JPH03289056A

JPH03289056A - 高導電性炭素フィルム構造体

Info

Publication number: JPH03289056A
Application number: JP2088666A
Authority: JP
Inventors: Hiroharu Shinohara; 篠原　弘治; Hirobumi Kutoku; 久徳　博文; Tadayuki Inamori; 稲守　均之; Hiroyuki Tajiri; 博幸田尻
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1991-12-19

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有用な高導電性炭素フィルム
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“炭素フィルム”とは、狭義の“
炭素フィルム”のみならず、“黒鉛化炭素フィルム”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、黒鉛化炭素繊維自体の体積抵抗は、１０−３Ωｃ
ｍ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
、１０１〜１０２Ω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接着剤成分の量
を出来るだけ減少させることにより繊維の密度を高めて
、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足するため、引張り
時に繊維の引き抜きを生じて、引張り強度が低下し、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、炭素繊維に代えて炭素フィルムを使
用する場合には、高導電性で且つ引張り強度にも優れた
炭素フィルムシートが得られることを見出した。即ち、
炭素フィルムを使用する場合には、フィルム表面に接着
剤が馴染み易く、またフィルム面が相互に緊密に接合す
るので、接着剤の使用量を減少させても、高強度が維持
できる、換言すれば、炭素フィルムシートの強度及び密
度を高い値に維持しつつ同時に導電性も改善されること
を見出した。

本発明者は、さらにまた、上記の接着剤成分に代えて熱
溶融性合成樹脂を使用する場合には、高導電性で且つ引
張り強度により優れた炭素フィルム構造体が得られるこ
とを見出した。

即ち、本発明は、下記の高導電率炭素フィルム構造体を
提供するものである： ■炭素フィルム１００部が接着剤成分２〜１０部により
結合保持されている高導電性炭素フィルム構造体（以下
本願第一発明とする）。

■炭素繊維１００部が繊維状熱溶融性合成樹脂３〜３０
部により結合保持されている高導電性炭素フィルム構造
体（以下本願第二発明とする）。

本発明で使用する炭素フィルムとは、下記の原料を使用
して、炭化乃至黒鉛化されたフィルムを意味する。炭化
とは、炭素繊維化可能なフィルム、バインダーなどを例
えば、１０００〜２０００℃程度の温度で焼成処理する
ことをいう。また、黒鉛化とは、同様の材料を例えば２
０００〜３０００℃程度の温度で焼成処理することをい
い、焼成物が黒鉛の結晶構造を有するに至っていない場
合をも黒鉛化の概念に含めるものとする。

本願第一発明で使用する炭素フィルムとしては、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。これらの炭素フィルム中では、引張り弾性強度の大
きなメソフェースピッチ系のものがより好ましい。炭素
フィルムの断面配向構造は、六員環炭素網面が中心部か
ら表面部に放射状に配向したラジアル型、六員環炭素網
面が無秩序に配向したランダム型、六員環炭素網面が外
表面に沿って重層状態で配向したオニオン型のいずれで
あってもよい。また、その寸法なども特に限定されるも
のではないが、通常フィルム厚さ１０〜４０μｍ程度（
より好ましくは１０〜２０μｍ程度）程度、フィルム長
さ１〜３０ｍｍ（より好ましくは５〜２０ｍｍ程度）、
フィルム幅１〜１０ｍｍ（より好ましくは２〜５關程度
）のものを用いる。

本願第一発明で使用する接着剤成分としては、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。炭素フィルム構造体を製
造するに際しては、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た液状接着剤の形態で使用する
。

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。

本願第一発明による高導電性炭素フィルム構造体は、例
えば、次のようにして製造される。まず、炭素フィルム
１００部を液媒に溶解若しくは分散させた接着剤２〜５
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、乾燥する。或い
は、炭素フィルムならびに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、炭素フィルム構造体の導電特性、
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。炭素フィルム構造体の製
造は、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、シート状の炭素フィルム構造体
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（、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、板状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、円筒状構造体を製造
する場合には、遠心成形を行なっても良い。

本願第一発明の炭素フィルム構造体は、炭素フィルム１
００部が接着剤成分２〜５部（固形分として）によりラ
ンダムに接合保持された構成となっている。その表面抵
抗は、１０−２〜１０°Ω程度であり、機械的特性にも
優れている。

本願第二発明においては、本願第一発明の接着剤成分に
代えて、熱融着性合成樹脂を使用する。

この様な熱融着性合成樹脂としては、融点が５０〜２０
０℃程度のものが好適であり、具体的には、ポリアクリ
ロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニ
ルアルコール、ポリアクリロニトリルなどが例示され、
これらの中でもポリアクＩＪ　Ｏニトリルが最も適して
いる。熱融着性合成樹脂としては、糸状乃至繊維状のも
のを使用すると、構造体の強度が改善されるので、より
好ましい。

糸状乃至繊維状の熱融着性合成樹脂としては、糸径５〜
１００μｍ程度、長さ０．５〜１０關程度のものが好ま
しい。糸状乃至繊維状の熱融着性合成樹脂としては、構
造体製造時の加熱温度では溶融若しくは変質しない高融
点繊維糸の表面に熱溶融性合成繊維を被覆した構造のも
のを使用しても良い。

本願第二発明において、炭素フィルム１００部に対する
熱融着性合成樹脂の配合量は、２〜３０部程度とする。

熱溶融性合成樹脂の配合量が少なすぎる場合には、炭素
フィルム構造体の強度が低下するのに対し、配合量が多
すぎる場合には、炭素フィルム構造体の導電性が阻害さ
れる。

本願第二発明による高導電性炭素フィルム構造体は、例
えば、次のようにして製造される。まず、炭素フィルム
および熱融着性合成樹脂を均一に分散させて、水性スラ
リーを調製する。スラリーの調製に際しては、常法に従
って、叩解を行なっても良い。水性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、やはり０．１〜２％程度とする
ことが好ましい。スラリーには、炭素フィルム構造体の
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ことは
言うまでもない。次いで、上記のスラリーを本願第一発
明におけると同様にして、所定の形状に成形した後、使
用する熱融着性合成樹脂の溶融温度に応じた温度で加熱
し、合成樹脂の溶融による成形体の一体化および乾燥を
行なって、本願第二発明による炭素フィルム構造体を得
る。

本願第二発明の炭素フィルム構造体は、炭素フィルム１
００部が、熱融着性合成樹脂３〜３０部によりランダム
に接合保持された構成となっている。その表面抵抗は、
１０−２〜１００Ω程度であり、機械的強度にも優れて
いる。

発明の効果本発明によれば、従来の炭素繊維構造体（例えば、ンー
ト状炭素繊維）では達成不可能であった表面抵抗１０−
２〜１０°Ω程度という高導電性の炭素フィルム構造体
が得られる。

また、本発明による炭素フィルム構造体は、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水溶液（濃度１０％）５部
に黒鉛化炭素フィルム（長さ５〜２０ｍｍ、厚さ２０〜
２２μｍ、幅４ｍｍ）１００部を分散させた後、さらに
ポリビニルアルコール水溶液（濃度０．５％）１０部を
加え、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フィルム構造体は、４０ｇ／ばで
、厚さ０．３闘、表面抵抗４Ｘ１０−’Ωであった。

実施例２黒鉛化炭素フィルム（実施例１と同様のもの）１００部
、高融点ポリアクリロニトリル繊維（糸径的１０μｍ、
長さ約２ｍｍ）１０部およびカーボンブラック（粒径０
，３μｍ）２０部を水２０００部に分散させ、炭素フィ
ルムおよびポリアクリロニトリル繊維の長さが５１以下
となるまで叩解して、均一なスラリーを得た。

次いで、実施例１と同様の成形操作を行なって、湿潤シ
ート状物を得た後、１３０℃で１２０分間加熱乾燥した
。

得られたシート状炭素フィルム構造体は、４８ｇ１ｒｄ
で、厚さ０．　５ｍｍ、表面抵抗ｌＸｌ０−２Ωであっ
た。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素フィルム１００部が接着剤成分２〜１０部に
より結合保持されている高導電性炭素フィルム構造体。
（２）炭素繊維１００部が繊維状熱溶融性合成樹脂３〜
３０部により結合保持されている高導電性炭素フィルム
構造体。