JPH0335262B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0335262B2
JPH0335262B2 JP62325380A JP32538087A JPH0335262B2 JP H0335262 B2 JPH0335262 B2 JP H0335262B2 JP 62325380 A JP62325380 A JP 62325380A JP 32538087 A JP32538087 A JP 32538087A JP H0335262 B2 JPH0335262 B2 JP H0335262B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plate
plates
hours
present
heating
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62325380A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01167274A (en
Inventor
Yoshio Suzuki
Hiroaki Fukaya
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.)
Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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 Tokai Carbon Co Ltd filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
Priority to JP62325380A priority Critical patent/JPH01167274A/en
Publication of JPH01167274A publication Critical patent/JPH01167274A/en
Publication of JPH0335262B2 publication Critical patent/JPH0335262B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、燃料電池、塩素−亜鉛二次電池のセ
パレータ等に有用な不透過性炭素プレートの製造
方法に関する。 [従来の技術] 気体、液体の不透過性に優れた炭素プレート
は、その電気特性も優れていることから、燃料電
池、とくにりん酸型燃料電池のセパレータとして
好適である。 この不透過性炭素プレートの製造は、従来、炭
素質フイラーと熱硬化性プレポリマーの混練物を
予備成形した後、ロール圧延成形等の手法により
プレート状に成形し、ついで硬化、焼成を実施し
ていた。 しかしながら、上記の方法においてはプレート
状成形後、加工下において硬化しなければなら
ず、通常その工程に長時間を要し、量産性に問題
があつた。 さらに一回の加圧硬化における処理量を増すた
め未硬化プレートを多段積層して硬化処理を行う
と圧力分布の不均一化、温度分布の不均一化によ
り、プレートの厚さ精度が低下するという難点が
あつた。 [発明が解決しようとする問題点] 本発明は、こうした事情に鑑みなされたもの
で、上記した課題、すなわち、不透過性炭素プレ
ートの生産性を向上せしめ、かつ厚さ精度の改善
を可能にする新規な製造方法を提供することを目
的とするものである。 [問題点を解決するための手段] 本発明者は、上記課題を解決するため従来より
研究を重ねてきたが、熱硬化性樹脂の硬化反応を
段階的に実施することが、生産性、精度の向上に
有効であることを見出し、本発明に至つた。 すなわち、本発明は少なくとも熱硬化性樹脂プ
レポリマー、炭素質フイラーを含む混練物から、
プレートを成形し、これを多段積層し、次いで積
層されたプレートを多段階硬化処理に付し、硬化
後プレートを非酸化性雰囲気下で炭化焼成するこ
とを特徴とする不透過性炭素プレートの製造方法
である。 本発明に使用する熱硬化性樹脂プレポリマーと
しては、従来の不透過性炭素プレートの製造に使
用し得ることが知られているいずれのものでもよ
いが、例えばフエノール系樹脂、キシレン系樹
脂、フラン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹
脂、アニリン系樹脂、エポキシ系樹脂、不飽和ポ
リエステル系樹脂等の熱硬化性樹脂のプレポリマ
ーを挙げることができる。 また、本発明における炭素質フイラーとは、コ
ークス粉、黒鉛粉、ガラス状カーボン粉末、カー
ボンブラツク等の炭素質粉末が使用される。 本発明の樹脂混練物は、少なくとも上記の樹脂
プレポリー、炭素質フイラーを含むものである
が、混練、成形助剤等として必要に応じて他の添
加剤を配合することができる。このような添加剤
としては、炭化焼成工程で分解、揮散し得るもの
が好ましく、たとえば、メチルセルロース、カル
ボキシメチルセルロース、カルボキシメチルスタ
ーチ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、リグニンスルホン酸ナトリ
ウム、リグニンスルホン酸カルシウム、ポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸エステル、ポリメ
タクリル酸エステル、グアガム、アルギン酸塩、
酸化パラフイン、ステアリン酸カルシウム等であ
る。 上記樹脂混練物は、熱硬化性樹脂プレポリマ
ー、炭素質フイラー、および必要な他の添加剤か
ら公知の方法および混練装置によつて調整するこ
とができる。 樹脂混練物は、モールドまたは押出成形機によ
り予備成形された後、ロール圧延により圧延され
て未硬化のプレート状成形物とされる。 次に、このプレートを多段に積層して硬化工程
に入るが、積層されたプレート同志が相互に粘着
しないようにプレート間に離型性材料を介在させ
る。このような離型性材料としてはポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレ
ン等の樹脂シートが好ましく用いられる。 本発明においてはプレートの硬化反応は、一工
程で完了させずに段階的に実施する。 まず、プレート状に成形した素材を50〜100℃
の温度で10時間以上処理するとバインダー樹脂が
マイルドに重縮合反応する結果、素材内部に局所
的な大ポアーを形成させることなく、均質な組織
を形成することができる。また、この際、成形時
に確保された厚さ精度を低下させることなく維持
させることができる。さらに、この工程において
重縮合反応副生物を散逸させることができる。 次に150〜200℃の加熱下で1〜10Kg/cm2の圧力
を加えて1〜30分処理する。上記の工程なしで本
工程を実施するとプレートに多数の泡、孔が生成
する。また、寸法精度も低下する。 この工程においては、前工程において生成した
若干の表面うねりを矯正する作用のほかに、プレ
ート内の硬化状態を均一化させる効果をもつ。 硬化状態が不均一であると、焼成工程において
局所的なふくれが生成することがある。 このようにして硬化した成形体は、更に180〜
300℃の温度で5時間以上熱処理することにより
硬化を完結させる。 従来の技術であると加工硬化工程に10〜50時間
以上要し、かつ一回の処理量は1〜3枚程度と生
産性が低くく、また処理量を増すために、4枚以
上積層すると寸法精度(厚さ)も低下する。 本発明は、上記したように硬化反応を段階的に
実施することによつてポアの発生のない均質なプ
レートとすることができ、またその厚さ精度も顕
著に改善することができる。 本発明により厚さ精度が改善される結果、次に
説明する焼成工程完了後の厚さ精度確保のための
加工工程を省略することができ、さらに、従来に
比してたとえば40段程度の多段に積層することが
可能であり、コストの大幅な低減を図ることがで
きる。 本発明における最終の工程は、プレートの炭化
焼成工程である。 硬化処理の終了したプレートを非酸化性の雰囲
気、たとえばヘリウム、アルゴン、窒素ガス雰囲
気で1000〜2000℃場合によつてはそれ以上約3000
℃までの高温下で炭化、焼成する。この焼成工程
自体は公知の条件によつて実施することができ
る。 以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説
明する。 [実施例] 黒鉛微粉(平均粒径4μm)100重量部に粉末フ
エノール樹脂(住友デユレズ(株)製PR11078)48重
量部、液状フエノール樹脂(住友デユレズ(株)製
PR940)52重量部およびカルボキシルメチルセル
ロース2重量部を混合し、ニーダーにて混練した
のち、スクリユー式混練押出成形機を用いて押出
し成形を行う。この場合、混練物の温度は30〜60
℃に保つ。押出し成形品は圧延成形機を用いて
800×80×1tmmのプレート状に成形された。 得られた未硬化プレートはポリエチレンシート
を介してアルミ板にてはさみ、熱風循環式オーブ
ン内に20段積層した。オーブン内において、80℃
×15hrの処理を行つたのち、熱圧プレスを用いて
2Kg/cm2の圧力を加え、180℃×5分の処理を行
う。ついで、上記加熱オーブン内で220℃×7hrの
後硬化処理を行い、プレートの硬化を完結させ
る。 さらに、電気炉中でプレートを黒鉛板ではさ
み、コークス粉で周囲を被包し電気炉内を非酸化
性雰囲気にしたのち、8℃/hrで1300℃まで焼成
を行う。焼成を完了したプレートは緻密で、厚さ
精度が良好でかつ高強度であつた。 比較のために上記と同一の製造条件ではある
が、中間工程の加圧処理をしない場合(比較例
1)、および従来法である加圧硬化法にて硬化を
行つた場合(比較例2)の結果を本発明の結果と
あわせて下表に示した。 比較例2は本発明と同一の方法で成形されたプ
レートを3段積層しプレスを用いて7Kg/cm2の加
圧下60℃×50hr、80℃×12hrの処理を行ない、次
いで220℃×5hrの後硬化を実施したものである。
なお、比較例2は5℃/hrの昇温速度で焼成し
た。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing an impermeable carbon plate useful for separators of fuel cells, chlorine-zinc secondary batteries, and the like. [Prior Art] Carbon plates, which have excellent gas and liquid impermeability, also have excellent electrical properties, and are therefore suitable as separators for fuel cells, particularly phosphoric acid fuel cells. Conventionally, this impermeable carbon plate has been produced by preforming a kneaded mixture of carbon filler and thermosetting prepolymer, then forming it into a plate shape using methods such as roll rolling, and then hardening and firing. was. However, in the above method, after forming into a plate shape, the material must be hardened during processing, and this process usually takes a long time, posing problems in mass production. Furthermore, in order to increase the throughput in a single pressure curing process, if uncured plates are stacked in multiple stages and the curing process is performed, the plate thickness accuracy will decrease due to uneven pressure distribution and uneven temperature distribution. There was a problem. [Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the above-mentioned problems, that is, improves the productivity of impermeable carbon plates and makes it possible to improve thickness accuracy. The purpose of the present invention is to provide a new manufacturing method. [Means for Solving the Problems] The present inventor has conducted extensive research in order to solve the above problems, and found that carrying out the curing reaction of thermosetting resin in stages improves productivity and accuracy. The present inventors have discovered that it is effective in improving That is, the present invention uses a kneaded product containing at least a thermosetting resin prepolymer and a carbonaceous filler,
Manufacture of an impermeable carbon plate characterized by forming plates, stacking them in multiple stages, then subjecting the stacked plates to multi-stage hardening treatment, and carbonizing and firing the plates after hardening in a non-oxidizing atmosphere. It's a method. The thermosetting resin prepolymer used in the present invention may be any of those known to be usable in the production of conventional impermeable carbon plates, such as phenolic resins, xylene resins, furan resins, etc. Examples include prepolymers of thermosetting resins such as resins, urea resins, melamine resins, aniline resins, epoxy resins, and unsaturated polyester resins. Further, as the carbonaceous filler in the present invention, carbonaceous powders such as coke powder, graphite powder, glassy carbon powder, and carbon black are used. The resin kneaded product of the present invention contains at least the above-mentioned resin prepoly and carbonaceous filler, but other additives may be blended as kneading and molding aids, etc., as necessary. Such additives are preferably those that can be decomposed and volatilized during the carbonization firing process, such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, carboxymethylstarch, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, sodium ligninsulfonate, calcium ligninsulfonate, polyvinyl Alcohol, polyacrylic ester, polymethacrylic ester, guar gum, alginate,
These include paraffin oxide and calcium stearate. The resin kneaded material can be prepared from a thermosetting resin prepolymer, a carbonaceous filler, and other necessary additives using a known method and kneading device. The resin kneaded material is preformed using a mold or an extrusion molding machine, and then rolled into an uncured plate-shaped molded product. Next, the plates are stacked in multiple stages and a curing process begins, with a releasable material interposed between the plates so that the stacked plates do not stick to each other. As such a releasable material, a resin sheet such as polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, etc. is preferably used. In the present invention, the curing reaction of the plate is not completed in one step, but is carried out in stages. First, the material formed into a plate shape is heated to 50 to 100℃.
When treated at a temperature of 10 hours or more, the binder resin undergoes a mild polycondensation reaction, making it possible to form a homogeneous structure without forming large local pores inside the material. Moreover, at this time, the thickness accuracy ensured during molding can be maintained without deterioration. Furthermore, polycondensation reaction by-products can be dissipated in this step. Next, the mixture is heated at 150 to 200°C and subjected to a pressure of 1 to 10 kg/cm 2 for 1 to 30 minutes. If this step is carried out without the above steps, many bubbles and holes will be generated in the plate. In addition, dimensional accuracy also decreases. In this step, in addition to correcting the slight surface waviness generated in the previous step, it also has the effect of uniformizing the hardening state within the plate. If the cured state is non-uniform, localized blistering may occur during the firing process. The molded product cured in this way has a further 180~
Hardening is completed by heat treatment at a temperature of 300°C for 5 hours or more. With conventional technology, the work hardening process takes 10 to 50 hours or more, and the productivity is low, with the amount of processing being about 1 to 3 sheets at a time, and in order to increase the processing amount, it is necessary to stack 4 or more sheets. Dimensional accuracy (thickness) also decreases. In the present invention, by carrying out the curing reaction in stages as described above, a homogeneous plate without generation of pores can be obtained, and the thickness accuracy thereof can also be significantly improved. As a result of improving thickness accuracy according to the present invention, it is possible to omit the processing step for ensuring thickness accuracy after the completion of the firing process, which will be described next, and furthermore, it is possible to omit the processing step for ensuring thickness accuracy after the completion of the firing process, which will be described next. It is possible to laminate the laminate into multiple layers, and it is possible to significantly reduce costs. The final step in the present invention is a carbonization firing step of the plate. After the hardening process, the plate is heated in a non-oxidizing atmosphere, such as a helium, argon, or nitrogen gas atmosphere, at a temperature of 1,000 to 2,000°C or more than 3,000°C in some cases.
Carbonized and fired at high temperatures up to ℃. This firing step itself can be carried out under known conditions. EXAMPLES The present invention will be explained in further detail by way of Examples below. [Example] 100 parts by weight of graphite fine powder (average particle size 4 μm), 48 parts by weight of powdered phenolic resin (PR11078 manufactured by Sumitomo Durez Co., Ltd.), and liquid phenolic resin (manufactured by Sumitomo Durez Co., Ltd.)
PR940) 52 parts by weight and 2 parts by weight of carboxymethylcellulose are mixed, kneaded in a kneader, and then extruded using a screw-type kneading extruder. In this case, the temperature of the kneaded material is 30-60
Keep at ℃. Extrusion molded products are made using a rolling machine.
It was formed into a plate shape of 800×80×1 tmm . The obtained uncured plates were sandwiched between aluminum plates with a polyethylene sheet interposed between them, and stacked in 20 layers in a hot air circulation oven. In the oven at 80℃
After treatment for 15 hours, a pressure of 2 kg/cm 2 was applied using a hot press, and treatment was performed at 180°C for 5 minutes. Next, post-curing treatment is performed at 220° C. for 7 hours in the heating oven to complete curing of the plate. Furthermore, the plate is sandwiched between graphite plates in an electric furnace, and the surrounding area is covered with coke powder to create a non-oxidizing atmosphere inside the electric furnace, and then firing is performed at 8°C/hr to 1300°C. The fired plate was dense, had good thickness accuracy, and had high strength. For comparison, the manufacturing conditions were the same as above, but without pressure treatment in the intermediate process (Comparative Example 1), and when curing was performed using the conventional pressure curing method (Comparative Example 2). The results are shown in the table below together with the results of the present invention. In Comparative Example 2, plates formed by the same method as the present invention were stacked in three stages and treated using a press under a pressure of 7 kg/cm 2 at 60°C for 50 hours, then at 80°C for 12 hours, and then at 220°C for 5 hours. Post-curing was performed.
Note that Comparative Example 2 was fired at a temperature increase rate of 5° C./hr.

【表】 [発明の効果] 以上説明したように、本発明により緻密で厚さ
精度が顕著に優れた不透過性の炭素プレートを製
造することができ、きかも従来にくらべてその生
産性を大巾に向上させることができる。
[Table] [Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to manufacture an impermeable carbon plate that is dense and has significantly superior thickness accuracy, and the productivity has also been improved compared to the conventional method. It can be greatly improved.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 少なくとも熱硬化性樹脂プレポリマー、炭素
質フイラーを含む混練物から、プレートを成形
し、これを樹脂シートの離型性材料を介して多段
積層し、次いで積層されたプレートを50〜100℃
で10時間以上加熱する工程、150〜200℃の加熱下
で1〜10Kg/cm2の圧力を加えながら1〜30分処理
する工程、180〜300℃で5時間以上加熱する工程
からなる多段硬化処理に付し、硬化後プレートを
非酸化性雰囲気下で炭化焼成することを特徴とす
る不透過性炭素プレートの製造方法。
1. Molding plates from a kneaded material containing at least a thermosetting resin prepolymer and a carbonaceous filler, stacking the plates in multiple stages via resin sheet releasable material, and then heating the stacked plates at 50 to 100°C.
A multi-stage curing process consisting of heating for 10 hours or more at 150-200℃ while applying a pressure of 1-10Kg/ cm2 for 1-30 minutes, and heating at 180-300℃ for 5 hours or more. 1. A method for producing an impermeable carbon plate, which comprises subjecting the plate to a treatment and then carbonizing the plate in a non-oxidizing atmosphere after hardening.
JP62325380A 1987-12-24 1987-12-24 Production of impermeable carbon plate Granted JPH01167274A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62325380A JPH01167274A (en) 1987-12-24 1987-12-24 Production of impermeable carbon plate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62325380A JPH01167274A (en) 1987-12-24 1987-12-24 Production of impermeable carbon plate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01167274A JPH01167274A (en) 1989-06-30
JPH0335262B2 true JPH0335262B2 (en) 1991-05-27

Family

ID=18176186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62325380A Granted JPH01167274A (en) 1987-12-24 1987-12-24 Production of impermeable carbon plate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01167274A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5950079A (en) * 1982-09-10 1984-03-22 株式会社村田製作所 Manufacture of ceramic thin sheet

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5950079A (en) * 1982-09-10 1984-03-22 株式会社村田製作所 Manufacture of ceramic thin sheet

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01167274A (en) 1989-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4166145A (en) High temperature consolidation process for the production of a substantially all carbon composite
EP0212965B2 (en) Process for producing a thin carbonaceous plate
JPH0335262B2 (en)
JPS5926907A (en) Thin graphite plate and its manufacture
JPH0157467B2 (en)
JP3342508B2 (en) Method for producing impermeable carbonaceous plate
JP2001130963A (en) Method for producing isotropic high-density carbon material
JP3198120B2 (en) Method for producing glassy carbon plate
JPH044242B2 (en)
JPH0131445B2 (en)
JPS60150559A (en) Carbon thin plate for fuel battery and method for manufacturing the same
JPH0463806B2 (en)
JPH0159969B2 (en)
JPS63967A (en) Manufacture of electrode base plate for fuel cell
JPH0127967B2 (en)
JPS62160661A (en) Production of thin carbon plate for fuel cell separator
JPS60112609A (en) Preparation of rigid molded article of carbon
JPH06104591B2 (en) Method for manufacturing thin plate carbonaceous compact
JP4784882B2 (en) Method for producing separator material for fuel cell
JP2000169230A (en) Production of compact carbonaceous plate
JPH0644978A (en) Manufacture of fuel cell electrode plate
JPS62278111A (en) Impermeable formed carbon and production thereof
JPH01264967A (en) Production of graphite molding
JPS62133674A (en) Manufacture of separator with rib for fuel cell
JPH04342464A (en) Production of glassy carbon board