JP4591128B2 - 多孔質炭素板の製造方法 - Google Patents
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Description
C=B/A
と、他方の面の熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のピーク面積をそれぞれD、Eとしたときの次の式で示すピーク面積強度比F、
F=E/D
とが次の式、
0.7<F/C(ただし、C>Fとする)
を満たすことを特徴とするものからなる。
H−T<4(mm)(式1)
(但し、前記多孔質炭素板を平板上に乗せたときに、一方の面を上にした場合と、他方の面を上にした場合で高さHが異なる場合は、Hの値が大きい方を用いる。)
さらに、撥水撥水性の物質を含んでいる多孔質炭素板とすることもできる。
(1)炭素短繊維を抄紙して熱可塑性樹脂により炭素短繊維を結着して炭素繊維紙を得る工程、
(2)前記炭素繊維紙に熱硬化性樹脂溶液を含浸させ、加熱して乾燥させ炭素繊維シートを得る工程、
(3)前記炭素繊維シートを加熱し熱硬化性樹脂を炭化させて多孔質炭素板を得る工程、を含む多孔質炭素板の製造方法であって、前記(2)の工程において前記(1)の工程の抄紙時の裏面が上になるように乾燥を行うことを特徴とする方法からなる。
C=B/A
と、他方の面の熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のピーク面積をそれぞれD、Eとしたときの次の式で示すピーク面積強度比F、
F=E/D
とが次の式、
0.7<F/C(ただしC>Fとする)
を満たすことを特徴とする炭素繊維シートとこれを加熱して熱硬化性樹脂を炭素化して得る多孔質炭素板とその製造方法の技術、とくに多孔質炭素板の製造方法を提供するものであり、以下に詳述するように、炭素繊維シートの表裏の熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の比が近いことから炭素化しても表裏で炭化収縮の差が小さいためそりがなく、導電性が高い多孔質炭素板を得ることができる。そのため、燃料電池のガス拡散体を構成するのに好適である。
本発明における炭素繊維シートは、前述のように炭素短繊維と熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂からなるものである。ここで用いられる炭素短繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維が好ましいが、基材の曲げ強度を高くするために、PAN系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維を用いるのがより好ましく、PAN系炭素繊維を用いることがさらに好ましい。
C=B/A
と、他方の面の熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のピーク面積をそれぞれD、Eとしたときの次の式で示すピーク面積強度比F、
F=E/D
とが次の式、
0.7<F/C(ただしC>Fとする)
を満たすことが必要である。
炭素質粉末の重量分率=Wc÷Wa×100
図1は、多孔質炭素板の製造方法の一例の工程図を示しており、以下、工程ごとに説明する。
本発明の多孔質炭素板の製造方法は、図1に示すように、(1)抄紙工程1、(2)樹脂含浸、乾燥工程2、(3)炭化工程3を含む。
東レ株式会社製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレカ”T300(平均繊維径:7μm)を長さ12mmに切断し、それを水中に分散させ、金網上に抄造し、さらにそれにポリビニルアルコールの水溶液を付着させて乾燥し、炭素短繊維100重量部に対してバインダであるポリビニルアルコールが約30重量部付着した炭素繊維紙を得た。
熱硬化性樹脂溶液を含浸、乾燥させた炭素繊維シートを切り出し、一方の面、他方の面についてそれぞれATR結晶に圧着し、FTIR−ATRスペクトルを測定した。装置はBIO−RAD DIGILAB社製FTIR:FTS−55Aを用いた。分解能は4cm-1、積算回数64回、ATR結晶はGeを用い、入射角45°で測定を行った。
C=B/A
次に、他方の面のATRスペクトルからポリビニルアルコールに由来する1738cm-1のピーク面積Dと、フェノール樹脂に由来する1510cm-1のピーク面積Eとの比Fを以下の式より求めた。
F=E/D
炭素化した多孔質炭素板から無作為で20cm角を100枚切り出し、1枚毎に平板上に無荷重下で置いたときに平板から最も浮き上がっている点の平板上からの高さH(mm)を測定し、厚さ方向に0.15MPaの一様な面圧をかけたときの多孔質炭素板の厚さT(mm)より、次の式を満たすものが100枚の内95枚以上である場合をそりが無いとする。なお、多孔質炭素板を平板上に乗せたときに一方の面を上にした場合と他方の面を上にした場合で高さHが異なる場合はHの値が大きい方を用いる。
H−T<4(mm)
熱硬化性樹脂溶液の含浸、乾燥工程において、炭素繊維100重量部に対して熱硬化性樹脂のみを150重量部付着させ、また、プレス工程で積層枚数を1枚とした以外は実施例1と同様にして炭素繊維シート、多孔質炭素板を得た。
プレス工程で積層枚数を2枚とし、最高温度2000℃の窒素ガス雰囲気に保たれたバッチ式の炉で、成形した炭素繊維シートを400枚積層し、複数枚の炭素板で成形した炭素繊維シートを挟み込んだ状態で約1.4℃/分の昇温速度で加熱して樹脂を炭化させた以外は実施例2と同様にして炭素繊維シート、多孔質炭素板を得た。
炭素繊維紙をフェノール樹脂溶液に含浸、乾燥する際に抄紙表面を上にする以外は実施例2と同様にして炭素繊維シート、多孔質炭素板を得た。
フェノール樹脂溶液のフェノール樹脂濃度を50重量%とした以外は比較例1と同様にして炭素繊維シート、多孔質炭素板を得た。
炭素繊維紙をフェノール樹脂溶液に含浸、乾燥する際に抄紙表面を上にする以外は実施例3と同様にして炭素繊維シート、多孔質炭素板を得た。以上、実施例1〜3および比較例1〜3の結果を表1に示す。
0.7<F/C(ただしC>Fとする)
これに対し、比較例1、2、3では上の式を満たしておらず、炭化工程が連続式、バッチ式に関わらずそりが発生している。
2 樹脂含浸、乾燥工程
3 炭化工程
4 抄紙表面
5 抄紙裏面
6 プレス工程
Claims (4)
- (1)炭素短繊維を抄紙して熱可塑性樹脂により炭素短繊維を結着して炭素繊維紙を得る工程、
(2)前記炭素繊維紙に熱硬化性樹脂溶液を含浸させ、加熱して乾燥させ炭素繊維シートを得る工程、
(3)前記炭素繊維シートを加熱し熱硬化性樹脂を炭化させて多孔質炭素板を得る工程、を含む多孔質炭素板の製造方法であって、前記(2)の工程において前記(1)の工程の抄紙時の裏面が上になるように乾燥を行う、多孔質炭素板の製造方法。 - 前記炭素繊維シートを加熱加圧して熱硬化性樹脂を硬化させる工程を含み、該加熱加圧工程において、前記(1)の工程における抄紙時の裏面が上になるように加熱加圧する、請求項1に記載の多孔質炭素板の製造方法。
- 前記炭素繊維シートを2枚以上積層して加熱加圧する、請求項2に記載の多孔質炭素板の製造方法。
- 前記炭素繊維紙に熱硬化性樹脂と炭素質粉末を含浸する、請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質炭素板の製造方法。
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