熱盤上に置いて
上部から圧縮して平面プレート状に成形した。この場合
の圧縮条件は、圧縮比が65％になるように調整した。得
られたプレート状成形体は、平滑表面を有する黒鉛板に
挟んだ状態で電気焼成炉に詰め、周囲をコークスパッキ
ングで被包した非酸化雰囲気下で1000℃の温度により焼
成炭化処理を施した。
脂〔住友デュレズ（株）製“スミライトレジンPR940
”〕をアセトンに溶解した濃度20重量％の溶液に浸漬
処理し、引き続き 100℃に保持された乾燥器に入れて含
浸樹脂成分を半硬化させた。ついで、半硬化状態のシー
トを14枚積層し、120 ℃に温調された均熱盤上に置いて
上部から圧縮して平面プレート状に成形した。この場合
の圧縮条件は、圧縮比が65％になるように調整した。得
られたプレート状成形体は、平滑表面を有する黒鉛板に
挟んだ状態で電気焼成炉に詰め、周囲をコークスパッキ
ングで被包した非酸化雰囲気下で1000℃の温度により焼
成炭化処理を施した。
【００２２】このようにして製造された各ポーラスカー
ボン材につき各種の特性を測定し、結果を鱗片状膨張黒
鉛の添加条件と対比させて表１に示した。なお、各種特
性のうち気孔率および気孔径は水銀圧入法により、また
嵩密度はＪＩＳ Ｒ７２２２、固有抵抗はＪＩＳ Ｒ７
２０２、曲げ強さはＪＩＳ Ｋ６９１１によってそれぞ
れ測定した。組織観察は走査型電子顕微鏡観察によっ
た。
ボン材につき各種の特性を測定し、結果を鱗片状膨張黒
鉛の添加条件と対比させて表１に示した。なお、各種特
性のうち気孔率および気孔径は水銀圧入法により、また
嵩密度はＪＩＳ Ｒ７２２２、固有抵抗はＪＩＳ Ｒ７
２０２、曲げ強さはＪＩＳ Ｋ６９１１によってそれぞ
れ測定した。組織観察は走査型電子顕微鏡観察によっ
た。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１の結果から、実施例１〜５はいずれも
良好な気孔特性、強度、熱伝導性および電気伝導性を示
した。一方、鱗片状膨張黒鉛の粒サイズが５０μm を下
回る比較例４ではシート中に担持することが困難なため
熱伝導率が低く、固有抵抗が高くなる傾向があり、粒サ
イズが２００μm を越える比較例５では若干の目詰まり
を起こして気孔性状が減退し、また厚さが１μm を上回
る比較例６では強度特性が後退する傾向を示した。
良好な気孔特性、強度、熱伝導性および電気伝導性を示
した。一方、鱗片状膨張黒鉛の粒サイズが５０μm を下
回る比較例４ではシート中に担持することが困難なため
熱伝導率が低く、固有抵抗が高くなる傾向があり、粒サ
イズが２００μm を越える比較例５では若干の目詰まり
を起こして気孔性状が減退し、また厚さが１μm を上回
る比較例６では強度特性が後退する傾向を示した。
【００２５】比較例１ 鱗片状膨張黒鉛を添加せず、その他の条件は実施例と同
一にしてポーラスカーボン材を製造した。この材料の特
性を測定したところ、嵩密度0.47g/cc、気孔率66％、平
均気孔径54μm 、曲げ強さ270kgf/cm2と気孔性状および
組織強度は良好であったが、熱伝導率は0.3W/m°K 、固
有抵抗 220×10-4Ωcmと伝導性能は実施例品に比べ大幅
に下廻るものであった。
一にしてポーラスカーボン材を製造した。この材料の特
性を測定したところ、嵩密度0.47g/cc、気孔率66％、平
均気孔径54μm 、曲げ強さ270kgf/cm2と気孔性状および
組織強度は良好であったが、熱伝導率は0.3W/m°K 、固
有抵抗 220×10-4Ωcmと伝導性能は実施例品に比べ大幅
に下廻るものであった。
【００２６】比較例２ 実施例１による鱗片状膨張黒鉛の添加量を45重量部に増
やし、その他の条件は全て同一にしてポーラスカーボン
材を製造した。この材料の特性を測定したところ、熱伝
導率は1.3W/m°K 、固有抵抗は 105×10-4Ωcmと優れた
伝導性を示したが、嵩密度0.50g/cc、気孔率55％、平均
気孔径28μm 、曲げ強さ160kgf/cm2と気孔性状および組
織強度の減退が大きく、組織に目詰まりが認められた。
やし、その他の条件は全て同一にしてポーラスカーボン
材を製造した。この材料の特性を測定したところ、熱伝
導率は1.3W/m°K 、固有抵抗は 105×10-4Ωcmと優れた
伝導性を示したが、嵩密度0.50g/cc、気孔率55％、平均
気孔径28μm 、曲げ強さ160kgf/cm2と気孔性状および組
織強度の減退が大きく、組織に目詰まりが認められた。
【００２７】比較例３ 実施例２の鱗片状膨張黒鉛を粒サイズ50μm の粒状膨張
黒鉛に代え、その他の条件は同一にしてポーラスカーボ
ン材を製造した。この材料を測定したところ、嵩密度0.
47g/cc、気孔率63％、平均気孔径55μm と気孔性状は良
好であったが、曲げ強さ103kgf/cm2、熱伝導率0.2w/m°
k 、固有抵抗 200×10-4Ωcmと組織強度および伝導性能
が低く、組織にクラックの発生が認められた。
黒鉛に代え、その他の条件は同一にしてポーラスカーボ
ン材を製造した。この材料を測定したところ、嵩密度0.
47g/cc、気孔率63％、平均気孔径55μm と気孔性状は良
好であったが、曲げ強さ103kgf/cm2、熱伝導率0.2w/m°
k 、固有抵抗 200×10-4Ωcmと組織強度および伝導性能
が低く、組織にクラックの発生が認められた。
【００２８】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば優れた気
孔性状と組織強度を備え、かつ高水準の熱伝導性ならび
に電気伝導性を示すポーラスカーボン材を製造すること
ができる。したがって、とくに高発電効率と長期に亘る
使用寿命が要求される燃料電池、二次電池等の電極材と
して有用性が期待できる。
孔性状と組織強度を備え、かつ高水準の熱伝導性ならび
に電気伝導性を示すポーラスカーボン材を製造すること
ができる。したがって、とくに高発電効率と長期に亘る
使用寿命が要求される燃料電池、二次電池等の電極材と
して有用性が期待できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 38/06 C04B 35/83
Claims (1)
- 【請求項１】 α−セルロースを主成分とする有機質物
60〜90重量部、水溶性抄紙バインダー10〜40重量部に、
粒サイズが50〜250 μm 、厚さが 1μm以下の鱗片状膨
張黒鉛 5〜40重量部を添加して水に分散し、これを抄紙
してシート状に成形したのち残炭率40％以上の熱硬化性
樹脂溶液に浸漬処理し、処理後のシートを半硬化の状態
で積層成形し、ついで成形体を非酸化性雰囲気下で 800
℃以上の温度により焼成炭化することを特徴とする高伝
導性ポーラスカーボン材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22364791A JP3183681B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22364791A JP3183681B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543350A JPH0543350A (ja) | 1993-02-23 |
| JP3183681B2 true JP3183681B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=16801466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22364791A Expired - Fee Related JP3183681B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3183681B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP22364791A patent/JP3183681B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0543350A (ja) | 1993-02-23 |
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