JPS60155570A - 不浸透性中空カ−ボン成形体の製造法 - Google Patents

不浸透性中空カ−ボン成形体の製造法

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JPS60155570A
JPS60155570A JP59009527A JP952784A JPS60155570A JP S60155570 A JPS60155570 A JP S60155570A JP 59009527 A JP59009527 A JP 59009527A JP 952784 A JP952784 A JP 952784A JP S60155570 A JPS60155570 A JP S60155570A
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carbon
pipe
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shaped
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川窪 隆昌
充 吉田
小田島 英夫
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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】 本発明は不浸透性中空カーボン成形体の製造法に関する
対向面に向かって複数個の貫通孔を有する中空カーボン
成形体はカーボンの耐熱性、耐蝕性、熱伝導性等に対す
る優れた性質により、主にブロック式熱交換器等の用途
に供されている。ブロック式熱交換器は主方体もしくは
直方体の不浸透黒鉛性ブロックに熱交換する流体が主と
して十字向流するように、一段おきに多数の貫通孔が設
けられであるもので套管式熱交換器に比し約1/2〜1
/3の容積で同容量の熱交換を行うことができ設置場所
に制約のある所での利用価値の大きいことで知られてい
る。
このブロック式熱交換器の従来の製造法としては、不浸
透黒鉛製ブロックをドリルで孔を開は加工して製造する
方法、或いは不浸透黒鉛製ブロックの表面を溝切加工し
た後接着貼り合わせして一体化して製造する方法、或い
はカーボン粉末と熱硬化性樹脂バインダーとの混合物を
限定さ檀こ熱膨張係数(18x 10 C1/’c3以
上ンの金属の板又は棒とともに成形型内に充填した後熱
圧成形してバインダー硬化後冷却して金属板又は棒を引
き抜く方法(特開昭58−148726号)等がある。
しかしながら、従来の加工機械を用いる方法では、寸法
精度に優れた貫通孔を有する中空カーボン成形体が得難
く、また切削加工時に切粉が発散したり、工具の損耗が
大きいなど多大の工数を要する等の多くの問題を孕んで
いる。叉特開昭58−148726号における金属の板
又は棒を引き抜く方法は寸法精度に優れた貫通孔を得る
ことは出来るものの熱処理による樹脂硬化復炭素化焼成
の工程が取られていないため、耐熱性、耐蝕性、熱伝導
性に劣り、その使用温度は著しく制限される。
ところで、一般炭素材料は、焼成過程でのバインダーの
炭素化の際に生じた多数の微細な気孔を残しているため
、流体に対しては透過イ!Lである。
従って、通常不浸透性黒鉛ブロックを製造する場合、人
造黒鉛ブロックに熱硬化性の合成樹脂又はピンチ等を加
圧含浸した後熱処理して樹脂を硬化させることによって
不浸透性とする方法、或いは合成樹脂又はピンチ等を加
圧含浸処理した後再度焼成し、目的の密度に達するまで
この操作を繰り返し行う方法がある。しかしながら、前
者の場合は、含浸する合成樹脂の種類にもよるが一般的
に耐熱性、耐蝕性に劣るものであり使用温度も制限され
る。また、後者の場合は、耐熱性、耐蝕性には優れるも
のの多大の工数を要しコストの面で不利である。
本願発明者等は、以上の欠点に鑑み鋭意研究の結果、カ
ーボン粉末と焼成後高い残査収率を示ず熱硬化性樹脂バ
インダーから成るパイプ形状の成形体を成形型内に配置
し、カーボン粉末と焼成後炭素残査を示す液状ピッチ、
或いは熱硬化性樹脂バインダー等から成る液状組成物を
成形型内に配置されたパイプ形状成形体の間隙に充填し
、硬化させた後不活性ガス雰囲気中で炭素化処理するこ
とにより寸法精度に優れた貫通孔を有し耐熱性、耐蝕性
、熱伝導性に優れ、不浸透性を有し、炭素化焼成後は二
次加工を一切必要としない高強度の不浸透性中空カーボ
ン成形体を得ることに想到した。
本発明の方法を用いることにより、従来に比べて簡単な
方法で貫通孔を形成することが可能となった。さらに特
筆すべき点として、従来の方法では、いづれの場合にお
いても直線状の貫通孔しか得られなかったが、パイプ形
状成形体を容易に変形可能なグリーン状態において湾曲
状又は螺旋状に成形することにより、従来方法では得ら
れなかった湾曲状又は!!Il!旋状の貫通孔を有する
中空カーボン成形体が製造可能となった。
本願発明において、炭素と云う語は炭素質及び黒鉛質を
包含する。また、カーボン粉末と熱硬化性樹脂とを混合
混練した後任意の形状に成形した状態をグリーン状態と
称し、さらに炭素前駆体状態とはグリーン状態の成形体
を炭素化促進触媒又は架橋剤又は重合開始剤を添加する
方法、酸化処理する方法、空気等の雰囲気中で50〜5
 ’00°Cに加熱架橋する方法、或いは紫外線、電子
線又はその他の放射線等を照射して架橋硬化させる方法
等の手段によ、て不溶不融化処理した状態を云う。
以下に本発明の不浸透性中空カーボン成形体の製造法に
ついて具体的に説明する。
まづ、カーボン粉末の一種又は二種以上を混合した混合
物と焼成後高い残査収率を示す熱硬化性樹脂との配合物
に、必要に応じて硬化剤を加え、ヘンシェルミキサー等
の混合機で均一に混合し、加圧ニーター、コニーター、
2本ロール、3本ロール等の高度に剪断力がかけられる
混練機を用いて、必要に応じて加熱操作を加えて、重合
によって半溶融状態になった混練物を、押出成形機を用
いてパイプ形状に成形することによって、不活性雰囲気
中で焼成して炭素パイプを得ることの出来るグリーン状
態のパイプ形状成形体を得る。このパイプ形状成形体を
容易に変形可能なグリーン状態において第1図の棒状の
ままか、或いは第2図の湾曲状に、或いは第3図に示す
螺旋状に成形する。このグリーン状態成形体を炭素前駆
体化処理することによって炭素前駆体化状態の成形体が
得られる。得られたグリーン状態若しくは炭素前駆体化
状態の棒状、湾曲状或いは螺旋状のパイプ形状成形体は
、成形型内に収容し得る適当な寸法に切断しておく。
使用するカーボン粉末は、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、
カーボンブランク、コークス粉末等の−・種又は二種以
上を選択し、平均粒子径は2mm以下、好ましくは1m
m以下の粉末状の炭素粉を配合物全量に対し10〜90
重量%、好ましくば20〜80重量%添加する。またバ
インダーとして使用する焼成後高い炭素残査収率を示す
熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、エ
ポキシ樹脂等の一種又は二種以上を選択する。
なお、押出成形後得られたグリーン状態のパイプ形状成
形体を容易に湾曲状もしくは螺旋状に成形可能なものと
する、最も適したカーボン粉末とバインダーの重量化は
選択するカーボン粉末とバインダーの種類によって異な
るものである。
次に、成形型内に充填するカーボン粉末と焼成後炭素残
査を示す液状ピンチ或いは熱硬化性樹脂バインダー等か
ら成る液状組成物を用意する。これはカーボン粉末の一
種又は二種以上を混合した混合物と焼成後炭素残査を示
す液状ピンチ、若しくは熱硬化性樹脂バインダー等との
配合物に、必要に応じて硬化剤を加え、ヘンシェルミキ
サー、ワーミキサー、ポニーミキサー等の混合機で常温
下で均一に混合して得られる。
使用するカーボン粉末は、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、
カーボンブランク、コークス粉末の一種又は二種以上を
遺釈し、平均粒子径が2mm以下、好ましくは1mm以
下の粉末状炭素粉を配合物全量に対して10〜30重量
%添加する。また、バインダーとして使用する液状ピッ
チ貰しては、石油アスファルト、コールクールピンチ、
ナフサ分解ピンチ及び石油アスファルト−コールクール
ピッチ等が用いられる。熱硬化性樹脂としては、フェノ
ール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等が用いられる。
これら液状ピンチ、熱硬化性樹脂等の一種又は二種以上
を選択する。
また、成形型内に充填する際の液状組成物の粘度は、そ
の流動性、充填性、気泡の抱き込み等の問題に鑑み、5
000cp以下、好ましくは1000cp以下とする。
また、必要に応じて、液状組成物を樹脂硬化開始温度以
下に加熱し粘度を下げる方法も採られる。
得られた液状組成物は、必要に応じて真空脱泡装置を用
いて真空脱泡する。これは、液状組成物中に残存する気
泡が炭素化焼成中において熱膨張を起こすことによって
焼成物のスポーリング、内部クランクの発生の原因とな
るため、これを除去するために行うものである。
次に、先に得られたグリーン状態もしくは炭素前駆体化
処理状態の棒状または湾曲状又は螺旋状のパイプ成形体
を第4図、第5図又は第6図のように成形型内に配置し
、そのパイプの間隙に得られた液状組成物を充填する。
このグリーン状態の中空成形体を炭素前駆体化処理を施
し、不溶不融化状態にした後、不活性ガス雰囲気中で8
00℃以よ、好ましくは1000℃以上に加熱昇温しで
炭素化処理を行う。冷却後、不浸透性を有する中空カー
ボン成形体が得られる。
以下に実施例を述べるが、本願発明はこの実施例に限定
されるものではない。
遺」1対−」− フラン樹脂初期綜合物 70wt% (ヒタフランVF302日立化成社M)鱗状黒鉛粉末 
30wt% (csp日本黒鉛製 平均粒径7μ) 以上の材料をヘンシェルミキサーを用いて均一に分散し
た。次にその混合物をロール表面温度70〜80℃に保
ったミキシング2本ロールに通し、十分にバンク練りを
行った後、ロール間隔をゼロにしてフィルム状にして回
収した。この回収されたフィルム状組成物をプランジャ
ー押出成形機によりパイプ成形用ダイを用いて80°C
のグイ温度にてパイプ形状に押出し、その後切断して外
径13mmφ、内径9mmφ、長さ65mmの寸法に揃
えて25本用意した。これらのパイプ形状物を第4図の
ように65mmX 65mmX 65mmの成形型内に
各段5本づつ、一段毎に十字向流するように全5段に配
置した。次に、上記と同一の材料をヘンシェルミキサー
を用いて混合し液状組成物を得、この液状組成物を真空
脱泡した後、成形型内のパイプ形状物の間隔に充填した
。この中空成形体を空気中で150℃に10時間、18
0℃に10時間処理して予備酸化させた後、窒素雰囲気
中で30’C/ hの昇温速度にて昇温させ1050℃
に3時間保持した後、自然冷却して寸法が60mmX6
0mmX60mm、孔径81I1mの貫通孔25個を有
する不浸透性中空カーボン成形体を得た。
得られた不浸透性中空カーボン成形体は、圧縮強度3 
kg / vats−通気率5. OX 10 cIA
/sec熱伝導度0.03cal /c+n、s、 ’
Cの優れた性質を有するもであった。
去籏孤−1 実施例1と同−原料及び同一条件で得られたグリーン状
態のパイプ形状成形体を、第2図のようにパイプ中心よ
りR26mm、 R13’mmの2M類の湾曲状パイプ
形状物に成形し、各5本づつ用意した。次に、第5図の
ように65mmx 65mmx 65mmの成形型内に
、先に得られた2種類の湾曲状パイプ形状物を各段1本
づつ1段毎に十字交流するように全5段に配置した。
以下は実施例1と同一条件で60mmx 60mmx6
0mm、孔径8mm、貫通孔20個、湾曲状の貫通孔を
有する不浸透性中空カーボン成形体が得られた。
スU 実施例1と同−原料及び同一条件で得られたグリーン状
態のパイプ形状成形体を、平清な表面を有するセラミッ
ク製パイプ(直径50.0mmφ)に巻きつけた。これ
を空気中で、150℃で10時間、180℃で10時間
処理して予備酸化させた後、セラミック製パイプ(支持
体)より離型し外径13mmφ、内径9mmφ、長さ8
0IIII11の第3図の如き螺旋状のパイプ形状物を
得た。これを第6図のように80mmx 8’O+nn
+x 81)mmの成形型内に配置した。
以下は実施例1と同一条件で74a+n+x 74mn
+x741、孔径3mm、貫通孔1個、螺旋状の貫通孔
を有する不浸透性中空カーボン成形体が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図はパイプ形状に押出成形したパイプ形状成形物を
示す。 第2図及び第3図は第1図の棒状のパイプ形状成形物を
グリーン状態でそれぞれ湾曲状及び螺旋状に成形した湾
曲状及び螺旋状のパイプ形状成形物を示す。 第4図、第5図及び第6図はそれぞれ棒状パイプ形状成
形物、湾曲状パイプ形状成形物及び螺旋状パイプ形状成
形物を成形型内に配置し、その間隙に液状組成物を充填
した模式図である。 第7図、第8図及び第9図はそれぞれ炭素化焼成後得ら
れた直線状の貫通孔を有する中空カーボン成形体、湾曲
状の貫通孔を有する中空カーボン成形体及びIl!lI
!旋状の貫通孔を有する中空カーボン成形体の模式図で
ある。 特許出願人 三菱鉛筆株式会社 葎、乙 図 葎、7 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) カーボン粉末と焼成後高い炭素残査収率を示ず
    熱硬化性樹脂バインダーとの配合組成物を混合混練した
    後パイプ形状に成形したパイプ形状成形体の複数個をグ
    リーン状態もしくは炭素前駆体化状態において成形型内
    にを配置し、該成形型内にカーボン粉末と焼成後高い炭
    素残査収率を示す液状ピッチもしくは熱硬化性樹脂バイ
    ンダーから成る液状組成物を充填し硬化した後、不活性
    雰囲気中で炭素化処理を施すことを特徴とする不浸透性
    中空カーボン成形体の製造法。
  2. (2)該パイプ形状成形体はバイブ形状に成形した後容
    易に変形可能なグリーン状態において湾曲状に成形した
    湾曲状バイブ形状成形体である特許請求の範囲第1項に
    記載の不浸透性中空カーボン成形体の製造法。
  3. (3) 該パイプ形状成形体はパイプ形状に成形した後
    容易に変形可能なグリーン状態において所望の直径、寸
    法の滑らかな表面を有する丸棒又はバイブを支持体とし
    てこれに螺旋状に巻きつけて成形した螺旋状バイブ形状
    成形体である特許請求の範囲第1項に記載の不浸透性中
    空カーボン成形体の製造法。
JP59009527A 1984-01-24 1984-01-24 不浸透性中空カ−ボン成形体の製造法 Granted JPS60155570A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4882103A (en) * 1987-11-09 1989-11-21 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process for producing carbon product having coarse and dense structure
US4882102A (en) * 1987-11-02 1989-11-21 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process for producing hard carbonaceous sheets
US4904326A (en) * 1988-09-01 1990-02-27 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process of making a hollow structure of carbon material

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