JPH02208213A

JPH02208213A - 圧縮弾性にすぐれた炭素質成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH02208213A
Application number: JP1027874A
Authority: JP
Inventors: Masaki Fujii; 政喜藤井; Masanori Minohata; 箕畑　正則
Original assignee: Koa Oil Co Ltd
Current assignee: Koa Oil Co Ltd
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1990-08-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は炭素質材料に関し、特に軽量かつ弾性にすぐれ
た炭素質成形体の製造方法に関する。

〔発明の背景〕

一般に、炭素質成形体は、黒鉛、コークスなどの炭素質
粉末に、結合剤を加え、混練した後、成形し、硬化させ
、さらに必要に応じて焼成、黒鉛化することによって製
造される。このときの成形法や結合剤の種類については
、製造された炭素質成形体の使用目的、用途等により、
要求される特性が異なるため、数多くの方法により製造
されており、またそのための多くの研究報告や提案がな
されている（例えば、「改訂炭素制料入門」１３５頁、
炭素材料協会；氷島・岡山「炭素材料」５５頁、共立出
版；石川・長油「新・炭素工学」１７３頁、近代編集社
）。

これらの炭素質成形体は、炭素の持つ特性、すなわち、
軽量、高強度、高弾性率、導電性、耐食性、耐熱性、摺
動性などの緒特性を併せ持つ。しかしながら、特に弾性
率が高い点に関しては、従来の材料は剛性が要求される
ときは比較的有利ではあるが、一方では、しなやかさに
欠けるという欠点もあり、安全性の見地から、さらに高
強度のものが要求されて来ているのが現状である。

本発明者らは、先に炭素質材料として、弾性特性にすぐ
れた弾性黒鉛体を提案している（特願昭６２年１６４８
０８号）。この弾性黒鉛体は、それ自体軽量でしかも良
好な弾性を示し、これまでの炭素質材料にないすぐれた
特性を持ったものである。

しかしながら、これらの炭素質材料は、炭素質材料自体
が良好な材料特性を有していたとしても、これは粉状物
ないし粒状物であるため、単独では使用できず、他の材
料と混合するか、なんらかの容器に充填して使用するな
どの制約があった。またその場合でも、当該炭素質材料
が本来的に有するすぐれた特性を生かしたままの状態で
成形を行うことは必ずしも容易ではない。

〔発明の概要〕

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、軽
量かつ圧縮弾性にすぐれた新規な炭素質成形体を提供す
ることを目的としている。

本発明の特徴は、構成材料としての弾性黒鉛体粒子が本
来的に有する弾性特性を損なわずに成形する製造法にあ
る。すなわち、本発明の炭素質成形体の製造方法は、弾
性黒鉛体粒子と結合剤とを混合し、成形することによっ
て、嵩密度が１．０ｇ　／　ｃｄ以下であって、圧縮率
５〜５０％における回復率が５０％以上である軽量かつ
弾性にすぐれた炭素質成形体を得ることを特徴とするも
のである。

〔発明の詳細な説明〕

本発明に原料として用いる弾性黒鉛体としては、従来公
知のものが用いられ得るが、特に、石油系または石炭系
等のピッチ類を熱処理して製造される炭素質メソフェー
スおよび（または）生コークスを、硝酸もしくは硝酸と
硫酸との混酸中で処理し、熱処理、黒鉛化処理して得ら
れたもの、あるいは、炭素質メンフェースおよび（また
は）生コークスの硝酸もしくは硝酸と硫酸との混酸によ
る処理物を、塩基性水溶液と接触させて、可溶分とした
後、酸水溶液を加えて析出した炭素質成分を、熱処理、
黒鉛化処理して得られた黒鉛体が好ましく用いられ得る
。

これら弾性特性にすぐれた黒鉛体の製造方法については
、例えば、特願昭６２年１６４８０８号明細書にその詳
細が記載されている。

本発明においては、上記のような弾性黒鉛体の粒状物を
原料として用いるが、この黒鉛体粒子は、１０μｍ〜１
ｍｍ程度が成形操作性の点て好ましい。

一方、結合剤として用いるものは、コールタールピッチ
等のピッチ類、バルクメソフェース、熱硬化性樹脂もし
くは熱可塑性樹脂等が好ましく用いられ得る。結合剤と
して用いる形態は、粉末状または（および）シートない
しフィルム状のものを添加形態として用いることが肝要
である。

従来、炭素材等の成形体の製造において、バインダーと
して用いられるものには、コールタールピッチ、フェノ
ール樹脂、フラン樹脂等が知られている。これらは１０
０℃前後で溶融性であり、溶融状態において、骨材と混
練した後、硬化、成形、焼成および（もしくは）黒鉛化
することにより成形体を得ている。

しかし、前述の弾性黒鉛体粒子は、内部の隔壁が、炭素
薄膜で仕切られた、スポンジ状の微細構造を有しており
、このことが、軽量で圧縮弾性に優れた特性を発現する
要因であると考えられている。従って、従来の結合剤を
用いた成形方法により製造した成形体においては、溶融
状態となったバインダーが、弾性黒鉛体粒子の内部へ入
り込み、弾性黒鉛体の弾性を損なうという欠点があった
。

本発明者は上記の欠点に着目しつつ更に研究した結果、
粉末状結合剤をバインダーとして用いることにより、結
合剤が弾性黒鉛体粒子に一部接触した状態で結合がおこ
るため、結合剤が弾性黒鉛体のスポンジ構造内部へ侵入
して構造ひいては弾性特性を損なうような状態をひき起
こすことなく、良好な成形体を得ることかｉＪ能１　、
ｌ：八ること４見ＪＩｊした。さらには、シート状結合
剤をハｆ゛、・グー、−して用いることにより、シート
か、弾性黒鉛体位子を上下から挾ろ込んだ状態（ｌす、
トイ・・２−′−状ム、４結合させるため、結合剤が弾
性黒鉛体のン、ボン／構造内部へ侵入して、構造１にい
ては、弾性特ｉ！ｔ４　’：ｃ損なうような状態をひき
起、１　？！−１となく　、ａ如へ成形体を得ることが
可能となるこ−とを見い１（叫ブ、１、本発明で用いる
粉末状結合剤と（、、、”（’　ｐ４　、Ｊ−１’−て
コールタールピッチ等のピッ壬類、バルク、Ｉ゛′′フ
エース硬化性樹脂（例えば−７１ノール樹１１にフラン
樹脂、エポキシ樹脂、本飽和ポリ］−に：・ル樹脂、ポ
リイミド樹脂等）も１．＜は熱可塑性樹脂（塩化ビニル
樹脂、フッ化ビニル樹脂、アクＩｉ　。

ニトリル樹脂等）が用いられる。く／−ト状結合剤とし
ては、主として先述の熱硬化性樹脂もしくは、熱可塑性
樹脂のシートもしくは接着テープ炭素繊維さらには、プ
リプレグシー１〜、等が好ま【く用いられ得る。

上記のような弾性黒鉛休校１′を骨材とし、ニオ；に上
記の結合剤を混合する。本発明においては、弾性黒鉛体
粒子１重量部に対して、樹脂の量か、０、　１〜５重量
部、特に好ましくは０．５〜５重量部となるように配合
する。弾性黒鉛体粒子１重置部に対して、樹脂の量が、
５重量部を超えると、Ｋｒ　’：’、）れる成形体の嵩
密度が逆に増大する傾向になるので好ましくない。

結合剤とし、て粉末状結合剤を用いる場合には、弾性黒
鉛体に結合剤を添加して、充分混合し、こわを所望のモ
ールドに入れて加圧成形する。この際、これを再び粉砕
した後に、再度、成形操作を行う方が、成形体の特性を
向上させる上で好まし。また、この場合、加熱下で加圧
成形することも可能である。成形体は、その後、加熱な
どによ、−Ｃ結合剤の硬化を行なう。

結合剤としてシート状結合剤を用いる場合には、一定の
大きさに切断したシート上に、弾性黒鉛体粒子を均一　
になるように分散させ、この上にさらにシートを重ねる
。この操作を繰返すことにより、弾性黒鉛体とシートを
交互に積層し、さらに上記と同様の成形工程を経て本発
明の成形体を製造することができる。また、この場合に
おいては、結合剤と弾性黒鉛体の接触を一層良好なもの
とするため、上記の積層物に一定荷重を加える。さらに
必要に応じて硬化を行ってもよい。

このようにして得られた成形体は、これまでの炭素質成
形体にない、軽量かつ弾性にすぐれた性質を有している
。また、炭素質材料の持つその他の性質のうち、耐熱性
、耐食性などについては結合剤の樹脂の性質に起因して
影響を受けるため炭素材のそれよりも劣る場合があるが
、導電性、摺動性等は、弾性黒鉛体粒子と結合剤樹脂と
が均一に混合されたものが得られるため、十分維持され
得る。

以下、実施例にて本発明の詳細な説明する。

実施例１デイレードコーカー法で得られた生コークスを微粉砕し
、平均粒径を１０　ｌ１ｍとした。この元素組成は、炭
素９５．１ｗｔ％、水素３．１ｗｔ％、窒素０．６ｗｔ
％であった。この５ｇを３００ｍ１の容量の三角フラス
コに９６％濃硫酸と７０％濃硝酸の５０：５０容量比の
混酸１００ｍ１の中に少量ずつ加えた。全量加えた後、
あらかじめ８０℃に加熱ｌ−た油浴で４時間加熱した。

ついで、ガラスフィルター（Ｎｏ、　４　）でン濾過し
、水で充分洗浄した後、乾燥した。収率は１４０重量％
であった。

これを水に分散させ、攪拌しながらｐＨ１０となるまで
２．５Ｎ−ＮａＯＨを加えた。ついでガラスフィルター
（Ｎｏ、　４　）で濾過し、ろ液に１ＮＨＮＯ３をｐＨ
１以下となるように加え、アクアメソフェースをガラス
フィルター（Ｎｏ、　４　）でン濾過し、乾燥した。こ
のとき、アクアメソフェースの収率は、生コークスに対
して１３３重量％であった。このアクアメソフェースを
５００ｍ１の円筒状ガラス容器に入れ、あらかじめ３０
０℃に加熱した塩浴中へ投入し、３０分間保持した。つ
いで、アルゴン気流中、４００℃／ｈｒの昇温速度で２
８００℃まで加熱して、３０分間保持して、黒鉛化処理
した。生コークスに対する収率は、それぞれ、８５．５
２重量％であった。

黒鉛化した試料（弾性黒鉛体）について、圧縮弾性（圧
縮率、回復率）を、以下のようにして測定した。

０．３０ｍｍ以下に粉砕した試料の０．５ｇを内径１０
＋ｕｍのシリンダー状容器に入れ、上部から１ｋｇ／ｃ
−の荷重を加えた。このときの試料体積を基準（ｈ　ｏ
）とした。そして、所定の荷重を加え体積を測定した。

この体積をｈ□とした。次いで、荷重を除き、そのとき
の体積をｈ２としたこれらの値から、次式によって圧縮
率と回復率を求めた。

圧縮率（％）−（（ｈｏ−ｈ、）／ｈｏ）ｘ１００回復
率（％）−（（ｈ　　−ｈ　　）／（ｈｏ−ｈｌ））ｘ
１００また、ｈｏより充填密度を下記式にて求めた。

充填密度Ｃｇ／ｃｄ）−試料重量子り。

その結果を表１に示す。

表　　　１弾性黒鉛体　　充填密度（１ｋｇ／ｃｌｆｆ）　　荷　
重（ｇ　／ｃＩｄ）　　　　　（ｋｇ／Ｃ＋ｆｆ）実施
例１，２，４　　０．２３圧縮率　回復率（％）　　（％）実施例３０．２７この弾性黒鉛体を０．１５ｍｍ以下に粉砕し、フェノー
ル樹脂（群栄化学■社製ニレシトツブＰＧ３５１８）粉
末と表２に示す配合組成で均一に混合した後、モールド
に充填し、２Ｔｏｎ／ｃＪの圧力で成形した。成形体の
特性を向上させるため、これを再び粉砕した後、成形す
る操作を６回繰返した。得られた成形体を３０℃／ｈｒ
で昇温し、１８０℃で３ｈｒ保持してフェノール樹脂を
硬化させ成形体を得た。これらの圧縮特性を表３に示す
。

Ｎｏ。

表　　　２フェノール樹脂（ｗｔ％）弾性黒鉛体（ｗｔ％）表　　　３Ｎｏ、　　嵩　密　度　荷　　重　圧縮率　回復率（ｇ
／ｃｃ）　　　（ｋｇ／ｃシ）　　（％）　　（％）１
　　０．７９　　２００　　１９　　　７５２　　０．
８１　　　２０　　　９　　　８１実施例２実施例１に用いたと同じ弾性黒鉛体の０６３０ｍｍ以下
に粉砕したものを、両面接着テープにチバン■社製ＮＭ
−１０）の１０１０Ｘ１０に切断したものの上に、均一
となるように分散させる。余分の弾性黒鉛体を取り除き
、その上に接着テープを重ねて貼りあわせる。この操作
を５０回繰返して成形体を得た。このとき、弾性黒鉛体
と接着テープの重量比は約１：３．３であった。弾性黒
鉛体と樹脂との接着性を良くするため、３０ｋｇ／ｃ♂
で予備加圧した後、特性を測定した。このとき、成形体
の縦横の寸法と同じ大きさの型枠に成形体を入れて、荷
重を掛けた。その結果を表４に示す。

実施例３実施例１に用いたと同じ生コークスを０．１５〜０．３
０正に粉砕して調整した。この５ｇを３００ｍ１の容量
の三角フラスコに９６％濃硫酸と７０％濃硫酸の５０　
：　５０容量比の混酸１００ｍ１を入れ、水浴中で充分
冷却した中へ、少量ずつ加えた。全量加えた後、１時間
保持し、氷で冷却した５００ｍ１の水中へ、熱処理物を
移した。ガラスフィルター（Ｎｏ、　４　）でン濾過し
、水で充分洗浄した後、乾燥した。収率は１５４重量％
であった。ついで、３００℃で３０分間熱処理した。そ
して、タンマン炉で２８００℃まで加熱し、３０分間保
持して黒鉛化処理した。収率は、生コークスに対して、
それぞれ、８９．５．５７．６重量％であった。

黒鉛化した試料（弾性黒鉛体）の圧縮弾性を表１に示す
。

このようにして製造した弾性黒鉛体を用いて実施例２と
同様の方法で、成形体を作製した。この成形体の特性を
表４に示す。

比較例１電極用黒鉛（東洋カーボン■社製ＥＥ−２５０）を０．
３０ｍｍ以下に粉砕し、黒鉛粉末を調整した。

これを実施例２に示したと同様の方法で成形し、成形体
を得た。このとき、黒鉛粉末と接着テープの重量比は約
に１であった。この特性の測定結果を表４に示す。

比較例２実施例２に用いたと同じ弾性黒鉛体の０．３０以下のも
のを、フェノール樹脂（日立化成工業■社製：ＶＰ８０
Ｐ）とそれぞれ重量比が弾性黒鉛体：樹脂＝　（４０：
　６０，５０　：　５０）となるように均一に混合した
後、モールドに充填して、８０ｋｇ／ｃｄの加圧下、１
８０℃　３０分硬化した。

さらに、１８０℃　３時間保持してフェノール樹脂を後
硬化した。

この成形体の圧縮特性を表５に示す。

表　　　４Ｎｏ、　　重量比　嵩密度　荷重１７０　ｋｇ／ａＩ＃
　　荷重３５０（フィラー／　　圧縮率　回復率　圧縮
率　回復率バインダー）　　　　（ｇ／ｃシ）　　（％
）　　　　（％）　　　　（％）実施例２　１　　０．
２９　　０．７４　　２４　　　７０　　　２９２　　
０．３０　　０．６７　　　　　　　　　　３４実施例
３　　　　１．４９　　０．７５　　３２　　　５９　
　　４０比較例１　１．　　０．８９　　１．１．４　
　１９　　　４８　　　２０２　　１．１０　　１．０
５　　　　　　　　　　２４接着テープ　　　０　　　
　　］、、０９　　　２　　　３０　　　５表　　　５ｋｇ／ｃ♂ Ｎｏ、　（フィラー／嵩密度前バインダー）重　圧縮率　回復率（ｇ／ｃｃ）（ｋｇ／ｃＪ）（％）（％）比較例２　１　４０／６０１、１００．８５２．９２．０

Claims

【特許請求の範囲】１、弾性黒鉛体粒子と結合剤とを混合し、成形すること
によって、嵩密度が１．０ｇ／ｃｍ＾３以下であって、
圧縮率５〜５０％における回復率が５０％以上である軽
量かつ弾性にすぐれた炭素質成形体を得ることを特徴と
する、炭素質成形体の製造方法。２、結合剤として粉末状結合剤を用いる、請求項１に記
載の方法。３、結合剤としてシート状結合剤を用いる、請求項１に
記載の方法。