JPS59174510A - 炭素成形品の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は炭素成形品の製造方法に関する。詳しくは、本
発明は、極薄板及び肉薄複雑形状を有する炭素成形品の
製造方法に関する。

炭素材は、非酸化性雰囲気においては溶融、変形するこ
となく優れた耐熱性を示す。又金属に近い電気や熱の伝
導体であり一般的にみて種々の化学薬品にも侵されるこ
とのない大きな耐食性がある。

更に、高い強度対重量比を有すると共に高い比弾性率（
ヤング率／密度）を有する。この様な特性を持つ材料は
金属にもセラミックスあるいはプラスチックスにも求め
得ない有用な材料である。

笑用化されている炭素材料の種類は極めて多いが、最近
可撓性を有する炭素材の開拓が注目され、炭素の物理的
、化学的性質の利用が本格化され始めている。□とくに
、高温下での高い機械的強度の発現及び高い比弾性率、
腐食性雰囲気に対する安定性に着目した炭素薄板及び複
雑成形品は、ノξソキン、ガスケットへの応用あるいは
燃料電池用電極やセパレータ及び化学プラント等の遮蔽
板、更には高い比弾性率に着目した音響製品等の工業用
部材として極めて有用である。然るに炭素材料は展延性
に乏しく不溶・不融であるため金属やプラスチック、ス
の様に目的とする形状を任意に精密加工することが極め
て困難な材料である。それ故従来は大型成形された炭素
材ブロフクよシ切シ出して切削加工するなど複雑且つ困
難な作業を余儀なくされ、特に薄板加工や肉薄の複雑形
状体を成型することは至難とされ未だ製品化に至らなか
ったものである。

本発明の目的は、従来その製作が事実上不可能であった
極薄板状及び肉薄の複雑形状体の製造方法を提供するこ
とにある。

従来、有機高分子物質やピンチタール系物質等の炭素化
原材料を押出、射出、プレス等の常法の工業的成形手段
によシ賦形した後焼成によシ炭素化することも試みられ
たが、極薄板状もしくは肉薄複雑成形体τは、生成形体
（グリーン成形体）を炭素化するに際してその形状維持
を行うことが極めて困難であシ変形もしくは割れを生じ
その目的を達するに到らなかった。

本願発明者は、か＼る状況を鑑み前記した炭素材料の持
つ優れた特性を活かし、任意の寸法形状で精度高く、且
つ基本的に二次加工を要しない前記極薄板及び肉薄の複
雑形状体の製造方法を開拓せんが為鋭意研究した結果、
固相炭化を辿る材料が管理、された条件下で高温下に焼
成されるとその形状を正しく維持していること。及びこ
れらに炭素残査量の高ム有機材料を含浸炭化するとその
形状を維持しつ＼更に高密度化された炭素体が得られる
ことを発見し、本発明を想到するに至ったものである。

本願発明の方法においては、基本的に固相炭化を辿る有
機物質の繊維もしくは空気酸１ヒによる架橋、、あるい
は濃硫酸等による酸処理によって脱水素反応が行われ、
その後の炭［ヒの経路が固相炭化を辿る様な繊維を原料
素材として用い、これを常法の抄造加工法を採用するこ
とによって直接設計された複雑異形型に賦形するか又は
、抄紙加工、織布加工、フェルト加工を施すことで先ず
紙、布、フェルトを得た後これを折紙加工、横着加工、
プレス加工、縫製加工等の手段により予め設計された形
状に賦形することによシ所望する製品の第一次成形体を
得る。

次に、この第一次成形体に用いた有機高分子繊維集合体
が基本的に固相炭（ヒを辿るものの場合はそのま＼の状
態で次の含浸処理工程へ移して良いが、炭素比に際し不
溶・不融（ヒ処理が必要とされる場合はこの段階で必要
とされる空気酸比による架橋反応又は酸処理による脱水
素反応（炭素前駆体１ヒ処理と言う）を十分行わしめた
後第−次成形体とする。

こうして得られた第一次成形体に焼成後比較的高い炭素
成育を残す前記有機材料の液状物を浸漬、塗付又はオー
トクレーブ等による真空もしくは加圧による含浸処理を
施し十分に含浸材料を内部に１で浸透させる。含浸材料
を内部に充填された第一次成形体は更に硬（ヒ反応もし
くは、不溶・不融（ヒ処理を施して第二次成形体（グリ
ーン成形体という。）を得る。

第二次成形体（グリーン成形体）を窒素ガス等の不活性
気相雰囲気中において、徐々に昇温し８００℃以上に焼
成し炭素（ヒさせることによって目的とする極薄板及び
肉薄複雑形状を有する炭素成形体を得る。

なお、従来有機物繊維や炭素繊維の短繊維（テヨンプド
ファイバー）等や粉末状炭素、及びコークス粉等を体質
材（フィラー）としてピッチ、タールや合成樹脂類を結
合材又はマトリックスとして用いた試みが成されたがこ
れらの体質材（フィラー）は成形物の形状維持能力に乏
しく、焼成過程に於ける変形が著しく設計形状のものが
精度高く得られないばかりでなく甚しくは破損するに至
９目的を達成することが極めて困難であった。

次に本発明を実施例によって具体的に説明するが以下の
範囲に限定されるものではない。

実施例１ ５００−の水に１重量係の０Ｍ０（カルボキシメチルセ
ルロース）を溶解し、水溶液粘Ｖを２０℃で１２００．
　Ｐ、　Ｓに調整した後市販セルロースを加え高速攪拌
をして高度な剪断力を加えセルロース繊維を膨潤軟化さ
せ適度にフィブリル１ヒさせたスラリーを得た。このス
ラリーを第１図の様な予め設計′された形状を有する連
続多孔型に流し込み反対側よシ減圧脱気して抄造した後
６０℃のエアーバス中で１時間乾燥させて最大厚さ２ｍ
ｍの賦形された板紙を脱型して第一次成形体を得た。こ
の第一次成形体をケルイミド（三井石油叱学社製ケルイ
ミド１０５０、ポリイミド樹脂初期縮重合体）１００Ｆ
をその溶媒であるＮＭＰ（Ｎ−メチル、ピロリドン）　
２００　ｍｌに溶解させた含浸用有機材料液中に浸漬し
、十分に含浸させた後余剰の含浸１’ｚ除去してから乾
燥して溶媒を揮散させ、更に１２０℃のエアーパス中で
６０分間加熱処理を施し含浸されたケルイミドを硬化さ
せて第二次成形体（グリーン成形体）とした。

次に、第二次成形体を窒素ガス気流中において１０℃／
時間ｆＣ５００℃まで、昇温し更に５０℃／時陪で１０
００℃まで昇温させて炭素比させた。

得られた異形炭素板は体積収縮率２５ｑ６嵩比重１、４
５　ｆｒ／ｃｒｄて設計された形状を精度高く維持した
ものであった。

実施例２ 常法に基づく抄紙工程によって得られた厚さ０３′鬼、
大きさ１５０　ｍｍφの濾紙（東洋濾紙社製Ｎ□、２　
）を第一次成形体として用い、これを旭電比工業社製塩
比ゴム（０１％−１５０）４００ｆｒをトルエン１ｐＯ
ｔｄに溶解した含浸用有機材料液中に浸漬し十分に含浸
させ、余剰の含浸液を除去し、乾燥して溶媒を揮散させ
た後、エアーバス中において、１００℃で１０時間更に
１５０℃に５時間１８０℃に３時間加熱処理を施して空
気酸化による架橋反応を行わせ黒褐色の第二次成形体を
得た。次にこれを表面の平滑な２枚の黒鉛板に挾み実施
例１と全く同じ工程で焼成し平滑な極薄炭素板を得た。

得られた炭素板は厚さ０２ｒＩＬｍ体積収縮率３０％、
嵩比重１．３０　？ｒ　／ｃｒｄで破断面はガラス状を
呈し、硬度が高く不浸透性を有していた。

実施例３ 硬化ノボロイド繊維（群栄化学社製カイノール繊維）′
ｆｔ原料として用い常法に基づく織布加工によって得ら
れた目付２００９／−の綾織物を第一次成形体として用
い、これにフラン樹脂初期縮合物（日Ｍ、　ｒｅ成社製
ヒタフラン３０２）７０重重量圧高結晶性天然黒鉛（平
均粒度２μｍ）３０％を配合したものをロールで十分混
練した。この組成物１００重量部に対し１０重量部のフ
ルフラールを加え粘度調整したものに適量の硬化剤を加
えた含浸用有機材料液中に浸漬し余剰の含浸液を除去し
た後６０℃のエアーバス中で３０分処理した後１００℃
で予熱された加圧プレスで５０　ｋｇ／　ｃｎｌに加圧
して形を整え更に、１５０℃で３時間加熱処理して硬１
ヒ反応を完了させ第二次成形体を得た。

これを実施例２と同様の条件で焼成して平滑な極薄炭素
板を得た。得られた炭素板は厚さ０．１５１ｎｍ嵩比重
１．５５ｆｒ／ｃ４で破断面はガラス状を呈し不浸透性
を有していた。

実施例４ クラフトパルプ（ＫＰ）を原料として製紙された紙を波
形にプレス成型したものを第２図のようにデンプン糊で
貼９合わせハニカム構造とした第一次成形体を加工し、
これに含浸用有機材料としてポリイミド樹脂初期縮合物
（三井石油（ヒ学社製ケルイミド１０５０・）金剛いて
以下実施例１と同様の工程で焼成炭［ヒして薄肉炭素ハ
ニカム構造体を得た。

この−炭素ハニカムは体積収、縮率２５チで嵩比重１、
５０　ｆｒ　／　ｃｔ／ｌであシ設計された形状を精度
高く維持していた。

実施例５ 市販の０−ＰＶＯ日本カー）々イド工業社製二カテンプ
Ｔ−０２５（後塩素化塩ビ、重合度６５０塩素比度６５
）をＱ、３ｍｍφのダイを用いて溶融紡糸し空気中で４
倍に延伸してフィラメントヤーンを得た。このフィラメ
ントヤーンを金属容器に入れ１５０℃に加熱してフェル
ト、マット状の第一次成形体を得た。このフェルト、マ
ントを濃硫酸中に浸漬し１００℃で３０分間処理して脱
塩酸及び脱水素反応を行わせて炭素前駆体１ヒ処理を施
した。こうして得られたものは黒褐色を呈しその後の炭
（ヒに際し、再度溶融変形することはない。

この第一次成形体炭素前駆体１ヒ処理物を水洗した後乾
燥したものにフラン樹、脂初期縮合物（ヒタフラン３，
０２°）１００重量部に２重量部の硬１ヒ剤を加えた含
浸用有機材料液中に浸漬したのち、圧搾して内部の含浸
液を絞シ出し、第一次成形体の繊維表面が含浸液で均一
に被覆された状態にす゛る。

次に、これを１００℃のエアーバス中で十分に硬１ヒさ
せた後実施例１と同郷の工程で焼成し炭素「ヒさせた。

こうしてフェルトマット状の炭素多孔体が得られた。こ
の炭素多孔体は気孔率８０％、嵩密度０．５　ｆ　／　
ｃｄであった。

以上の如く、本発明の新炭素成形品の製造方法によれば
、従来その製造が極めて困難であった炭素極薄板、及び
炭素肉薄複雑形状体が容易に且つ経済的にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における抄造加工の説明図である。 図において、１はスラリー、２は連続多孔体製成型用抄
型、３は成型用抄型支持枠、４は減圧室である。 第２図は実施例４におけるハニカム構造体、図において
５は糊着部である。 奉ｌ藺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基本的に固相炭化する性質を有する有機高分子繊維
   、または不溶不融化処理の後固相炭化を辿る性質を有す
   る合成高分子繊維の集合体を素材とし、これを抄造加工
   することにより予め設計された形状に賦形し、あるいは
   、抄紙加工、織布加工または、フェルト加工によりそれ
   ぞれの素材から紙、布またはフェルトを得た後これをそ
   のままあるいは折紙Ｊｌｌ工、糊層加工、プレス加工、
   縫製加工、等の手段にｘシ予め設計された形状に賦形し
   、得られた賦形体に、該素材が有機高分子繊維の場合は
   そのまま、合成高分子繊維の場合は炭素両部体化処理を
   施した後、常温において液状、あるいは溶媒または加熱
   によって液状を呈する性質を有し焼成後の炭素残査量の
   多い有機材料を含浸し、含浸した賦形体に硬化処理、も
   しくは不溶・不融化処理を施しでグリーン成形体を得、
   このグリーン成形体を不活性気相雰囲気中において所定
   温度で炭化させることから成る炭素成形品の製造方法。 ２、該有機高分子繊維は、ノξルプ及びセルロース誘導
   体木綿、ノゼロイド（フェノール系）繊維、アラミド（
   芳香族ポリアミド系）繊維及びポリアミドイミド系繊維
   から成る群から選ばれた第１項に記載の炭素成形品の製
   造方法。 ３、該合成高分子繊維はポリアクリロニトリル、ポリ塩
   化ビニル、後塩素化ポリ塩化ビニル及びポリビニルアル
   コールから成る群から選ばれた第１項に記載の炭素成形
   品の製造方法。 ４、該有機材料はフラン樹脂、フェノール樹脂、ビスマ
   レイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、アミドイ
   ミド樹脂及び芳香族ポリアミド系樹脂から成る群から選
   ばれた熱硬化性樹脂またはその初期縮重合物である第１
   項に記載の炭素成形品の製造刃・法。 ５、該有機材料はポリ塩化ビニル、後塩素化ポリ塩化ビ
   ニル、塩化ザム、塩化ビニリデン、ピッ　　　　□チ、
   タール及びリグニンから成る群から選ばれた熱可塑性樹
   脂である第１項に記載の炭素成形品の製造方法。 ６、該有機材料の粘度は５０〜５，０ＯＯＯＰＳである
   第１項に記載の炭素成形品の製造方法。 ７、該有機材料が熱硬化性樹脂類の場合は、含浸処理の
   際硬化剤を加える第１項に記載の炭素成形品の製造方法
   。 ８、該有機材料が熱可塑性樹脂類の場合は、含浸処理し
   た後絶乾状態に乾燥させる第１項に記載の炭素成形品の
   製造方法。 ９、該グリノーン成形体の炭化温度は４００℃以上であ
   る第１項に記載の炭素成形品の製造方法。