JP5939543B2 - Method for producing porous carbon material - Google Patents

Method for producing porous carbon material Download PDF

Info

Publication number
JP5939543B2
JP5939543B2 JP2013001186A JP2013001186A JP5939543B2 JP 5939543 B2 JP5939543 B2 JP 5939543B2 JP 2013001186 A JP2013001186 A JP 2013001186A JP 2013001186 A JP2013001186 A JP 2013001186A JP 5939543 B2 JP5939543 B2 JP 5939543B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon material
porous carbon
short
mass
resin powder
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.)
Active
Application number
JP2013001186A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014133666A (en
Inventor
卓志 飯田
卓志 飯田
中村 昌平
昌平 中村
宏一 上神
宏一 上神
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Carbon Co Ltd filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
Priority to JP2013001186A priority Critical patent/JP5939543B2/en
Publication of JP2014133666A publication Critical patent/JP2014133666A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5939543B2 publication Critical patent/JP5939543B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、多孔質炭素材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a porous carbon material.

炭素材は、非酸化性雰囲気において優れた耐熱性や高温強度を発揮し、導電性や化学的安定性も高いことから、各種工業分野において有用されている。また、気孔率を高めた多孔質炭素材は、ガス透過性や軽量性に優れることから、各種フィルター、燃料電池、断熱材等の用途で使用されており、上記断熱材としては、例えば、真空等の減圧雰囲気中あるいは非酸化性雰囲気用の高温熱処理炉の断熱材等として使用されている。   Carbon materials are useful in various industrial fields because they exhibit excellent heat resistance and high temperature strength in a non-oxidizing atmosphere and have high conductivity and chemical stability. In addition, the porous carbon material having an increased porosity is excellent in gas permeability and lightness, and thus is used in applications such as various filters, fuel cells, and heat insulating materials. As the heat insulating material, for example, vacuum It is used as a heat insulating material of a high-temperature heat treatment furnace for a reduced pressure atmosphere such as a non-oxidizing atmosphere.

上記炭素材のうち、ガス透過性を高める目的で多孔質炭素材を使用することが検討されており、例えば炭素短繊維やカーボンブラックを骨格材とし、これを樹脂で結着した多孔質炭素材が検討されている。   Of the above carbon materials, the use of a porous carbon material for the purpose of enhancing gas permeability has been studied. For example, a porous carbon material in which carbon short fibers or carbon black is used as a skeleton material and bound with a resin. Is being considered.

上記多孔質炭素材を製造する方法としては、例えば、炭素短繊維とバインダー用セルロース繊維とを湿式で抄紙してシート化しフェノール樹脂を含浸してプリプレグを作製し、得られたプリプレグを積層し、熱圧成形して多孔質成形体を得た後、焼成する方法が提案されている(特許文献1(特開平5−194056号公報)参照)。   As a method for producing the porous carbon material, for example, a short carbon fiber and a cellulose fiber for a binder are wet-papered to form a sheet and impregnated with a phenol resin to prepare a prepreg, and the obtained prepreg is laminated, There has been proposed a method in which a porous molded body is obtained by hot pressing and then fired (see Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-194056)).

また、上記多孔質炭素材を製造する方法としては、自己硬化性変性ノボラック樹脂と炭素繊維を水性媒体中で充分撹拌し、均一に分散させ、シートマシンによりシート化し、脱水、乾燥した後、熱圧成形して低密度成形体とした後、焼成する方法が提案されている(特許文献2(特開平6−122570号公報)参照)が提案されている。   Further, as a method for producing the porous carbon material, the self-curing modified novolak resin and the carbon fiber are sufficiently stirred in an aqueous medium, uniformly dispersed, formed into a sheet by a sheet machine, dehydrated and dried, and then heated. There has been proposed a method in which a low-density molded body is formed by pressure molding and then fired (see Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-122570)).

しかしながら、上記のようなシート化物を積層して形成されてなる多孔質炭素材は、シートの主表面間で十分な密着性が得られ難いことから、積層方向の強度(曲げ強度)が低いものしか得られないという技術課題が存在していた。   However, the porous carbon material formed by laminating the sheeted material as described above has low strength (bending strength) in the laminating direction because it is difficult to obtain sufficient adhesion between the main surfaces of the sheet. There was a technical problem that could only be obtained.

特開平5−194056号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-194056 特開平6−122570号公報JP-A-6-122570

積層方向の強度が高い多孔質炭素材を製造する方法として、炭素短繊維およびバインダー樹脂粉末を揮発性溶剤中で混合し、熱圧成形して、得ようとする多孔質炭素材に対応する形状を有する成形体を得た後、焼成する方法も考えられる。   As a method for producing a porous carbon material having high strength in the laminating direction, a shape corresponding to the porous carbon material to be obtained is obtained by mixing carbon short fibers and binder resin powder in a volatile solvent and hot pressing. A method of firing after obtaining a molded body having the above is also conceivable.

しかしながら、この方法では炭素短繊維同士が束状に凝集して繊維束を形成することから、骨格材である炭素短繊維の分散性が低下して、十分な強度を有する多孔質炭素材を得ることができない。   However, in this method, short carbon fibers are aggregated into a bundle to form a fiber bundle, so that the dispersibility of the short carbon fibers, which are the skeleton material, is reduced, and a porous carbon material having sufficient strength is obtained. I can't.

上記炭素短繊維の凝集を抑制するために、炭素短繊維およびバインダー樹脂粉末を乾式混合する方法も考えられるが、炭素短繊維およびバインダー樹脂粉末を乾式混合する場合、湿式混合する場合に比べて長時間の機械的混合が必要であるとともに、炭素短繊維の折損や毛玉状の凝集を生じ易く、また、ミキサー等で均一分散して炭素短繊維とバインダー樹脂粉末とが密着された混合物を調製し得た場合であっても、得られた混合物を容器から取り出したり、その後の処理を施す際に炭素短繊維とバインダー樹脂粉末とが容易に分離して飛散してしまうことから、多孔質炭素材を簡便に製造し難いことが判明した。   In order to suppress the agglomeration of the above short carbon fibers, a method of dry mixing the short carbon fibers and the binder resin powder is also conceivable. However, the dry mixing of the short carbon fibers and the binder resin powder is longer than the wet mixing. It requires mechanical mixing for a long time, is easy to cause breakage of short carbon fibers and flocculent aggregation, and can be uniformly dispersed with a mixer or the like to prepare a mixture in which short carbon fibers and binder resin powder are in close contact with each other. Even when the obtained mixture is taken out of the container or the subsequent treatment, the short carbon fibers and the binder resin powder are easily separated and scattered, It turned out that it was difficult to manufacture easily.

このような状況下、本発明は、炭素短繊維が均一に分散されてなり、曲げ強度に優れるとともに、導電性および断熱性が所望範囲に制御されてなる多孔質炭素材を簡便に製造する方法を提供することを目的とするものである。   Under such circumstances, the present invention provides a method for easily producing a porous carbon material in which short carbon fibers are uniformly dispersed, excellent in bending strength, and having conductivity and heat insulation controlled within a desired range. Is intended to provide.

上記技術課題を解決するために本発明者等が鋭意検討した結果、平均繊維長0.3〜50mmの炭素短繊維100質量部に対し、熱硬化性樹脂粉末30〜250質量部を、前記炭素短繊維100質量部に対して5〜40質量部の水を噴霧して添加しつつ、乾式混合により撹拌混合して混合粉体を形成し、得られた混合粉体を熱圧成形した後、非酸化性雰囲気下300〜3000℃で熱処理を行い、嵩密度が0.15〜1.20g/cmである多孔質炭素材を得ることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above technical problem, 30 to 250 parts by mass of thermosetting resin powder is added to 100 parts by mass of carbon short fibers having an average fiber length of 0.3 to 50 mm. While spraying and adding 5 to 40 parts by mass of water to 100 parts by mass of short fibers, the mixture powder is stirred and mixed by dry mixing to form a mixed powder, and the obtained mixed powder is hot-pressed, It is found that the above problem can be solved by performing a heat treatment at 300 to 3000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere to obtain a porous carbon material having a bulk density of 0.15 to 1.20 g / cm 3. Based on this, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、
(1)平均繊維長0.3〜50mmの炭素短繊維100質量部に対し、熱硬化性樹脂粉末30〜250質量部を、前記炭素短繊維100質量部に対して5〜40質量部の水を噴霧して添加しつつ、乾式混合により撹拌混合して混合粉体を形成し、
得られた混合粉体を熱圧成形した後、
非酸化性雰囲気下300〜3000℃で熱処理を行い、
嵩密度が0.15〜1.20g/cmである多孔質炭素材を得る
ことを特徴とする多孔質炭素材の製造方法、
(2)前記炭素短繊維が、予め表面のサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維である上記(1)に記載の多孔質炭素材の製造方法、
(3)得られる多孔質炭素材の固有抵抗率が100〜100,000μΩ・m、熱伝導率が0.2〜3.0W/m・Kである上記(1)または(2)に記載の多孔質炭素材の製造方法
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) 30 to 250 parts by mass of thermosetting resin powder with respect to 100 parts by mass of carbon short fibers having an average fiber length of 0.3 to 50 mm, and 5 to 40 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the carbon short fibers. While mixing by spraying, stirring and mixing by dry mixing to form a mixed powder,
After hot pressing the obtained mixed powder,
Heat treatment is performed at 300 to 3000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere,
A method for producing a porous carbon material, characterized by obtaining a porous carbon material having a bulk density of 0.15 to 1.20 g / cm 3 ;
(2) The method for producing a porous carbon material according to (1), wherein the carbon short fibers are polyacrylonitrile-based carbon short fibers from which a surface sizing agent has been removed in advance.
(3) The specific resistivity of the obtained porous carbon material is 100 to 100,000 μΩ · m, and the thermal conductivity is 0.2 to 3.0 W / m · K, as described in (1) or (2) above A method for producing a porous carbon material is provided.

本発明によれば、炭素短繊維が均一に分散されてなり、曲げ強度に優れるとともに、導電性および断熱性が所望範囲に制御されてなる多孔質炭素材を簡便に製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a method for easily producing a porous carbon material in which short carbon fibers are uniformly dispersed, has excellent bending strength, and has conductivity and heat insulation controlled within a desired range. Can do.

本発明の多孔質炭素材の製造方法は、平均繊維長0.3〜50mmの炭素短繊維100質量部に対し、熱硬化性樹脂粉末30〜250質量部を、前記炭素短繊維100質量部に対して5〜40質量部の水を噴霧して添加しつつ、乾式混合により撹拌混合して混合粉体を形成し、得られた混合粉体を熱圧成形した後、非酸化性雰囲気下300〜3000℃で熱処理を行い、嵩密度が0.15〜1.20g/cmである多孔質炭素材を得ることを特徴とするものである。 In the method for producing a porous carbon material of the present invention, 30 to 250 parts by mass of thermosetting resin powder is added to 100 parts by mass of the carbon short fibers with respect to 100 parts by mass of carbon short fibers having an average fiber length of 0.3 to 50 mm. On the other hand, while adding 5 to 40 parts by mass of water by spraying, the mixture is stirred and mixed by dry mixing to form a mixed powder. Heat treatment is performed at ˜3000 ° C. to obtain a porous carbon material having a bulk density of 0.15 to 1.20 g / cm 3 .

本発明の製造方法において、炭素短繊維としては、特に制限されないが、例えば、ポリアクリロニトリル系繊維を炭素化してなるポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系繊維を炭素化してなるピッチ系炭素繊維、レーヨン系繊維を炭素化してなるレーヨン系炭素繊維、フェノール樹脂系繊維を炭素化してなるフェノール樹脂系炭素繊維等から選ばれる一種以上を挙げることができる。   In the production method of the present invention, the carbon short fiber is not particularly limited. For example, a polyacrylonitrile carbon fiber obtained by carbonizing a polyacrylonitrile fiber, a pitch carbon fiber obtained by carbonizing a pitch fiber, and a rayon system. One or more types selected from rayon-based carbon fibers obtained by carbonizing fibers, phenol resin-based carbon fibers formed by carbonizing phenol resin fibers, and the like can be given.

本発明の製造方法において、炭素短繊維の平均繊維長0.3〜50mmであり、1〜30mmであることが好ましく、3〜25mmであることがより好ましい。
炭素短繊維の平均繊維長が0.3mmより短くなると、炭素短繊維の充填性が向上して(炭素繊維が充填され易くなって)、得られる多孔質炭素材の嵩密度が上昇し断熱性能が低下し易くなる。一方、炭素短繊維の平均繊維長が50mmを超えると、炭素繊維が嵩高くなり、成形型に均一に充填し難しくなるため、得られる多孔質炭素材の特性のバラつきが大きくなり易い。
In the production method of the present invention, the short carbon fiber has an average fiber length of 0.3 to 50 mm, preferably 1 to 30 mm, and more preferably 3 to 25 mm.
When the average fiber length of the short carbon fiber is shorter than 0.3 mm, the filling property of the short carbon fiber is improved (the carbon fiber is easily filled), the bulk density of the obtained porous carbon material is increased, and the heat insulating performance. Tends to decrease. On the other hand, when the average fiber length of the short carbon fibers exceeds 50 mm, the carbon fibers become bulky, and it becomes difficult to uniformly fill the mold, so that variations in the characteristics of the obtained porous carbon material tend to increase.

なお、本出願書類において、炭素短繊維の平均繊維長は、任意に選択した炭素短繊維20本の繊維長を、マイクロスコープを用いて画像解析により測定したときの算術平均値を意味する。   In addition, in this application document, the average fiber length of carbon short fiber means the arithmetic mean value when the fiber length of 20 carbon short fibers selected arbitrarily is measured by image analysis using a microscope.

本発明の製造方法において、炭素短繊維の繊維径(繊維の断面直径)は、1〜15μmであることが好ましく、5〜10μmであることがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、炭素短繊維の断面直径は、任意に選択した炭素短繊維10本の断面直径(炭素短繊維の断面の最大径)を、走査型電子顕微鏡を用いて画像解析により測定したときの算術平均値を意味する。
In the production method of the present invention, the fiber diameter (fiber cross-sectional diameter) of the short carbon fiber is preferably 1 to 15 μm, and more preferably 5 to 10 μm.
In addition, in this application document, the cross-sectional diameter of the short carbon fiber is measured by image analysis using a scanning electron microscope for the cross-sectional diameter of 10 carbon short fibers arbitrarily selected (maximum diameter of the short carbon fiber cross-section). It means the arithmetic average value.

本発明の製造方法において、炭素短繊維は、予め表面のサイジング剤を除去したものであることが好ましい。   In the production method of the present invention, the short carbon fibers are preferably those obtained by removing the surface sizing agent in advance.

炭素繊維としては、炭素繊維に適切な集束性を付与する目的で、表面に各種熱可塑性樹脂を主剤とするサイジング剤が付与されてなるものが一般に広く利用されているが、本発明の製造方法においては、予め表面のサイジング剤を除去した炭素短繊維を用いることにより、炭素短繊維の熱硬化性樹脂粉末中への均一分散を容易に行うことができる。   As the carbon fiber, for the purpose of imparting appropriate bundling property to the carbon fiber, one having a surface provided with a sizing agent mainly composed of various thermoplastic resins is widely used. In, by using short carbon fibers from which the surface sizing agent has been removed in advance, uniform dispersion of the short carbon fibers in the thermosetting resin powder can be easily performed.

サイジング剤を除去する方法としては、熱処理の他、サイジング剤と相溶する有機溶剤で洗浄処理する方法を挙げることができる。
サイジング剤を熱処理により除去する場合、炭素短繊維に損傷を与えないように、サイジング剤の分解温度以上の温度で加熱処理すればよく、例えば、酸化雰囲気中で300〜400℃で加熱したり、非酸化性雰囲気中で600〜1000℃で加熱処理する方法を挙げることができる。
サイジング剤を有機溶剤で洗浄処理する場合、例えば、アセトン、メタノール、エタノール等、サイジング剤と相溶する有機溶剤を適宜選択した上で、ディッピング法等により洗浄処理する方法を挙げることができる。
Examples of the method for removing the sizing agent include a method of washing with an organic solvent compatible with the sizing agent in addition to the heat treatment.
When removing the sizing agent by heat treatment, heat treatment may be performed at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the sizing agent so as not to damage the short carbon fibers, for example, heating at 300 to 400 ° C. in an oxidizing atmosphere, The method of heat-processing at 600-1000 degreeC in non-oxidizing atmosphere can be mentioned.
In the case where the sizing agent is washed with an organic solvent, for example, an organic solvent compatible with the sizing agent such as acetone, methanol, ethanol or the like is appropriately selected, and then a washing treatment method such as a dipping method can be used.

本発明の製造方法においては、炭素短繊維に対し、熱硬化性樹脂粉末を撹拌混合する。
本発明の製造方法において、熱硬化性樹脂粉末を構成する熱硬化性樹脂としては、特に制限されないが、例えば、レゾールタイプのフェノール樹脂、ノボラックタイプのフェノール樹脂に代表されるフェノール系樹脂、フルフリルアルコール樹脂、フルフリルアルコールフルフラール系樹脂、フルフリルアルコールフェノール樹脂などのフラン系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ピレン−フェナントレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂や多官能フェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂等を挙げることができ、これらを単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
In the production method of the present invention, the thermosetting resin powder is stirred and mixed with the short carbon fibers.
In the production method of the present invention, the thermosetting resin constituting the thermosetting resin powder is not particularly limited. For example, a phenolic resin represented by a resol type phenol resin, a novolac type phenol resin, or furfuryl. Furan resins such as alcohol resin, furfuryl alcohol furfural resin, furfuryl alcohol phenol resin, polyimide resin, polycarbodiimide resin, polyacrylonitrile resin, pyrene-phenanthrene resin, polyvinyl chloride resin, bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy Resins and epoxy resins such as polyfunctional phenol type epoxy resins, urea resins, diallyl phthalate resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, etc. can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. It can be.

本発明の製造方法において、熱硬化性樹脂粉末を構成する熱硬化性樹脂としては、残炭率が40%以上であるフェノール系樹脂またはエポキシ樹脂が成形性や価格面から好適に使用することができる。   In the production method of the present invention, as the thermosetting resin constituting the thermosetting resin powder, a phenolic resin or an epoxy resin having a residual carbon ratio of 40% or more is preferably used from the viewpoint of moldability and price. it can.

本発明の製造方法において、熱硬化性樹脂粉末の平均粒子径は、5〜100μmであることが好ましく、10〜80μmであることがより好ましく、20〜50μmであることがさらに好ましい。
熱硬化性樹脂粉末の平均粒子径が5μm未満であると、微粉状の熱硬化性樹脂が二次凝集してしまうことから、炭素短繊維を均一に分散させることができ難くなり、熱硬化性樹脂粉末の平均粒子径が100μmを超えると、攪拌混合時に熱硬化性樹脂粉末が偏積し、得られる多孔質炭素の特性のバラつきが大きくなり易い。
製造原料として、塊状あるいはマーブル状の(平均粒子径の大きな)熱硬化性樹脂を使用する場合、粉砕処理等の処理を行うことにより、所望の平均粒子径を有する熱硬化性樹脂粉末を調製することができる。
In the production method of the present invention, the average particle size of the thermosetting resin powder is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm, and still more preferably 20 to 50 μm.
If the average particle size of the thermosetting resin powder is less than 5 μm, the fine powdered thermosetting resin will be secondary agglomerated, making it difficult to uniformly disperse the short carbon fibers, and thermosetting. When the average particle diameter of the resin powder exceeds 100 μm, the thermosetting resin powder is unevenly distributed during the stirring and mixing, and the characteristic variation of the obtained porous carbon tends to increase.
In the case of using a block-shaped or marble-shaped (large average particle diameter) thermosetting resin as a production raw material, a thermosetting resin powder having a desired average particle diameter is prepared by performing a treatment such as pulverization. be able to.

なお、本出願書類において、熱硬化性樹脂粉末の平均粒子径の測定は、レーザ回折式粒度分布測定装置((株)島津製作所 SALD−2100)を用いて測定した値を意味する。   In addition, in this application document, the measurement of the average particle diameter of a thermosetting resin powder means the value measured using the laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (Shimadzu Corporation SALD-2100).

本発明の製造方法において、熱硬化性樹脂粉末は、加熱硬化することにより、炭素短繊維を結着するバインダーとして機能するものであり、熱処理時に炭化して炭素短繊維と一体化された多孔質炭素材を形成する。   In the production method of the present invention, the thermosetting resin powder functions as a binder for binding the short carbon fibers by heat curing, and is porous that is carbonized during heat treatment and integrated with the short carbon fibers. Form a carbon material.

本発明の製造方法においては、炭素短繊維と、熱硬化性樹脂粉末とを攪拌混合する際、さらにフェノール樹脂硬化剤を混合してもよい。
フェノール樹脂硬化剤としては、分子中にフェノール構造を有するものであれば特に限定されず、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、キシレン型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ビスフェノール型ノボラック樹脂などのノボラック樹脂、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールAなどのビスフェノール類、該ビスフェノール類を該ビスフェノール類のジグリシジルエーテルで高分子量化したり、エピクロルヒドリンと上記ビスフェノール類とを後者が過剰となる割合で反応させて得られるビスフェノール系樹脂などが挙げられる。
In the production method of the present invention, when the short carbon fibers and the thermosetting resin powder are mixed with stirring, a phenol resin curing agent may be further mixed.
The phenol resin curing agent is not particularly limited as long as it has a phenol structure in the molecule, and novolak such as phenol novolac resin, cresol novolac resin, xylene type phenol resin, dicyclopentadiene type phenol resin, bisphenol type novolac resin, etc. Resin, bisphenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, tetrabromobisphenol A, the bisphenols are polymerized with diglycidyl ether of the bisphenols, or the latter is an excess of epichlorohydrin and the above bisphenols And bisphenol-based resins obtained by reacting with the above.

本発明の製造方法においては、炭素短繊維と、熱硬化性樹脂粉末とを攪拌混合する際、さらに硬化促進剤を混合してもよい。
硬化促進剤としては、リン系化合物、第3級アミン、イミダゾール、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩などから選ばれる1種以上を挙げることができる。
In the production method of the present invention, when the carbon short fibers and the thermosetting resin powder are mixed with stirring, a curing accelerator may be further mixed.
Examples of the curing accelerator include one or more selected from phosphorus compounds, tertiary amines, imidazoles, organic acid metal salts, Lewis acids, amine complex salts, and the like.

本発明の製造方法においては、平均繊維長0.3〜50mmの炭素短繊維100質量部に対し、熱硬化性樹脂粉末30〜250質量部を撹拌混合して混合粉体を形成する。
本発明の製造方法においては、平均繊維長0.3〜50mmの炭素短繊維100質量部に対し、熱硬化性樹脂粉末40〜240質量部攪拌混合して混合粉体を形成することが好ましい。
In the production method of the present invention, 30 to 250 parts by mass of thermosetting resin powder is agitated and mixed with 100 parts by mass of short carbon fibers having an average fiber length of 0.3 to 50 mm to form a mixed powder.
In the production method of the present invention, it is preferable that 40 to 240 parts by mass of thermosetting resin powder is stirred and mixed with 100 parts by mass of short carbon fibers having an average fiber length of 0.3 to 50 mm to form a mixed powder.

熱硬化性樹脂粉末使用量が上記範囲内にあることにより、所望の気孔率や強度を有する多孔質炭素材を得ることができる。
熱硬化性樹脂粉末の使用量が、炭素短繊維100質量部に対し30質量部未満である場合には、成形性が低下し易くなるばかりか、後述する加熱熱処理時に熱硬化性樹脂粉末によるバインダー力が低下してしまい、得られる成形体の形状を保持でき難くなる。また、熱硬化性樹脂粉末の使用量が、炭素短繊維100質量部に対し250質量部を超える場合には、得られる多孔質炭素材の固有抵抗値が大きくなり導電性が低下し易くなる。
When the amount of the thermosetting resin powder used is within the above range, a porous carbon material having a desired porosity and strength can be obtained.
When the amount of the thermosetting resin powder used is less than 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the short carbon fibers, not only the moldability is likely to deteriorate, but also a binder made of the thermosetting resin powder during the heat treatment described later. The force is reduced, and it becomes difficult to maintain the shape of the obtained molded body. Moreover, when the usage-amount of a thermosetting resin powder exceeds 250 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon short fibers, the specific resistance value of the obtained porous carbon material becomes large, and it becomes easy to reduce electroconductivity.

本発明の製造方法において、炭素短繊維と、熱硬化性樹脂粉末との混合時にさらにフェノール樹脂硬化剤を混合する場合、フェノール樹脂硬化剤は、例えば、熱硬化性樹脂粉末として多官能フェノール型エポキシ樹脂粉末を用いる場合、該エポキシ樹脂中における全エポキシ基に対するフェノール樹脂中における全フェノール性水酸基の当量比(フェノール樹脂中における全フェノール性水酸基/エポキシ樹脂中における全エポキシ基)が0.7〜1.5になるように混合することが好ましく、0.9〜1.1になるように混合することがより好ましく、1.0程度になるように混合することがさらに好ましい。
上記当量比が0.7未満であるか1.5を超えると、未反応の熱硬化性樹脂粉末またはフェノール樹脂硬化剤の残存量が多くなるため、熱硬化効率が低下してしまう。
In the production method of the present invention, when a phenol resin curing agent is further mixed at the time of mixing the short carbon fibers and the thermosetting resin powder, the phenol resin curing agent is, for example, a polyfunctional phenol type epoxy as a thermosetting resin powder. When resin powder is used, the equivalent ratio of all phenolic hydroxyl groups in the phenol resin to all epoxy groups in the epoxy resin (total phenolic hydroxyl groups in the phenol resin / total epoxy groups in the epoxy resin) is 0.7 to 1. It is preferable to mix so that it may become 0.5, It is more preferable to mix so that it may become 0.9-1.1, It is further more preferable to mix so that it may become about 1.0.
When the equivalent ratio is less than 0.7 or exceeds 1.5, the residual amount of unreacted thermosetting resin powder or phenol resin curing agent increases, and the thermosetting efficiency is lowered.

本発明の製造方法において、炭素短繊維と、熱硬化性樹脂粉末との混合時にさらに硬化促進剤を混合する場合、硬化促進剤は、例えば、熱硬化性樹脂粉末として、多官能フェノール型エポキシ樹脂粉末を用いる場合、通常、熱硬化性樹脂粉末100質量部に対し0.05〜3質量部の範囲で添加することができる。   In the production method of the present invention, when a curing accelerator is further mixed at the time of mixing the short carbon fibers and the thermosetting resin powder, the curing accelerator is, for example, a polyfunctional phenol type epoxy resin as a thermosetting resin powder. When using powder, it can add normally in 0.05-3 mass parts with respect to 100 mass parts of thermosetting resin powder.

本発明の製造方法において、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末の混合方法は、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とを乾式混合により均一に撹拌混合できるものであれば、特に制限されず、公知の攪拌装置を用いて行うことができる。   In the production method of the present invention, the method of mixing the short carbon fibers and the thermosetting resin powder is not particularly limited as long as the short carbon fibers and the thermosetting resin powder can be uniformly stirred and mixed by dry mixing. It can carry out using a well-known stirring apparatus.

上記攪拌装置としては、撹拌容器内に混合用の撹拌羽を有する装置を挙げることができ、例えば、ハイスピードミキサー、レーディゲミキサー、ヘンシェルミキサー等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
本発明の製造方法において、上記攪拌混合時における攪拌時間は、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とを均一に撹拌混合し得るものであれば特に制限されないが、例えば、30〜300秒間が好ましい。また、上記攪拌混合時における攪拌装置の回転数は、100〜1000回転/分程度であることが好ましい。
As said stirring apparatus, the apparatus which has the stirring blade for mixing in a stirring container can be mentioned, For example, 1 or more types chosen from a high speed mixer, a Laedige mixer, a Henschel mixer, etc. can be mentioned.
In the production method of the present invention, the stirring time in the stirring and mixing is not particularly limited as long as the short carbon fibers and the thermosetting resin powder can be stirred and mixed uniformly. For example, 30 to 300 seconds is preferable. . Moreover, it is preferable that the rotation speed of the stirring apparatus at the time of the said stirring and mixing is about 100 to 1000 rotations / minute.

本発明の製造方法においては、上記炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との撹拌混合を、炭素繊維100質量部に対して、5〜40質量部の水の存在下で行うものであり、10〜35質量部の水の存在下で行うことが好ましく、15〜30質量部の水の存在下で行うことがさらに好ましい。   In the production method of the present invention, the short carbon fiber and the thermosetting resin powder are mixed with stirring in the presence of 5 to 40 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber. It is preferable to carry out in the presence of ~ 35 parts by mass of water, more preferably in the presence of 15 to 30 parts by mass of water.

上記炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との撹拌混合を、炭素繊維100質量部に対し、5〜40質量部の水の存在下で行うことにより、炭素短繊維と硬化性樹脂粉末とを強固に固着することができ、攪拌混合して得られる混合粉体をミキサーから排出したり成形型に投入して移動する際等に、熱硬化性樹脂粉末が炭素短繊維から分離、飛散することを効果的に抑制することができる。
上記攪拌混合時における水の使用量が炭素繊維100質量部に対し、5質量部未満である場合には、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とを固着し難くなり、40質量部を超える場合には、水の表面張力により、炭素繊維が一方向に配向して束状になり易く(集束し易く)、得られる多孔質炭素材の特性のバラつきを生じ易くなる。
By stirring and mixing the carbon short fibers and the thermosetting resin powder in the presence of 5 to 40 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the carbon fibers, the carbon short fibers and the curable resin powder are strengthened. When the mixed powder obtained by stirring and mixing is discharged from the mixer or put into a mold and moved, the thermosetting resin powder is separated from the carbon short fibers and scattered. It can be effectively suppressed.
When the amount of water used in the stirring and mixing is less than 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon fiber, it becomes difficult to fix the short carbon fibers and the thermosetting resin powder, and the amount exceeds 40 parts by mass. In this case, the surface tension of water tends to cause the carbon fibers to be oriented in one direction to be bundled (easy to be bundled), resulting in variations in characteristics of the obtained porous carbon material.

本発明の製造方法においては、上記炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との撹拌混合を、炭素短繊維および熱硬化性樹脂粉末に水を噴霧して添加しつつ攪拌混合する。   In the production method of the present invention, the stirring and mixing of the carbon short fibers and the thermosetting resin powder is stirred and mixed while water is sprayed and added to the carbon short fibers and the thermosetting resin powder.

炭素短繊維および熱硬化性樹脂粉末に水を噴霧する方法は、攪拌対象に均一に噴霧し得る方法であれば特に制限されず、噴霧液滴が可能な限り微粒子状になるように噴霧することが好ましく、噴霧液滴の平均直径が20μm以下になるように噴霧することがより好ましい。
炭素短繊維および熱硬化性樹脂粉末に水を噴霧する装置も特に制限されず、例えば、フォガーのような一流体ノズルや、気体を噴霧媒体とした二流体ノズル、超音波霧化ノズル等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
The method of spraying water on the short carbon fibers and the thermosetting resin powder is not particularly limited as long as it is a method capable of spraying uniformly on the stirring target, and spraying so that the spray droplets are as fine as possible. It is preferable to spray so that the average diameter of the spray droplets is 20 μm or less.
The apparatus for spraying water on the short carbon fiber and the thermosetting resin powder is not particularly limited, and is selected from, for example, a one-fluid nozzle such as a fogger, a two-fluid nozzle using a gas as a spray medium, and an ultrasonic atomizing nozzle. One or more of these may be mentioned.

炭素短繊維および熱硬化性樹脂粉末に水を噴霧する時間も、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との撹拌混合時間より短時間である限り特に制限されず、例えば、15〜60秒間であることが好ましい。   The time for spraying water on the short carbon fiber and the thermosetting resin powder is not particularly limited as long as it is shorter than the stirring and mixing time of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder, and is, for example, 15 to 60 seconds. It is preferable.

本発明の製造方法においては、上記攪拌混合により、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着された固着粉を含む混合粉体を形成することができる。   In the production method of the present invention, a mixed powder containing fixed powder in which the short carbon fibers and the thermosetting resin powder are fixed can be formed by the stirring and mixing.

本発明の製造方法において、混合粉体の嵩密度は、0.005〜0.2g/cmであることが好ましく、0.01〜0.15g/cmであることがより好ましく、0.05〜0.1g/cmであることがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、混合粉体の嵩密度は、体積が既知の容器に混合粉体を充填し、その質量(g)測定後、該質量を上記容器の体積(cm)で割ることにより算出される値を意味する。
In the production method of the present invention, the bulk density of the powder mixture is preferably 0.005~0.2g / cm 3, more preferably 0.01~0.15g / cm 3, 0. More preferably, it is 05-0.1 g / cm < 3 >.
In this application document, the bulk density of the mixed powder is determined by filling the mixed powder into a container with a known volume, measuring the mass (g), and dividing the mass by the volume (cm 3 ) of the container. Means the value calculated by.

本発明の製造方法においては、上記混合粉体を熱圧成形する。   In the production method of the present invention, the mixed powder is hot-press molded.

本発明の製造方法において、熱圧成形は、得ようとする多孔質炭素材の形状に対応する成形面を有する成形型中で行うことが好ましい。
本発明の製造方法において、熱圧成形時に成形型内に装入する混合粉体量は、熱硬化性樹脂粉末の残炭率を考慮しつつ、後述する熱処理後に得られる多孔質炭素材の嵩密度が0.15〜1.20g/cmとなるように制御する。
In the production method of the present invention, the hot pressing is preferably performed in a molding die having a molding surface corresponding to the shape of the porous carbon material to be obtained.
In the production method of the present invention, the amount of the mixed powder charged into the mold during hot pressing is the volume of the porous carbon material obtained after the heat treatment described later, taking into account the residual carbon ratio of the thermosetting resin powder. The density is controlled to be 0.15 to 1.20 g / cm 3 .

本発明の製造方法において、熱圧成形時の成形温度および成形時間は、熱硬化性樹脂粉末が溶融して炭素短繊維同士を結着し、得られる結着物がハンドリングし得る状態になる温度であれば特に制限されない。   In the production method of the present invention, the molding temperature and molding time at the time of hot-pressure molding are temperatures at which the thermosetting resin powder is melted to bind the short carbon fibers together, and the resulting binder can be handled. If there is no particular limitation.

熱圧成形時の成形温度は、例えば、120〜250℃が好ましく、130〜220℃がより好ましく、150〜200℃がさらに好ましい。また、熱圧成形時の成形時間は、5〜60分間が好ましく、7〜45分間がより好ましく、10〜30分間がさらに好ましい。   120-250 degreeC is preferable, for example, the molding temperature at the time of hot-pressure shaping | molding has more preferable 130-220 degreeC, and 150-200 degreeC is further more preferable. Further, the molding time at the time of hot pressing is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 7 to 45 minutes, and further preferably 10 to 30 minutes.

熱圧成形時の成形圧力は、1MPa以上20MPa未満程度であることが適当であり、1MPa〜15MPaであることがより適当であり、1MPa〜10MPaであることがさらに適当である。また、得られた熱圧成形物を、必要に応じて更に機械加工してもよく、また、必要に応じて、適宜200〜300℃程度の温度でアフターキュアを行ってもよい。   The molding pressure at the time of hot-pressure molding is suitably about 1 MPa or more and less than 20 MPa, more preferably 1 MPa to 15 MPa, and further preferably 1 MPa to 10 MPa. Further, the obtained hot-pressed product may be further machined as necessary, and may be appropriately cured at a temperature of about 200 to 300 ° C. as necessary.

本発明の製造方法においては、上記熱圧成形処理後、さらに非酸化性雰囲気下、300〜3000℃で熱処理を行う。
非酸化性雰囲気としては、アルゴンガス雰囲気、ヘリウムガス雰囲気等の希ガス雰囲気の他、真空雰囲気、窒素雰囲気等を挙げることができる。
また、上記熱処理温度は700〜3000℃が好ましく、1500〜2800℃がより好ましい。
上記熱処理を行う時間は、1〜36時間であることが好ましく、2〜24時間であることがより好ましく、3〜12時間であることがさらに好ましい。
In the production method of the present invention, heat treatment is performed at 300 to 3000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere after the hot pressing process.
Examples of the non-oxidizing atmosphere include a vacuum atmosphere and a nitrogen atmosphere in addition to a rare gas atmosphere such as an argon gas atmosphere and a helium gas atmosphere.
The heat treatment temperature is preferably 700 to 3000 ° C, more preferably 1500 to 2800 ° C.
The time for performing the heat treatment is preferably 1 to 36 hours, more preferably 2 to 24 hours, and further preferably 3 to 12 hours.

本発明の製造方法においては、熱圧成形処理に引き続き、上記熱処理を行うことにより、十分に焼成炭化された多孔質炭素材を得ることができる。
熱処理温度が300℃未満である場合には、炭化が不十分で有機物が残存し易く、一方加熱温度が3,000℃を越えると黒鉛化が進行して後加工し難くなる。
本発明の製造方法においては、上記熱処理を施すことにより、目的とする多孔質炭素材を得ることができ、必要に応じて、二次加工を施してもよい。
In the production method of the present invention, a sufficiently calcined and carbonized porous carbon material can be obtained by performing the heat treatment subsequent to the hot pressing process.
When the heat treatment temperature is less than 300 ° C., carbonization is insufficient and organic matter tends to remain, whereas when the heating temperature exceeds 3,000 ° C., graphitization proceeds and post-processing becomes difficult.
In the production method of the present invention, the target porous carbon material can be obtained by performing the heat treatment, and secondary processing may be performed as necessary.

本発明の製造方法において、得られる多孔質炭素材は、嵩密度が、0.15〜1.20g/cmであり、0.15〜1.0g/cmであることが好ましい。 In the production method of the present invention, the resulting porous carbon material, bulk density, a 0.15~1.20g / cm 3, it is preferable that 0.15~1.0g / cm 3.

本発明の製造方法において、得られる多孔質炭素材の嵩密度は、炭素短繊維の平均繊維長、熱硬化性樹脂粉末の平均粒径、炭素短繊維および熱硬化性樹脂粉末の混合量、熱圧成形時の圧力等を制御することにより所望範囲に調整することができる。   In the production method of the present invention, the bulk density of the obtained porous carbon material is the average fiber length of the short carbon fibers, the average particle diameter of the thermosetting resin powder, the mixing amount of the short carbon fibers and the thermosetting resin powder, It can be adjusted to a desired range by controlling the pressure during pressure forming.

本発明の製造方法において、多孔質炭素材の嵩密度が上記範囲内に制御されてなるものであることにより、ガス透過性や、固有抵抗率、熱伝導率等が所望範囲にある多孔質炭素材を容易に提供することができる。   In the production method of the present invention, the porous carbon material has the bulk density of the porous carbon material controlled within the above range, so that the porous carbon material has gas permeability, specific resistivity, thermal conductivity, and the like within a desired range. The material can be provided easily.

なお、本発明の製造方法において、嵩密度は、下記式により算出される値を意味するものとする。
嵩密度(g/cm)=多孔質炭素材の質量(g)/多孔質炭素材の寸法容積(cm
In addition, in the manufacturing method of this invention, a bulk density shall mean the value calculated by a following formula.
Bulk density (g / cm 3 ) = mass of porous carbon material (g) / dimensional volume of porous carbon material (cm 3 )

本発明の製造方法において、得られる多孔質炭素材は、固有抵抗率が100〜100,000μΩ・mであるものが適当であり、100〜10,000μΩ・mであるものがより適当であり、100〜1,000μΩ・mであるものがさらに適当である。   In the production method of the present invention, the obtained porous carbon material is suitably one having a specific resistivity of 100 to 100,000 μΩ · m, more preferably 100 to 10,000 μΩ · m, More suitable is 100 to 1,000 μΩ · m.

本発明の製造方法において、固有抵抗率が上記範囲内にあることにより、所望の導電性を有する多孔質炭素材を供することができる。   In the production method of the present invention, when the specific resistivity is within the above range, a porous carbon material having desired conductivity can be provided.

なお、本出願書類において、多孔質炭素材の固有抵抗率は、四端子電圧降下法に従い、縦30mm、横30mm、厚さ2〜5mmの試験片に対し、室温下にて、長手方向に接触面圧1MPaで、直流電流1.0Aを流して、端子間距離0.5〜3.0mmの電圧降下を測定したときに測定される値を意味するものとする。   In this application document, the specific resistivity of the porous carbon material is measured in the longitudinal direction at room temperature on a test piece having a length of 30 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 2 to 5 mm according to the four-terminal voltage drop method. It means a value measured when a voltage drop of 0.5 to 3.0 mm between terminals is measured with a surface pressure of 1 MPa and a direct current of 1.0 A.

本発明の製造方法において、得られる多孔質炭素材は、熱伝導率が0.2〜3.0W/m・Kであるものが適当であり、0.2〜2.0W/m・Kであるものがより適当であり、0.2〜1.0W/m・Kであるものがよりさらに適当である。   In the production method of the present invention, it is appropriate that the obtained porous carbon material has a thermal conductivity of 0.2 to 3.0 W / m · K, and 0.2 to 2.0 W / m · K. Some are more suitable, and those with 0.2 to 1.0 W / m · K are even more suitable.

本発明の製造方法において、熱伝導率が上記範囲内にあることにより、所望の断熱性を有する多孔質炭素材を供することができる。   In the production method of the present invention, when the thermal conductivity is in the above range, a porous carbon material having desired heat insulation can be provided.

なお、本出願書類において、多孔質炭素材の熱伝導率は、直径10mm、厚み1〜2mmの試験片に対し、熱定数測定装置(アルバック理工社製、TC−7000)を用いてレーザーフラッシュ法により測定したときの値を意味するものとするものとする。   In addition, in this application document, the thermal conductivity of the porous carbon material is a laser flash method using a thermal constant measuring device (TC-7000, manufactured by ULVAC-RIKO) for a test piece having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 to 2 mm. It shall mean the value when measured by.

本発明の製造方法において、得られる多孔質炭素材は、気孔率が40〜90%であるものが適当であり、50〜80%であるものがより適当であり、60〜70%であるものがさらに適当である。   In the production method of the present invention, the porous carbon material to be obtained is suitably one having a porosity of 40 to 90%, more preferably 50 to 80%, and 60 to 70%. Is more appropriate.

本発明の製造方法において、気孔率が上記範囲内にあることにより、所望のガス透過性を有する多孔質炭素材を供することができる。   In the production method of the present invention, when the porosity is within the above range, a porous carbon material having desired gas permeability can be provided.

なお、本出願書類において、気孔率(%)とは、多孔質炭素材の全容積に対する気孔容積の割合を百分率で表したものであり、多孔質炭素材の乾燥重量W(g)と体積V(cm)を測定し、次に、多孔質炭素材を粉末状にして多孔質炭素材の真密度ρ(g/cm)を測定した上で、下記式により算出した値を意味するものとする。
気孔率(%)=[1−W/(ρ×V)]×100
In the present application documents, the porosity (%) is the percentage of the pore volume to the total volume of the porous carbon material, expressed as a percentage, and the dry weight W (g) and volume V of the porous carbon material. (Cm 3 ) is measured, then the porous carbon material is powdered and the true density ρ (g / cm 3 ) of the porous carbon material is measured, and the value calculated by the following formula is meant And
Porosity (%) = [1-W / (ρ × V)] × 100

本発明によれば、炭素短繊維が均一に分散されてなり、曲げ強度に優れるとともに、導電性および断熱性が所望範囲に制御されてなる多孔質炭素材を簡便に製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a method for easily producing a porous carbon material in which short carbon fibers are uniformly dispersed, has excellent bending strength, and has conductivity and heat insulation controlled within a desired range. Can do.

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention.

(実施例1)
平均繊維長6mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバーT−008)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)100質量部をハイスピードミキサーに投入し、市販のフォガーノズル(ザウター平均粒子径:15μm)を用いて、上記炭素短繊維100質量部に対して20質量部の水を噴霧しながら、攪拌速度60回/分間で、5分間攪拌混合処理を行うことにより、混合粉体を形成した。得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
得られた混合粉体から、0.8g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して所定の成形面形状を有する金型内に装入し、180℃の温度下において、5MPaの成形圧で20分間熱圧成形処理を行うことにより、縦250mm、横250mm、高さ6mmの熱圧成形物を得た。
上記炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
上記熱圧成形物を、窒素雰囲気下、2000℃で5時間熱処理することにより、目的とする多孔質炭素材を得た。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
Example 1
Thermosetting phenol resin powder (Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle size of 40 μm with respect to 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based short carbon fibers (cut fiber T-008 manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 6 mm and a fiber diameter of 7 μm 100 parts by mass of Residtop PGA-2411 manufactured by Co., Ltd. was charged into a high speed mixer, and 20 parts by mass of water was added to 100 parts by mass of the short carbon fibers using a commercially available fogger nozzle (Sauter average particle size: 15 μm). A mixed powder was formed by carrying out a stirring and mixing treatment for 5 minutes at a stirring speed of 60 times / minute while spraying. The obtained mixed powder does not agglomerate short carbon fibers by the above stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin powder are fixed while the short carbon fibers are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. It was something that was made.
An amount of 0.8 g / cm 3 of porous carbon material obtained from the obtained mixed powder is sampled and charged into a mold having a predetermined molding surface shape, and at a temperature of 180 ° C., 5 MPa A hot-pressure molded product having a length of 250 mm, a width of 250 mm, and a height of 6 mm was obtained by performing a hot-pressure molding treatment at a molding pressure of 20 mm.
When the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into a mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed.
The above hot-pressed product was heat-treated at 2000 ° C. for 5 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a target porous carbon material.
The production conditions are described in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity of the obtained porous carbon material are shown in Table 2.

(実施例2)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長3mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)40質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.2g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
(Example 2)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle 40 parts by mass of a thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was added to a high speed mixer and mixed by stirring. From the obtained mixed powder, 0.2 g / The target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the cm 3 porous carbon material obtained was collected and hot-press molded.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例3)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長12mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)240質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.9g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
(Example 3)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 12 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle 240 parts by mass of a thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was added to a high-speed mixer and mixed by stirring. From the obtained mixed powder, 0.9 g / The target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the cm 3 porous carbon material obtained was collected and hot-press molded.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例4)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長6mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)100質量部をハイスピードミキサーに投入して、市販のフォガーノズル(ザウター平均粒子径:15μm)を用いて、上記炭素短繊維100質量部に対して35質量部の水を噴霧しながら攪拌混合し、得られた混合粉体から、1.2g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
Example 4
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 6 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle size 100 mass parts of thermosetting phenol resin powder (Gunei Chemical Industry Co., Ltd., Residtop PGA-2411) having a diameter of 40 μm was put into a high-speed mixer, and a commercially available fogger nozzle (Sauter average particle diameter: 15 μm) was used. Stirring and mixing while spraying 35 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the short carbon fibers, and collecting 1.2 g / cm 3 of porous carbon material from the obtained mixed powder. A target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that hot pressing was performed.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例5)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長3mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)40質量部をハイスピードミキサーに投入して、市販のフォガーノズル(ザウター平均粒子径:15μm)を用いて、上記炭素短繊維100質量部に対して7質量部の水を噴霧しながら攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.2g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
(Example 5)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle 40 parts by mass of a thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was put into a high-speed mixer, and a commercially available fogger nozzle (Sauter average particle size: 15 μm) was used. Stirring and mixing while spraying 7 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the carbon short fibers, and collecting 0.2 g / cm 3 of a porous carbon material from the obtained mixed powder. A target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that hot pressing was performed.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例6)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長6mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)100質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、熱処理温度を2000℃から700℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
(Example 6)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 6 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle size Except for changing the heat treatment temperature from 2000 ° C to 700 ° C by adding 100 parts by weight of thermosetting phenol resin powder with a diameter of 40 µm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) to a high speed mixer and stirring and mixing. Obtained a porous carbon material of interest as in Example 1.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例7)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長48mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)150質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、得られた混合粉体から、1.0g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形し、熱処理温度を2000℃から300℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
(Example 7)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 48 mm and a fiber diameter of 7 μm from which a sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle size 150 parts by mass of thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was put into a high speed mixer and mixed by stirring. From the obtained mixed powder, 1.0 g / The target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of cm 3 porous carbon material was obtained and hot-press molded and the heat treatment temperature was changed from 2000 ° C. to 300 ° C. Obtained.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例8)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長6mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)150質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.9g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形し、熱処理温度を2000℃から1000℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、サイジング剤を熱処理により除去する代わりにアセトンで洗浄除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて、同様に多孔質炭素材を作製したが、熱処理によりサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維を用いて得られた多孔質炭素材と特性上の差異は認められなかった。
(Example 8)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 6 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle size 150 parts by mass of thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was added to a high speed mixer and mixed by stirring. From the obtained mixed powder, 0.9 g / The target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the obtained cm 3 porous carbon material was collected and hot-press molded, and the heat treatment temperature was changed from 2000 ° C. to 1000 ° C. Obtained.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
A porous carbon material was prepared in the same manner using polyacrylonitrile-based short carbon fibers that had been washed away with acetone instead of removing the sizing agent by heat treatment, but the polyacrylonitrile-based carbon from which the sizing agent was removed by heat treatment was used. There was no difference in properties from the porous carbon material obtained using short fibers.

(実施例9)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長6mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径30μmのエポキシ樹脂粉末(ペルノックス(株)製ペルパウダー PCE−750)150質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.9g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形し、熱処理温度を2000℃から1000℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、上記攪拌混合により炭素短繊維が凝集することもなく、炭素短繊維が熱硬化性樹脂粉末中に均一に拡散されつつ炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが固着されてなるものであった。
また、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末との固着物をハイスピードミキサーから取り出し、金型内に装入して熱圧成形する際に、上記固着物の分離に伴う飛散は確認されなかった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
Example 9
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 6 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle size 150 parts by mass of epoxy resin powder having a diameter of 30 μm (Pernox Co., Ltd., Perpowder PCE-750) was charged into a high-speed mixer and mixed by stirring. From the obtained mixed powder, 0.9 g / cm 3 of porous material was obtained. The target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon material obtained was collected and hot-press molded and the heat treatment temperature was changed from 2000 ° C to 1000 ° C.
The mixed powder obtained in the stirring and mixing process does not agglomerate the short carbon fibers by the stirring and mixing, and the short carbon fibers and the thermosetting resin are uniformly diffused in the thermosetting resin powder. The resin powder was fixed.
Further, when the fixed matter of the short carbon fiber and the thermosetting resin powder was taken out from the high-speed mixer, inserted into the mold and subjected to hot-pressure molding, scattering due to separation of the fixed matter was not confirmed. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.

(比較例1)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長3mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)70質量部をハイスピードミキサーに投入して、水を噴霧することなく攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.9g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが十分に固着されず、混合物をミキサーから取り出す際に熱硬化性樹脂粉末が飛散し、熱圧成形時に成形型に混合粉体を充填する際にも熱硬化性樹脂粉末が底部に落下してしまう不均一なものであった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、上記多孔質成形体を繰り返し作製して、多孔質炭素材の特性の再現性を確認したところ、固有抵抗値と熱伝導率が大きくバラつくものであって、実用に供し得ないものであった。
(Comparative Example 1)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle 70 parts by mass of thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was put into a high-speed mixer and stirred and mixed without spraying water. A target porous carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 except that an amount of 0.9 g / cm 3 of porous carbon material obtained from the body was collected and subjected to hot pressing.
In the mixed powder obtained in the stirring and mixing process, the short carbon fibers and the thermosetting resin powder are not sufficiently fixed, and the thermosetting resin powder scatters when the mixture is taken out from the mixer. Even when the mixed powder was filled in the mold, the thermosetting resin powder was non-uniform, falling to the bottom.
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
In addition, when the above-mentioned porous molded body was repeatedly produced and the reproducibility of the characteristics of the porous carbon material was confirmed, the specific resistance value and the thermal conductivity varied greatly, and could not be put to practical use. there were.

(比較例2)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長12mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)140質量部をハイスピードミキサーに投入して、上記炭素短繊維100質量部に対して45質量部の水を噴霧しながら攪拌混合し、得られた混合粉体から、0.5g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
上記攪拌混合過程で得られた混合粉体は、湿式混合プロセスと同じように炭素短繊維が束状に凝集してしまい、熱硬化性樹脂粉末中に不均一に分散されてなるものであった。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
なお、上記多孔質成形体を繰り返し作製して、多孔質炭素材の特性の再現性を確認したところ、固有抵抗値と熱伝導率が大きくバラつくものであって、実用に供し得ないものであった。
(Comparative Example 2)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 12 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle 140 parts by mass of thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was put into a high-speed mixer, and 45 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the carbon short fibers. In the same manner as in Example 1, except that the amount of the porous carbon material of 0.5 g / cm 3 obtained from the mixed powder was collected by hot pressure molding. The intended porous carbon material was obtained.
In the mixed powder obtained in the stirring and mixing process, short carbon fibers aggregated in a bundle like the wet mixing process, and were dispersed non-uniformly in the thermosetting resin powder. .
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
In addition, when the above-mentioned porous molded body was repeatedly produced and the reproducibility of the characteristics of the porous carbon material was confirmed, the specific resistance value and the thermal conductivity varied greatly, and could not be put to practical use. there were.

(比較例3)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長0.1mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)80質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合し、得られた混合粉体から、1.4g/cmの多孔質炭素材が得られる量を採取して熱圧成形し、熱処理温度を2000℃から2200℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、目的とする多孔質炭素材を得た。
製造条件を表1に記載するとともに、得られた多孔質炭素材の特性として、嵩密度、体積固有抵抗率および熱伝導率を表2に示す。
得られた多孔質炭素材は、嵩密度が1.4g/cmと大きく、熱伝導率が2.6W/m・Kと大きいことから、所望の断熱性能が得られないものであった。
(Comparative Example 3)
For 100 parts by mass of a polyacrylonitrile-based carbon short fiber (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 0.1 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in advance in a nitrogen atmosphere, 80 parts by mass of thermosetting phenol resin powder having an average particle size of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) was charged into a high speed mixer and mixed by stirring. The target porous carbon was obtained in the same manner as in Example 1 except that an amount of 4 g / cm 3 of porous carbon material was obtained and subjected to hot pressing, and the heat treatment temperature was changed from 2000 ° C. to 2200 ° C. I got the material.
The manufacturing conditions are shown in Table 1, and the bulk density, volume resistivity and thermal conductivity are shown in Table 2 as characteristics of the obtained porous carbon material.
The obtained porous carbon material had a bulk density as large as 1.4 g / cm 3 and a thermal conductivity as large as 2.6 W / m · K, and thus the desired heat insulation performance could not be obtained.

(比較例4)
予め窒素雰囲気中で600℃で熱処理することによりサイジング剤を除去した平均繊維長100mm、繊維径7μmのポリアクリルニトリル系炭素短繊維(東レ(株)製カットファイバー)100質量部に対し、平均粒径40μmの熱硬化性フェノール樹脂粉末(群栄化学工業(株)製レヂトップPGA−2411)200質量部をハイスピードミキサーに投入して攪拌混合した以外は、実施例1と同様にして目的とする多孔質炭素材を得ようとしたところ、攪拌混合して得られた混合粉体が嵩高いために熱圧成形することができなかった。
製造条件を表1に記載する。
(Comparative Example 4)
For 100 parts by mass of polyacrylonitrile-based carbon short fibers (cut fiber manufactured by Toray Industries, Inc.) having an average fiber length of 100 mm and a fiber diameter of 7 μm from which the sizing agent has been removed by heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere in advance, the average particle The object is the same as in Example 1 except that 200 parts by mass of thermosetting phenol resin powder having a diameter of 40 μm (Resitop PGA-2411 manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) is put into a high speed mixer and stirred and mixed. When trying to obtain a porous carbon material, the mixed powder obtained by stirring and mixing was bulky and could not be hot-press molded.
The production conditions are listed in Table 1.

Figure 0005939543
Figure 0005939543

Figure 0005939543
Figure 0005939543

実施例1〜実施例9で得られた多孔質炭素材は、炭素短繊維が熱硬化性樹脂間に均一に分散された状態で熱圧成形されて一体化されてなるものであることから高い曲げ強度を有するとともに、多孔質状であることからガス透過性にも優れるものであった。
また、実施例1〜実施例9で得られた多孔質炭素材は、所定の平均繊維長を有する炭素短繊維と、熱硬化性樹脂粉末とを所定量撹拌混合して混合粉体を形成し、得られた混合粉体を、所定範囲の嵩密度になるように熱圧成形および非酸化性雰囲気下での熱処理を行ったものであることから、所定の電気伝導性および断熱性を有するものであった。
さらに、実施例1〜実施例9においては、製造過程において炭素短繊維の凝集や、炭素短繊維や熱硬化性樹脂粉末の飛散の発生を抑制しつつ簡便に多孔質炭素材を作製することができる。
The porous carbon materials obtained in Examples 1 to 9 are high because they are formed by hot pressing and integrating the short carbon fibers in a state of being uniformly dispersed between the thermosetting resins. While having bending strength, it was excellent in gas permeability from being porous.
The porous carbon materials obtained in Examples 1 to 9 were mixed with a predetermined amount of carbon short fibers having a predetermined average fiber length and a thermosetting resin powder with stirring to form a mixed powder. Since the obtained mixed powder has been subjected to hot-press molding and heat treatment in a non-oxidizing atmosphere so as to have a bulk density in a predetermined range, it has predetermined electrical conductivity and heat insulation Met.
Furthermore, in Example 1 to Example 9, it is possible to easily produce a porous carbon material while suppressing the aggregation of short carbon fibers and the occurrence of scattering of short carbon fibers and thermosetting resin powder in the production process. it can.

一方、比較例1においては、水を噴霧することなく混合粉体を作製したことから、炭素短繊維と熱硬化性樹脂粉末とが十分に固着しておらず、ミキサーからの取り出し時や金型への装入時に熱硬化性樹脂粉末が飛散して多孔質炭素材を簡便に作製することができなかった。また、上記混合粉体が不均一なものであるために、得られた多孔質炭素材の特性にバラつきを生じてしまい、実用に供することができないものであった。   On the other hand, in Comparative Example 1, since the mixed powder was produced without spraying water, the short carbon fiber and the thermosetting resin powder were not sufficiently fixed, and the mold was removed when being taken out from the mixer. The thermosetting resin powder was scattered at the time of charging, and the porous carbon material could not be easily produced. Further, since the mixed powder is not uniform, the characteristics of the obtained porous carbon material vary, and cannot be put to practical use.

また、比較例2においては、水の噴霧量が多すぎるために、炭素短繊維が凝集してしまい、均一な混合粉体を得ることができなかった。このため、得られた多孔質炭素材の特性にバラつきを生じてしまい、実用に供することができないものであった。   Further, in Comparative Example 2, since the spray amount of water was too large, the short carbon fibers aggregated and a uniform mixed powder could not be obtained. For this reason, the characteristics of the obtained porous carbon material vary, and cannot be put to practical use.

比較例3においては、平均繊維長が0.1mmと短い炭素短繊維を用いて得られた混合粉体を、嵩密度が1.4g/cmと高くなるように、所定量秤量して熱圧成形処理および熱処理したことから、熱伝導率が2.6W/m・Kと大きく断熱性に劣る多孔質炭素材しか得られなかった。 In Comparative Example 3, a predetermined amount of a mixed powder obtained by using short carbon fibers having an average fiber length as short as 0.1 mm was weighed and heated so that the bulk density was as high as 1.4 g / cm 3. Since the pressure forming treatment and the heat treatment were performed, only a porous carbon material having a thermal conductivity of 2.6 W / m · K and a poor heat insulating property was obtained.

比較例4においては、平均繊維長が100mmと大きい炭素短繊維を用いて混合粉体を作製していることから、混合粉体が嵩高くなってしまい、熱圧成形することができなかった。   In Comparative Example 4, since the mixed powder was prepared using carbon short fibers having a large average fiber length of 100 mm, the mixed powder became bulky and could not be hot-press molded.

実施例1〜実施例9で得られた多孔質炭素材は、例えば、燃料電池用電極材やセパレータ材として好適に使用することができる。   The porous carbon material obtained in Examples 1 to 9 can be suitably used as, for example, an electrode material for a fuel cell or a separator material.

本発明によれば、炭素短繊維が均一に分散されてなり、曲げ強度に優れるとともに、導電性および断熱性が所望範囲に制御されてなる多孔質炭素材を簡便に製造する方法を提供することを目的とするものである。   According to the present invention, there is provided a method for easily producing a porous carbon material in which short carbon fibers are uniformly dispersed, has excellent bending strength, and has conductivity and heat insulation controlled within a desired range. It is intended.

Claims (3)

平均繊維長0.3〜50mmの炭素短繊維100質量部に対し、熱硬化性樹脂粉末30〜250質量部を、前記炭素短繊維100質量部に対して5〜40質量部の水を噴霧して添加しつつ、乾式混合により撹拌混合して混合粉体を形成し、
得られた混合粉体を熱圧成形した後、
非酸化性雰囲気下300〜3000℃で熱処理を行い、
嵩密度が0.15〜1.20g/cmである多孔質炭素材を得る
ことを特徴とする多孔質炭素材の製造方法。
30 to 250 parts by mass of thermosetting resin powder is sprayed on 100 parts by mass of carbon short fibers having an average fiber length of 0.3 to 50 mm, and 5 to 40 parts by mass of water is sprayed on 100 parts by mass of carbon short fibers. While mixing, agitation and mixing by dry mixing to form a mixed powder,
After hot pressing the obtained mixed powder,
Heat treatment is performed at 300 to 3000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere,
A method for producing a porous carbon material, comprising obtaining a porous carbon material having a bulk density of 0.15 to 1.20 g / cm 3 .
前記炭素短繊維が、予め表面のサイジング剤を除去したポリアクリルニトリル系炭素短繊維である請求項1に記載の多孔質炭素材の製造方法。   The method for producing a porous carbon material according to claim 1, wherein the carbon short fibers are polyacrylonitrile-based carbon short fibers from which a surface sizing agent has been previously removed. 得られる多孔質炭素材の固有抵抗率が100〜100,000μΩ・m、熱伝導率が0.2〜3.0W/m・Kである請求項1または請求項2に記載の多孔質炭素材の製造方法。   The porous carbon material according to claim 1 or 2, wherein the obtained porous carbon material has a specific resistivity of 100 to 100,000 µΩ · m and a thermal conductivity of 0.2 to 3.0 W / m · K. Manufacturing method.
JP2013001186A 2013-01-08 2013-01-08 Method for producing porous carbon material Active JP5939543B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013001186A JP5939543B2 (en) 2013-01-08 2013-01-08 Method for producing porous carbon material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013001186A JP5939543B2 (en) 2013-01-08 2013-01-08 Method for producing porous carbon material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014133666A JP2014133666A (en) 2014-07-24
JP5939543B2 true JP5939543B2 (en) 2016-06-22

Family

ID=51412250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013001186A Active JP5939543B2 (en) 2013-01-08 2013-01-08 Method for producing porous carbon material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5939543B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102371993B1 (en) * 2020-12-16 2022-03-10 재단법인 한국탄소산업진흥원 Manufacturing Method of CFRP
CN116332670A (en) * 2023-03-14 2023-06-27 松山湖材料实验室 Porous carbon heating element, preparation method thereof, porous carbon atomization core and electronic cigarette

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5729414A (en) * 1980-07-29 1982-02-17 Riken Inshiyureeshiyon Kk Cotton mixing method in manufacture of dry refractory covering material
JPS6479073A (en) * 1987-09-22 1989-03-24 Petoca Ltd Porous isotropic carbon-carbon composite material and its production
JPH0825185B2 (en) * 1990-06-29 1996-03-13 株式会社クボタ Manufacturing method of cement roof tile
JPH04292462A (en) * 1991-03-20 1992-10-16 Mitsui Mining Co Ltd Production of composite molded article of carbon fiber
JPH08198688A (en) * 1995-01-23 1996-08-06 Tokyo Electric Power Co Inc:The Regenerated calcium silicate heat insulating material and its production
JP3753388B2 (en) * 1995-08-15 2006-03-08 株式会社エーアンドエーマテリアル Method for manufacturing plate-shaped composite recycled building material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014133666A (en) 2014-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5057263B2 (en) Separator material for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same
WO2018131566A1 (en) Separator for fuel cells and method for producing same
JP2010144152A (en) Organic-inorganic composite molded article
JP5939543B2 (en) Method for producing porous carbon material
JP3573444B2 (en) Carbonaceous separator member for polymer electrolyte fuel cell and method of manufacturing the same
KR101794079B1 (en) Heating element manufactured using carbon nanotube and polymer
JP4523829B2 (en) Carbon nanofiber / phenolic resin composite carbonized material, conductive resin composition, electrode for secondary battery, carbon material for electric double layer capacitor polarizable electrode, electric double layer capacitor polarizable electrode
JP4537809B2 (en) Carbon / phenolic resin composite material, carbon / phenolic resin composite cured material, carbon / phenolic resin composite carbonized material, fuel cell separator, conductive resin composition, battery electrode, electric double layer capacitor
JPH0578182A (en) Production of porous carbon formed product and electrode material
KR102003682B1 (en) Flow channel plate for fuel cell and method of manufacturing the same
Wei et al. Preparation and properties of graphite/polypropylene composite material reinforced by chopped carbon fibers for proton‐exchange membrane fuel cell bipolar plates
JPH01160867A (en) Production of electrically conductive material
CN108504031A (en) A kind of preparation method of graphene oxide/phenolic resin film
JP2011093758A (en) Carbonaceous material
KR101863210B1 (en) Conductive carbon paper using pitch-based carbon fiber and manufacturing method thereof
JP2005129507A (en) Graphitic powder for fuel cell separator, and fuel cell separator
JP4657000B2 (en) Conductive molding material and fuel cell separator
JP5041312B2 (en) Carbon material manufacturing method
JP4896488B2 (en) Manufacturing method of conductive separator for fuel cell by cold pressing method
JPH0157467B2 (en)
JP2003213137A (en) Thermosetting resin molding material and molded article obtained by molding the same
JP2007018853A (en) Manufacturing method of separator for fuel cell
JPS62260709A (en) Formed carbon article and production thereof
WO2024048654A1 (en) Composite conductive filler particles, conductive resin composition, and conductive resin molded article
TWI766307B (en) Method of electrode fabrication for supper-thin flow-battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151023

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160413

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160426

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160510

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5939543

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250