JPH09110407A - 炭素質多孔体及びその製造方法 - Google Patents
炭素質多孔体及びその製造方法Info
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- JPH09110407A JPH09110407A JP7269690A JP26969095A JPH09110407A JP H09110407 A JPH09110407 A JP H09110407A JP 7269690 A JP7269690 A JP 7269690A JP 26969095 A JP26969095 A JP 26969095A JP H09110407 A JPH09110407 A JP H09110407A
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- H01M4/96—Carbon-based electrodes
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の電極基材として、寿命、電圧の発
現特性、機械的強度等の点で好適な炭素質多孔体を提供
する。 【解決手段】 気孔率６０％以上、平均気孔径１０〜３
０μｍ、曲げ強度１００ｋｇｆ／ｃｍ2以上、ガス透過
率５００〜１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡ
ｑの炭素質多孔体。炭素繊維、有機繊維及び熱硬化性樹
脂を混合分散して抄紙し、１枚もしくは複数枚を積層
し、加熱加圧成形してかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜１．
０ｇ／ｃｍ3の成形体を得た後、炭化又は黒鉛化する。
現特性、機械的強度等の点で好適な炭素質多孔体を提供
する。 【解決手段】 気孔率６０％以上、平均気孔径１０〜３
０μｍ、曲げ強度１００ｋｇｆ／ｃｍ2以上、ガス透過
率５００〜１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡ
ｑの炭素質多孔体。炭素繊維、有機繊維及び熱硬化性樹
脂を混合分散して抄紙し、１枚もしくは複数枚を積層
し、加熱加圧成形してかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜１．
０ｇ／ｃｍ3の成形体を得た後、炭化又は黒鉛化する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、炭素質多孔体及び
その製造方法に関し、詳しくは、燃料電池用電極基材と
して好適な炭素質多孔体及びその製造方法に関する。
その製造方法に関し、詳しくは、燃料電池用電極基材と
して好適な炭素質多孔体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の電極基材として炭素質多孔体
が用いられている。従来、電極基材用の炭素質多孔体
は、特公平１−３６６７０号公報に記載されているよう
に、炭素繊維、フェノール樹脂等の結合材及び気孔を形
成するための有機粒状物を混合したものを加熱し、加圧
成形後、炭化又は黒鉛化して製造していた。この方法で
は、有機粒状物の粒径及び量により炭素質多孔体の気孔
径及び気孔率が決まるが、有機粒状物が塊状であるた
め、気孔率６０％以上、平均気孔径３０μｍ未満の炭素
質多孔体を得ようとすると、曲げ強度が１００ｋｇｆ／
ｃｍ2未満で、厚み方向のガス透過率も３００ｍｌ・ｍ
ｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑ程度の性能のものしか得ら
れない。
が用いられている。従来、電極基材用の炭素質多孔体
は、特公平１−３６６７０号公報に記載されているよう
に、炭素繊維、フェノール樹脂等の結合材及び気孔を形
成するための有機粒状物を混合したものを加熱し、加圧
成形後、炭化又は黒鉛化して製造していた。この方法で
は、有機粒状物の粒径及び量により炭素質多孔体の気孔
径及び気孔率が決まるが、有機粒状物が塊状であるた
め、気孔率６０％以上、平均気孔径３０μｍ未満の炭素
質多孔体を得ようとすると、曲げ強度が１００ｋｇｆ／
ｃｍ2未満で、厚み方向のガス透過率も３００ｍｌ・ｍ
ｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑ程度の性能のものしか得ら
れない。
【０００３】その他の方法としては、特公平４−１４４
６４号公報に、炭素繊維とバインダー粉末とをろ過成形
後、炭化処理する電極材の製造方法が開示されている。
しかし、この方法では、気孔径を３０μｍ未満にするた
めにはろ過成形時に高密度の成形体を得る必要があり、
結果として、炭化処理して得られる炭素質多孔体の気孔
率が６０％未満、ガス透過率が５００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ
2・ｈｒ・ｍｍＡｑ未満となっており、燃料電池電極用
炭素質多孔体として十分な性能が得られていない。
６４号公報に、炭素繊維とバインダー粉末とをろ過成形
後、炭化処理する電極材の製造方法が開示されている。
しかし、この方法では、気孔径を３０μｍ未満にするた
めにはろ過成形時に高密度の成形体を得る必要があり、
結果として、炭化処理して得られる炭素質多孔体の気孔
率が６０％未満、ガス透過率が５００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ
2・ｈｒ・ｍｍＡｑ未満となっており、燃料電池電極用
炭素質多孔体として十分な性能が得られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃料
電池の電極基材として用いるときに、リン酸の貯蔵量及
び経時的な保持量が十分であり、長時間の使用に耐える
炭素質多孔体及びその製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、燃料電池の電極基材として用いるとき
に、燃料ガス及び酸素が十分に拡散でき、所定の電圧を
容易に発現できる炭素質多孔体及びその製造方法を提供
することにある。本発明の他の目的は、燃料電池の電極
基材として用いるときに、燃料本体製造時に破損し難
く、また、スタックを組んだときに上下部と十分な接触
を保てる炭素質多孔質体を提供することにある。
電池の電極基材として用いるときに、リン酸の貯蔵量及
び経時的な保持量が十分であり、長時間の使用に耐える
炭素質多孔体及びその製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、燃料電池の電極基材として用いるとき
に、燃料ガス及び酸素が十分に拡散でき、所定の電圧を
容易に発現できる炭素質多孔体及びその製造方法を提供
することにある。本発明の他の目的は、燃料電池の電極
基材として用いるときに、燃料本体製造時に破損し難
く、また、スタックを組んだときに上下部と十分な接触
を保てる炭素質多孔質体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な課題を解決するため研究を行い、電極基材として用い
る炭素質多孔体に関して、（１）炭素質多孔体の気孔が
リン酸の貯蔵場所として作用し、気孔率が６０％未満で
あると、電解質部、周辺シール部、電極触媒部に補給す
るリン酸の貯蔵量が不十分となり、一般に燃料電池に求
められる４万時間の使用に耐えられないこと、（２）平
均気孔径が１０μｍ未満であると、また、ガス透過率が
５００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑ未満である
と、燃料ガスである水素及び酸化剤である空気が炭素質
多孔体の中を十分に拡散できないため、発電時、十分な
電圧が得られないこと、（３）平均気孔径が３０μｍよ
り大きいと、リン酸の経時的な保持量が十分でなく、リ
ン酸が蒸散してしまい、４万時間の使用に耐えられない
こと、（４）曲げ強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ2未満であ
ると、例えば１ｍ角の電極基材として用いるとき、一般
に炭素質多孔体の厚みは０．２ｍｍ〜２ｍｍとするの
で、燃料電池本体製造時に破損し易く、また、スタック
を組んだとき、炭素質多孔体の上下部と十分な接触が保
てないこと、（５）ガス透過率が５００ｍｌ・ｍｍ／ｃ
ｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑより小さいと、燃料ガス及び酸素
が電極内で充分に拡散できず、所定の出力が得られない
こと、（６）ガス透過率が１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2
・ｈｒ・ｍｍＡｑより大きくすると、平均気孔径が３０
μｍより大きくなることを見出し、当該知見に基づいて
本発明を完成した。
な課題を解決するため研究を行い、電極基材として用い
る炭素質多孔体に関して、（１）炭素質多孔体の気孔が
リン酸の貯蔵場所として作用し、気孔率が６０％未満で
あると、電解質部、周辺シール部、電極触媒部に補給す
るリン酸の貯蔵量が不十分となり、一般に燃料電池に求
められる４万時間の使用に耐えられないこと、（２）平
均気孔径が１０μｍ未満であると、また、ガス透過率が
５００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑ未満である
と、燃料ガスである水素及び酸化剤である空気が炭素質
多孔体の中を十分に拡散できないため、発電時、十分な
電圧が得られないこと、（３）平均気孔径が３０μｍよ
り大きいと、リン酸の経時的な保持量が十分でなく、リ
ン酸が蒸散してしまい、４万時間の使用に耐えられない
こと、（４）曲げ強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ2未満であ
ると、例えば１ｍ角の電極基材として用いるとき、一般
に炭素質多孔体の厚みは０．２ｍｍ〜２ｍｍとするの
で、燃料電池本体製造時に破損し易く、また、スタック
を組んだとき、炭素質多孔体の上下部と十分な接触が保
てないこと、（５）ガス透過率が５００ｍｌ・ｍｍ／ｃ
ｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑより小さいと、燃料ガス及び酸素
が電極内で充分に拡散できず、所定の出力が得られない
こと、（６）ガス透過率が１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2
・ｈｒ・ｍｍＡｑより大きくすると、平均気孔径が３０
μｍより大きくなることを見出し、当該知見に基づいて
本発明を完成した。
【０００６】１． 本発明は、気孔率６０％以上、好ま
しくは６０〜８０％、平均気孔径１０〜３０μｍ、曲げ
強度１００ｋｇｆ／ｃｍ2以上、好ましくは１２０〜２
００ｋｇｆ／ｃｍ2、ガス透過率５００〜１０００ｍｌ
・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑの炭素質多孔体にあ
る。
しくは６０〜８０％、平均気孔径１０〜３０μｍ、曲げ
強度１００ｋｇｆ／ｃｍ2以上、好ましくは１２０〜２
００ｋｇｆ／ｃｍ2、ガス透過率５００〜１０００ｍｌ
・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑの炭素質多孔体にあ
る。
【０００７】２． 本発明は、炭素繊維、有機繊維及び
熱硬化性樹脂を混合分散して抄紙し、１枚又は複数枚を
積層し、加熱加圧成形してかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜
１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を得た後、炭化又は黒鉛化す
ることを特徴とする前記項１に記載の炭素質多孔体の製
造方法にある。
熱硬化性樹脂を混合分散して抄紙し、１枚又は複数枚を
積層し、加熱加圧成形してかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜
１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を得た後、炭化又は黒鉛化す
ることを特徴とする前記項１に記載の炭素質多孔体の製
造方法にある。
【０００８】３． 本発明は、有機繊維の繊維径が０．
１〜１．０デニールである前記項２に記載の炭素質多孔
体の製造方法にある。
１〜１．０デニールである前記項２に記載の炭素質多孔
体の製造方法にある。
【０００９】前記項２又は３に記載の製造方法によれ
ば、前記項１に記載の炭素質多孔体を製造することがで
きる。本発明において「気孔率」は、炭素質多孔体の真
密度とかさ密度とから計算で求めた気孔率を意味する。
「平均気孔径」は、水銀ポロシメーターで測定した容積
基準メジアン細孔直径を意味する。「曲げ強度」は、Ｊ
ＩＳ Ｋ−６９１１に準じて測定した曲げ強度を意味す
る。「ガス透過率」は、直径８ｃｍの円筒を形成し、こ
れより窒素ガスを流したときの窒素ガスの透過時の圧力
損失より求めた透過率を意味する。「炭素繊維」は、炭
化又は黒鉛化された繊維を意味する。
ば、前記項１に記載の炭素質多孔体を製造することがで
きる。本発明において「気孔率」は、炭素質多孔体の真
密度とかさ密度とから計算で求めた気孔率を意味する。
「平均気孔径」は、水銀ポロシメーターで測定した容積
基準メジアン細孔直径を意味する。「曲げ強度」は、Ｊ
ＩＳ Ｋ−６９１１に準じて測定した曲げ強度を意味す
る。「ガス透過率」は、直径８ｃｍの円筒を形成し、こ
れより窒素ガスを流したときの窒素ガスの透過時の圧力
損失より求めた透過率を意味する。「炭素繊維」は、炭
化又は黒鉛化された繊維を意味する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明においては、炭素繊維、有
機繊維及び熱硬化性樹脂から抄紙体を製作し、得られた
抄紙体を１枚又は複数枚積層し、加熱加圧成形してかさ
密度０．５ｇ／ｃｍ3〜１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を得、
得られた成形体を炭化又は黒鉛化して炭素質多孔体を得
る。
機繊維及び熱硬化性樹脂から抄紙体を製作し、得られた
抄紙体を１枚又は複数枚積層し、加熱加圧成形してかさ
密度０．５ｇ／ｃｍ3〜１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を得、
得られた成形体を炭化又は黒鉛化して炭素質多孔体を得
る。
【００１１】炭素繊維 炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊
維を用いることができる。本発明の好ましい実施形態に
おいては、繊維径が６μｍ〜２０μｍで、繊維長が１ｍ
ｍ〜６ｍｍの炭素繊維を用いる。
維を用いることができる。本発明の好ましい実施形態に
おいては、繊維径が６μｍ〜２０μｍで、繊維長が１ｍ
ｍ〜６ｍｍの炭素繊維を用いる。
【００１２】有機繊維 有機繊維としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）繊維等の各種有機合成繊維を用いることができる。
本発明の好ましい実施形態においては、炭化後の残炭率
が４０％以下の有機繊維を用いる。有機繊維の径によ
り、抄紙体を加熱加圧成形して得られる成形体のかさ密
度が変化する。本発明の好ましい実施形態においては、
炭素繊維に比べて、径の小さい有機繊維を用いることに
より、炭素質多孔体の前駆体としてかさ密度０．５〜
１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を容易に得ることができる。
Ｔ）繊維等の各種有機合成繊維を用いることができる。
本発明の好ましい実施形態においては、炭化後の残炭率
が４０％以下の有機繊維を用いる。有機繊維の径によ
り、抄紙体を加熱加圧成形して得られる成形体のかさ密
度が変化する。本発明の好ましい実施形態においては、
炭素繊維に比べて、径の小さい有機繊維を用いることに
より、炭素質多孔体の前駆体としてかさ密度０．５〜
１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を容易に得ることができる。
【００１３】有機繊維の直径及び長さにより、得られる
炭素質多孔体の平均気孔径が変化するので、原料として
用いる有機繊維の直径及び長さは、所望の平均気孔径を
基準として定めることができる。本発明の好ましい実施
形態においては、繊維径が０．１〜１ｄ（デニール）、
繊維長が１ｍｍ〜１０ｍｍの有機繊維を用いる。
炭素質多孔体の平均気孔径が変化するので、原料として
用いる有機繊維の直径及び長さは、所望の平均気孔径を
基準として定めることができる。本発明の好ましい実施
形態においては、繊維径が０．１〜１ｄ（デニール）、
繊維長が１ｍｍ〜１０ｍｍの有機繊維を用いる。
【００１４】有機繊維の使用量により、得られる炭素質
多孔体の気孔率が変化するので、有機繊維の使用量は、
所望の気孔率を基準として定めることができる。本発明
の好ましい実施形態においては、炭素繊維１００重量部
に対して２０〜１００重量部、好ましくは３０〜９０重
量部、更に好ましくは４０〜８０重量部の有機繊維を用
いる。
多孔体の気孔率が変化するので、有機繊維の使用量は、
所望の気孔率を基準として定めることができる。本発明
の好ましい実施形態においては、炭素繊維１００重量部
に対して２０〜１００重量部、好ましくは３０〜９０重
量部、更に好ましくは４０〜８０重量部の有機繊維を用
いる。
【００１５】熱硬化性樹脂 熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、
フルフラール又はフラン樹脂変性フェノール樹脂、コプ
ナ樹脂等を用いることができる。フェノール樹脂には、
フェノール類とアルデヒド類との反応により得られる熱
硬化性フェノール樹脂、フェノール類とアルデヒド類と
含窒素化合物との反応により得られる熱硬化性含窒素フ
ェノール樹脂などが含まれる。これらの熱硬化性樹脂
は、粉粒状や水分散液として用いることができる。本発
明の好ましい実施形態においては、粉末状の熱硬化性樹
脂を用いる。
フルフラール又はフラン樹脂変性フェノール樹脂、コプ
ナ樹脂等を用いることができる。フェノール樹脂には、
フェノール類とアルデヒド類との反応により得られる熱
硬化性フェノール樹脂、フェノール類とアルデヒド類と
含窒素化合物との反応により得られる熱硬化性含窒素フ
ェノール樹脂などが含まれる。これらの熱硬化性樹脂
は、粉粒状や水分散液として用いることができる。本発
明の好ましい実施形態においては、粉末状の熱硬化性樹
脂を用いる。
【００１６】熱硬化性樹脂の使用量により、得られる炭
素質多孔体の機械的強度が変化するので、熱硬化性樹脂
の使用量は、所望の機械的強度、特に曲げ強度を基準と
して定めることができる。本発明の実施形態において
は、炭素繊維１００重量部に対して５０〜１５０重量
部、好ましくは６０〜１４０重量部、更に好ましくは７
０〜１３０重量部の熱可塑性樹脂を用いることにより、
機械的強度が高く且つガス透過性が高い炭素質多孔体を
製造することができる。
素質多孔体の機械的強度が変化するので、熱硬化性樹脂
の使用量は、所望の機械的強度、特に曲げ強度を基準と
して定めることができる。本発明の実施形態において
は、炭素繊維１００重量部に対して５０〜１５０重量
部、好ましくは６０〜１４０重量部、更に好ましくは７
０〜１３０重量部の熱可塑性樹脂を用いることにより、
機械的強度が高く且つガス透過性が高い炭素質多孔体を
製造することができる。
【００１７】抄紙体 抄紙体は、湿式複合化された抄紙構造を有する。抄紙構
造とは、洋紙や和紙の如く、繊維がランダムに配向して
いる構造を意味する。炭素繊維、有機繊維及び熱硬化性
樹脂を混合分散して抄紙する際には、炭素繊維及び有機
繊維を叩解し、短繊維として用いることができる。
造とは、洋紙や和紙の如く、繊維がランダムに配向して
いる構造を意味する。炭素繊維、有機繊維及び熱硬化性
樹脂を混合分散して抄紙する際には、炭素繊維及び有機
繊維を叩解し、短繊維として用いることができる。
【００１８】炭素繊維、有機繊維及び熱硬化性樹脂を混
合分散して得られるスラリーの固形分濃度は、抄紙性を
損なわない範囲で選択することができ、例えば、０．１
〜２重量％とすることができる。当該スラリーには、各
成分を均一に分散させるため、分散剤、安定剤、粘度調
製剤、沈降防止剤等を添加することができ、また、増粘
剤、紙力増強剤、凝集作用を有する界面活性剤、特に高
分子凝集剤や歩留り向上剤等の種々の添加剤を添加する
ことができる。
合分散して得られるスラリーの固形分濃度は、抄紙性を
損なわない範囲で選択することができ、例えば、０．１
〜２重量％とすることができる。当該スラリーには、各
成分を均一に分散させるため、分散剤、安定剤、粘度調
製剤、沈降防止剤等を添加することができ、また、増粘
剤、紙力増強剤、凝集作用を有する界面活性剤、特に高
分子凝集剤や歩留り向上剤等の種々の添加剤を添加する
ことができる。
【００１９】本発明においては、前記スラリーを、慣用
方法、例えば、抄紙法、吸引成形法、手すき等により、
抄紙して抄紙構造を有する抄紙体を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態においては、抄紙した湿潤状
態の抄紙体を、常圧又は減圧下、熱硬化性樹脂の硬化温
度よりも低い温度、例えば、５０〜１３０℃程度の温度
で加熱乾燥する。
方法、例えば、抄紙法、吸引成形法、手すき等により、
抄紙して抄紙構造を有する抄紙体を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態においては、抄紙した湿潤状
態の抄紙体を、常圧又は減圧下、熱硬化性樹脂の硬化温
度よりも低い温度、例えば、５０〜１３０℃程度の温度
で加熱乾燥する。
【００２０】前記のような抄紙法によると、従来の乾式
混合法では均一に混合することが困難な繊維状物質と粉
粒状物質とを原料として用いる場合でも、偏析のない均
質な抄紙体を得ることができる。また、繁雑な乾式混合
の工程が不要であるため、前記抄紙体を簡易に製造でき
る。抄紙体は、熱硬化性樹脂を含むので、プリプレグと
して機能する。このプリプレグとしての抄紙体は、ロー
ル状に巻き取り、加熱加圧成形工程に連続的に供するこ
とができる。
混合法では均一に混合することが困難な繊維状物質と粉
粒状物質とを原料として用いる場合でも、偏析のない均
質な抄紙体を得ることができる。また、繁雑な乾式混合
の工程が不要であるため、前記抄紙体を簡易に製造でき
る。抄紙体は、熱硬化性樹脂を含むので、プリプレグと
して機能する。このプリプレグとしての抄紙体は、ロー
ル状に巻き取り、加熱加圧成形工程に連続的に供するこ
とができる。
【００２１】成形体（前駆体） 本発明においては、抄紙体を１枚又は複数枚積層して連
続式またはバッチ式で加熱加圧成形することにより、炭
素質多孔体の前駆体となるかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜
１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を得ることができるが、連続
式が好ましい。前駆体のかさ密度を小さくすると炭化又
は黒鉛化して得られる炭素質多孔体の気孔径が大きくな
る傾向があり、また、機械的強度が低下する傾向があ
る。前駆体のかさ密度を大きくすると炭素質多孔体の気
孔率が低下する傾向がある。
続式またはバッチ式で加熱加圧成形することにより、炭
素質多孔体の前駆体となるかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜
１．０ｇ／ｃｍ3の成形体を得ることができるが、連続
式が好ましい。前駆体のかさ密度を小さくすると炭化又
は黒鉛化して得られる炭素質多孔体の気孔径が大きくな
る傾向があり、また、機械的強度が低下する傾向があ
る。前駆体のかさ密度を大きくすると炭素質多孔体の気
孔率が低下する傾向がある。
【００２２】抄紙体を加熱加圧成形することにより、抄
紙体の均質性を維持した成形体を得ることができる。抄
紙体を加熱加圧成形することにより、厚みが１ｍｍ未満
であっても組成、密度及び厚みが均質な成形体を得るこ
とができる。本発明の好ましい実施形態においては、熱
硬化性樹脂が硬化する温度且つ炭化しない温度、具体的
には１３０〜３５０℃、好ましくは１５０〜３００℃、
更に好ましくは１５０〜２５０℃の温度条件及び１０〜
１００ｋｇｆ／ｃｍ、好ましくは１５〜６０ｋｇｆ／ｃ
ｍ、更に好ましくは２０〜５０ｋｇｆ／ｃｍの加圧力
（線圧）で、加圧時間を０．５〜２０分間、好ましくは
１〜１０分間、更に好ましくは１〜５分間として、抄紙
体を加熱加圧成形して炭素質多孔体の前駆体を得る。
紙体の均質性を維持した成形体を得ることができる。抄
紙体を加熱加圧成形することにより、厚みが１ｍｍ未満
であっても組成、密度及び厚みが均質な成形体を得るこ
とができる。本発明の好ましい実施形態においては、熱
硬化性樹脂が硬化する温度且つ炭化しない温度、具体的
には１３０〜３５０℃、好ましくは１５０〜３００℃、
更に好ましくは１５０〜２５０℃の温度条件及び１０〜
１００ｋｇｆ／ｃｍ、好ましくは１５〜６０ｋｇｆ／ｃ
ｍ、更に好ましくは２０〜５０ｋｇｆ／ｃｍの加圧力
（線圧）で、加圧時間を０．５〜２０分間、好ましくは
１〜１０分間、更に好ましくは１〜５分間として、抄紙
体を加熱加圧成形して炭素質多孔体の前駆体を得る。
【００２３】炭素質多孔体 このようにして得られる前駆体を炭化又は黒鉛化するこ
とにより、有機繊維のあった場所に小気孔径の気孔を生
じさせた炭素質多孔体を得ることができる。炭化は、例
えば、４５０〜１５００℃程度の温度で焼成処理するこ
とにより行うことができる。黒鉛化は、例えば、１５０
０〜３０００℃程度の温度で焼成することにより行うこ
とができる。本発明においては、得られる炭素質多孔体
が黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念
に含めることができる。
とにより、有機繊維のあった場所に小気孔径の気孔を生
じさせた炭素質多孔体を得ることができる。炭化は、例
えば、４５０〜１５００℃程度の温度で焼成処理するこ
とにより行うことができる。黒鉛化は、例えば、１５０
０〜３０００℃程度の温度で焼成することにより行うこ
とができる。本発明においては、得られる炭素質多孔体
が黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念
に含めることができる。
【００２４】炭素質多孔体の気孔率は、原料として用い
る有機繊維の使用量及び前駆体のかさ密度を制御するこ
とにより、６０％以上に調製することができる。炭素質
多孔体の平均気孔径は、有機繊維の直径及び長さ並びに
前駆体のかさ密度を制御することにより、１０〜３０μ
ｍに調製することができる。炭素質多孔体の曲げ強度
は、原料として用いる熱硬化性樹脂の使用量及び前駆体
のかさ密度を制御することにより、１００ｋｇｆ／ｃｍ
2以上に調製することができる。炭素質多孔体のガス透
過率は、原料として用いる炭素繊維、有機繊維及び熱硬
化性樹脂の使用量の比率を制御することにより、５００
〜１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑに調製
することができる。
る有機繊維の使用量及び前駆体のかさ密度を制御するこ
とにより、６０％以上に調製することができる。炭素質
多孔体の平均気孔径は、有機繊維の直径及び長さ並びに
前駆体のかさ密度を制御することにより、１０〜３０μ
ｍに調製することができる。炭素質多孔体の曲げ強度
は、原料として用いる熱硬化性樹脂の使用量及び前駆体
のかさ密度を制御することにより、１００ｋｇｆ／ｃｍ
2以上に調製することができる。炭素質多孔体のガス透
過率は、原料として用いる炭素繊維、有機繊維及び熱硬
化性樹脂の使用量の比率を制御することにより、５００
〜１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡｑに調製
することができる。
【００２５】
【実施例】実施例１〜４ 表１に示す重量比（％）で炭素繊維、有機繊維及び熱硬
化性樹脂粉末を含む抄紙体（厚み８ｍｍ、かさ密度０．
０５ｇ／ｃｍ3）を３枚重ね、一対のエンドレスベルト
を備えた連続式加熱プレス機を用いて線圧２４ｋｇｆ／
ｃｍ、２４５℃で２分間フェノール樹脂を溶融させて所
定の厚み、かさ密度の成形体を得た。この成形体を炭化
炉中で８５０℃で焼成後、２８００℃で黒鉛化した。抄
紙体に用いた材料は次の通りである。
化性樹脂粉末を含む抄紙体（厚み８ｍｍ、かさ密度０．
０５ｇ／ｃｍ3）を３枚重ね、一対のエンドレスベルト
を備えた連続式加熱プレス機を用いて線圧２４ｋｇｆ／
ｃｍ、２４５℃で２分間フェノール樹脂を溶融させて所
定の厚み、かさ密度の成形体を得た。この成形体を炭化
炉中で８５０℃で焼成後、２８００℃で黒鉛化した。抄
紙体に用いた材料は次の通りである。
【００２６】炭素繊維：ピッチ系炭素繊維（（株）ドナ
ック製、ドナカーボＳ−２３１、長さ３ｍｍ）、有機繊
維：ＰＥＴ繊維（日本エステル（株）製、０．５デニー
ル×３ｍｍ長さ）、熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（鐘
紡（株）製、ペルパールＳ−８９５）。
ック製、ドナカーボＳ−２３１、長さ３ｍｍ）、有機繊
維：ＰＥＴ繊維（日本エステル（株）製、０．５デニー
ル×３ｍｍ長さ）、熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（鐘
紡（株）製、ペルパールＳ−８９５）。
【００２７】実施例５ 有機繊維としてＰＥＴ繊維（日本エステル（株）製、
１．０デニール×３ｍｍ）を用いた他は実施例１〜４と
同様にした。
１．０デニール×３ｍｍ）を用いた他は実施例１〜４と
同様にした。
【００２８】実施例６ 有機繊維としてＰＥＴ繊維（日本エステル（株）製、
０．１デニール×３ｍｍ）を用いた他は実施例１〜４と
同様にした。
０．１デニール×３ｍｍ）を用いた他は実施例１〜４と
同様にした。
【００２９】比較例１・２ 表１に示す重量比（％）で炭素繊維及び熱硬化性樹脂粉
末を含む抄紙体（厚み８ｍｍ、かさ密度０．０５ｇ／ｃ
ｍ3）を３枚重ね、実施例１〜４と同様に加熱加圧して
成形体を得、黒鉛化した。
末を含む抄紙体（厚み８ｍｍ、かさ密度０．０５ｇ／ｃ
ｍ3）を３枚重ね、実施例１〜４と同様に加熱加圧して
成形体を得、黒鉛化した。
【００３０】
【表１】 実施例 比較例 １ ２ ３ ４ ５ ６ １ ２ 炭素繊維 ３８ ３７ ４２ ４０ ３８ ３８ ５０ ６０ 有機繊維 ２４ ２８ １６ ２０ ３０ ２０ ０ ０ 熱硬化性樹脂 ３８ ３５ ４２ ４０ ３２ ４２ ５０ ４０かさ密度（g／cm 3） 0.72 0.60 0.76 0.64 0.56 0.71 0.70 0.88 気孔率（％） ６５ ７０ ６２ ６８ ７５ ６６ ６５ ５５ 平均気孔径（μｍ） １０ １６ ３０ ２５ ２０ １２ ３５ ３０ 曲げ強度（kgf／cm2） 175 155 180 150 160 160 90 170 ガス透過率 （ml・mm/cm 2・hr・mmAq） 500 650 950 800 550 550 850 ３０
０
０
Claims (3)
- 【請求項１】 気孔率６０％以上、平均気孔径１０〜３
０μｍ、曲げ強度１００ｋｇｆ／ｃｍ2以上、ガス透過
率５００〜１０００ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ2・ｈｒ・ｍｍＡ
ｑの炭素質多孔体。 - 【請求項２】 炭素繊維、有機繊維及び熱硬化性樹脂を
混合分散して抄紙し、１枚又は複数枚を積層し、加熱加
圧成形してかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3〜１．０ｇ／ｃｍ3
の成形体を得た後、炭化又は黒鉛化することを特徴とす
る請求項１に記載の炭素質多孔体の製造方法。 - 【請求項３】 有機繊維の繊維径が０．１〜１．０デニ
ールである請求項２に記載の炭素質多孔体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269690A JPH09110407A (ja) | 1995-10-18 | 1995-10-18 | 炭素質多孔体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269690A JPH09110407A (ja) | 1995-10-18 | 1995-10-18 | 炭素質多孔体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09110407A true JPH09110407A (ja) | 1997-04-28 |
Family
ID=17475839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7269690A Pending JPH09110407A (ja) | 1995-10-18 | 1995-10-18 | 炭素質多孔体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09110407A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005516880A (ja) * | 2002-02-05 | 2005-06-09 | タッチストーン リサーチ ラボラトリー， リミテッド | ブレンドされたピッチ／炭ベースの炭素発泡体 |
| JP2005194107A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Tokyo Institute Of Technology | 多孔質炭素層の形成方法 |
| JP2011198520A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Nihon Gore Kk | 固体高分子形燃料電池ガス拡散層 |
-
1995
- 1995-10-18 JP JP7269690A patent/JPH09110407A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005516880A (ja) * | 2002-02-05 | 2005-06-09 | タッチストーン リサーチ ラボラトリー， リミテッド | ブレンドされたピッチ／炭ベースの炭素発泡体 |
| JP2005194107A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Tokyo Institute Of Technology | 多孔質炭素層の形成方法 |
| JP2011198520A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Nihon Gore Kk | 固体高分子形燃料電池ガス拡散層 |
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