JPS60260469A - 燃料電池用炭素材の製造法 - Google Patents
燃料電池用炭素材の製造法Info
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- JPS60260469A JPS60260469A JP59114507A JP11450784A JPS60260469A JP S60260469 A JPS60260469 A JP S60260469A JP 59114507 A JP59114507 A JP 59114507A JP 11450784 A JP11450784 A JP 11450784A JP S60260469 A JPS60260469 A JP S60260469A
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- Japan
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- resin
- fibers
- infusible
- carbon material
- carbon
- Prior art date
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高強度にして不通気性のガラス状炭素材の製造
法に関し、特に板、・母イブ、容器等の薄肉のものを作
るのに好適な炭素材の製造法に関する。
法に関し、特に板、・母イブ、容器等の薄肉のものを作
るのに好適な炭素材の製造法に関する。
ガラス状炭素は基本的にはノビニルベンゼン樹脂、フェ
ノ−ビレ樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂を硬化、焼
成することによって得られる。
ノ−ビレ樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂を硬化、焼
成することによって得られる。
熱硬化性樹脂を例えば薄板状に成形し、硬化、焼成する
と、樹脂は熱処理中に大きく収縮し、同時に熱分解によ
ってガスが発生するが、そのガスの抜は穴を残さないよ
うに十分ゆっくり熱処理しないと亀裂が生じたり、−ン
ホールが発生したりする。そのためフリフリルアルコー
ルでは基材に薄く塗布し、硬化、次いで更に塗布、硬化
を繰返し行なって、所定の厚みにして焼成する方法もと
られている。ｔかし、。のようヶ方法アは□産性が悪く
、また強度的にも脆く十分でない。
と、樹脂は熱処理中に大きく収縮し、同時に熱分解によ
ってガスが発生するが、そのガスの抜は穴を残さないよ
うに十分ゆっくり熱処理しないと亀裂が生じたり、−ン
ホールが発生したりする。そのためフリフリルアルコー
ルでは基材に薄く塗布し、硬化、次いで更に塗布、硬化
を繰返し行なって、所定の厚みにして焼成する方法もと
られている。ｔかし、。のようヶ方法アは□産性が悪く
、また強度的にも脆く十分でない。
炭素材の強度を高めるために炭素繊維の織布あるいは不
織布に熱硬化性樹脂を含浸し、硬化、焼成する方法も公
知である。この場合、大きな問題は炭素繊維は既に熱処
理されたものであるので、硬化、焼成過程で変化しない
のに対し、樹脂は大きく収縮するため、両者のアンバラ
ンスが生じ、成形体に亀裂が生じ易いことである。
織布に熱硬化性樹脂を含浸し、硬化、焼成する方法も公
知である。この場合、大きな問題は炭素繊維は既に熱処
理されたものであるので、硬化、焼成過程で変化しない
のに対し、樹脂は大きく収縮するため、両者のアンバラ
ンスが生じ、成形体に亀裂が生じ易いことである。
熱硬化性樹脂に炭素微粉を添加する方法もある。
これによると硬化中におけるガスの抜は易さが改善され
るが、耐通気特性を上げることはむずかしく、また強度
的にも不十分である。
るが、耐通気特性を上げることはむずかしく、また強度
的にも不十分である。
セルロース繊維、例えば紙に熱硬化性樹脂を含浸し、焼
成する方法は既に我々が提案しているが、セルローズ繊
維の収縮が非常に大きいため、焼成を啄めて徐々に行な
ったり、また樹脂の中で収縮率の大きい乾性油変性フェ
ノール樹脂等を使用しないと亀裂が生じ易い。
成する方法は既に我々が提案しているが、セルローズ繊
維の収縮が非常に大きいため、焼成を啄めて徐々に行な
ったり、また樹脂の中で収縮率の大きい乾性油変性フェ
ノール樹脂等を使用しないと亀裂が生じ易い。
本発明はこれらの樹脂と繊維の熱挙動を解明した結果到
達したもので、その特徴は炭素材の製法焼成することに
ある。
達したもので、その特徴は炭素材の製法焼成することに
ある。
有機合成繊維から炭素繊維をつくるには先ず不融化、次
いで炭化される。不融化しないと繊維の形態が保持され
ないからである。不融化は空気中１５０〜３００℃程度
に加熱して行なわれる。繊維は不融化においても収縮す
るが、その後の炭化過程で大きく収縮する。
いで炭化される。不融化しないと繊維の形態が保持され
ないからである。不融化は空気中１５０〜３００℃程度
に加熱して行なわれる。繊維は不融化においても収縮す
るが、その後の炭化過程で大きく収縮する。
本発明は有機合成繊維を不融化処理し、これに熱硬化性
樹脂を含浸し、硬化、焼成する。不融化繊維は強度が弱
いので、結合材を加えて混練すると短繊維化する傾向が
ある。製品によってはそれでも使用可能であるが、一般
的には不織イｌｉ又は織布にして不融化し、これに樹脂
を含浸することか好ましい。含浸したものを次に硬化、
焼成す７１ば、樹脂、繊維ともに収縮し、繊維は炭素ｍ
維となり、樹脂炭化物により強固に結合される。
樹脂を含浸し、硬化、焼成する。不融化繊維は強度が弱
いので、結合材を加えて混練すると短繊維化する傾向が
ある。製品によってはそれでも使用可能であるが、一般
的には不織イｌｉ又は織布にして不融化し、これに樹脂
を含浸することか好ましい。含浸したものを次に硬化、
焼成す７１ば、樹脂、繊維ともに収縮し、繊維は炭素ｍ
維となり、樹脂炭化物により強固に結合される。
繊維を不融化処理するのは有機合成ｆ＃維そのものでは
熱処理の過程で樹脂と繊維が融合し、 一体化してしま
って、繊維による補強の役１１１１が消失するからであ
る。
熱処理の過程で樹脂と繊維が融合し、 一体化してしま
って、繊維による補強の役１１１１が消失するからであ
る。
本発明において、有機合成！ａ、紐としてはアクリロニ
ドＩＪル及びその変性繊維、フェノール繊組′ｑの不融
化したとき、ある程度強度をもつものであって、ピッチ
繊維は極端に弱いので、本発明にｔｊ含まれない。これ
らの織布としては平織り等でよく、織り方には特に限定
ない。そして均質性の製品とする場合は繊維は織らずに
一様に配列したものでもよい。また異方性の製品を望む
ときは、それに応じて繊維の織り方に、例えば縦、横で
異方性を与えるなどの方法をとることもできる。不織布
のときは、熱硬化性樹脂で軽く結着して不融化すれば取
扱いが容易である。
ドＩＪル及びその変性繊維、フェノール繊組′ｑの不融
化したとき、ある程度強度をもつものであって、ピッチ
繊維は極端に弱いので、本発明にｔｊ含まれない。これ
らの織布としては平織り等でよく、織り方には特に限定
ない。そして均質性の製品とする場合は繊維は織らずに
一様に配列したものでもよい。また異方性の製品を望む
ときは、それに応じて繊維の織り方に、例えば縦、横で
異方性を与えるなどの方法をとることもできる。不織布
のときは、熱硬化性樹脂で軽く結着して不融化すれば取
扱いが容易である。
不融化処理は炭素繊維の製造において公知の方法を用い
ることができる。不融化温度は繊維の種類によって異な
り、ピッチ繊維などは比較的高いが、本発明においては
繊維の収縮を問題とするので、収縮性が十分残留する範
囲で不融化処理温度は高くても本発明の支障にはならな
い。従って不融化後、４００℃程度寸てであれば熱処理
したものでもよく、これも本発明の範囲に含１れる。こ
のように熱処理した繊維は樹脂含浸後、焼成過程で約１
５〜２５％程度収縮する。この収縮率は樹脂の収縮率よ
りは幾分大きくするのが高強度等の特性上好ましい。
ることができる。不融化温度は繊維の種類によって異な
り、ピッチ繊維などは比較的高いが、本発明においては
繊維の収縮を問題とするので、収縮性が十分残留する範
囲で不融化処理温度は高くても本発明の支障にはならな
い。従って不融化後、４００℃程度寸てであれば熱処理
したものでもよく、これも本発明の範囲に含１れる。こ
のように熱処理した繊維は樹脂含浸後、焼成過程で約１
５〜２５％程度収縮する。この収縮率は樹脂の収縮率よ
りは幾分大きくするのが高強度等の特性上好ましい。
熱硬化性樹脂はノビニルベンゼン４ｔＩ 脂、フェノー
ル樹脂、フラン樹脂等の液状、未硬化の樹脂が用いられ
、これらはアセトン、アルコール等の溶剤で希釈して、
粘度を調整して使用することが好ましい。フェノール樹
脂は桐油等で変成したものも使用できる。
ル樹脂、フラン樹脂等の液状、未硬化の樹脂が用いられ
、これらはアセトン、アルコール等の溶剤で希釈して、
粘度を調整して使用することが好ましい。フェノール樹
脂は桐油等で変成したものも使用できる。
含浸は飼えは織布を樹脂液に浸漬する等の方法で行なう
ことができる。含浸する樹脂量は目的とする製品特性に
応じて広く変えることができるが、°一般的には溶剤を
除く、樹脂分として不融化炭素繊維１００重量部に対し
、４０〜８０重ｉｆＩ部が適する。
ことができる。含浸する樹脂量は目的とする製品特性に
応じて広く変えることができるが、°一般的には溶剤を
除く、樹脂分として不融化炭素繊維１００重量部に対し
、４０〜８０重ｉｆＩ部が適する。
本発明においては特に不通気性の炭素材を目的とするた
め、コークス等の炭素微粉は不通気４．′Ｉ−ゼ１に殆
んど影響しない少量の場合を除き、イ・と用しないこと
が望ましい。
め、コークス等の炭素微粉は不通気４．′Ｉ−ゼ１に殆
んど影響しない少量の場合を除き、イ・と用しないこと
が望ましい。
樹脂を含浸した織布もしくは不織布は圧着し、所定の樹
脂含有量とし、乾燥する。硬化、焼成は炭素材が薄板で
あって、特に高密度のものをぜ；ろ場合は鉄板等の間に
挾んで行なうことが々ｆ−４しい。
脂含有量とし、乾燥する。硬化、焼成は炭素材が薄板で
あって、特に高密度のものをぜ；ろ場合は鉄板等の間に
挾んで行なうことが々ｆ−４しい。
硬化は樹脂の種類で定まる硬化温度で行なうが、緩やか
に昇温し、所定の温度で保持する。焼成も同様に徐々に
昇温し、樹脂が炭化する温ｊ斐以１−にして保持する。
に昇温し、所定の温度で保持する。焼成も同様に徐々に
昇温し、樹脂が炭化する温ｊ斐以１−にして保持する。
通常は８００℃以上の温度でろる。
樹脂含浸した不融化繊維の織布もしくは不織布はこれを
複数枚積層し、圧着して所定の厚みにして用いることも
できる。またこの織布等を・？イノ、容器等の形状にし
て硬化、焼成すれば、夫々の製品を得ることもできる。
複数枚積層し、圧着して所定の厚みにして用いることも
できる。またこの織布等を・？イノ、容器等の形状にし
て硬化、焼成すれば、夫々の製品を得ることもできる。
熱硬化性樹脂を使用しているので硬化、焼成の際形状は
保持される。
保持される。
本発明の方法に従えば大きな炭素材、例えば広い薄板も
容易に製造することができる。この薄板は気密性に優れ
、ガラス状で不通、気性であり、かつ電導性が良いので
、燐酸型等の燃料電池のセパレーターとして使用するこ
とができる。
容易に製造することができる。この薄板は気密性に優れ
、ガラス状で不通、気性であり、かつ電導性が良いので
、燐酸型等の燃料電池のセパレーターとして使用するこ
とができる。
実施例１
アクリロニトリル重合体繊維を平織した織布を空気中、
２５０℃で７０分間不融化処理した。これから５０ｃＩ
ｒＬ×５０ｃＩｒＬのシートを切り出し、アルコールで
希釈したフェノール樹脂液中に浸漬し、引上げて軽く圧
着し、余分の樹脂を排除した。これを乾燥後、５枚重ね
合せて圧着し、厚さ１．０ ｗｎシート状に成形した。
２５０℃で７０分間不融化処理した。これから５０ｃＩ
ｒＬ×５０ｃＩｒＬのシートを切り出し、アルコールで
希釈したフェノール樹脂液中に浸漬し、引上げて軽く圧
着し、余分の樹脂を排除した。これを乾燥後、５枚重ね
合せて圧着し、厚さ１．０ ｗｎシート状に成形した。
このシートを鉄板に挾んで５０ｋｇ／ＣｒＩＬ２の圧力
で約１５０℃まで２０分で昇温し、２０分保持して硬化
させた。
で約１５０℃まで２０分で昇温し、２０分保持して硬化
させた。
次いで窒素雰囲気中で１０００℃まで９６時間で昇温し
、炭化した。シートは約４２ｃｉＸ４２αになっており
、一方向で約１８％収縮した。
、炭化した。シートは約４２ｃｉＸ４２αになっており
、一方向で約１８％収縮した。
得られたシートの特性は以下の通り。
曲げ強度 密 度 通気性 電気比鉦抗（ｋｇ／ｃｆ）
（？／ｃｍ３） （ｃｍ”／５ｅｃ） （ｎ−ｃ＋ａ
）１ｓｏｏ １．り１ ２．ｌＸ１０−８ ｏ、ｏＯｓ
実施例２ ポリアクリロニトリルフィラメントを２３０℃の空気中
で１１０分間加熱し不融化したものを平均長さ０．６
ｔｈａｎに切断したもの４５重量部に、フェノール樹脂
（昭和ユニオン合成（株）製、商品名ＢＸＬ −２７４
） ５−５重量部を加え、シグマ型ミクサーで混合した
後、内径１０ｃｍｚ肉厚１．２酎、深す８６ｒＩＬのビ
ーカー形の分割金型に入れて成型・硬化（１５０℃２５
分）させた。これを型から抜き、１１００℃まで９６時
間で不活性雰囲気中で焼成した。
（？／ｃｍ３） （ｃｍ”／５ｅｃ） （ｎ−ｃ＋ａ
）１ｓｏｏ １．り１ ２．ｌＸ１０−８ ｏ、ｏＯｓ
実施例２ ポリアクリロニトリルフィラメントを２３０℃の空気中
で１１０分間加熱し不融化したものを平均長さ０．６
ｔｈａｎに切断したもの４５重量部に、フェノール樹脂
（昭和ユニオン合成（株）製、商品名ＢＸＬ −２７４
） ５−５重量部を加え、シグマ型ミクサーで混合した
後、内径１０ｃｍｚ肉厚１．２酎、深す８６ｒＩＬのビ
ーカー形の分割金型に入れて成型・硬化（１５０℃２５
分）させた。これを型から抜き、１１００℃まで９６時
間で不活性雰囲気中で焼成した。
得られた容器は内径８．２儂、深さ６．４閣、肉厚１．
１ｍであった。これに２００ｙ−のアルミニウムを入れ
、高周波誘導炉にて、急加熱し２０分間でアルミニウム
を溶融し、２時間保持し、放冷する操作を１０回くり返
したが、割れたシ溶融アルミニウムが洩れたりすること
はなかった。ちなみに、繊維を入れなかったものは、最
初の急加熱でひびが入ってしまるた。
１ｍであった。これに２００ｙ−のアルミニウムを入れ
、高周波誘導炉にて、急加熱し２０分間でアルミニウム
を溶融し、２時間保持し、放冷する操作を１０回くり返
したが、割れたシ溶融アルミニウムが洩れたりすること
はなかった。ちなみに、繊維を入れなかったものは、最
初の急加熱でひびが入ってしまるた。
実施例３及び比較例１〜４
第１表に示すコークス粉（２００メ、シュ下９５係の石
油コークス）、不融化繊維（長さ０５〜１に７／Ｉのチ
ョップ）、フェノール樹脂（例２と同じ）を混存し、室
温で４０分間シダマーミキサで混和し、巾２０、長さ１
２Ｃｒｎ、厚さ１ＣＩＬの薄板に成型した。表中ＰＡＮ
系繊維（ポリアクリロニトリル繊維）は例２と同様にし
て不融化したもの、ピッチ系は空気中、２８０℃で約６
０分間加熱して不融化したものである。
油コークス）、不融化繊維（長さ０５〜１に７／Ｉのチ
ョップ）、フェノール樹脂（例２と同じ）を混存し、室
温で４０分間シダマーミキサで混和し、巾２０、長さ１
２Ｃｒｎ、厚さ１ＣＩＬの薄板に成型した。表中ＰＡＮ
系繊維（ポリアクリロニトリル繊維）は例２と同様にし
て不融化したもの、ピッチ系は空気中、２８０℃で約６
０分間加熱して不融化したものである。
成型後８０ｋｇ／ｃｒｒＬ２．１６０℃で２５分間保持
して硬化し、次いで無加圧、不活性雰囲気で２０００℃
に加熱して焼成した。その特性は第１表の通り。
して硬化し、次いで無加圧、不活性雰囲気で２０００℃
に加熱して焼成した。その特性は第１表の通り。
：も− の Φ ■ ω り
や叡 −、８８−
、−。ニー０、 。 、
Claims (2)
- （１） 有機合成繊維を不融化処理し、この′ものに熱
硬化性樹脂を含浸し、硬化、焼成することを特徴とする
炭素材の製造法。 - （２）熱硬化性樹脂を含浸した織布もしくは不織布を複
数個積層圧着して使用することからなる特許請求の範囲
第１項記載の炭素材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114507A JPS60260469A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 燃料電池用炭素材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114507A JPS60260469A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 燃料電池用炭素材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60260469A true JPS60260469A (ja) | 1985-12-23 |
| JPH052625B2 JPH052625B2 (ja) | 1993-01-12 |
Family
ID=14639485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59114507A Granted JPS60260469A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 燃料電池用炭素材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60260469A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62273231A (ja) * | 1986-05-21 | 1987-11-27 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 炭素繊維強化複合材料 |
| JPS6355160A (ja) * | 1986-08-26 | 1988-03-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 不透過性炭素成形体及びその製造方法 |
| JPS645974A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-10 | Nippon Polymer Sangyo Kk | Glass-like carbon composite |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002231261A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-08-16 | Unitika Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-06-06 JP JP59114507A patent/JPS60260469A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62273231A (ja) * | 1986-05-21 | 1987-11-27 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 炭素繊維強化複合材料 |
| JPS6355160A (ja) * | 1986-08-26 | 1988-03-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 不透過性炭素成形体及びその製造方法 |
| JPS645974A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-10 | Nippon Polymer Sangyo Kk | Glass-like carbon composite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH052625B2 (ja) | 1993-01-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |