JPH01266223A - Production of anisotropic porous carbon formed product - Google Patents

Production of anisotropic porous carbon formed product

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JPH01266223A
JPH01266223A JP9453588A JP9453588A JPH01266223A JP H01266223 A JPH01266223 A JP H01266223A JP 9453588 A JP9453588 A JP 9453588A JP 9453588 A JP9453588 A JP 9453588A JP H01266223 A JPH01266223 A JP H01266223A
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JP
Japan
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fibers
sheet
organic
pulp
paper
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JP9453588A
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Japanese (ja)
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Osamu Iwaki
岩城 修
Yoshihiro Miyamoto
宮本 良博
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New Oji Paper Co Ltd
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Oji Paper Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the title formed product of high chemical resistance, by making a slurry of organic fibers for producing carbon fibers and pulp into paper sheets, impregnating them with an organic polymer, further making a specific formed precursor, then calcining the precursor. CONSTITUTION:A mixture of 65-90wt.% of organic fibers for producing carbon fibers such as acrylic fibers and 10-35wt.% of pulp is combined with water to prepare a slurry, and the slurry is made into paper sheets by the wet method, to give paper sheets of more than 2.0 ratio of the lengthwise strength to crosswise strength. Then, one or more paper sheets are impregnated with an organic polymer, the fibers and pulp are oriented almost in the same direction and the polymer is cured to form a formed precursor. Finally the formed precursors are calcined in an inert atmosphere at temperature over 800 deg.C to give the subject formed product of high quality inexpensively.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、異方性多孔質炭素成形体の製造方法に関する
ものである。更に詳しく述べると、本発明は機械的強度
および電気伝導性などについて異方性を示し、燃料電池
用電極などとして有用な多孔質炭素成形体を製造する方
法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing an anisotropic porous carbon molded body. More specifically, the present invention relates to a method for producing a porous carbon molded body that exhibits anisotropy in terms of mechanical strength and electrical conductivity, and is useful as an electrode for fuel cells.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、炭素繊維シートを得る方法としては、あらかじめ
焼成された炭素繊維を短く切ったものをモールド法によ
り形成したシートを作り、これを焼成する方法が知られ
ているが、このような方法で得られる炭素繊維シートに
異方性を持たせることは困難であった。本発明者らは、
抄紙法により製造された多数の炭素繊維シートを、縦方
向(抄紙方向;以後MD)、および横方向(抄紙横断方
向;以後CD)に交互に重ねることにより等方性を有す
る炭素繊維シートを製造する方法を提案した。
Conventionally, a known method for obtaining carbon fiber sheets is to cut pre-fired carbon fibers into short pieces, mold them into a sheet, and then fire this sheet. It has been difficult to impart anisotropy to carbon fiber sheets produced by carbon fibers. The inventors
A carbon fiber sheet with isotropy is manufactured by alternately stacking a large number of carbon fiber sheets manufactured by a papermaking method in the longitudinal direction (papermaking direction; hereinafter referred to as MD) and the transverse direction (papermaking direction; hereinafter referred to as CD). proposed a method to do so.

しかしながら炭素繊維シート積層体を燃料電池、又は2
次電池等の用途に使用する場合には、特定の方向の強度
、および電気伝導性がすぐれていることが要求される。
However, carbon fiber sheet laminates can be used for fuel cells or
When used in applications such as secondary batteries, it is required to have excellent strength in a specific direction and electrical conductivity.

例えば、燃料電池用電極の場合、その−面側にガス又は
酸素含有気体を通過させるための溝を形成するが、この
溝形成面内で溝に垂直方向の曲げ強度が非常に弱くなっ
てしまうという問題がある。また塩素−亜鉛型の2次電
池用電極の場合は電極の1辺に集電板が付けられるため
、電気伝導性が等方性のものよりも、集電板に垂直方向
に電気伝導性がより良いものが望まれている。
For example, in the case of fuel cell electrodes, grooves are formed on the negative side of the electrode to allow gas or oxygen-containing gas to pass through, but the bending strength in the direction perpendicular to the grooves within this groove formation surface becomes extremely weak. There is a problem. In addition, in the case of chlorine-zinc type secondary battery electrodes, a current collector plate is attached to one side of the electrode, so the electrical conductivity is higher in the direction perpendicular to the current collector plate than in the case of isotropic electrical conductivity. Something better is desired.

上記のような用途には、特定方向に機械的強度および電
気伝導度のすぐれた炭素繊維板が望ましいが、このよう
な異方性を有する炭素繊維成形体の製造方法は未だ知ら
れていなかったのである。
Carbon fiber boards with excellent mechanical strength and electrical conductivity in specific directions are desirable for the above-mentioned applications, but a method for manufacturing carbon fiber molded bodies with such anisotropy has not yet been known. It is.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は、上記の問題点を解消し、耐薬品性に優れ、ま
た安価、かつ高品質であり、特に電気伝導性、及び強度
において異方性を示す多孔質炭素成形体の製造方法を提
供することを課題とするものである。
The present invention solves the above problems and provides a method for producing a porous carbon molded body that has excellent chemical resistance, is inexpensive, and has high quality, and exhibits anisotropy in electrical conductivity and strength. The challenge is to do so.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題を解決する本発明の異方性多孔質炭素成形体製
造方法は、65〜90重量%の炭素繊維形成用有機繊維
と、10〜35重量%のパルプとの混合物を含むスラリ
ーから、湿式抄紙法によって、タテ方向引張強度のヨコ
方向引張強度に対する比が2゜0以上の抄紙シートを製
造する工程と、少なくとも1枚の前記抄紙シートに、有
機高分子物質を含浸する工程と、この少なくとも1枚の
有機高分子物質含浸シートから、前記炭素繊維形成用有
機繊維と前記パルプとがほぼ同一方向に配向されており
、前記有機高分子物質が硬化されており、かつ、所定の
形状・寸法を有している前駆成形体を形成する工程と、
前記前駆成形体に、少くとも不活性8囲気中、800℃
以上の温度における焼成処理を施す工程と、を含んでな
ることを特徴とするものである。
The method for producing an anisotropic porous carbon molded body of the present invention that solves the above problems is to produce a wet-type porous carbon body from a slurry containing a mixture of 65 to 90% by weight of organic fibers for forming carbon fibers and 10 to 35% by weight of pulp. a step of producing a paper sheet having a ratio of longitudinal tensile strength to lateral tensile strength of 2.0 or more by a papermaking method; a step of impregnating at least one of the paper sheets with an organic polymeric substance; The carbon fiber-forming organic fibers and the pulp are oriented in substantially the same direction from one organic polymer material-impregnated sheet, the organic polymer material is hardened, and the material has a predetermined shape and size. a step of forming a precursor molded body having
The precursor molded body is heated at 800° C. in at least an inert atmosphere.
The method is characterized in that it includes a step of performing a firing treatment at a temperature above.

本発明方法において、65〜95重量%の炭素繊維形成
用有機繊維と、10〜35重量%のパルプとの混合物を
含むスラリーから湿式抄紙法により、抄紙シートが製造
される。
In the method of the present invention, a paper sheet is produced by a wet papermaking method from a slurry containing a mixture of 65 to 95% by weight of organic fibers for forming carbon fibers and 10 to 35% by weight of pulp.

炭素繊維形成用有機繊維 本発明方法に用いる炭素繊維形成用有機繊維としては、
ピッチ繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維、フェノール
繊維、ポリ塩化ビニール繊維、アラミド繊維等が使用さ
れる。このような有機繊維としては、0.5〜15デニ
ール、長さ1〜15ml11のものが使用されるが、抄
紙性等の点から見て好ましくは、0.5〜8デニーノベ
長さ1.5〜10mmのものを目的に応じて選択し、単
独で、あるいはこれらの2種以上を配合して使用する。
Organic fibers for forming carbon fibers The organic fibers for forming carbon fibers used in the method of the present invention include:
Pitch fiber, acrylic fiber, rayon fiber, phenol fiber, polyvinyl chloride fiber, aramid fiber, etc. are used. As such organic fibers, those having a length of 0.5 to 15 denier and a length of 1 to 15 ml11 are used, but from the viewpoint of paper-making properties, preferably 0.5 to 8 denier fibers with a length of 1.5 ml are used. -10 mm is selected depending on the purpose and used alone or in combination of two or more of these.

この有機繊維は、本発明方法における焼成工程において
炭素繊維に変成される。
This organic fiber is converted into carbon fiber in the firing step of the method of the present invention.

パルプ 上記の炭素繊維形成用有機繊維は一般に親水性が低く、
そのため、有機繊維単独では抄紙することができない。
Pulp The above-mentioned organic fibers for forming carbon fibers generally have low hydrophilicity;
Therefore, paper cannot be made using organic fibers alone.

そこで本発明においては、抄紙性向上のだめの補強繊維
として、パルプを配合する。
Therefore, in the present invention, pulp is blended as a reinforcing fiber to improve papermaking properties.

この目的に用いられるパルプとしては、セルロースパル
プのほか、親水性合成樹脂製の各種合成パルプを用いる
ことができる。
As the pulp used for this purpose, in addition to cellulose pulp, various synthetic pulps made of hydrophilic synthetic resins can be used.

有機繊維とパルプの配合率 有機繊維とパルプの混合割合は、有機繊維が65〜90
重量%、パルプが10〜35重量%(固形分として)と
することが必要である。
Mixing ratio of organic fiber and pulp The mixing ratio of organic fiber and pulp is 65 to 90% organic fiber.
It is necessary that the pulp content be 10 to 35% by weight (as solid content).

有機繊維の配合率が65重量%より低くなると、得られ
る炭素繊維板の孔径、気孔率等のコントロールがむづか
しくなり、一方有機繊維の配合率が90重量%より高く
なると、抄紙の際に良好なシート形成がむづかしくなる
。また、パルプの配合率が10重量%より低くなると抄
紙性が悪くなってシート形成が困難になり、パルプ配合
率を35重量%より高くすると十分嵩高なシートが得ら
れなくなる。一般に有機繊維が75〜90重量%、パル
プが10〜25重量%の範囲内の配合率であることが好
ましい。
When the blending ratio of organic fibers is lower than 65% by weight, it becomes difficult to control the pore diameter and porosity of the resulting carbon fiber board, while when the blending ratio of organic fibers is higher than 90% by weight, it becomes difficult to control the pore size and porosity of the obtained carbon fiber board. It becomes difficult to form a good sheet. Furthermore, if the pulp content ratio is lower than 10% by weight, papermaking properties will deteriorate and sheet formation will become difficult, and if the pulp content ratio is higher than 35% by weight, a sufficiently bulky sheet will not be obtained. Generally, it is preferable that the blending ratio is within the range of 75 to 90% by weight of organic fiber and 10 to 25% by weight of pulp.

抄紙法 繊維配向性の高いシートを得るためには円網抄紙機を使
用することが好ましく、抄紙スピードを上げると、抄紙
シート内繊維の配向性をより高めることができ、その結
果MD力方向引っ張り強度がCD方向のそれに較べ高く
なる。例えば、本発明方法の一態様において、17m/
分のスピードで抄紙すると、得られる抄紙シートの引っ
張り強度の比(MD/CD)は2.1であるが、これに
対して、30m/分のスピードで抄紙すると、得られる
抄紙シートの引っ張り強度の比(MD/CD)は2.8
となる。長網抄紙機に於ては、インレットからの原料流
出スピードと、抄紙ワイヤースピードの比(ジェットワ
イヤー比;J/W)を変えることにより、容易に抄紙シ
ート内繊維の配向度を高めることが出来る。通常長網抄
紙機で、上質紙を作る時はJ/W比を0.9から1,2
として抄紙すると、得られた紙の引っ張り強度の比(M
D/CD)は2.0以下であるが、J/W比を1.5以
上にして抄紙すると、得られる紙の引っ張り強度の比<
MD/CD)は2.0以上となり、従って繊維配向性の
大きい、つまり様々な特性、例えば機械的強度や電気伝
導度について異方性の高いシートが得られる。
Paper making method In order to obtain a sheet with high fiber orientation, it is preferable to use a circular mesh paper machine.Increasing the paper making speed can further increase the orientation of the fibers within the paper sheet, resulting in less tension in the MD force direction. The intensity is higher than that in the CD direction. For example, in one embodiment of the method of the present invention, 17 m/
When paper is made at a speed of 30 m/min, the tensile strength ratio (MD/CD) of the paper sheet obtained is 2.1, whereas when paper is made at a speed of 30 m/min, the tensile strength of the paper sheet obtained is 2.1. The ratio (MD/CD) is 2.8
becomes. In a Fourdrinier paper machine, the degree of orientation of fibers within a paper sheet can be easily increased by changing the ratio of the raw material outflow speed from the inlet to the paper wire speed (jet wire ratio; J/W). . Normally, when making high-quality paper using a Fourdrinier paper machine, the J/W ratio is set from 0.9 to 1.2.
When paper is made as follows, the tensile strength ratio (M
D/CD) is 2.0 or less, but when paper is made with a J/W ratio of 1.5 or more, the tensile strength ratio of the resulting paper is <
MD/CD) is 2.0 or more, and therefore a sheet with high fiber orientation, that is, high anisotropy in various properties such as mechanical strength and electrical conductivity, can be obtained.

本発明方法においては、前記有機繊維−パルプ混合物を
含む水性分散液がら湿式抄紙法により紙状の抄紙シート
が製造されるが、このとき得られるシートのタテ方向(
つまり抄紙方向)引張強度のヨコ方向引張強度に対する
比を2.0以上にコントロールする。この強度比は2.
2以上であるがより好ましい。この強度比が2.0より
低いときは、得られる多孔質炭素板の電気伝導度・およ
び機械的強度における異方性が不満足なものになるとい
う不都合を生ずる。
In the method of the present invention, a paper-like paper sheet is produced from an aqueous dispersion containing the organic fiber-pulp mixture by a wet paper-making method, and the longitudinal direction (
In other words, the ratio of the tensile strength in the paper making direction to the tensile strength in the horizontal direction is controlled to be 2.0 or more. This intensity ratio is 2.
More preferably, it is 2 or more. When this strength ratio is lower than 2.0, the resulting porous carbon plate has an unsatisfactory anisotropy in electrical conductivity and mechanical strength.

本発明方法において、抄紙シートに有機高分子物質が含
浸される。この有機高分子物質は固化性、又は硬化性の
あるものである。
In the method of the present invention, a papermaking sheet is impregnated with an organic polymeric substance. This organic polymer substance has solidification or hardening properties.

有機高分子物質 抄紙シートに含浸させるために用いられる有機高分子物
質としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、およびポリジビニルベンゼンの
ような熱硬化性樹脂、並びにポリ塩化ビニル樹脂、ポリ
塩化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ
化ビニリデン樹脂、およびポリアクリル樹脂等の熱可塑
性樹脂が用いられ、その他、リグニン、ピッチ又はター
ルのようなものも使用することができる。これらの高分
子化合物の有するべき好ましい性質としては、何らかの
溶液に溶解すること、又は熱処理時の高温で融解するこ
と、および炭素含有量が30重量%以上であって焼成さ
れた後、炭素質バインダーとして炭素繊維の相互結合に
役立つことなどがある。このような性質を持つ高分子化
合物としては、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
Organic polymer substances used for impregnating paper sheets include, for example, phenolic resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, thermosetting resins such as polydivinylbenzene, and polyvinyl chloride resins. Thermoplastic resins such as polyvinylidene chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polyvinylidene fluoride resin, and polyacrylic resin are used, and other materials such as lignin, pitch, or tar can also be used. Preferable properties that these polymer compounds should have include being soluble in some kind of solution or melting at high temperatures during heat treatment, and having a carbon content of 30% by weight or more and forming a carbonaceous binder after being fired. For example, it can help bond carbon fibers together. As the polymer compound having such properties, it is preferable to use a thermosetting resin.

有機高分子物質はシート重量に対して20〜160重量
%、好ましくは60〜100重量%の割合で含浸される
The organic polymer material is impregnated in an amount of 20 to 160% by weight, preferably 60 to 100% by weight based on the weight of the sheet.

抄紙シートに含浸すべき有機高分子物質は炭素質粉末と
混合して用いてもよい。このときの混合比は有機高分子
物質20%〜160%(固形重量)に対し、炭素質粉末
5%〜40%であることが好ましい。このような炭素質
粉末を用いることにより、電気伝導性のすぐれた炭素成
形体を得ることができる。
The organic polymeric substance to be impregnated into the papermaking sheet may be mixed with carbonaceous powder. The mixing ratio at this time is preferably 5% to 40% of the carbonaceous powder to 20% to 160% (solid weight) of the organic polymer material. By using such carbonaceous powder, a carbon molded body with excellent electrical conductivity can be obtained.

耐熱性向上剤 炭素繊維形成用有機繊維として再生セルロー・ス繊維、
例えばレーヨンを使用する場合には、上記炭素質粉末と
有機高分子の混合含浸処理とは別に、耐熱性向上剤の含
浸処理を併用すると、炭化収率、強度等の点に於て良い
結果が得られる。耐熱性向上剤としては、レーヨン炭素
繊維を製造する場合に一般に使用されるものなら何れで
も使用可能である。このような耐熱性向上剤は例えば、
リン酸金属塩として、第一リン酸マグネウム、第一 リ
ン酸カルシウム、第一リン酸ナトリウム、第一リン酸カ
リウムなど、また各種の酸のアンモニウム塩として、塩
化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニ
ウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、
リン酸二水素アンモニウム、ポリリン酸のアンモニウム
塩、ホウ酸アンモニウム等を好適に使用することができ
る。
Regenerated cellulose fiber as organic fiber for forming heat resistance improver carbon fiber,
For example, when using rayon, in addition to the above-mentioned mixed impregnation treatment with carbonaceous powder and organic polymer, impregnation treatment with a heat resistance improver can be used to obtain good results in terms of carbonization yield, strength, etc. can get. As the heat resistance improver, any of those commonly used in producing rayon carbon fibers can be used. Such heat resistance improvers include, for example,
Phosphate metal salts include monobasic magnesium phosphate, monobasic calcium phosphate, monobasic sodium phosphate, monobasic potassium phosphate, etc.Ammonium salts of various acids include ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium hydrogen sulfate, and ammonium phosphate. , ammonium hydrogen phosphate,
Ammonium dihydrogen phosphate, ammonium salt of polyphosphoric acid, ammonium borate, etc. can be suitably used.

本発明方法において抄紙シートに含浸されるを機高分子
物質は適当な溶剤、例えば、水、メタノール或はトルエ
ンなどに溶解、乳化又は分散され、この処理液を通常の
含浸法によりシートに含浸させ、これに乾燥又は予備硬
化を施して有機高分子物質含浸シートを製造する。
In the method of the present invention, the polymeric substance to be impregnated into the paper sheet is dissolved, emulsified, or dispersed in a suitable solvent such as water, methanol, or toluene, and the sheet is impregnated with this treatment liquid by a conventional impregnation method. This is dried or precured to produce an organic polymer material-impregnated sheet.

本発明方法において、少なくとも1枚の有機高分子物質
含浸シートから、所望の形状・寸法を有する前駆成形体
が形成される。この前記成形体は、その中の炭素繊維形
成用有機繊維およびパルプ繊維ははゾ同一方向に配向さ
れており、かつ含浸された有機高分子物質は硬化されて
いるものである。
In the method of the present invention, a preformed body having a desired shape and dimensions is formed from at least one sheet impregnated with an organic polymeric substance. In this molded body, the organic fibers for forming carbon fibers and the pulp fibers therein are oriented in the same direction, and the impregnated organic polymer substance is hardened.

すなわち前駆成形体は、1枚の含浸シートから形成され
ていてもよいし、或は2枚以上の樹脂含浸シートを、そ
の抄紙方向が一致するように重ね合わせて形成されても
よい。この前駆成形体は好ましくはプレス処理されたも
のである。
That is, the precursor molded body may be formed from a single impregnated sheet, or may be formed by stacking two or more resin-impregnated sheets so that their papermaking directions coincide. This precursor molded body is preferably pressed.

上記のような有機高分子物質含浸シートから前駆成形体
を製造するに当り、所望製品に多孔質炭素板に必要な厚
さ、形状、気孔率、および孔径を付与するために、必要
に応じ含浸シートに積層処理、プレス処理および/又は
予備硬化処理などを施してもよい。
When producing a preformed body from the organic polymer substance-impregnated sheet as described above, impregnation is performed as necessary to give the desired product the thickness, shape, porosity, and pore size required for the porous carbon plate. The sheet may be subjected to lamination treatment, press treatment, and/or preliminary curing treatment.

予備硬化処理 含浸シートに予備硬化を施すと、シート内の有機高分子
物質が流動しなくなるため、均一なプレス処理などの成
形処理が容易になる。予備硬化の処理条件としては、有
機高分子物質が完全硬化しない条件、例えば105℃〜
180℃、1分〜30分程度が好適である。前駆成形体
は、前記予備硬化処理の後、又は、それと同時に加熱プ
レス成形されてもよい。このプレス成形は最終製品であ
る多孔質炭素板に必要な厚さ、形状、気孔率、および孔
径を付与するために有効である。その際、加熱処理を併
用することにより含浸シート中の有機高分子物質を硬化
してもよい。
Pre-curing treatment When the impregnated sheet is pre-cured, the organic polymeric substance within the sheet no longer flows, making it easier to perform uniform molding treatments such as pressing. The pre-curing treatment conditions include conditions in which the organic polymer substance is not completely cured, for example, from 105°C to
180°C and about 1 minute to 30 minutes are suitable. The precursor molded body may be hot press-molded after the precuring treatment or at the same time. This press forming is effective for imparting the required thickness, shape, porosity, and pore size to the final product, the porous carbon plate. At that time, the organic polymer substance in the impregnated sheet may be cured by using heat treatment in combination.

本発明方法において前駆成形体はく予備硬化されたもの
を含む)は、加熱プレス成形されたものであってもよい
In the method of the present invention, the precursor molded body (including a precured one) may be hot press molded.

加熱プレス成形および硬化処理 前駆成形体形成のため、含浸シート、又はその積層体に
プレス処理を行うと、繊維の配向方向に関し異方性を向
上させることができる。プレス加熱条件としては、15
0〜220℃、1〜60分間が適当である。このプレス
処理により成形体の厚みを一定に保持すると同じに、平
坦な成形体を得ることが可能になった。またプレス圧力
を調整することにより目的炭素板の気孔率、孔径を任意
にコントロールすることができる。2枚以上の含浸シー
トを重ね合わせる際、シートを、MD方向とCD方向と
に交互に積層すると、得られるシートに方向性がなくな
り、異方性のある好ましいシートは得られない。前駆成
形体は好ましくは次に安定化処理に供される。
Heat press molding and hardening treatment When an impregnated sheet or a laminate thereof is subjected to a press treatment to form a precursor molded body, anisotropy in the orientation direction of the fibers can be improved. The press heating conditions are 15
A temperature of 0 to 220°C for 1 to 60 minutes is appropriate. This pressing process made it possible to maintain the thickness of the molded body constant and to obtain a flat molded body. In addition, by adjusting the press pressure, the porosity and pore diameter of the target carbon plate can be arbitrarily controlled. When stacking two or more impregnated sheets, if the sheets are stacked alternately in the MD direction and the CD direction, the resulting sheet will have no directionality, and a desirable sheet with anisotropy will not be obtained. The precursor molded body is preferably then subjected to a stabilization treatment.

安定化処理 本発明方法において、加熱プレス処理を経た前駆成形体
に対し、好ましくは焼成に先立って安定化処理を施こす
。安定化処理は、耐薬品性の向上と加熱炭化工程後の有
機繊維の炭化収率を向上させるために行われる。有機繊
維がアクリル繊維、又はピッチ繊維の場合に特に有効で
ある。安定化の処理条件は、使用される有機繊維の種類
に応じて異なるが、好ましくは150〜350℃、数時
間〜数百時間の範囲であって、更に好ましくは180〜
250℃、6時間〜200時間であり、酸素含有雰囲気
気体中で処理される。
Stabilization Treatment In the method of the present invention, the precursor molded body subjected to the hot press treatment is preferably subjected to a stabilization treatment prior to firing. The stabilization treatment is performed to improve chemical resistance and carbonization yield of the organic fiber after the heating carbonization step. This is particularly effective when the organic fiber is acrylic fiber or pitch fiber. The stabilization treatment conditions vary depending on the type of organic fiber used, but are preferably in the range of 150 to 350°C and several hours to several hundred hours, and more preferably in the range of 180 to 350°C.
The treatment is carried out at 250° C. for 6 to 200 hours in an oxygen-containing atmosphere.

安定化された前駆成形体は次に焼成処理に供される。The stabilized precursor molded body is then subjected to a firing treatment.

焼成処理 安定化処理された前駆成形体は、不活性ガス雰囲気中で
、800℃以上の温度で加熱焼成され、それによって本
発明の多孔質炭素板に変成される。
Firing Treatment The stabilized precursor molded body is heated and fired at a temperature of 800° C. or higher in an inert gas atmosphere, thereby converting it into the porous carbon plate of the present invention.

この焼成温度が800℃より低いときは、多孔質炭素板
への変成が不十分となり、或は−過度に長時間を要する
If the firing temperature is lower than 800° C., the transformation into a porous carbon plate will be insufficient or will take an excessively long time.

〔実施例〕〔Example〕

本発明を下記実施例により更に説明するが、これら実施
例は本発明を制限するものではない。なお、実施例中、
部および%とあるのはそれぞれ重量部および重量%であ
る。
The present invention will be further illustrated by the following examples, but these examples are not intended to limit the invention. In addition, in the example,
Parts and percentages are by weight, respectively.

実施例1及び比較例 太さ7デニーノペ長さ3mmのポリアクリル繊維(旭化
成A10)及び太さ3デニール、長さ3乱のポリアクリ
ル繊維(旭化成Al0L)を、それぞれ55部、および
25部と、カナデイアンフリーネス400−のパルプ(
NBKP) 20部との混合物に水を加えてスラリーを
作り、このスラリーから丸網抄紙機を用いて常法により
、坪量180g/m″の抄紙シートを抄造した。上記の
シートのタテ方向引張強度のヨコ方向引張強度の比は第
1表記載の通りであった。この抄紙シートを高分子物質
とメタノールからなる溶液に浸漬した。この高分子物質
は、群栄化学■のフェノール樹脂(PL−2215)で
あって、紙の重量に対し80%の割合で含浸された前記
フェノール樹脂溶液による含浸が終了したのち、これを
105℃の乾燥室内で乾燥した。次いでこのシートを抄
紙方向に関して一定の方向に揃えて6枚積層し、この積
層体を厚さが3.0 mmになる様にプレスで加圧し、
同時に180℃の温度で15分間加熱処理を行って硬化
積層体を製造した。次いでこの硬化積層体を220℃で
5時間、酵素含有霊囲気中で加熱安定化処理を行った後
、これを更にグラファイト板にはさんで2000℃のチ
ッ素ガス雰囲気中で1時間焼成を行った。
Example 1 and Comparative Examples 55 parts and 25 parts of a polyacrylic fiber (Asahi Kasei A10) with a thickness of 7 denier and a length of 3 mm (Asahi Kasei A10) and a polyacrylic fiber (Asahi Kasei Al0L) with a thickness of 3 denier and a length of 3, respectively, Canadian Freeness 400- Pulp (
A slurry was prepared by adding water to a mixture with 20 parts of NBKP), and a paper sheet having a basis weight of 180 g/m'' was made from this slurry by a conventional method using a circular paper machine.Tensioning the above sheet in the vertical direction The ratio of tensile strength in the horizontal direction was as shown in Table 1. This paper sheet was immersed in a solution consisting of a polymeric substance and methanol. -2215), and after the impregnation with the phenolic resin solution, which was impregnated at a ratio of 80% of the weight of the paper, was completed, it was dried in a drying chamber at 105°C.Then, this sheet was kept constant in the papermaking direction. Laminate six sheets aligned in the direction of , press the laminate to a thickness of 3.0 mm,
At the same time, heat treatment was performed at a temperature of 180° C. for 15 minutes to produce a cured laminate. Next, this cured laminate was heat-stabilized at 220°C for 5 hours in an enzyme-containing atmosphere, and then sandwiched between graphite plates and fired for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere at 2000°C. Ta.

得られた炭素成形体の炭素化収率、曲げ強度および体積
固有抵抗値を第1表に示す。
Table 1 shows the carbonization yield, bending strength, and volume resistivity of the obtained carbon molded body.

比較例において、実施例1と同様の操作が行われた。但
し6枚の含浸シートの積層に当り、互に隣接するシート
を、その抄紙方向が互に90度をなすように、交互に重
ね合わせた。得られた比較炭素成形体の性能を第1表に
示す。
In the comparative example, the same operation as in Example 1 was performed. However, when stacking six impregnated sheets, adjacent sheets were alternately stacked so that their papermaking directions were at 90 degrees to each other. Table 1 shows the performance of the comparative carbon molded body obtained.

実施例2 太さ7デニール、長さ3mmのポリアクリル繊維(旭化
成A10)及び太さ3デニーノベ長さ3IIl[Ilの
アクリル繊維(旭化成Al0L)をそれぞれ55部、お
よび25部と、カナデイアンフリーネス40〇−のパル
プ(NBKP) 20部とに水を加えてスラリーを′作
った。このスラリーから丸網抄紙機で常法により坪量1
80 g / m’の抄紙シートを抄造した。上記のシ
ートのタテ方向引張強度のヨコ方向引張強度に対する比
は第1表記載の通りであった。この抄紙シートを高分子
物質とメタノールからなる溶液に浸漬した。この高分子
物質は、群栄化学側製のフェノール樹脂(PL−22i
5)であって、紙の重量に対し80%(固形分)の割合
で含浸された。前記フェノール樹脂溶液による含浸が終
了したのち、これを105℃の乾燥室内で乾燥した。次
いで上記のシートを積層することなく1枚づつプレスに
かけ、その厚さが0.5 mmになる様にプレスし、同
時に180℃で15分間加熱処理を施した。次いで22
0℃で48時間、酸素含有気体中で加熱安定化処理を行
った後、これをグラファイト板にはさんで2000℃の
チツ素ガス雰囲気中で1時間、焼成を行った。得られた
炭素板の性能を第1表に示す。
Example 2 Polyacrylic fibers (Asahi Kasei A10) with a thickness of 7 denier and a length of 3 mm, 55 parts and 25 parts of acrylic fibers (Asahi Kasei Al0L) with a thickness of 3 denier and a length of 3 IIl, respectively, and Canadian Freeness 40 A slurry was prepared by adding water to 20 parts of 〇- pulp (NBKP). From this slurry, a paper machine with a basis weight of 1
A paper sheet of 80 g/m' was produced. The ratio of the tensile strength in the longitudinal direction to the tensile strength in the transverse direction of the above sheet was as shown in Table 1. This paper sheet was immersed in a solution consisting of a polymeric substance and methanol. This polymer substance is a phenol resin (PL-22i) manufactured by Gunei Chemical.
5) and was impregnated at a ratio of 80% (solid content) based on the weight of the paper. After the impregnation with the phenolic resin solution was completed, it was dried in a drying chamber at 105°C. Next, the above-mentioned sheets were pressed one by one without being laminated to a thickness of 0.5 mm, and at the same time, they were heat-treated at 180° C. for 15 minutes. Then 22
After performing heat stabilization treatment in an oxygen-containing gas at 0°C for 48 hours, this was sandwiched between graphite plates and fired in a nitrogen gas atmosphere at 2000°C for 1 hour. Table 1 shows the performance of the obtained carbon plate.

実施例3 太さ7デニーノペ長さ3罷のポリアクリル繊維(旭化成
へ10)及び太さ3デニール、長さ3mmのポリアクリ
ル繊維(旭化成Al0L)を、それぞれ55部、および
25部と、カナデイアンフリーネス400−のパルプ(
NBKP) 20部とに水を加えてスラリーを作り、こ
のスリラーから長網抄紙機でJZW比を2.0にして、
坪量が180g/m’になる様に、シートを抄造した。
Example 3 A polyacrylic fiber having a thickness of 7 denier and a length of 3 stripes (10 to Asahi Kasei) and a polyacrylic fiber having a thickness of 3 denier and a length of 3 mm (Asahi Kasei Al0L) were mixed with 55 parts and 25 parts, respectively, of Canadian Pulp with a freeness of 400-
NBKP) 20 parts and water are added to make a slurry, and from this thriller, the JZW ratio is set to 2.0 using a Fourdrinier paper machine.
A sheet was made to have a basis weight of 180 g/m'.

上記のシートを、高分子物質とメタノールからなる溶液
に浸漬した。その溶液中の高分子物質は、群栄化学■製
のフェノール樹脂PL−2215であって、紙の重量の
80%(固形分)が含浸された。高分子物質溶液による
含浸が終了したのち、これを105℃の乾燥室内で乾燥
した。次いで上記シートを、積層せず、プレスをも行わ
ずに、220℃で48時間、酸素含有気体中で加熱安定
化処理を行った後、これをグラファイト板にはさんで2
000℃のチッ素ガス雰囲気中で1時間、焼成を行った
。得られた炭素板の性能を第1表に示す。
The above sheet was immersed in a solution consisting of a polymeric substance and methanol. The polymer material in the solution was a phenolic resin PL-2215 manufactured by Gunei Kagaku ■, and 80% of the weight (solid content) of the paper was impregnated therein. After the impregnation with the polymeric substance solution was completed, it was dried in a drying chamber at 105°C. Next, the sheet was heat-stabilized at 220°C for 48 hours in an oxygen-containing gas without being laminated or pressed, and then sandwiched between graphite plates.
Firing was performed for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere at 000°C. Table 1 shows the performance of the obtained carbon plate.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明方法によって強度に異方性のある多孔質炭素板を
作ることができる。塩素−亜鉛型2次電池電極の様に集
電板が1端にあって電極を支えている場合、炭素板の強
度の強い方向に集電板を置くようにすると、電池を使用
する前、又は使用中に破損することが少なくなり、非常
に都合が良い。
By the method of the present invention, a porous carbon plate having anisotropy in strength can be produced. When a current collector plate is placed at one end to support the electrode, such as in the case of a chlorine-zinc type secondary battery electrode, placing the current collector plate in the direction where the strength of the carbon plate is strong will prevent the battery from being used before it is used. Also, it is less likely to be damaged during use, which is very convenient.

或は、燃料電池の電極の様に溝を切って使用する場合で
は、溝を切る方向を繊維配向方向とクロスする様に溝を
切ると、溝を切ることによる強度の低下が少なく、強度
の比較的高い電極板が得られ、ハンドリング時の破損が
少なくなり好ましい電極が得られる。
Alternatively, when using grooves such as fuel cell electrodes, cutting the grooves in such a way that the direction of the grooves crosses the fiber orientation direction reduces the decrease in strength due to cutting the grooves and improves the strength. A relatively high electrode plate is obtained, and a preferable electrode is obtained with less damage during handling.

また、本発明方法によって、電気抵抗に異方性のある多
孔質炭素板を作ることができる。2次電池電極の様に集
電板が1端にあって集電している時その方向に電気伝導
性が良くなる様に炭素板を指向させると、ジュール熱発
生の電気ロスが無く、発電効率を上げることができると
いうすぐれた集電板を製造することができる。
Further, by the method of the present invention, a porous carbon plate having anisotropy in electrical resistance can be produced. If the carbon plate is oriented in such a way that when the current collector plate is at one end and collects current, as in the case of secondary battery electrodes, the electrical conductivity will improve in that direction, there will be no electricity loss due to Joule heat generation, and power generation will be possible. It is possible to manufacture an excellent current collector plate that can increase efficiency.

本発明方法により、原料シートが有機繊維とパルプから
抄紙されるため、シート密度の低い多孔質炭素板が得ら
れ、また炭素繊維を使用しないため、800℃以上で焼
成の際、前駆成形体の約半量がガス化して消失するため
、非常に気孔率の高い多孔質炭素板が容易に得られる。
By the method of the present invention, since the raw material sheet is made from organic fibers and pulp, a porous carbon plate with a low sheet density can be obtained.Also, since no carbon fiber is used, the precursor molded body is Since about half of the amount is gasified and lost, a porous carbon plate with extremely high porosity can be easily obtained.

本発明方法において、原料シートは通常の湿式抄紙機で
抄紙製造が可能なため、生産性が向上し、安価な原料シ
ートを得ることができるようになった。また本発明の原
料配合スラリーは炭素繊維のみを含むスラリーに比べて
抄紙性が良好なため、均一で平坦なシートが容易に得ら
れ、さらにはシート坪量も任意のものが得られるという
利点がある。
In the method of the present invention, the raw material sheet can be made into paper using a normal wet paper machine, so productivity is improved and the raw material sheet can be obtained at low cost. In addition, the raw material blend slurry of the present invention has better paper-making properties than slurry containing only carbon fibers, so it has the advantage that uniform and flat sheets can be easily obtained, and the basis weight of the sheet can also be adjusted as desired. be.

さらには、本発明方向において薄手のシートを積層し、
これにプレス処理を施すことにより、任意の厚みの異方
性多孔質炭素板の製造が可能になった。また、原料繊維
の太さの選択、配合及びプレス処理の調整により、得ら
れる炭素板を燃料電池、2次電池用の電極基材として使
用する場合、特に問題になる板の孔径や気孔率を自由に
かつ容易にコントロールすることが可能となった。
Furthermore, by laminating thin sheets in the direction of the present invention,
By applying a press treatment to this, it became possible to manufacture an anisotropic porous carbon plate of any thickness. In addition, by selecting the thickness of the raw material fibers, adjusting the blending and press processing, we can reduce the pore size and porosity of the plate, which is a particular problem when the obtained carbon plate is used as an electrode base material for fuel cells and secondary batteries. It is now possible to control freely and easily.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、65〜90重量%の炭素繊維形成用有機繊維と、1
0〜35重量%のパルプとの混合物を含むスラリーから
、湿式抄紙法によって、タテ方向引張強度のヨコ方向引
張強度に対する比が2.0以上の抄紙シートを製造する
工程と、少なくとも1枚の前記抄紙シートに、有機高分
子物質を含浸する工程と、この少なくとも1枚の有機高
分子物質含浸シートから、前記炭素繊維形成用有機繊維
と前記パルプとがほぼ同一方向に配向されており、前記
有機高分子物質が硬化されており、かつ所定の形状・寸
法を有している前駆成形体を形成する工程と、前記前駆
成形体に、少くとも不活性雰囲気中、800℃以上の温
度における焼成処理を施す工程と、を含んでなる異方性
多孔質炭素成形体の製造方法。
1. 65 to 90% by weight of organic fibers for forming carbon fibers;
A step of producing a paper sheet having a ratio of longitudinal tensile strength to transverse tensile strength of 2.0 or more from a slurry containing a mixture with 0 to 35% by weight of pulp by a wet papermaking method; a step of impregnating a papermaking sheet with an organic polymeric substance; and a step of impregnating a papermaking sheet with an organic polymeric substance; A step of forming a precursor molded body in which a polymeric substance is hardened and has a predetermined shape and dimensions, and a firing treatment of the precursor molded body at a temperature of 800°C or higher in at least an inert atmosphere. A method for producing an anisotropic porous carbon molded body, the method comprising:
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