JPH10259076A - 多孔質炭素材の製造方法 - Google Patents
多孔質炭素材の製造方法Info
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- JPH10259076A JPH10259076A JP9084345A JP8434597A JPH10259076A JP H10259076 A JPH10259076 A JP H10259076A JP 9084345 A JP9084345 A JP 9084345A JP 8434597 A JP8434597 A JP 8434597A JP H10259076 A JPH10259076 A JP H10259076A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな気孔径および高気孔率の気孔性状を有
し、強度特性に優れた多孔質炭素材の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 嵩密度が０．０３〜０．１５ g/cm3、水
銀圧入法で得られる気孔モード径が５０μm 以上、気孔
率が８０％以上の特性を有する不織布に、熱硬化性樹脂
溶液を含浸して積層する樹脂含浸積層工程、積層体を真
空脱気処理したのち加圧処理して含浸樹脂溶液の一部を
除去し、次いで５０〜１８０℃の温度で加熱硬化するこ
とにより成形体の見掛け体積中に占める不織布量を０．
０３〜０．１５ g/cm3、成形体の気孔率を４５〜７５％
に調節する加圧成形工程、硬化成形体を非酸化性雰囲気
下で８００℃以上の温度で処理する焼成炭化工程、とか
らなる多孔質炭素材の製造方法。
し、強度特性に優れた多孔質炭素材の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 嵩密度が０．０３〜０．１５ g/cm3、水
銀圧入法で得られる気孔モード径が５０μm 以上、気孔
率が８０％以上の特性を有する不織布に、熱硬化性樹脂
溶液を含浸して積層する樹脂含浸積層工程、積層体を真
空脱気処理したのち加圧処理して含浸樹脂溶液の一部を
除去し、次いで５０〜１８０℃の温度で加熱硬化するこ
とにより成形体の見掛け体積中に占める不織布量を０．
０３〜０．１５ g/cm3、成形体の気孔率を４５〜７５％
に調節する加圧成形工程、硬化成形体を非酸化性雰囲気
下で８００℃以上の温度で処理する焼成炭化工程、とか
らなる多孔質炭素材の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気孔径が大きく気
孔率が高い気孔特性を有し、強度特性に優れた多孔質炭
素材の製造方法に関する。
孔率が高い気孔特性を有し、強度特性に優れた多孔質炭
素材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽量で耐熱性、耐蝕性、導電性等に優れ
る多孔質炭素材は、フィルター、断熱材、燃料電池や二
次電池用の電極材、触媒担体等の広い用途分野で各種工
業用部材として有用されている。
る多孔質炭素材は、フィルター、断熱材、燃料電池や二
次電池用の電極材、触媒担体等の広い用途分野で各種工
業用部材として有用されている。
【０００３】多孔質炭素材の製造技術として、炭素繊維
や炭素繊維製造用有機繊維をパルプとともに抄紙して得
られるシートに熱硬化性樹脂液を含浸して積層成形し、
焼成炭化する方法（例えば特開昭50−25808 号公報、同
61−236664号公報等）が知られている。この方法は炭素
繊維が補強骨格を形成するので材質強度の増大が図られ
るうえ、熱硬化性樹脂がガラス状カーボン組織に転化す
るため電気や熱に対する伝導性も向上する利点がある。
や炭素繊維製造用有機繊維をパルプとともに抄紙して得
られるシートに熱硬化性樹脂液を含浸して積層成形し、
焼成炭化する方法（例えば特開昭50−25808 号公報、同
61−236664号公報等）が知られている。この方法は炭素
繊維が補強骨格を形成するので材質強度の増大が図られ
るうえ、熱硬化性樹脂がガラス状カーボン組織に転化す
るため電気や熱に対する伝導性も向上する利点がある。
【０００４】また、本出願人は炭素繊維や炭素繊維製造
用有機繊維に代えて、安価な紙類原料を用い、低コスト
で多孔質炭素材を製造する技術として、平均気孔径50〜
150μm 、気孔率50％以上の性状を有する紙を所定の厚
さに積層し、これに残炭率40％以上の熱硬化性樹脂溶液
を含浸して加熱硬化したのち、非酸化性雰囲気下1000℃
以上の温度域で焼成炭化処理することを特徴とする多孔
質炭素材の製造方法（特開平１−320279号公報）を開発
した。
用有機繊維に代えて、安価な紙類原料を用い、低コスト
で多孔質炭素材を製造する技術として、平均気孔径50〜
150μm 、気孔率50％以上の性状を有する紙を所定の厚
さに積層し、これに残炭率40％以上の熱硬化性樹脂溶液
を含浸して加熱硬化したのち、非酸化性雰囲気下1000℃
以上の温度域で焼成炭化処理することを特徴とする多孔
質炭素材の製造方法（特開平１−320279号公報）を開発
した。
【０００５】しかしながら、これらの方法は骨格を形成
する炭素繊維、有機繊維あるいは紙類が抄紙面に配向し
て主に２次元方向に配列しているために、積層体の層間
における強度が充分でないという欠点がある。特に、高
気孔率で大きな気孔径を有する多孔質炭素材を製造する
場合には成形圧を低く設定する必要があるために層間強
度や強度特性の低下が著しくなる。また、積層面に対し
て垂直方向の物性、例えばガス透過率や熱伝導率等が不
均一となる難点もある。
する炭素繊維、有機繊維あるいは紙類が抄紙面に配向し
て主に２次元方向に配列しているために、積層体の層間
における強度が充分でないという欠点がある。特に、高
気孔率で大きな気孔径を有する多孔質炭素材を製造する
場合には成形圧を低く設定する必要があるために層間強
度や強度特性の低下が著しくなる。また、積層面に対し
て垂直方向の物性、例えばガス透過率や熱伝導率等が不
均一となる難点もある。
【０００６】これらの欠点を解消するために、特開平４
−９７９４８号公報には炭素繊維化可能なポリアクリロ
ニトリル、レーヨン等の繊維にニードルパンチ等を施し
て面に垂直な厚さ方向に多数の繊維を配列したマットを
作り、該マットに熱硬化性樹脂を含浸し、次いで焼成す
ることを特徴とする多孔質炭素板の製造方法が、特開平
５−２５４９５７号公報には捲縮処理を施した固相炭化
可能な有機高分子繊維を抄紙後、該抄紙シートに熱硬化
性樹脂を含浸し、焼成炭素化することを特徴とする多孔
質炭素板の製造法が提案されている。また、特開平５−
７８１８２号公報には曲状炭素繊維とバインダーとを含
有する材料からなる成形体を硬化させた後、不活性雰囲
気下で焼成することを特徴とする多孔質炭素成形品の製
法が開示されている。
−９７９４８号公報には炭素繊維化可能なポリアクリロ
ニトリル、レーヨン等の繊維にニードルパンチ等を施し
て面に垂直な厚さ方向に多数の繊維を配列したマットを
作り、該マットに熱硬化性樹脂を含浸し、次いで焼成す
ることを特徴とする多孔質炭素板の製造方法が、特開平
５−２５４９５７号公報には捲縮処理を施した固相炭化
可能な有機高分子繊維を抄紙後、該抄紙シートに熱硬化
性樹脂を含浸し、焼成炭素化することを特徴とする多孔
質炭素板の製造法が提案されている。また、特開平５−
７８１８２号公報には曲状炭素繊維とバインダーとを含
有する材料からなる成形体を硬化させた後、不活性雰囲
気下で焼成することを特徴とする多孔質炭素成形品の製
法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平４−９７９４８号公報の方法はニードルパンチ加
工により炭素板面と垂直方向に多数の炭素繊維を配列さ
せることにより物性の均一化を図るものであり、気孔径
が大きく高い気孔率を有する多孔性状の炭素材を製造す
るためには充分でない。また特開平５−２５４９５７号
公報の方法は捲縮処理した有機繊維を用いることにより
通常の伸直性の繊維に比較して厚さ方向における繊維の
配向性を増加させることにより物性の向上が可能となる
が、気孔径や気孔率等の増大を図ることは難しい。更
に、特開平５−７８１８２号公報の方法では、圧縮成形
時に曲状炭素繊維が潰されてカール状となった炭素繊維
に蓄積された残留応力が焼成時に解放されて膨れが生
じ、層間剥離が発生し易い問題点がある。
特開平４−９７９４８号公報の方法はニードルパンチ加
工により炭素板面と垂直方向に多数の炭素繊維を配列さ
せることにより物性の均一化を図るものであり、気孔径
が大きく高い気孔率を有する多孔性状の炭素材を製造す
るためには充分でない。また特開平５−２５４９５７号
公報の方法は捲縮処理した有機繊維を用いることにより
通常の伸直性の繊維に比較して厚さ方向における繊維の
配向性を増加させることにより物性の向上が可能となる
が、気孔径や気孔率等の増大を図ることは難しい。更
に、特開平５−７８１８２号公報の方法では、圧縮成形
時に曲状炭素繊維が潰されてカール状となった炭素繊維
に蓄積された残留応力が焼成時に解放されて膨れが生
じ、層間剥離が発生し易い問題点がある。
【０００８】本発明者らは、層間強度が高く、大気孔径
で高気孔率を有する気孔性状の多孔質炭素材の製造方法
について鋭意研究を進めた結果、特定性状の不織布を用
いて特定の条件下に樹脂含浸および加圧成形することが
有効であることを見出した。
で高気孔率を有する気孔性状の多孔質炭素材の製造方法
について鋭意研究を進めた結果、特定性状の不織布を用
いて特定の条件下に樹脂含浸および加圧成形することが
有効であることを見出した。
【０００９】本発明はこの知見に基づいて開発されたも
ので、その目的とするところは、強度特性に優れ、軽量
でフィルター、断熱材、燃料電池や二次電池用の電極
材、触媒担体等の広い用途分野で好適に使用することが
でき、例えば気孔のモード径が７０μm 以上で、気孔率
が５０％以上という大気孔径で高気孔率の気孔性状を有
する多孔質炭素材の製造方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、強度特性に優れ、軽量
でフィルター、断熱材、燃料電池や二次電池用の電極
材、触媒担体等の広い用途分野で好適に使用することが
でき、例えば気孔のモード径が７０μm 以上で、気孔率
が５０％以上という大気孔径で高気孔率の気孔性状を有
する多孔質炭素材の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による多孔質炭素材の製造方法は、嵩密度が
０．０３〜０．１５ g/cm3、水銀圧入法で得られる気孔
モード径が５０μm 以上、気孔率が８０％以上の特性を
有する不織布に、熱硬化性樹脂溶液を含浸して積層する
樹脂含浸積層工程、積層体を真空脱気処理したのち加圧
処理して含浸樹脂溶液の一部を除去し、次いで５０〜１
８０℃の温度で加熱硬化することにより成形体の見掛け
体積中に占める不織布量を０．０３〜０．１５ g/cm3、
成形体の気孔率を４５〜７５％に調節する加圧成形工
程、硬化成形体を非酸化性雰囲気下で８００℃以上の温
度で処理する焼成炭化工程、とからなることを構成上の
特徴とする。
めの本発明による多孔質炭素材の製造方法は、嵩密度が
０．０３〜０．１５ g/cm3、水銀圧入法で得られる気孔
モード径が５０μm 以上、気孔率が８０％以上の特性を
有する不織布に、熱硬化性樹脂溶液を含浸して積層する
樹脂含浸積層工程、積層体を真空脱気処理したのち加圧
処理して含浸樹脂溶液の一部を除去し、次いで５０〜１
８０℃の温度で加熱硬化することにより成形体の見掛け
体積中に占める不織布量を０．０３〜０．１５ g/cm3、
成形体の気孔率を４５〜７５％に調節する加圧成形工
程、硬化成形体を非酸化性雰囲気下で８００℃以上の温
度で処理する焼成炭化工程、とからなることを構成上の
特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】多孔質炭素材の製造原料となる不
織布は、繊維を適当な方法でウエブ状（薄綿状）または
マット状に配列させて、接着剤あるいは繊維自身の融着
力によって繊維相互を接合させて得られるシート状の布
状物質で、繊維が抄紙面に２次元的に配列する紙に対し
て、垂直方向にも３次元的に配向した立体的な構造を示
し、内部空間が広く形成される。本発明に用いる不織布
を構成する繊維には非酸化性雰囲気中で熱処理すること
により炭素質物質に転化するコットン、レーヨン、アセ
テート、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ビニロ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニト
リル、フェノール樹脂等の種々の有機繊維が単独もしく
は混合して使用することができる。しかしながら、含浸
する熱硬化性樹脂の付着性や連続した三次元網目状の炭
素骨格を形成し閉塞した気孔の形成を防止するために、
α−セルロースを９０重量％以上含むレーヨンパルプや
コットン系の有機繊維を使用することが好ましい。
織布は、繊維を適当な方法でウエブ状（薄綿状）または
マット状に配列させて、接着剤あるいは繊維自身の融着
力によって繊維相互を接合させて得られるシート状の布
状物質で、繊維が抄紙面に２次元的に配列する紙に対し
て、垂直方向にも３次元的に配向した立体的な構造を示
し、内部空間が広く形成される。本発明に用いる不織布
を構成する繊維には非酸化性雰囲気中で熱処理すること
により炭素質物質に転化するコットン、レーヨン、アセ
テート、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ビニロ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニト
リル、フェノール樹脂等の種々の有機繊維が単独もしく
は混合して使用することができる。しかしながら、含浸
する熱硬化性樹脂の付着性や連続した三次元網目状の炭
素骨格を形成し閉塞した気孔の形成を防止するために、
α−セルロースを９０重量％以上含むレーヨンパルプや
コットン系の有機繊維を使用することが好ましい。
【００１２】本発明で用いる不織布は、嵩密度が０．０
３〜０．１５ g/cm3、水銀圧入法で得られる気孔モード
径が５０μm 以上、気孔率が８０％以上の特性を有する
ことが必要である。嵩密度が０．０３ g/cm3未満の不織
布では熱硬化性樹脂溶液の含浸時に樹脂の流出が起こり
樹脂を充分に付着保持することができず、更に付着保持
量が不均一化するためである。一方、嵩密度が０．１５
g/cm3を越えると繊維が抄紙面に２次元的に配向する度
合いが大きくなり、高強度で気孔径が大きく、気孔率の
高い多孔質炭素材が得られないためである。また、不織
布が水銀圧入法で得られる気孔モード径が５０μm 未
満、気孔率が８０％を下回る場合には、大気孔径で高気
孔率の、例えば７０μm 以上の気孔モード径および５０
％以上の気孔率を有する多孔質炭素材を製造することが
できないためである。
３〜０．１５ g/cm3、水銀圧入法で得られる気孔モード
径が５０μm 以上、気孔率が８０％以上の特性を有する
ことが必要である。嵩密度が０．０３ g/cm3未満の不織
布では熱硬化性樹脂溶液の含浸時に樹脂の流出が起こり
樹脂を充分に付着保持することができず、更に付着保持
量が不均一化するためである。一方、嵩密度が０．１５
g/cm3を越えると繊維が抄紙面に２次元的に配向する度
合いが大きくなり、高強度で気孔径が大きく、気孔率の
高い多孔質炭素材が得られないためである。また、不織
布が水銀圧入法で得られる気孔モード径が５０μm 未
満、気孔率が８０％を下回る場合には、大気孔径で高気
孔率の、例えば７０μm 以上の気孔モード径および５０
％以上の気孔率を有する多孔質炭素材を製造することが
できないためである。
【００１３】以下、本発明の多孔質炭素材の製造方法
を、各工程毎に詳細に説明する。 (1)樹脂含浸積層工程 不織布に含浸する熱硬化性樹脂には、フェノール系、フ
ラン系、ポリイミド系等の樹脂が用いられ、好ましくは
残炭率４０重量％以上のものが適用される。これらの熱
硬化性樹脂はアセトン、エーテル、エタノール等の適宜
な有機溶媒や水に溶解して溶液化して使用される。熱硬
化性樹脂溶液は適宜な濃度に調製されるが、溶液中の樹
脂濃度が低いと含浸時に流出して樹脂分を充分に付着保
持することが困難であり、また樹脂濃度が高いと円滑に
含浸することができない。好ましくは、固形樹脂分とし
て５０〜８０重量％の濃度範囲に設定される。含浸処理
は不織布を熱硬化性樹脂溶液中に浸漬するか、熱硬化性
樹脂溶液を不織布に塗布またはスプレーする方法で行わ
れ、熱硬化性樹脂溶液を含浸した不織布は所定の厚さに
なるように複数枚を積層する。
を、各工程毎に詳細に説明する。 (1)樹脂含浸積層工程 不織布に含浸する熱硬化性樹脂には、フェノール系、フ
ラン系、ポリイミド系等の樹脂が用いられ、好ましくは
残炭率４０重量％以上のものが適用される。これらの熱
硬化性樹脂はアセトン、エーテル、エタノール等の適宜
な有機溶媒や水に溶解して溶液化して使用される。熱硬
化性樹脂溶液は適宜な濃度に調製されるが、溶液中の樹
脂濃度が低いと含浸時に流出して樹脂分を充分に付着保
持することが困難であり、また樹脂濃度が高いと円滑に
含浸することができない。好ましくは、固形樹脂分とし
て５０〜８０重量％の濃度範囲に設定される。含浸処理
は不織布を熱硬化性樹脂溶液中に浸漬するか、熱硬化性
樹脂溶液を不織布に塗布またはスプレーする方法で行わ
れ、熱硬化性樹脂溶液を含浸した不織布は所定の厚さに
なるように複数枚を積層する。
【００１４】(2)加圧成形工程 加圧成形工程は、上記の (1)樹脂含浸積層工程で作製し
た積層体を圧縮成形する工程である。積層体は、先ず真
空雰囲気下に置いて真空脱気処理される。真空脱気処理
は、積層体中の有機溶媒や水等の揮発性成分を揮散させ
るもので、熱硬化性樹脂の含浸性を高め樹脂成分を安定
に保持させ、閉塞のないオープンポアを形成させるため
に必要な処理である。真空脱気処理は、１０mmHg以下の
真空度に保持することが好ましく、樹脂成分を均一に含
浸させ、不織布の繊維に樹脂を安定に付着保持させるた
めに不揮発分が８０重量％以上になるように脱気処理す
ることが望ましい。
た積層体を圧縮成形する工程である。積層体は、先ず真
空雰囲気下に置いて真空脱気処理される。真空脱気処理
は、積層体中の有機溶媒や水等の揮発性成分を揮散させ
るもので、熱硬化性樹脂の含浸性を高め樹脂成分を安定
に保持させ、閉塞のないオープンポアを形成させるため
に必要な処理である。真空脱気処理は、１０mmHg以下の
真空度に保持することが好ましく、樹脂成分を均一に含
浸させ、不織布の繊維に樹脂を安定に付着保持させるた
めに不揮発分が８０重量％以上になるように脱気処理す
ることが望ましい。
【００１５】真空脱気処理した積層体は、加圧圧縮して
含浸樹脂の一部を除去することにより付着保持する樹脂
量が調節され、次いで５０〜１８０℃の温度に加熱して
樹脂成分を硬化することにより成形体が得られる。この
ように付着樹脂量を制御することにより多孔質炭素材の
気孔特性を所定の値に制御することが可能となる。
含浸樹脂の一部を除去することにより付着保持する樹脂
量が調節され、次いで５０〜１８０℃の温度に加熱して
樹脂成分を硬化することにより成形体が得られる。この
ように付着樹脂量を制御することにより多孔質炭素材の
気孔特性を所定の値に制御することが可能となる。
【００１６】加圧圧縮は樹脂含浸量に応じて圧縮率を調
整することにより行うが、圧縮率は使用する不織布の嵩
密度、気孔径、気孔率等に応じて設定され、例えば気孔
モード径が７０μm 以上、気孔率が５０％以上という大
気孔径、高気孔率の多孔質炭素材を製造するためには、
加圧成形体の見掛け体積中に占める不織布量を０．０３
〜０．１５ g/cm3、成形体の気孔率を４５〜７５％の範
囲に制御することが必要である。不織布量が０．０３ g
/cm3を下回ると、含浸された樹脂を保持できずに成形体
に密度差を生じたり、強度低下を招き、０．１５ g/cm3
を越えると気孔径が小さくなる。また成形体の気孔率４
５％以下では多孔質炭素にした場合目標とする気孔率５
０％以上のものは得られず、気孔率７５％を越えると多
孔質炭素材の強度が低下するためである。圧縮率の調整
は加圧成形時に、例えばスペーサーにより成形体の厚さ
を調整することにより制御することができる。なお、硬
化温度を５０〜１８０℃とするのは、５０℃を下回ると
樹脂成分の硬化が不十分となり、一方１８０℃を越える
と気孔径や気孔率が低下するためである。
整することにより行うが、圧縮率は使用する不織布の嵩
密度、気孔径、気孔率等に応じて設定され、例えば気孔
モード径が７０μm 以上、気孔率が５０％以上という大
気孔径、高気孔率の多孔質炭素材を製造するためには、
加圧成形体の見掛け体積中に占める不織布量を０．０３
〜０．１５ g/cm3、成形体の気孔率を４５〜７５％の範
囲に制御することが必要である。不織布量が０．０３ g
/cm3を下回ると、含浸された樹脂を保持できずに成形体
に密度差を生じたり、強度低下を招き、０．１５ g/cm3
を越えると気孔径が小さくなる。また成形体の気孔率４
５％以下では多孔質炭素にした場合目標とする気孔率５
０％以上のものは得られず、気孔率７５％を越えると多
孔質炭素材の強度が低下するためである。圧縮率の調整
は加圧成形時に、例えばスペーサーにより成形体の厚さ
を調整することにより制御することができる。なお、硬
化温度を５０〜１８０℃とするのは、５０℃を下回ると
樹脂成分の硬化が不十分となり、一方１８０℃を越える
と気孔径や気孔率が低下するためである。
【００１７】(3)焼成炭化工程 上記の工程で一体に積層硬化された硬化成形体を窒素や
アルゴン等の非酸化性雰囲気下で８００℃以上の温度に
加熱処理して不織布および樹脂成分を焼成炭化する工程
である。焼成炭化工程により不織布や樹脂成分は炭素質
に転化するが、８００℃未満の温度では不織布や樹脂成
分を充分に炭化することができない。しかしながら、２
０００℃以上の温度で焼成炭化しても効果上の差異は小
さいので焼成炭化は２０００℃以下の温度で行えば充分
である。なお、焼成炭化時に、硬化成形体を表面が平滑
な黒鉛板等に挟んだ状態で加熱処理すると、得られる多
孔質炭素材の表面が平滑化し、また反り等の変形が防止
できるので好ましい。
アルゴン等の非酸化性雰囲気下で８００℃以上の温度に
加熱処理して不織布および樹脂成分を焼成炭化する工程
である。焼成炭化工程により不織布や樹脂成分は炭素質
に転化するが、８００℃未満の温度では不織布や樹脂成
分を充分に炭化することができない。しかしながら、２
０００℃以上の温度で焼成炭化しても効果上の差異は小
さいので焼成炭化は２０００℃以下の温度で行えば充分
である。なお、焼成炭化時に、硬化成形体を表面が平滑
な黒鉛板等に挟んだ状態で加熱処理すると、得られる多
孔質炭素材の表面が平滑化し、また反り等の変形が防止
できるので好ましい。
【００１８】本発明の多孔質炭素材の製造方法は、抄紙
面である平面方向ばかりでなく厚さ方向の３次元方向に
も繊維が絡み合った不織布を用いるので、積層時および
加圧成形時にこれらの繊維が相互に絡み合って積層間の
密着性が向上し、強固な成形体が形成される。また、加
圧成形時の圧力を過度に上げる必要がないために、多孔
質炭素材の厚さが同じ場合には積層枚数を減らすことが
可能であり、所定の厚さに対する層間が少なくなる効果
もある。また、３次元方向の繊維の存在により加圧成形
時の収縮が少なく、更に、特定性状の不織布を用い、特
定の条件下に樹脂含浸および加圧成形することにより、
骨格となる繊維間が広がり、大きな気孔の形成や気孔率
の増大に有効機能する。
面である平面方向ばかりでなく厚さ方向の３次元方向に
も繊維が絡み合った不織布を用いるので、積層時および
加圧成形時にこれらの繊維が相互に絡み合って積層間の
密着性が向上し、強固な成形体が形成される。また、加
圧成形時の圧力を過度に上げる必要がないために、多孔
質炭素材の厚さが同じ場合には積層枚数を減らすことが
可能であり、所定の厚さに対する層間が少なくなる効果
もある。また、３次元方向の繊維の存在により加圧成形
時の収縮が少なく、更に、特定性状の不織布を用い、特
定の条件下に樹脂含浸および加圧成形することにより、
骨格となる繊維間が広がり、大きな気孔の形成や気孔率
の増大に有効機能する。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００２０】実施例１〜８、比較例１〜５ 原料繊維として、嵩密度、水銀圧入法で測定した気孔モ
ード径、気孔率の異なる天然パルプ系不織布を使用し、
熱硬化性樹脂溶液にはフェノール・ホルムアルデヒド樹
脂〔住友デュレズ（株）製、PR 940〕をエタノールに溶
解して不揮発分７０重量％に調整した樹脂溶液を用い
た。この熱硬化性樹脂溶液を不織布に塗布により含浸し
て樹脂成分の付着保持量の異なる不織布シートを作製し
た。この不織布シートを所定の枚数積層し、積層体を常
温で１０mmHgの真空下に脱気処理して不揮発分９０重量
％にした後、加圧成形し、次いで１５０℃の温度に加熱
して硬化した。このようにして、成形体の見掛け体積中
に占める不織布量および気孔率等の異なる厚さ２５mmの
成形体を作製した。
ード径、気孔率の異なる天然パルプ系不織布を使用し、
熱硬化性樹脂溶液にはフェノール・ホルムアルデヒド樹
脂〔住友デュレズ（株）製、PR 940〕をエタノールに溶
解して不揮発分７０重量％に調整した樹脂溶液を用い
た。この熱硬化性樹脂溶液を不織布に塗布により含浸し
て樹脂成分の付着保持量の異なる不織布シートを作製し
た。この不織布シートを所定の枚数積層し、積層体を常
温で１０mmHgの真空下に脱気処理して不揮発分９０重量
％にした後、加圧成形し、次いで１５０℃の温度に加熱
して硬化した。このようにして、成形体の見掛け体積中
に占める不織布量および気孔率等の異なる厚さ２５mmの
成形体を作製した。
【００２１】このようにして作製した成形体について、
原料不織布の特性ならびに樹脂付着量等を表１に、また
成形体の特性を表２に示した。
原料不織布の特性ならびに樹脂付着量等を表１に、また
成形体の特性を表２に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】これらの成形体を、表面が平滑な黒鉛板に
挟んだ状態で電気炉に入れ、周囲をコークスパッキング
で被包し、窒素雰囲気下で１５００℃の温度に加熱して
焼成炭化処理した。このようにして製造した多孔質炭素
材について各種の特性を測定して、その結果を表３に示
した。なお、特性は下記の方法により測定した値であ
る。 嵩密度；ＪＩＳ Ｒ７２２２により測定 気孔モード径、気孔率；水銀圧入法により測定 曲げ強度；ＪＩＳ Ｋ６９１１により測定 通水量；直径７５mm、厚さ９mmの試験片に１Kg/cm2の水
圧を掛けた時に１分間に流通した水量を測定 層間強度；曲げ試験において、支点間距離を試料厚さの
４倍で強度を測定し、下式により算出 τb ＝４Ｐ／３ｂｈ τb ；層間強度 (Kg/cm2) Ｐ ；最大荷重 (Kgf) ｂ ；試験片幅 (mm) ｈ ；試験片厚さ (mm)
挟んだ状態で電気炉に入れ、周囲をコークスパッキング
で被包し、窒素雰囲気下で１５００℃の温度に加熱して
焼成炭化処理した。このようにして製造した多孔質炭素
材について各種の特性を測定して、その結果を表３に示
した。なお、特性は下記の方法により測定した値であ
る。 嵩密度；ＪＩＳ Ｒ７２２２により測定 気孔モード径、気孔率；水銀圧入法により測定 曲げ強度；ＪＩＳ Ｋ６９１１により測定 通水量；直径７５mm、厚さ９mmの試験片に１Kg/cm2の水
圧を掛けた時に１分間に流通した水量を測定 層間強度；曲げ試験において、支点間距離を試料厚さの
４倍で強度を測定し、下式により算出 τb ＝４Ｐ／３ｂｈ τb ；層間強度 (Kg/cm2) Ｐ ；最大荷重 (Kgf) ｂ ；試験片幅 (mm) ｈ ；試験片厚さ (mm)
【００２５】
【表３】
【００２６】比較例６、７ α−セルロース９０％以上のレーヨンパルプ（10デニー
ル×10mm）７５重量部と針葉樹パルプ２５重量部を水に
分散させ、分散液を抄紙して坪量７０g/m2、嵩密度 0.3
0g/cm3のシートを得た。このシートに樹脂付着量が５０
g/m2（比較例６）、１００g/m2（比較例７）となるよう
に５０重量％のフェノール樹脂溶液を含浸し、乾燥後積
層して１５０℃に加熱して硬化した。得られた成形体を
実施例と同様に温度１５００℃で焼成炭化して、多孔質
炭素材を製造した。このようにして製造した多孔質炭素
材について各種の特性を測定し、これらの結果を表１、
２および３に併載した。
ル×10mm）７５重量部と針葉樹パルプ２５重量部を水に
分散させ、分散液を抄紙して坪量７０g/m2、嵩密度 0.3
0g/cm3のシートを得た。このシートに樹脂付着量が５０
g/m2（比較例６）、１００g/m2（比較例７）となるよう
に５０重量％のフェノール樹脂溶液を含浸し、乾燥後積
層して１５０℃に加熱して硬化した。得られた成形体を
実施例と同様に温度１５００℃で焼成炭化して、多孔質
炭素材を製造した。このようにして製造した多孔質炭素
材について各種の特性を測定し、これらの結果を表１、
２および３に併載した。
【００２７】表１〜３の結果から本発明の方法により製
造された実施例１〜８の多孔質炭素材に比較して、比較
例１〜５の条件で製造された多孔質炭素材は以下のこと
が言える。 (1)比較例１は嵩密度０．２０g/cm3 の不織布紙を使用
しているため、気孔径が小さくなり、実施例１より低位
にある。 (2)比較例２、４は、成形体気孔率が４５％以下になる
ように成形したため、気孔モード径、気孔率が小さく充
分な通水量が得られない。 (3)比較例３は、成形体不織布量を０．１６g/cm3 とし
て成形したため、気孔モード径、気孔率共に実施例より
低位にある。 (4)比較例５は、気孔率が７５％以上の成形体を焼成炭
化して得た多孔質炭素材であるため、強度特性が低い。 (5)比較例６、７は不織布に換えてレーヨンパルプのシ
ートを使用したため、気孔モード径、気孔率共に実施例
より低位にあることが判る。
造された実施例１〜８の多孔質炭素材に比較して、比較
例１〜５の条件で製造された多孔質炭素材は以下のこと
が言える。 (1)比較例１は嵩密度０．２０g/cm3 の不織布紙を使用
しているため、気孔径が小さくなり、実施例１より低位
にある。 (2)比較例２、４は、成形体気孔率が４５％以下になる
ように成形したため、気孔モード径、気孔率が小さく充
分な通水量が得られない。 (3)比較例３は、成形体不織布量を０．１６g/cm3 とし
て成形したため、気孔モード径、気孔率共に実施例より
低位にある。 (4)比較例５は、気孔率が７５％以上の成形体を焼成炭
化して得た多孔質炭素材であるため、強度特性が低い。 (5)比較例６、７は不織布に換えてレーヨンパルプのシ
ートを使用したため、気孔モード径、気孔率共に実施例
より低位にあることが判る。
【００２８】次に、上記の多孔質炭素材について、物性
の異方性を比較するために面方向と厚さ方向の電気抵抗
を測定して、その結果を表４に示した。表４の結果から
実施例の多孔質炭素材は、比較例６、７（２次元的に繊
維が配向しているレーヨンパルプからなるシートででき
た多孔質炭素材）に比較して、厚さ方向と面方向の電気
抵抗（固有抵抗）の比が小さく異方性が改善されている
ことが判る。
の異方性を比較するために面方向と厚さ方向の電気抵抗
を測定して、その結果を表４に示した。表４の結果から
実施例の多孔質炭素材は、比較例６、７（２次元的に繊
維が配向しているレーヨンパルプからなるシートででき
た多孔質炭素材）に比較して、厚さ方向と面方向の電気
抵抗（固有抵抗）の比が小さく異方性が改善されている
ことが判る。
【００２９】
【表４】
【００３０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば大気孔径
で高気孔率の気孔性状を有し、層間強度が高い優れた材
質強度を備えた多孔質炭素材を製造することができる。
したがって、強度特性に優れ、軽量でフィルター、断熱
材、燃料電池や二次電池用の電極材、触媒担体等の広い
用途分野で好適に使用することができる多孔質炭素材の
製造方法として極めて有用である。
で高気孔率の気孔性状を有し、層間強度が高い優れた材
質強度を備えた多孔質炭素材を製造することができる。
したがって、強度特性に優れ、軽量でフィルター、断熱
材、燃料電池や二次電池用の電極材、触媒担体等の広い
用途分野で好適に使用することができる多孔質炭素材の
製造方法として極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 4/04 Ｈ０１Ｍ 4/58 4/58 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｅ
Claims (1)
- 【請求項１】 嵩密度が０．０３〜０．１５ g/cm3、水
銀圧入法で得られる気孔モード径が５０μm 以上、気孔
率が８０％以上の特性を有する不織布に、熱硬化性樹脂
溶液を含浸して積層する樹脂含浸積層工程、積層体を真
空脱気処理したのち加圧処理して含浸樹脂溶液の一部を
除去し、次いで５０〜１８０℃の温度で加熱硬化するこ
とにより成形体の見掛け体積中に占める不織布量を０．
０３〜０．１５ g/cm3、成形体の気孔率を４５〜７５％
に調節する加圧成形工程、硬化成形体を非酸化性雰囲気
下で８００℃以上の温度で処理する焼成炭化工程、とか
らなることを特徴とする多孔質炭素材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9084345A JPH10259076A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 多孔質炭素材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9084345A JPH10259076A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 多孔質炭素材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10259076A true JPH10259076A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13827931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9084345A Pending JPH10259076A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 多孔質炭素材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10259076A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012204121A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Nisshinbo Holdings Inc | 蓄電デバイス用電極 |
| WO2024043101A1 (ja) * | 2022-08-26 | 2024-02-29 | 三菱鉛筆株式会社 | 炭素質の繊維構造体及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP9084345A patent/JPH10259076A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012204121A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Nisshinbo Holdings Inc | 蓄電デバイス用電極 |
| WO2024043101A1 (ja) * | 2022-08-26 | 2024-02-29 | 三菱鉛筆株式会社 | 炭素質の繊維構造体及びその製造方法 |
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