JP6547936B2 - 燃料電池用炭素繊維織物の製造方法 - Google Patents
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Description
まず、出発原料として使用する繊維としては、天然セルロース(綿、竹繊維など)再生セルロース(レーヨン、アセテート)ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、ポリノジック系、フェノール樹脂系、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、あるいはこれらの混合物からなる繊維が使用できる。
この工程では燃料電池用として、その目的に応じて選択できる。織り方は平織、綾織でもよいが、織物面はCCM面に対しては平滑であることが望ましく、3,4、5本朱子織とし、前記した実質無撚もしくはそれに近い合糸した糸束が表となり、各単繊維が接触面積を増やすように広がり、CCM面に当てることが望ましい(図8参照)。ただし、8本朱子織は飛び部分が長く不安定になるため、避けるべきである。
Kt=経糸カバーファクター=ntx√10000/Nt
Ky=緯糸カバーファクター=nyx√10000/Ny
nt=インチあたりの経糸密度、ny=インチあたりの緯糸密度
Nt=経糸のメートル番手、Ny=緯糸のメートル番手
市販されている炭素繊維の95%以上はアクリル繊維を耐炎化、炭化、黒鉛化しているが、良好な電気特性と耐食性を必要とする燃料電池向けとしては、剛性を上げるための黒鉛化も必須ではなく、むしろ市販性が高く低価格なセルロース繊維やアクリル繊維が望ましい。それ以外でも出発原料の項で述べた材料でもよく、これらを不活性ガス中で800℃〜1200℃で炭化すればよい。またレーヨンのようなセルロース繊維織物が1958年に製造されており、この方法を踏襲すればよく、さらに耐炎化繊維と綿を交織織物する方法でもよい。アクリル繊維の場合は、これを織物とし、酸化雰囲気で収縮を許しながら、235℃〜260℃、2時間〜5時間程度の耐炎化処理を行ったのち、不活性ガス中で800℃〜1200℃で炭化すればよい。
凹状溝があるセパレータでGDL(燃料電池用炭素繊維織物)をCCMに押し当てるため、溝部でもCCMにGDLから適切な接触圧力が加わるように、燃料電池用炭素繊維織物に硬化処理が必要となる。すなわち、前記工程で得た燃料電池用炭素繊維織物にレゾール型の熱硬化樹脂を分散させた液に含浸させ、乾燥させた後、不活性ガス雰囲気内で、平滑板で圧縮し、加熱・冷却することにより、糸束断面が扁平に変形するように硬化させる。この際、炭化処理時と同じ要領で加圧し、不活性ガス中で樹脂が低抵抗になる300℃〜800℃の温度範囲で焼成する。
厚み測定法:ミツトヨ製垂直軸ダイアルゲージに1cm直径の押板をねじ込み、1cm角に切り出した試験片に垂直に荷重をかけ、その押圧による厚み変化を読み取った。
電気抵抗測定法:1cm角の銀板電極間に試験片をはさみ、押圧を変えて厚み方向の電気抵抗の値をミリオームテスターで読み取った。なお、比較例としては同じ細番手の紡績糸で、ほぼ同じカバーファクターの綾織物とし、前記と同じ工程で炭化した炭素繊維織物である。上記実施例と比較例の測定結果とその断面拡大写真を表1に示す。
Claims (3)
- アクリル繊維から成る実質的に無撚の紡績糸と消失繊維を合糸させて燃料電池用炭素繊維織物素材を製織する第1工程と、前記第1工程後に前記燃料電池用炭素繊維織物素材から前記消失繊維を除去する第2工程と、前記第2工程後に前記燃料電池用炭素繊維織物素材に対して耐炎化および炭化処理する第3工程と、前記第3工程後に前記燃料電池用炭素繊維織物素材に、レゾール型の熱硬化性樹脂中へカーボンブラックまたは/および黒鉛を分散させた分散液を塗布した後、前記分散液を加熱硬化する第4工程と、を有する燃料電池用炭素繊維織物の製造方法であって、前記燃料電池用炭素繊維織物素材の重量に対して、前記分散液を塗布し加熱硬化させた増加重量が5%〜50%の範囲であることを特徴とする燃料電池用炭素繊維織物の製造方法。
- 前記紡績糸は、細番手のアクリル紡績糸であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用炭素繊維織物の製造方法。
- 前記消失繊維は、ポリビニルアルコール繊維であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用炭素繊維織物の製造方法。
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