JP6972683B2 - Method for manufacturing porous carbon sheet - Google Patents

Method for manufacturing porous carbon sheet Download PDF

Info

Publication number
JP6972683B2
JP6972683B2 JP2017117432A JP2017117432A JP6972683B2 JP 6972683 B2 JP6972683 B2 JP 6972683B2 JP 2017117432 A JP2017117432 A JP 2017117432A JP 2017117432 A JP2017117432 A JP 2017117432A JP 6972683 B2 JP6972683 B2 JP 6972683B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous carbon
carbon sheet
marking
sheet
resin
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
JP2017117432A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019003824A (en
Inventor
英嗣 神田
崇史 千田
秀一 池谷
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.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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 Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2017117432A priority Critical patent/JP6972683B2/en
Publication of JP2019003824A publication Critical patent/JP2019003824A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6972683B2 publication Critical patent/JP6972683B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池のガス拡散体の材料として好適に用いることができる、多孔質炭素シートおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a porous carbon sheet and a method for producing the same, which can be suitably used as a material for a gas diffuser of a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型燃料電池は、膜−電極接合体(MEA)の両側にガスケットを介してセパレータで挟んだものを複数枚重ね合わせたものである。MEAは、発電を担う反応の起こるアノード及びカソードの電極と、両電極に挟まれた固体高分子電解質膜とからなる。電極は、触媒層及びガス拡散電極基材からなる。また、ガス拡散電極基材はガス拡散層及びマイクロポーラス層からなる。 The polymer electrolyte fuel cell is a stack of a plurality of membrane-electrode junctions (MEA) sandwiched between separators on both sides via gaskets. The MEA consists of an anode and a cathode electrodes in which a reaction responsible for power generation occurs, and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the electrodes. The electrode consists of a catalyst layer and a gas diffusion electrode base material. The gas diffusion electrode base material is composed of a gas diffusion layer and a microporous layer.

固体高分子型燃料電池は、水素を含む燃料ガスをアノードに供給し、酸素を含む酸化ガスをカソードに供給して、両極で起こる電気化学反応によって起電力を得ている。固体高分子型燃料電池のガス拡散層として使用される多孔質炭素シートにはセパレータから供給されるガスを触媒層へ拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要であり、炭素繊維からなる多孔質炭素シートが広く用いられている。 In a solid polymer fuel cell, a fuel gas containing hydrogen is supplied to an anode, an oxidation gas containing oxygen is supplied to a cathode, and an electromotive force is obtained by an electrochemical reaction occurring at both poles. The porous carbon sheet used as the gas diffusion layer of a solid polymer fuel cell has high gas diffusivity for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst layer, and the water generated by the electrochemical reaction is separated. A porous carbon sheet made of carbon fiber is widely used because it requires high drainage property for discharging to and high conductivity for extracting the generated current.

これらガス拡散層に用いられる多孔質炭素シートにおいては、製造の間に発生するさまざまな欠点が電極基材としたときに悪影響を及ぼし本来要求される機能を十分に発揮できなくなるという問題がある。ここでいう欠点は、例えば、原材料に含まれる不純物が混入したり、製造工程に浮遊する不純物などが付着したり、炭素短繊維が分散せずに束となって固まったりすることで発生する。 In the porous carbon sheet used for these gas diffusion layers, there is a problem that various defects generated during manufacturing have an adverse effect when used as an electrode base material and cannot fully exhibit the originally required functions. The drawbacks referred to here occur, for example, when impurities contained in the raw material are mixed in, impurities floating in the manufacturing process are attached, and carbon short fibers are not dispersed and are solidified in a bundle.

そこで、多孔質炭素シートに発生したさまざまな欠点を検出するために検査を行い、欠点部分を識別できるようにマーキングを施している。しかしながら、従来、多孔質炭素シートの製造工程で繰り返し行われるマーキングは、人によって行われており、作業者の負担が大きく、マーキングミスが発生するなど、定量的かつ精度よくマーキングを行うことができないという問題があった。 Therefore, inspections are conducted to detect various defects generated in the porous carbon sheet, and markings are applied so that the defective portions can be identified. However, conventionally, marking that is repeatedly performed in the manufacturing process of a porous carbon sheet is performed by a person, which places a heavy burden on the operator and causes marking errors, so that marking cannot be performed quantitatively and accurately. There was a problem.

そのため、省人化、精度向上を目的とした多孔質炭素シートへの識別用の自動マーキング技術の導入が求められている。例えば、特許文献1には、導電性炭素粒子と高分子樹脂を主成分としたガス拡散層へのレーザーマーキング技術が提案されている。 Therefore, it is required to introduce an automatic marking technology for identification on a porous carbon sheet for the purpose of labor saving and improvement of accuracy. For example, Patent Document 1 proposes a laser marking technique for a gas diffusion layer containing conductive carbon particles and a polymer resin as main components.

特開2014−191867号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-191867

しかしながら炭素繊維主体のガス拡散層は、1000℃以上の高温で炭化、黒鉛化処理されており、導電性炭素粒子と高分子樹脂を主成分としたガス拡散層に比べて形態加工が難しいため、前述の特許文献1に記載の方法ではマーキングの検出性を高めることが極めて困難であった。 However, the gas diffusion layer mainly composed of carbon fibers is carbonized and graphitized at a high temperature of 1000 ° C. or higher, and is more difficult to form than the gas diffusion layer mainly composed of conductive carbon particles and a polymer resin. It was extremely difficult to improve the detectability of marking by the method described in Patent Document 1 described above.

そこで本発明は、従来の技術における上述した問題点に鑑みてなされたものであり、検出性に優れた識別用のマーキングが形成された多孔質炭素シート及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a porous carbon sheet in which markings for identification having excellent detectability are formed and a method for producing the same.

前記課題を解決するため、本発明の多孔質炭素シートは、次の構成を有する。すなわち、マーキングが形成された多孔質炭素シートであって、前記マーキングが形成された箇所(以下、マーキング部という)の酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)が、0.046以上である多孔質炭素シートである。 In order to solve the above problems, the porous carbon sheet of the present invention has the following constitution. That is, in the porous carbon sheet on which the marking is formed, the ratio of the number of oxygen atoms to the carbon atom (the number of oxygen atoms / the number of carbon atoms) at the place where the marking is formed (hereinafter referred to as the marking portion) is , 0.046 or more is a porous carbon sheet.

さらに本発明の多孔質炭素シートの製造方法は、次の構成を有する。すなわち、以下である。 Further, the method for producing a porous carbon sheet of the present invention has the following constitution. That is, it is as follows.

マーキングが形成された多孔質炭素シートの製造方法であって、
前記多孔質炭素シートに対して、ファイバーレーザを照射してマーキングを形成する(以下、マーキング工程という、)、多孔質炭素シートの製造方法。
A method for manufacturing a porous carbon sheet on which markings are formed.
A method for producing a porous carbon sheet, which comprises irradiating the porous carbon sheet with a fiber laser to form markings (hereinafter referred to as a marking step).

本発明の多孔質炭素シートは、検出性の良好な識別用のマーキングが形成されているので、欠点部分を検査装置で自動的に、誤検知及び未検知を少なく、検出することが可能であり、効率的にガス拡散電極及びその接合体を製造することができる。 Since the porous carbon sheet of the present invention is formed with markings for identification with good detectability, it is possible to automatically detect defective parts with an inspection device with few false detections and undetected parts. , The gas diffusion electrode and its junction can be efficiently manufactured.

本発明の一形態に係る多孔質炭素シートの表面をカメラで撮影した写真である。It is a photograph which took the surface of the porous carbon sheet which concerns on one form of this invention with a camera. 本発明の一形態に係る多孔質炭素シートのマーキング部表面をマイクロスコープで撮影した写真(倍率100倍)である。It is a photograph (magnification 100 times) which took the surface of the marking part of the porous carbon sheet which concerns on one embodiment of this invention with a microscope.

(マーキングについて)
本発明の多孔質炭素シートは、マーキングが形成されており、前記マーキングが形成された箇所(マーキング部)の酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)が、0.046以上である多孔質炭素シートである。
(About marking)
In the porous carbon sheet of the present invention, markings are formed, and the ratio of the number of oxygen atoms to carbon atoms (number of oxygen atoms / number of carbon atoms) at the location where the markings are formed (marking portion) is 0. A porous carbon sheet of .046 or higher.

マーキング部は、識別のために用いられるが、その識別の目的としては、特に限定されず、例えば多孔質炭素シートの欠点位置の識別、製品番号の識別、製品の向きの識別などをあげることができる。また、マーキング部の形状も特に限定されない。 The marking unit is used for identification, but the purpose of the identification is not particularly limited, and examples thereof include identification of a defect position of a porous carbon sheet, identification of a product number, identification of a product orientation, and the like. can. Further, the shape of the marking portion is not particularly limited.

マーキング部は、欠点位置の識別、製品番号の識別、製品の向きの識別などを目的として用いられる。そのためマーキング部の形状は特に限定されないが、欠点位置を識別できるような線、円、楕円、多角形、各種の記号としてもいいし、製品番号を識別できるような数字やアルファベットを記しても良いし、製品の向きを識別できるような矢印などとしてもよい。また後述するように、線、円、楕円、多角形、記号、数字、アルファベット、矢印などのマーキング部は、多重線からなることが好ましい。 The marking unit is used for the purpose of identifying the defect position, identifying the product number, identifying the orientation of the product, and the like. Therefore, the shape of the marking portion is not particularly limited, but it may be a line, a circle, an ellipse, a polygon, various symbols that can identify the defect position, or a number or an alphabet that can identify the product number may be written. However, it may be an arrow that can identify the orientation of the product. Further, as will be described later, it is preferable that the marking portions such as lines, circles, ellipses, polygons, symbols, numbers, alphabets, and arrows are composed of multiple lines.

多孔質炭素シートに対してマーキングを形成する方法は特に限定されず、多孔質炭素シートに対してファイバーレーザやCOレーザなどのレーザを照射してマーキングを形成することができる。以下、多孔質炭素シートに対して、レーザを照射してマーキングを形成する工程を、単にマーキング工程という。レーザを照射することで、多孔質炭素シートを切削し、彫り込む又は熱で酸化させ、変色させることができるので、検出性のよいマーキング部を形成することが可能である。中でも焦点を絞って照射することで、多孔質炭素シートが変形して剃ることを防ぐことができることから、マーキングを形成する方法としてはファイバーレーザを用いることが好ましい。 The method for forming the marking on the porous carbon sheet is not particularly limited, and the marking can be formed by irradiating the porous carbon sheet with a laser such as a fiber laser or a CO 2 laser. Hereinafter, the step of irradiating the porous carbon sheet with a laser to form markings is simply referred to as a marking step. By irradiating with a laser, the porous carbon sheet can be cut, engraved or oxidized by heat to discolor it, so that it is possible to form a marking portion with good detectability. Above all, it is preferable to use a fiber laser as a method for forming markings because it is possible to prevent the porous carbon sheet from being deformed and shaving by irradiating with a focused focus.

本発明においては、図1に示したように、多孔質炭素シートにおいて、識別用のマーキングが形成された箇所をマーキング部とし、マーキング部以外を非マーキング部とする。また、図2に示したようにマーキング部はレーザが照射され切削された部分だけでなく、レーザの照射熱により変色している部分(熱変色部)も含む。 In the present invention, as shown in FIG. 1, in the porous carbon sheet, the portion where the marking for identification is formed is a marking portion, and the portion other than the marking portion is a non-marking portion. Further, as shown in FIG. 2, the marking portion includes not only the portion cut by the laser irradiation but also the portion discolored by the irradiation heat of the laser (thermal discoloration portion).

本発明においては、マーキング部の酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)が0.046以上であることが重要である。また、マーキング部の酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)は高いほど検出性が良好になるが、多孔質炭素シートの曲げ強度の低下を抑制する観点から、上限としては0.07以下であることが好ましい。 In the present invention, it is important that the ratio of the number of oxygen atoms to carbon atoms (number of oxygen atoms / number of carbon atoms) of the marking portion is 0.046 or more. Further, the higher the ratio of the number of oxygen atoms to carbon atoms (number of oxygen atoms / number of carbon atoms) in the marking portion, the better the detectability, but from the viewpoint of suppressing the decrease in bending strength of the porous carbon sheet, from the viewpoint of suppressing the decrease in bending strength of the porous carbon sheet. The upper limit is preferably 0.07 or less.

一方で本発明の多孔質炭素シートは、1000℃以上の高温で黒鉛化処理されていることが好ましく、そのような多孔質炭素シートの場合、非マーキング部の組成は炭素原子だけで形成されることとなるため、非マーキング部の組成は炭素原子100%(数基準)であることが好ましい。そして、非マーキング部の組成が炭素原子100%(数基準)の多孔質炭素シートに対して高出力のレーザを照射することで、多孔質炭素シートが酸化され酸素原子の数比率が大きくなる。マーキング部の酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)が0.046以上であれば、マーキング部と非マーキング部の色濃度の差が大きくなり、検出性の良好なマーキング部となる。 On the other hand, the porous carbon sheet of the present invention is preferably graphitized at a high temperature of 1000 ° C. or higher, and in the case of such a porous carbon sheet, the composition of the non-marking portion is formed only by carbon atoms. Therefore, the composition of the non-marking portion is preferably 100% carbon atoms (based on the number). Then, by irradiating the porous carbon sheet having the composition of the non-marking portion with 100% carbon atoms (based on the number) with a high-power laser, the porous carbon sheet is oxidized and the number ratio of oxygen atoms becomes large. If the ratio of the number of oxygen atoms to carbon atoms in the marking part (number of oxygen atoms / number of carbon atoms) is 0.046 or more, the difference in color density between the marking part and the non-marking part becomes large, and the detectability is good. It becomes a marking part.

酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)は、X線光電子分析法(XPS)により測定できる。Quantera SXM(PKI社製)あるいはその同等品で測定できる。測定条件は、励起X線をMonochromatic Al Kα1,2線(1486.6eV)、X線径を200μm、光電子脱出角度を45°とする。データ処理はスムージングを9point smoothing、横軸補正はC1sメインピーク(CHx、C−C、C=C)を284.6eVとした。 The number ratio of oxygen atoms to carbon atoms (number of oxygen atoms / number of carbon atoms) can be measured by X-ray photoelectron analysis (XPS). It can be measured with Quantera SXM (manufactured by PKI) or its equivalent. The measurement conditions are that the excited X-rays are Monochromatic Al Kα 1 and 2 rays (1486.6 eV), the X-ray diameter is 200 μm, and the photoelectron escape angle is 45 °. For data processing, smoothing was set to 9point smoothing, and horizontal axis correction was set to 284.6 eV for the C1s main peak (CHx, C—C, C = C).

XPS測定から得られた酸素原子の数比率の値(%)と炭素原子の数比率の値(%)を用いて、酸素原子と炭素原子の数比率(以下、数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)は、O/Cとも略する)を下記の式に従って算出できる。 Using the value of the number ratio of oxygen atoms (%) and the value of the number ratio of carbon atoms (%) obtained from the XPS measurement, the number ratio of oxygen atoms to carbon atoms (hereinafter, number ratio (number of oxygen atoms / number of oxygen atoms /) The number of carbon atoms)) can be calculated according to the following formula (also abbreviated as O / C).

O/C=酸素原子の数比率の値/炭素原子の数比率の値
非マーキング部の組成が炭素原子100%(数基準)となっているか否かの測定は、酸素原子と炭素原子の数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)と同様に、X線光電子分析法(XPS)により測定できる。つまり、XPS測定から得られた炭素原子の数比率の値(%)が100%となるか否かで判断する。
O / C = value of the number ratio of oxygen atoms / value of the number ratio of carbon atoms The measurement of whether the composition of the non-marking part is 100% carbon atoms (number basis) is the number of oxygen atoms and carbon atoms. Similar to the ratio (number of oxygen atoms / number of carbon atoms), it can be measured by X-ray photoelectron analysis (XPS). That is, it is determined whether or not the value (%) of the number ratio of carbon atoms obtained from the XPS measurement is 100%.

本発明の多孔質炭素シートは、マーキング部の形成された箇所の反り高さが1cm以下であることが好ましい。マーキング部の反り高さはマーキングが形成された箇所を含む多孔質炭素シートを10cm各に切り出し、平面板上に置いた際の、多孔質炭素シートの最も浮き上がった位置の平面板からの高さを反り高さとする。反り高さは小さい程好ましく、0cmであることが特に好ましい。マーキング部の形成された箇所の反り高さを1cm以下とした多孔質炭素シートとするためには、多孔質炭素シートに対して、レーザを照射してマーキングを形成する工程において、レーザとしてファイバーレーザを用いる方法を挙げることができる。 In the porous carbon sheet of the present invention, it is preferable that the warp height of the portion where the marking portion is formed is 1 cm or less. The warp height of the marking part is the height from the flat plate at the most raised position of the porous carbon sheet when the porous carbon sheet including the part where the marking is formed is cut out to each 10 cm and placed on the flat plate. Is the warp height. The smaller the warp height is, the more preferable it is, and it is particularly preferable that the warp height is 0 cm. In order to obtain a porous carbon sheet with a warp height of 1 cm or less at the location where the marking portion is formed, a fiber laser is used as a laser in the step of irradiating the porous carbon sheet with a laser to form markings. Can be mentioned as a method using.

本発明の多孔質炭素シートは、マーキング部と非マーキング部の色濃度の差(マーキング部の色濃度−非マーキング部の色濃度)が0.15以上であることが好ましい。マーキング部と非マーキング部の色濃度の差が0.15以上であれば、検出性の良好なマーキングとなる。色濃度の差は高いほど検出性が良好となるが、多孔質炭素シートの曲げ強度が低下することを抑制する観点から、上限として0.26以下であることが好ましく、0.24以下であることがさらに好ましい。 In the porous carbon sheet of the present invention, the difference in color density between the marking portion and the non-marking portion (color density of the marking portion-color density of the non-marking portion) is preferably 0.15 or more. When the difference in color density between the marking portion and the non-marking portion is 0.15 or more, the marking has good detectability. The higher the difference in color density, the better the detectability, but from the viewpoint of suppressing the decrease in bending strength of the porous carbon sheet, the upper limit is preferably 0.26 or less, preferably 0.24 or less. Is even more preferable.

色濃度は照射される光の光量と反射もしくは透過される光の光量の比から算出される値であり、下記式3で定義される。 The color density is a value calculated from the ratio of the amount of light emitted and the amount of light reflected or transmitted, and is defined by the following formula 3.

色濃度=log10 (入射光強度/反射光強度) ・・・式3
色濃度は、式差計(DensiEye100、エックスライト社)あるいはその同等品を使って測定することができる。
Color density = log 10 (incident light intensity / reflected light intensity) ・ ・ ・ Equation 3
The color density can be measured using a formula difference meter (DensiEye100, X-Rite) or an equivalent product thereof.

(多孔質炭素シート)
多孔質炭素シートとしては、例えば、炭素繊維織物または、炭素繊維抄紙体などの炭素繊維不織布をそのまま用いてもよいが、本発明の多孔質炭素シートは、分散している炭素短繊維を結着炭化物で結着してなるシートであることが好ましい。ここで、炭素短繊維が分散した状態とは、炭素短繊維がシート面内において顕著な配向を持たず概ねランダムに、例えば、無作為な方向に存在している状態であることが多い。炭素短繊維が分散した状態について、具体的には、後述する抄造法により短繊維が分散した状態である。結着炭化物とは、多孔質炭素シートにおいて炭素短繊維同士を結着している炭化物であり、後述する樹脂炭化物やパルプ炭化物などを含む。
(Porous carbon sheet)
As the porous carbon sheet, for example, a carbon fiber woven fabric or a carbon fiber non-woven fabric such as a carbon fiber papermaking body may be used as it is, but the porous carbon sheet of the present invention binds dispersed carbon short fibers. It is preferable that the sheet is made of carbonized material. Here, the state in which the carbon short fibers are dispersed is often a state in which the carbon short fibers do not have a remarkable orientation in the sheet surface and exist in a substantially random manner, for example, in a random direction. Regarding the state in which the carbon short fibers are dispersed, specifically, the state in which the short fibers are dispersed by the papermaking method described later. The binder carbide is a carbide in which carbon short fibers are bonded to each other in a porous carbon sheet, and includes resin carbide and pulp carbide described later.

本発明の多孔質炭素シートを構成する炭素短繊維の平均繊維径は、3〜20μmであることが好ましく、4〜16μmであることがより好ましく、5〜13μmであることが更に好ましい。ここで、炭素短繊維における単繊維の平均繊維径は、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を1,000倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる30本の単繊維を選び、その直径を計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいはその同等品を用いることができる。 The average fiber diameter of the carbon short fibers constituting the porous carbon sheet of the present invention is preferably 3 to 20 μm, more preferably 4 to 16 μm, and even more preferably 5 to 13 μm. Here, the average fiber diameter of the single fibers in the carbon short fibers is 30 different single fibers randomly obtained by magnifying the carbon fibers by 1,000 times or more with a microscope such as a scanning electron microscope. Was selected, its diameter was measured, and its average value was calculated. As the scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent product thereof can be used.

炭素短繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素短繊維を用いることができる。なかでも、機械的強度に優れ、しかも、適度な柔軟性を有するハンドリング性に優れた多孔質炭素シートが得られることから、PAN系やピッチ系、特にPAN系の炭素短繊維を用いるのが好ましい。 As the carbon short fibers, polyacrylonitrile (PAN) -based, pitch-based, rayon-based and other carbon short fibers can be used. Among them, it is preferable to use PAN-based or pitch-based, particularly PAN-based carbon short fibers, because a porous carbon sheet having excellent mechanical strength and excellent handleability having appropriate flexibility can be obtained. ..

本発明の多孔質炭素シートは、炭素質粒子を含むことが好ましい。炭素質粒子を含むことにより、多孔質炭素シート自体の導電性が向上する。炭素質粒子の平均粒子径は0.01〜10μmであることが好ましく、1〜8μmがより好ましく、3〜6μmがさらに好ましい。また、炭素質粒子は、黒鉛またはカーボンブラックの粉末であることが好ましく、黒鉛粉末であることがさらに好ましい。炭素質粒子の平均粒子径は、動的光散乱測定を行い、求めた粒径分布の数平均から求めることができる。 The porous carbon sheet of the present invention preferably contains carbonaceous particles. By including carbonaceous particles, the conductivity of the porous carbon sheet itself is improved. The average particle size of the carbonaceous particles is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 1 to 8 μm, still more preferably 3 to 6 μm. Further, the carbonaceous particles are preferably graphite or carbon black powder, and more preferably graphite powder. The average particle size of the carbonaceous particles can be obtained from the number average of the particle size distribution obtained by performing dynamic light scattering measurement.

密度が低いとマーキング部の強度が低下しやすくなるので、本発明の多孔質炭素シートは、検出性と曲げ強度を両立するために、密度が0.2〜0.4g/cmであることが好ましく、0.25〜0.35g/cmであることがより好ましい。 If the density is low, the strength of the marking portion tends to decrease. Therefore, the porous carbon sheet of the present invention has a density of 0.2 to 0.4 g / cm 3 in order to achieve both detectability and bending strength. Is preferable, and 0.25 to 0.35 g / cm 3 is more preferable.

ここで、上述の多孔質炭素シートの密度とは、見かけ密度のことを指し、多孔質炭素シートの厚さと目付(単位面積当たりの質量)とから算出する。多孔質炭素シートの厚さは、マイクロメーターを用いて、シートの厚さ方向に0.15MPaの面圧を付与して測定する。 Here, the density of the above-mentioned porous carbon sheet refers to the apparent density, and is calculated from the thickness and basis weight (mass per unit area) of the porous carbon sheet. The thickness of the porous carbon sheet is measured by applying a surface pressure of 0.15 MPa in the thickness direction of the sheet using a micrometer.

本発明の多孔質炭素シートは、非マーキング部の曲げ強度が18MPa以上60MPa以下であることが好ましく、20MPa以上60MPa以下であることがより好ましい。非マーキング部の曲げ強度が18MPa未満の場合、燃料電池スタックとして組み付けた際にセパレータから受ける曲げの力により多孔質炭素シートが破壊されたり、また、固体高分子型燃料電池用多孔質炭素シートの製造や高次加工の際のハンドリング性が低下したりする。曲げ強度は、大きいほどより好ましいが、多孔質炭素シートの密度が0.2〜0.4g/cmと小さい場合には、通常、60MPa程度が限界である。 In the porous carbon sheet of the present invention, the bending strength of the non-marking portion is preferably 18 MPa or more and 60 MPa or less, and more preferably 20 MPa or more and 60 MPa or less. When the bending strength of the non-marking portion is less than 18 MPa, the porous carbon sheet may be destroyed by the bending force received from the separator when assembled as a fuel cell stack, or the porous carbon sheet for a polymer electrolyte fuel cell may be destroyed. Handleability during manufacturing and higher-order processing is reduced. The higher the bending strength, the more preferable, but when the density of the porous carbon sheet is as small as 0.2 to 0.4 g / cm 3 , the limit is usually about 60 MPa.

本発明の多孔質炭素シートにおいて、マーキング部はファイバーレーザによる切削や熱による酸化の影響で曲げ強度が低下する。マーキング部は通常欠点位置を識別するためのものであり、最終製品である燃料電池スタック中に組み付けることはないが、曲げ強度が低い場合、多孔質炭素シートの製造や高次加工の際に多孔質炭素シートが破壊される可能性がある。そのため本発明の多孔質炭素シートは、マーキング部における曲げ強度が18MPa以上であることが好ましく、20MPa以上40MPa以下であることがより好ましい。 In the porous carbon sheet of the present invention, the bending strength of the marking portion is lowered due to the influence of cutting by a fiber laser and oxidation by heat. The marking part is usually for identifying the defect position and is not assembled in the final product fuel cell stack, but if the bending strength is low, it is porous when manufacturing a porous carbon sheet or performing higher-order processing. The quality carbon sheet may be destroyed. Therefore, the porous carbon sheet of the present invention preferably has a bending strength of 18 MPa or more, more preferably 20 MPa or more and 40 MPa or less at the marking portion.

多孔質炭素シートの曲げ強度は3点曲げ試験により得られるものであり、JIS K 7074−1988に規定される方法に準拠して行う。このとき、試験片の幅は12.7mm、長さは70mm、支点間距離は30mmとする。また、支点の半径は3R、圧子の半径は1/8インチR、荷重印加速度は5mm/分とする。なお、最大荷重や曲げ弾性率について多孔質炭素シートが異方性を有している場合には、縦方向と横方向について各2回の試験を行い、それらの平均を多孔質炭素シートの曲げ強度とする。 The bending strength of the porous carbon sheet is obtained by a three-point bending test, and is performed according to the method specified in JIS K 7074-1988. At this time, the width of the test piece is 12.7 mm, the length is 70 mm, and the distance between the fulcrums is 30 mm. The radius of the fulcrum is 3R, the radius of the indenter is 1/8 inch R, and the load application speed is 5 mm / min. If the porous carbon sheet has anisotropy with respect to the maximum load and flexural modulus, two tests are performed in each of the vertical and horizontal directions, and the average of them is the bending of the porous carbon sheet. Let it be strength.

マーキング部の曲げ強度を測定する際は、試験片の幅方向をマーキングの線が横切るようにサンプリングする。試験片の幅方向をマーキングの線が横切るようにサンプリングすることで、マーキングにより最も強度が低下した箇所の曲げ強度を測定することが可能である。 When measuring the bending strength of the marking portion, sampling is performed so that the marking line crosses the width direction of the test piece. By sampling so that the marking line crosses the width direction of the test piece, it is possible to measure the bending strength at the portion where the strength is most reduced by the marking.

本発明の多孔質炭素シートは、厚さが100〜250μmであることが好ましく、120〜230μmであることがより好ましく、140〜210μmであることがさらに好ましい。厚さが100μm未満の場合、燃料電池スタックとして組み付けた際にセパレータから受ける力により多孔質炭素シートが破壊されたり、また、多孔質炭素シートの製造や高次加工の際のハンドリング性が低下したりすることがある。厚さが250μmを超える場合、多孔質炭素シートの柔軟性が大きく低下し、多孔質炭素シートをロール状に巻き取ることが難しくなることがある。また、厚さが薄いほど、マーキング部の強度が低下しやすくなり、検出性と曲げ強度を両立することが困難となる。 The porous carbon sheet of the present invention preferably has a thickness of 100 to 250 μm, more preferably 120 to 230 μm, and even more preferably 140 to 210 μm. If the thickness is less than 100 μm, the porous carbon sheet will be destroyed by the force received from the separator when assembled as a fuel cell stack, and the handleability during manufacturing and higher-order processing of the porous carbon sheet will deteriorate. It may happen. If the thickness exceeds 250 μm, the flexibility of the porous carbon sheet is greatly reduced, and it may be difficult to wind the porous carbon sheet into a roll. Further, the thinner the thickness, the easier it is for the strength of the marking portion to decrease, and it becomes difficult to achieve both detectability and bending strength.

本発明の多孔質炭素シートは、炭素短繊維及び樹脂を含む前駆体繊維シートの、炭素短繊維および樹脂の目付を適切な範囲とし、高温で焼成することで、製造することができる。次に、本発明の多孔質炭素シートを製造するに好適な方法を、具体的に説明する。 The porous carbon sheet of the present invention can be produced by firing a precursor fiber sheet containing carbon short fibers and a resin at a high temperature with the carbon short fibers and the resin having an appropriate grain size. Next, a method suitable for producing the porous carbon sheet of the present invention will be specifically described.

多孔質炭素シートとして、分散している炭素短繊維を結着炭化物で結着してなるシートを用いる場合には、本発明の多孔質炭素シートの製造方法は、炭素短繊維及び樹脂を含む前駆体繊維シートを、加圧処理する圧縮工程と、加圧処理された前駆体繊維シートを加熱し、樹脂を結着炭化物に転換する炭化工程とを有する。 When a sheet formed by binding dispersed carbon short fibers with a binder carbide is used as the porous carbon sheet, the method for producing a porous carbon sheet of the present invention is a precursor containing carbon short fibers and a resin. It has a compression step of pressurizing the body fiber sheet and a carbonization step of heating the pressure-treated precursor fiber sheet to convert the resin into a binder carbide.

前駆体繊維シートには、パルプが含まれていてもよい。その場合、含まれるパルプの含有量は、炭素短繊維100質量部に対して5〜100質量部であることが好ましく、20〜80質量部がより好ましく、30〜60質量部が特に好ましい。 The precursor fiber sheet may contain pulp. In that case, the content of the pulp contained is preferably 5 to 100 parts by mass, more preferably 20 to 80 parts by mass, and particularly preferably 30 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon short fibers.

前駆体繊維シートは、炭素短繊維およびパルプを用いて抄紙して炭素繊維紙とする抄紙工程および炭素繊維紙に熱硬化性樹脂を含浸する樹脂含浸工程を経て製造することができる。 The precursor fiber sheet can be produced through a paper making step of making carbon fiber paper by making paper using carbon short fibers and pulp, and a resin impregnation step of impregnating carbon fiber paper with a thermosetting resin.

抄紙工程では、たとえば前述した平均繊維長を有する炭素短繊維およびパルプを水中に均一に分散させ、分散している炭素短繊維およびパルプを網上に抄造し、抄造したシートをポリビニルアルコールの水系分散液に浸漬し、浸漬したシートを引き上げて乾燥させる。 前駆体繊維シートにおいて、炭素短繊維の目付は10〜35g/mであることが好ましい。 In the papermaking process, for example, carbon short fibers and pulp having the above-mentioned average fiber length are uniformly dispersed in water, the dispersed carbon short fibers and pulp are made on a net, and the papermaking sheet is dispersed in an aqueous system of polyvinyl alcohol. Immerse in the liquid and pull up the soaked sheet to dry. In the precursor fiber sheet, the basis weight of the carbon short fibers is preferably 10 to 35 g / m 2.

樹脂含浸工程では、樹脂の溶液中に、炭素繊維紙を浸漬し、浸漬された炭素繊維紙を引き上げて、乾燥させることにより前駆体繊維シートが製造される。 In the resin impregnation step, the precursor fiber sheet is produced by immersing the carbon fiber paper in the resin solution, pulling up the soaked carbon fiber paper, and drying it.

前駆体繊維シートに含まれる樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂や、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。通常は、熱硬化性樹脂が用いられ、炭化工程での樹脂の炭化収率が高い熱硬化性樹脂を用いるのがより好ましく、中でもフェノール樹脂を用いるのが更に好ましい。 Examples of the resin contained in the precursor fiber sheet include thermocurable resins such as epoxy resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, polyimide resin and melamine resin, acrylic resin, polyvinylidene chloride resin and polytetrafluoroethylene resin. Thermoplastic resin can be used. Usually, a thermosetting resin is used, and it is more preferable to use a thermosetting resin having a high carbonization yield of the resin in the carbonization step, and it is further preferable to use a phenol resin.

前駆体繊維シートにおいて、樹脂の目付は20〜35g/mであり、22〜34g/mであることが好ましく、25〜33g/mであることがより好ましい。 In the precursor fiber sheet, the basis weight of the resin was 20 to 35 g / m 2, is preferably 22~34g / m 2, and more preferably 25~33g / m 2.

樹脂含浸工程では、熱硬化性樹脂の溶液中に炭素質粒子を添加するのが好ましい。炭素質粒子は、熱硬化性樹脂100質量部に対して5〜100質量部が好ましく、10〜80質量部がより好ましく、20〜50質量部がさらに好ましい。 In the resin impregnation step, it is preferable to add carbonaceous particles to the solution of the thermosetting resin. The carbonaceous particles are preferably 5 to 100 parts by mass, more preferably 10 to 80 parts by mass, still more preferably 20 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin.

圧縮工程では、前駆体繊維シートを、通常は加熱しつつ、加圧処理する。圧縮工程には、互いに平行に位置する一対の熱板を備えた間欠プレス装置、一対のエンドレスベルトを備えた連続式加熱プレス装置、あるいは、連続式ロールプレス装置を用いることができる。 In the compression step, the precursor fiber sheet is pressure-treated, usually while being heated. For the compression step, an intermittent press device having a pair of hot plates located parallel to each other, a continuous heating press device having a pair of endless belts, or a continuous roll press device can be used.

次に、圧縮工程を経た前駆体繊維シートを炭化工程に供し、窒素などの不活性ガス雰囲気で炭化して、前駆体繊維シートに含まれる、パルプをパルプ炭化物に、樹脂を樹脂炭化物に転換することにより多孔質炭素シートを得る。 Next, the precursor fiber sheet that has undergone the compression step is subjected to a carbonization step and carbonized in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen to convert the pulp contained in the precursor fiber sheet into pulp carbide and the resin into resin carbide. Thereby, a porous carbon sheet is obtained.

本発明の多孔質炭素シートの製造方法において、炭化工程における加熱温度の最高温度を、2200〜2700℃の範囲内とすることが好ましい。 In the method for producing a porous carbon sheet of the present invention, the maximum heating temperature in the carbonization step is preferably in the range of 2200 to 2700 ° C.

本発明の多孔質炭素シートの製造方法は、マーキング工程の前に、欠点を検出する工程(欠点検出工程)を有し、検出された欠点箇所に応じて、多孔質炭素シートに対してファイバーレーザを照射してマーキングを形成することが好ましい。欠点検出工程において検出される欠点としては、炭素短繊維束、穴、異物、および焦げによる欠点などがある。また、欠点の検出方法としは、目視検査やX線、紫外線、赤外線、可視光を照射することにより欠点を検出できる自動検査がある。自動検査であれば、検出された異物位置情報をマーキング装置に送ることにより、欠点の自動マーキングが可能であるため好ましい。いずれにしても、欠点検出工程において検出された欠点箇所を識別できるように、マーキング工程においてマーキングを形成することが好ましい。 The method for producing a porous carbon sheet of the present invention includes a step of detecting defects (defect detection step) before the marking step, and a fiber laser is provided for the porous carbon sheet according to the detected defect location. It is preferable to form markings by irradiating with. Defects detected in the defect detection process include carbon short fiber bundles, holes, foreign matter, and defects due to charring. Further, as a method for detecting defects, there are visual inspections and automatic inspections that can detect defects by irradiating with X-rays, ultraviolet rays, infrared rays, and visible light. In the case of automatic inspection, it is preferable to send the detected foreign matter position information to the marking device because it is possible to automatically mark defects. In any case, it is preferable to form markings in the marking step so that the defective parts detected in the defect detecting step can be identified.

次に識別用のマーキングの形成について説明する。本発明の多孔質炭素シートにマーキングを形成する方法は特に限定されないが、本発明の多孔質炭素シートの製造方法においては、レーザを照射してマーキングを形成すること(マーキング工程)が重要である。前述のとおり、マーキング工程で用いるレーザとしては、ファイバーレーザを用いることが好ましい。そしてファイバーレーザは特に限定されないが、例えば、VideoJet社製ファイバーレーザマーカー 7510(出力50W、レンズf420)あるいはその同等品を使って、形成できる。 Next, the formation of markings for identification will be described. The method for forming markings on the porous carbon sheet of the present invention is not particularly limited, but in the method for producing a porous carbon sheet of the present invention, it is important to irradiate a laser to form markings (marking step). .. As described above, it is preferable to use a fiber laser as the laser used in the marking process. The fiber laser is not particularly limited, but can be formed by using, for example, a fiber laser marker 7510 (output 50 W, lens f420) manufactured by VideoJet or an equivalent product thereof.

本発明の多孔質炭素シートは、マーキング部が多重線からなることが好ましい。マーキング部を多重線とする場合、隣り合う線の熱変色部が重なることで、マーキング部の検出性が高めることができるために好ましい。また、単線で検出性を高める場合には、多孔質炭素シートをより深く切削することで可能であるが、この場合には曲げ強度が低下しやすいものの、マーキング部を多重線とすれば、曲げ強度を低下させることなく、検出性を高めることが可能であるために、マーキング部が多重線からなることが好ましい。 In the porous carbon sheet of the present invention, it is preferable that the marking portion is composed of multiple lines. When the marking portion is a multi-line, it is preferable because the heat-discolored portions of the adjacent lines overlap each other, so that the detectability of the marking portion can be improved. Further, in order to improve the detectability with a single wire, it is possible to cut the porous carbon sheet deeper. In this case, although the bending strength tends to decrease, if the marking portion is made of multiple wires, bending is possible. Since it is possible to improve the detectability without lowering the strength, it is preferable that the marking portion is composed of multiple lines.

また、マーキングの形成は、同じ箇所を複数回重ねて印字してもよい。つまりマーキング工程においては、ファイバーレーザを同じ箇所に複数回重なるように照射してもよい。 Further, the marking may be formed by printing the same portion over and over again. That is, in the marking step, the fiber laser may be irradiated to the same place a plurality of times.

マーキング工程におけるファイバーレーザの照射条件としては、出力パーセント、印字速度、線のピッチ、周波数があり、以下に詳細を説明する。 The irradiation conditions of the fiber laser in the marking process include output percentage, printing speed, line pitch, and frequency, which will be described in detail below.

マーキング工程におけるファイバーレーザの出力パーセントは、装置出力に対してどれくらいのパーセンテージのファイバーレーザを照射するかというパラメータであり、高い数値ほど印字が濃く、低い数値ほど印字が薄くなる。 The output percentage of the fiber laser in the marking process is a parameter of what percentage of the fiber laser is irradiated to the device output. The higher the value, the darker the print, and the lower the value, the lighter the print.

マーキング工程におけるファイバーレーザの印字速度は、ファイバーレーザのレーザースキャンの移動速度であり、数値が大きいほど印字が薄く、数値が小さいほど印字が濃くなる。 The printing speed of the fiber laser in the marking process is the moving speed of the laser scan of the fiber laser. The larger the value, the lighter the printing, and the smaller the value, the darker the printing.

マーキング工程におけるファイバーレーザの線のピッチは、多重線で印字する場合の隣り合う線の間隔であり、数値が高いほど、隣り合う線の熱変色部が重なりにくい。一方、ファイバーレーザの線のピッチの数値が低いほど、隣り合う線の熱変色部が重なりやすいが、数値が小さすぎると、多孔質炭素シートを切削しやすくなり、曲げ強度を低下させやすくなる。上記の理由から、ファイバーレーザの線のピッチは0.3〜0.7mmであることが好ましい。 The pitch of the lines of the fiber laser in the marking process is the interval between adjacent lines when printing with multiple lines, and the higher the value, the less the heat-discolored portions of the adjacent lines overlap. On the other hand, the lower the value of the line pitch of the fiber laser, the more easily the heat-discolored portions of the adjacent lines overlap, but if the value is too small, the porous carbon sheet is easily cut and the bending strength is easily lowered. For the above reasons, the line pitch of the fiber laser is preferably 0.3 to 0.7 mm.

マーキング工程におけるファイバーレーザの周波数は、パルスで照射されるファイバーレーザの周期であり、数値が大きいほど濃い印字となり、数値が低いほど薄い印字となる。本発明の製造方法においては、ファイバーレーザの周波数は20〜90kHzであることが好ましい。マーキング工程において、ファイバーレーザの周波数を20〜90kHzとすることで、多孔質炭素シートの変形を抑え、検出性の良好なマーキング部を形成することが可能である。 The frequency of the fiber laser in the marking process is the period of the fiber laser irradiated by the pulse. The larger the value, the darker the print, and the lower the value, the lighter the print. In the manufacturing method of the present invention, the frequency of the fiber laser is preferably 20 to 90 kHz. By setting the frequency of the fiber laser to 20 to 90 kHz in the marking step, it is possible to suppress deformation of the porous carbon sheet and form a marking portion having good detectability.

本発明において、ファイバーレーザの照射条件を組合せたパラメータXを下記式1で定義する。 In the present invention, the parameter X combined with the irradiation conditions of the fiber laser is defined by the following equation 1.

パラメータX=ファイバーレーザの出力(W)÷線のピッチ(mm) ・・・式1
ここで、ファイバーレーザの出力(W)は、装置の出力(W)とその装置の出力に対してどのくらいパーセンテージのファイバーレーザを照射するかを設定する「出力パーセント」をかけて、100で割ったものである。本発明の多孔質炭素シートの製造方法において、マーキング部が多重線からなる場合、式1で表されるパラメータXの値が50以上であることが好ましい。パラメータXの値を50以上にすることで、印字が濃く検出性の良好なマーキングを形成することが可能である。パラメータXは、大きいほどより好ましいが、多孔質炭素シートの強度低下を考慮すると通常、400程度が限界である。
Parameter X = Fiber laser output (W) ÷ Line pitch (mm) ・ ・ ・ Equation 1
Here, the output (W) of the fiber laser is divided by 100 by multiplying the output (W) of the device and the "output percentage" that sets the percentage of the output of the device to be irradiated with the fiber laser. It is a thing. In the method for producing a porous carbon sheet of the present invention, when the marking portion is composed of multiple lines, the value of the parameter X represented by the formula 1 is preferably 50 or more. By setting the value of the parameter X to 50 or more, it is possible to form a marking with a dark print and good detectability. The larger the parameter X is, the more preferable it is, but in consideration of the decrease in the strength of the porous carbon sheet, the parameter X is usually limited to about 400.

本発明において、ファイバーレーザの照射条件を組合せたパラメータYを下記式2で定義する。 In the present invention, the parameter Y combined with the irradiation conditions of the fiber laser is defined by the following equation 2.

パラメータY=ファイバーレーザの出力(W)÷印字速度(mm/sec)÷線のピッチ(mm) ・・・式2
本発明の多孔質炭素シートの製造方法において、マーキング部が多重線からなる場合、式2で表されるパラメータYの値が0.04以上であることが好ましい。パラメータYの値を0.04以上にすることで、印字が濃く検出性が良好、且つ多孔質炭素シートの強度低下が少ないマーキングを形成することが可能である。パラメータYは、大きいほどより好ましいが、多孔質炭素シートの強度低下を考慮すると通常、0.6程度が限界である。
Parameter Y = Fiber laser output (W) ÷ Printing speed (mm / sec) ÷ Line pitch (mm) ・ ・ ・ Equation 2
In the method for producing a porous carbon sheet of the present invention, when the marking portion is composed of multiple lines, the value of the parameter Y represented by the formula 2 is preferably 0.04 or more. By setting the value of the parameter Y to 0.04 or more, it is possible to form markings with dark printing, good detectability, and little decrease in strength of the porous carbon sheet. The larger the parameter Y is, the more preferable it is, but in consideration of the decrease in the strength of the porous carbon sheet, the parameter Y is usually limited to about 0.6.

本発明において、多孔質炭素シートは、撥水性樹脂を含んでいることが好ましい。撥水性樹脂は特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(FEP)、などのフッ素樹脂が挙げられる。撥水性樹脂の付与量は、撥水性樹脂を付与する前の多孔質炭素シート100質量部に対して1〜50質量部であることが好ましい。 In the present invention, the porous carbon sheet preferably contains a water-repellent resin. The water-repellent resin is not particularly limited, and examples thereof include fluororesins such as polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polyvinylidene fluoride resin (PVDF), and a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP). The amount of the water-repellent resin applied is preferably 1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous carbon sheet before the water-repellent resin is applied.

本発明のガス拡散電極基材は、本発明の多孔質炭素シート及びマイクロポーラス層とを有する。本発明のガス拡散電極基材を得るためには、前述の本発明の多孔質炭素シート上に炭素質粒子を含むマイクロポーラス層が形成することで可能である。マイクロポーラス層には通常、炭素質粒子がマイクロポーラス層100質量%に対して5〜95質量%含まれることが好ましい。 The gas diffusion electrode base material of the present invention has the porous carbon sheet and the microporous layer of the present invention. In order to obtain the gas diffusion electrode base material of the present invention, it is possible to form a microporous layer containing carbonaceous particles on the above-mentioned porous carbon sheet of the present invention. It is usually preferable that the microporous layer contains 5 to 95% by mass of carbonaceous particles with respect to 100% by mass of the microporous layer.

以下、実施例を用いて、本発明について、さらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

(実施例1)
東レ(株)製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレカ (登録商標) ”T300−6K(平均単繊維径:7μm、単繊維数:6,000本)を6mmの長さにカットし、日本製紙(株)製広葉樹サルファイトパルプ(LDPT)と共に、水を抄造媒体として連続的に抄造し、さらにポリビニルアルコールの10質量%水溶液に浸漬し、乾燥する抄紙工程を経て、ロール状に巻き取って、炭素短繊維の目付が30g/mの長尺の炭素繊維紙を得た。炭素繊維紙100質量部に対して、添加したパルプの量は40質量部、ポリビニルアルコールの付着量は20質量部に相当する。
(Example 1)
Polyacrylonitrile carbon fiber "Treca (registered trademark)" T300-6K (average single fiber diameter: 7 μm, number of single fibers: 6,000) manufactured by Toray Co., Ltd. is cut to a length of 6 mm and made by Nippon Paper Co., Ltd. ) Papermaking process of continuously making water as a papermaking medium together with broad-leaved sulphite pulp (LDPT), immersing it in a 10% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol, and drying it. A long carbon fiber paper having a fiber texture of 30 g / m 2 was obtained. The amount of added pulp corresponds to 40 parts by mass and the amount of polyvinyl alcohol attached corresponds to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon fiber paper.

(株)中越黒鉛工業所製鱗片状黒鉛BF−5A(平均粒径5μm)、フェノール樹脂およびメタノールを2:3:25の質量比で混合した分散液を用意した。上記炭素繊維紙に、炭素短繊維100質量部に対してフェノール樹脂が96質量部である樹脂含浸量になるように、上記分散液を連続的に含浸し、90℃の温度で3分間乾燥する樹脂含浸工程を経た後、ロール状に巻き取って樹脂含浸炭素繊維紙を得た。フェノール樹脂には、荒川化学工業(株)製レゾール型フェノール樹脂KP−743Kと、荒川化学工業(株)製ノボラック型フェノール樹脂タマノル(登録商標)759とを1:1の質量比で混合した樹脂を用いた。 A dispersion prepared by mixing scaly graphite BF-5A (average particle size 5 μm), phenol resin and methanol manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd. in a mass ratio of 2: 3: 25 was prepared. The carbon fiber paper is continuously impregnated with the dispersion liquid so that the resin impregnation amount is 96 parts by mass of the phenol resin with respect to 100 parts by mass of the carbon short fibers, and dried at a temperature of 90 ° C. for 3 minutes. After undergoing the resin impregnation step, the carbon fiber paper impregnated with resin was obtained by winding it into a roll. The phenol resin is a mixture of a resole-type phenol resin KP-743K manufactured by Arakawa Chemical Industry Co., Ltd. and a novolak-type phenol resin Tamanol (registered trademark) 759 manufactured by Arakawa Chemical Industry Co., Ltd. in a mass ratio of 1: 1. Was used.

(株)カワジリ製100tプレスに熱板が互いに平行となるようセットし、下熱板上にスペーサーを配置して、熱板温度170℃、面圧0.8MPaで、プレスの開閉を繰り返しながら上下から離型紙で挟み込んだ樹脂含浸炭素繊維紙を間欠的に搬送しつつ、同じ箇所がのべ6分間加熱加圧されるよう圧縮処理した。また、熱板の有効加圧長LPは1200mmで、間欠的に搬送する際の前駆体繊維シートの送り量LFを100mmとし、LF/LP=0.08とした。すなわち、30秒の加熱加圧、型開き、炭素繊維紙の送り(100mm)、を繰り返すことによって圧縮処理を行い、ロール状に巻き取った。 Set the hot plates parallel to each other on a 100t press manufactured by Kawajiri Co., Ltd., place spacers on the lower hot plate, and raise and lower the press repeatedly at a hot plate temperature of 170 ° C and a surface pressure of 0.8 MPa. While intermittently transporting the resin-impregnated carbon fiber paper sandwiched between the hot plates, the same portion was subjected to compression treatment so that the same portion was heated and pressed for a total of 6 minutes. The effective pressure length LP of the hot plate was 1200 mm, the feed amount LF of the precursor fiber sheet when intermittently conveyed was 100 mm, and LF / LP = 0.08. That is, the compression treatment was performed by repeating heating and pressurizing for 30 seconds, mold opening, and feeding of carbon fiber paper (100 mm), and the material was wound into a roll.

圧縮処理をした炭素繊維紙を前駆体繊維シートとして、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が2400℃の加熱炉に導入し、加熱炉内を連続的に走行させながら、約500℃/分(650℃までは400℃/分、650℃を超える温度では550℃/分)の昇温速度で焼成する炭化工程を経た後、ロール状に巻き取って多孔質炭素シートを得た。 The compressed carbon fiber paper was used as a precursor fiber sheet and introduced into a heating furnace with a maximum temperature of 2400 ° C, which was maintained in a nitrogen gas atmosphere, and was continuously run in the heating furnace at about 500 ° C / min. After undergoing a carbonization step of firing at a heating rate of (400 ° C./min up to 650 ° C. and 550 ° C./min at temperatures exceeding 650 ° C.), the carbonized carbon sheet was wound into a roll to obtain a porous carbon sheet.

VideoJet社製ファイバーレーザマーカー 7510(出力50W、レンズf420)を用いて、出力パーセント95%、印字スピード1200mm/sec、周波数75KHz、線のピッチ0.5mm、線の本数10本、重ね印字回数1回で上記多孔質炭素シートにレーザを照射し、外径54mmの円を識別用のマーキングとして形成した。デフォーカスはなく、焦点を合わせた状態で照射した。このようにして、識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。 Using a fiber laser marker 7510 (output 50W, lens f420) manufactured by VideoJet, the output percentage is 95%, the printing speed is 1200 mm / sec, the frequency is 75 KHz, the line pitch is 0.5 mm, the number of lines is 10, and the number of overprints is 1. The porous carbon sheet was irradiated with a laser to form a circle having an outer diameter of 54 mm as a marking for identification. There was no defocus, and irradiation was performed in a focused state. In this way, a porous carbon sheet on which identification markings were formed was obtained.

(実施例2)
出力パーセントを85%に変更した以外は実施例1と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 2)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 1 except that the output percentage was changed to 85%.

(実施例3)
出力パーセントを75%に変更した以外は実施例1と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 3)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 1 except that the output percentage was changed to 75%.

(実施例4)
出力パーセントを65%に変更した以外は実施例1と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 4)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 1 except that the output percentage was changed to 65%.

(実施例5)
出力パーセントを55%に変更した以外は実施例1と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 5)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 1 except that the output percentage was changed to 55%.

(実施例6)
印字スピードを500mm/secに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 6)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the printing speed was changed to 500 mm / sec.

(実施例7)
印字スピードを750mm/secに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 7)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the printing speed was changed to 750 mm / sec.

(実施例8)
印字スピードを1000mm/secに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 8)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the printing speed was changed to 1000 mm / sec.

(実施例9)
印字スピードを1500mm/secに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 9)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the printing speed was changed to 1500 mm / sec.

(実施例10)
印字スピードを1750mm/secに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 10)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the printing speed was changed to 1750 mm / sec.

(実施例11)
線のピッチを0.2mmに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 11)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the line pitch was changed to 0.2 mm.

(実施例12)
線のピッチを0.3mmに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 12)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the line pitch was changed to 0.3 mm.

(実施例13)
線のピッチを0.4mmに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 13)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the line pitch was changed to 0.4 mm.

(実施例14)
線のピッチを0.6mmに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 14)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the line pitch was changed to 0.6 mm.

(実施例15)
周波数を25kHzに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 15)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the frequency was changed to 25 kHz.

(実施例16)
周波数を50kHzに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 16)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the frequency was changed to 50 kHz.

(実施例17)
出力パーセントを45%に変更した以外は実施例1と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 17)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 1 except that the output percentage was changed to 45%.

(実施例18)
印字スピードを3000mm/secに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 18)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the printing speed was changed to 3000 mm / sec.

(実施例19)
線のピッチを0.8mmに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 19)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the line pitch was changed to 0.8 mm.

(実施例20)
線のピッチを1.0mmに変更した以外は実施例3と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 20)
A porous carbon sheet having identification markings was obtained in the same manner as in Example 3 except that the line pitch was changed to 1.0 mm.

(実施例21)
レーザをVideoJet社製COレーザマーカー 7310(出力20W)に変更し、出力パーセント100%、印字スピード100mm/sec、周波数5KHz、線のピッチ1.0mm、線の本数10本、重ね印字回数1回に変更した以外は実施例1と同様にして識別用マーキングの形成された多孔質炭素シートを得た。
(Example 21)
The laser was changed to a CO 2 laser marker 7310 (output 20W) manufactured by VideoJet, and the output percentage was 100%, the printing speed was 100 mm / sec, the frequency was 5 KHz, the line pitch was 1.0 mm, the number of lines was 10, and the number of overprints was 1. A porous carbon sheet on which identification markings were formed was obtained in the same manner as in Example 1 except that the value was changed to.

以上の実施例及び比較例の照射条件及び評価結果を表1に示した。 Table 1 shows the irradiation conditions and evaluation results of the above Examples and Comparative Examples.

〔検出性〕
検出性は以下の基準で目視による評価を行った。
[Detectability]
The detectability was visually evaluated according to the following criteria.

◎:非常に濃いマーキングである
○:濃いマーキングである
△:薄いマーキングである
反り高さ〕
マーキング部の形成された箇所の反り高さは、以下の基準で評価を行った。
⊚: Very dark marking ○: Dark marking △: Light marking [ warp height]
The warp height of the portion where the marking portion was formed was evaluated according to the following criteria.

○:1cm以下
×:1cmより大きい
○: 1 cm or less ×: greater than 1 cm

Figure 0006972683
Figure 0006972683

Figure 0006972683
Figure 0006972683

なお、表において「O/C」とは、「数比率(酸素原子の数/炭素原子の数)」を意味する。 In the table, "O / C" means "number ratio (number of oxygen atoms / number of carbon atoms)".

MDとは長手方向を意味し、TDとは幅方向を意味する。 MD means the longitudinal direction, and TD means the width direction.

XPS(C)とはXPS測定から得られた炭素原子の数比率の値(%)を、XPS(O)とは、XPS測定から得られた酸素原子の数比率の値(%)を意味する。 XPS (C) means the value (%) of the number ratio of carbon atoms obtained from the XPS measurement, and XPS (O) means the value (%) of the number ratio of oxygen atoms obtained from the XPS measurement. ..

1 非マーキング部
2 マーキング部
3 熱変色部
4 レーザ照射(切削)部
1 Non-marking part 2 Marking part 3 Thermal discoloration part 4 Laser irradiation (cutting) part

Claims (4)

マーキングが形成された多孔質炭素シートの製造方法であって、
前記多孔質炭素シートに対して、レーザを照射してマーキングを形成する工程(以下、マーキング工程という、)を有し前記マーキングが形成された箇所をマーキング部とすると、マーキング部が多重線からなり、前記レーザとしてファイバーレーザを用い、且つ式1で表されるパラメータXの値が50以上である多孔質炭素シートの製造方法。
パラメータX=ファイバーレーザの出力(W)÷線のピッチ(mm) ・・・式1
A method for manufacturing a porous carbon sheet on which markings are formed.
With respect to the porous carbon sheet, forming a marking by irradiating laser (hereinafter, referred to as the marking step) have, when the location where the marking is formed and a marking unit, the marking unit from the multiplet A method for producing a porous carbon sheet, wherein a fiber laser is used as the laser and the value of the parameter X represented by the formula 1 is 50 or more.
Parameter X = Fiber laser output (W) ÷ Line pitch (mm) ・ ・ ・ Equation 1
2で表されるパラメータYの値が0.04以上である、請求項に記載の多孔質炭素シートの製造方法。
パラメータY=ファイバーレーザの出力(W)÷印字速度(mm/sec)÷線のピッチ(mm) ・・・式2
The value of parameter Y of formula 2 is 0.04 or more, the porous carbon sheet production method of claim 1.
Parameter Y = Fiber laser output (W) ÷ Printing speed (mm / sec) ÷ Line pitch (mm) ・ ・ ・ Equation 2
前記ファイバーレーザの周波数が20〜90kHzである、請求項1または2に記載の多孔質炭素シートの製造方法。 The method for producing a porous carbon sheet according to claim 1 or 2 , wherein the frequency of the fiber laser is 20 to 90 kHz. 前記マーキング工程の前に、欠点を検出する工程を有し、
検出された欠点箇所に応じて多孔質炭素シートに対してレーザを照射してマーキングを形成する、請求項のいずれかに記載の多孔質炭素シートの製造方法。
Prior to the marking step, a step of detecting defects is provided.
The method for producing a porous carbon sheet according to any one of claims 1 to 3 , wherein a marking is formed by irradiating the porous carbon sheet with a laser according to the detected defective portion.
JP2017117432A 2017-06-15 2017-06-15 Method for manufacturing porous carbon sheet Active JP6972683B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017117432A JP6972683B2 (en) 2017-06-15 2017-06-15 Method for manufacturing porous carbon sheet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017117432A JP6972683B2 (en) 2017-06-15 2017-06-15 Method for manufacturing porous carbon sheet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019003824A JP2019003824A (en) 2019-01-10
JP6972683B2 true JP6972683B2 (en) 2021-11-24

Family

ID=65006260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017117432A Active JP6972683B2 (en) 2017-06-15 2017-06-15 Method for manufacturing porous carbon sheet

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6972683B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7128295B2 (en) * 2018-12-28 2022-08-30 本田技研工業株式会社 Product management method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014191867A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Panasonic Corp Gas diffusion layer, membrane electrode assembly and method of manufacturing the same
JP2015035360A (en) * 2013-08-09 2015-02-19 トヨタ自動車株式会社 Inspection method of electrode sheet
JP6547933B2 (en) * 2014-12-09 2019-07-24 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Laser processing method for fiber reinforced composite material and laser processing apparatus therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019003824A (en) 2019-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10957916B2 (en) Porous carbon sheet and precursor fiber sheet thereof
JP6933140B2 (en) Gas diffusion electrode and fuel cell
JP6743805B2 (en) Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell
JP6729373B2 (en) Porous carbon electrode substrate, method for producing the same, gas diffusion layer, and membrane-electrode assembly for fuel cell
JP2009211928A (en) Carbon fiber paper and method of manufacturing the same
JP5544960B2 (en) Porous carbon sheet for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same
JP6972683B2 (en) Method for manufacturing porous carbon sheet
JP7310101B2 (en) Gas diffusion electrode inspection method and gas diffusion electrode
JP7114858B2 (en) Gas diffusion electrode and fuel cell
JP2016157653A (en) Gas diffusion electrode base material and gas diffusion layer including the same
JP2018085333A (en) Porous electrode substrate, gas diffusion layer, gas diffusion electrode, and method of manufacturing the same
JP2006089331A (en) Manufacturing method of carbon fiber substrate
JP2017139219A (en) Carbon sheet, gas diffusion electrode base material, and fuel cell
JP2008190072A (en) Carbon fiber paper and method for producing the same
JP2010037145A (en) Method for manufacturing porous electrode base material
JP2017182900A (en) Carbon sheet, gas diffusion electrode base material, and fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200519

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210608

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210806

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: 20211005

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211018

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6972683

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151