JPH03124407A

JPH03124407A - 高導電性炭素繊維構造体の製造方法

Info

Publication number: JPH03124407A
Application number: JP26259089A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tajiri; 博幸田尻; Hirobumi Kutoku; 久徳　博文; Tadayuki Inamori; 稲守　均之
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-28

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】産業上の利用分野本発明は、燃料電池およびニッケルカドミウム電池の電
極素材乃至電極などとして特に有用な表面抵抗１０−１
〜１０°Ω程度の高導電性炭素繊維構造体に関する。

なお、本明細書においては、“部”および“％”とある
のは、それぞれ“重量部”および“重量％”を意味する
。

また、本発明における“炭素繊維”とは、狭義の“炭素
繊維°のみならず、“黒鉛化炭素繊維“をも包含するも
のとする。

従来技術とその問題点従来燃料電池およびニッケルカドミウム電池の電極素材
として使用される炭素繊維シートは、黒鉛化した炭素繊
維と接着剤成分（エポキシ樹脂、ウレタン樹脂など）と
を含むスラリーを調製し、抄紙することにより製造され
ている。しかしながら、この様な炭素繊維シートにおい
ては、例えば、黒鉛化炭素繊維自体の体積抵抗は、１０
−３Ω印程度であるにもかかわらず、接着剤の主成分で
ある樹脂自体が絶縁体であるため、シートとしての表面
抵抗は、１０２〜１０３Ω程度となっている。

従って、黒鉛化した炭素繊維の抄紙時に密度を高めて接
着剤成分の量を出来るだけ減少させることにより、シー
トの導電性を向上させる試みがなされているが、この場
合には、接着剤成分の量が不十分であるため、シートと
しての引張り強度が低く、実用的に問題となっている。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて鋭意
研究を重ねた結果、炭素繊維成形体に黒鉛粉末および／
またはカーボンブラックを含む液状接着剤を含浸させる
場合には、高導電性で且つ引張り強度にも優れた炭素繊
維構造体が得られることを見出した。

また、上記の液状接着剤組成物に特定量の黒鉛化ミルド
ファイバーを配合する場合には、得られる炭素繊維構造
体の導電率がさらに一層改善されることをも見出した。

即ち、本発明は、下記の高導電率炭素繊維構造体の製造
方法を提供するものである： ■粒子径０．０１〜２μｍの黒鉛粉末および／またはカ
ーボンブラックを含む液状接着剤組成物に炭素繊維成形
体を含浸させ、乾燥することを特徴とする高導電性炭素
繊維構造体の製造方法。

■液状接着剤組成物が、長さ０．０５ｍｍ〜１ｍｍの黒
鉛化ミルドファイバーをさらに含有している上記項（１
）に記載の高導電性炭素繊維構造体の製造方法。

以下、本発明方法において被含浸材料として使用する炭
素繊維成形体の製造工程と該成形体への液状接着剤組成
物の含浸工程とについて、それぞれ説明する。

■、炭素繊維成形体の製造本願発明で使用する炭素繊維は、特に限定されず、石炭
ピッチ系、石油ピッチ系、ＰＡＮ系、フェノール樹脂系
、レーヨン系などのいずれであっても良い。また、その
寸法なども特に限定されるものではないが、通常繊維径
５〜３０μｍ程度（より好ましくは、７〜１８μｍ程度
）、繊維長さ１〜２０　ｍ＋＋＋程度（より好ましくは
、２〜２０１１１１１程度）のものを使用する。

本願発明による高導電性炭素繊維構造体を製造するため
に使用する成形体は、常法に従って、例えば、次のよう
にして製造される。まず、炭素繊維１００部を液媒に溶
解若しくは分散させた接着剤２〜１０部（固形分として
）に均一に分散させてスラリーを調製した後、所定の形
状に応じて、成形し、乾燥して、成形体を得る。或いは
、炭素繊維および接着剤成分を所定の液媒に溶解若しく
は分散させて、スラリーを調製しても良い。この際、ス
ラリーには、最終製品である炭素繊維構造体の導電特性
、機械的特性などを阻害しない限り、分散剤、安定剤、
粘度調整剤などを添加しておいても良い。スラリーの固
形分濃度は、特に限定されないが、取扱いの容易さ、成
形の容易さなどの観点からは、０．１〜２％程度とする
ことが好ましい。炭素繊維成形体の製造方法は、最終製
品である炭素繊維構造体の形状に応じて適宜選択すれば
良く、特に限定されない。例えば、最終的にシート状の
炭素繊維構造体を製造する場合には、通常の紙の製造と
同様にして抄紙成形を行なっても良く、或いはフィルタ
ーを介してスラリーの吸引脱水を行なう吸引成形を行な
っても良い。或いは、最終的に板状炭素構造体を製造す
る場合には、所定の型に注型し、圧縮成形しても良く、
また、最終的に円筒状炭素構造体を製造する場合には、
遠心成形を行なっても良い。また、シート状、円筒状な
どの成形体以外にも、板状、棒状などの任意の形状の成
形体を得ることも容易であり、これらの成形体を使用し
て、対応する形状の炭素繊維構造体を製造することがで
きる。

■、液状接着剤組成物の含浸次いで、上記の様にして得られた成形体を黒鉛粉末およ
び／またはカーボンブラックを分散させた液状接着剤組
成物に含浸させ、乾燥する。

黒鉛粉末としては、公知の天然黒鉛および人造黒鉛のい
ずれもが使用できる。また、カーボンブラックとしても
、特に制限はなく、例えば、炭化水素の不完全燃焼成い
は熱分解により煤として形成される公知のものが使用で
きる。黒鉛粉末およびカーボンブラックの粒子径は、０
．０１〜２μｍとする。この粒子径は、０．０１μｍ程
度が製造可能な下限値であり、一方、２μｍを上回る場
合には、含浸時に黒鉛粉末またはカーボンブラックが分
離し易くなり、最終製品である炭素繊維構造体において
均一な導電性が得られ難い。

含浸用接着剤組成物には、上記の黒鉛粉末および／また
はカーボンブラックと併せて、エポキシ樹脂、ウレタン
樹脂、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂などの樹
脂を使用する。これらの樹脂は、単独で使用しても良く
、或いは２種以上を併用しても良い。炭素繊維成形体へ
の含浸操作を行なうに際しては、これらの樹脂をメタノ
ール、エタノール、プロピルアルコール、メチルエチル
ケトン、アセトン、トルエンなどの有機溶媒に溶解させ
るか或いは水に溶解若しくは分散させ且つ黒鉛粉末およ
び／またはカーボンブラックを分散させた液状接着剤組
成物を使用する。

炭素繊維成形体への含浸は、例えば、次のようにして実
施される。上記の様にして得た炭素繊維成形体を、液媒
１００部に黒鉛粉末および／またはカーボンブラック１
〜２部程度を分散させ且つ接着剤固形分として０．２〜
０．４部程度を分散させた液状接着剤組成物（但し黒鉛
粉末および／またはカーボンブラック１００部に対し接
着剤固形分として１０〜３０部程度）に含浸させた後、
乾燥する。含浸時間は、液状接着剤組成物中の黒鉛粉末
および／またはカーボンブラックの含有量、接着剤固形
成分の含有量などとも関連するが、通常１〜２分程度で
ある。より好ましくは、最終製品である炭素繊維構造体
においては、構造体重口の０．２〜１０部程度の黒鉛粉
末および／またはカーボンブラックならびに０．５〜２
．０部程度の接着剤固形分が含有される様に、含浸時間
、液状接着剤組成物中の黒鉛粉末および／またはカーボ
ンブラックの含有量、接着剤固形成分の含有ｍなどを調
整するのが良い。

使用する液状接着剤組成物にも、炭素繊維構造体の導電
特性、機械的特性などを阻害しない限り、分散剤、安定
剤、粘度調整剤などを添加しておいても良い。

さらに、本願発明においては、炭素繊維成形体への含浸
に際し、液状接着剤組成物中に黒鉛粉末および／または
カーボンブラック１００部に対し、長さ０．０５〜１ｍ
ｍ程度の黒鉛化ミルドファイバーを３０〜１００部程度
の割合で配合しても良い。

この場合には、炭素繊維フィラメント同士の結合および
通電状態がより良好となって、炭素繊維構造体の強度お
よび導電性がより一層改善される。

発明の効果本発明によれば、表面抵抗１０２〜１０３Ω程度という
従来の炭素繊維構造体（例えば、シート状炭素繊維）に
比して、表面抵抗１０−１〜１０゜Ω程度という極めて
高導電性の炭素繊維構造体が得られる。

また、本発明による炭素繊維構造体は、シート状、円筒
状、板状、棒状などの任意の形態を取り得るので、広範
な分野で高導電性材料として利用できる。

実施例以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより
一層明確にする。

実施例１接着剤としてのエポキシ樹脂（商標“ユカレジンＥ−１
０２２”、吉村油化学（株）製）の水溶液（濃度５０％
）１００部に炭素繊維（長さ３〜３０ｍｍ、径１３μｍ
）２部を分散させて、均一なスラリーを得た。

次いで、多数の吸引用小孔を設けたフィルターの一面側
から吸引を行ないつつ他の一面にスラリーを付着させた
後、フィルター上に形成された湿潤状態のシートをフィ
ルターから取り外し、１４０℃で１２０分間加熱乾燥し
た。

得られたシート状炭素繊維成形体は、３０ｇ／ｒｒｒで
、厚さ０．５ｍｍ、表面抵抗４００Ωであった。このシ
ート状炭素繊維成形体を「シートＡ」とする。

一方、エポキシ樹脂水溶液（濃度５０％）１００部に種
々の全のカーボンブラックを分散させた液状接着剤成分
に上記のシート状炭素繊維成形体を含浸させた後、乾燥
して、炭素繊維構造体を得た。

第１表にシートＡ１００ｇに対するシート状炭素繊維成
形体中のカーボンブラック含有量（重量％）およびエポ
キシ樹脂含有量（重量％）と表面抵抗との関係を示す。

第１表カーボン　　エポキシ　表面抵抗ブラック　　樹脂　　　　（Ω）１　　０．４７　　　１．０　　２５０２　　１．０５
　　　１．１　　１２０３　　１．０７　　　１．０　
　１２０４　　２．５８　　　０．９　　　５０５　　
５．１２　　　１．０　　　　５試料Ｎｏ。

実施例２炭素繊維に代えて黒鉛化炭素繊維（長さ３〜３０ｍｍ、
径１３μｍ）を使用する以外は実施例１と同様の手法に
より、シート状黒鉛化炭素繊維構造体を得た。この製造
過程で得られるシート状炭素繊維成形体を「シートＢ」
とする。

第２表にシートＢに対する得られたシート状黒鉛化炭素
繊維成形体中のカーボンブラック含有量（重量％）およ
びエポキシ樹脂含有量（重量％）と表面抵抗との関係を
示す。

第２表試料Ｎｏ、　　　カーボン　　エポキシ　表面抵抗ブラ
ック　　樹脂　　　　（Ω）６　　０．５０　　　１．０　　１００７　　１．００
　　　１．０　　　６０８　　１．５０　　　１．０　
　　２０９　　２．００　　　１．０　　　２０１０　
　５．００　　　１．０　　　　２実施例３カーボンブラック１００部に対し長さ０．１７鰭の黒鉛
化ミルドファイバー６０部を配合する以外は実施例１と
同様の手法により、シート状黒鉛化炭素繊維構造体を得
た。この製造過程で得られるシート状炭素繊維成形体を
「シートＣ」とする。

第３表にシートＣに対する得られたシート状黒鉛化炭素
繊維成形体中のカーボンブラック含有量（重量％）、エ
ポキシ樹脂含有量（重量％）および黒鉛化ミルドファイ
バー（重量％）と表面抵抗との関係を示す。

１２３４５ブラック０．５２１．１１１．５０２．２５５．１１第　　３　　表；ルドファイバー０、　３１０、　５８０、　９０１、　２４２、　７０脂　　　（Ω）００００１、０（以　上）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒子径０．０１〜２μｍの黒鉛粉末および／また
はカーボンブラックを含む液状接着剤組成物に炭素繊維
成形体を含浸させ、乾燥することを特徴とする高導電性
炭素繊維構造体の製造方法。
（２）液状接着剤組成物が、長さ０．０５ｍｍ〜１ｍｍ
の黒鉛化ミルドファイバーをさらに含有している請求項
（１）に記載の高導電性炭素繊維構造体の製造方法。