JPS6059170B2 - ガラス状炭素薄板の製造法 - Google Patents

ガラス状炭素薄板の製造法

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JPS6059170B2
JPS6059170B2 JP57128967A JP12896782A JPS6059170B2 JP S6059170 B2 JPS6059170 B2 JP S6059170B2 JP 57128967 A JP57128967 A JP 57128967A JP 12896782 A JP12896782 A JP 12896782A JP S6059170 B2 JPS6059170 B2 JP S6059170B2
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JP
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resin
vinyl chloride
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chloride resin
thin plate
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隆昌 川窪
充 吉田
吉久 須田
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 本発明はガラス状炭素薄板の製造法に関する。
詳しくは本発明は通気率が小さく、高強度、高弾性、高
硬度を有し、等方性で数十μ乃至数−の厚さの均一なガ
ラス状炭素薄板を容易に製造する方法に関する。 この
様な炭素板はパッキン、ガスケツトヘの応用、あるいは
電極、化学プラント等の遮蔽板等の軽量化を可能にする
もので、従来から種々の方法で製造が試みられて来たが
未だ上記の条件を満足するごとき炭素薄板は得られてい
ない。
例えば、不浸透黒鉛は、通常炭素材にフェノール樹脂ま
たはフラン樹脂等を含浸後硬化させたもの、さらに含浸
硬化後再焼成しもの、あるいは含浸、硬化、焼成を繰返
しものであるが、通気率が小さく(に■10−゜C7l
i/S)、強度が基材の2倍以上あり、耐食性にも優れ
ているけれども、製造工程が複雑であるばかりでなく、
製法上肉厚の製品に限られ、軽量化は不可能に近い欠点
を有する。すなわち、通常炭素材はブロック状に製造さ
れておりこれを・薄板にするには切削に依らねばならな
いが、1一以下の厚さに切削するのは極めて困難で、薄
くとも数閉が限度である。仮に切削できても、割れやひ
びを生じさせないように樹脂含浸以降の加工は至難であ
り、不浸透化後に薄板に切削するにしてノも炭素材の硬
度が飛躍的に増大しているので高価なりツターを使用せ
ねばならず、しかも高度の切削技術を必要をするので、
仮にこのようにして薄板が製造できたとしても、そのコ
ストは極めて大きなものになる。炭素製品の薄板化に成
功した例;としてはシート状可撓性黒鉛がある。このシ
ート状黒鉛は天然黒鉛を酸処理し、加熱して膨張黒鉛と
した後圧延成形したもので数十μまて薄くすることがで
きるのて軽量化が可能であり、しかも通気率も2×10
−4C1r1/sと小さい。しかしながら、曲け強度は
せろに等しく曲げ応力が全く作用しない個所にしか利用
できない欠点を有する。また製造工程で強酸を大量に使
用するため装置の耐食性、排水処理などに充分注意を払
わねばならず、コスト高にならざるを得ない。一方、ガ
ラスと同程度に不通気性てあり(K=10−10〜10
−゛2cIt/s)、機械的強度か極めて大きく、等方
性で、表面積が極めて小さいガラス状炭素である。この
ガラス状炭素は、フラン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬
化性の合成樹脂を原料とし、これに適当な硬化剤を加え
て、室温またはこれより僅かに高い温度て1〜6週間の
長時間をかけて硬化し、熱分解によつて発生する揮発成
分の突出による亀裂防止のためにゆるやかな昇温速度で
炭素化させることによつて得られる。このように従来の
ガラス状炭素の製造は炭素化まで長時間を要するのみな
らずその生成過程から見て薄板を得ることは極めて困難
であり、また硬度が極めて高くブロックからの薄板の切
削は不浸透黒鉛の場合よりも困難である。従つて、本発
明の目的は、通気率が小さく、高強度、高弾性、高硬度
を有し、等方性て数十μ乃至数朗の厚さの均一なガラス
状炭素薄板を極めて−容易にかつ安価に製造する方法を
提供することである。本願発明者等はこの目的を達成す
るため鋭意研究の結果、塩素化塩化ビニル樹脂及び/ま
たは塩化ビニル樹脂をフラン樹脂と混合し混練し、得ら
.れた混練物をフィルムまたはシート状に成形し、成形
物に炭素前駆体化処理を施した後、不活性雰囲気中で焼
成することに想到し、本発明のガラス状炭素薄板の製造
法を達成した。
本発明に使用される塩素化塩化ビニル樹脂は、塩化ビニ
ル樹脂を後塩素化することによつて得られる(CH2−
CHCl+−と−+.CHCl−CHCl)との混合組
成のポリマーである。
(CH2−CHCl>−と→CHCl−CHCl+−と
の比率は特に制限はないが、モル比で56:44〜19
:81、すなわち塩素含有率とし・て64〜7鍾量%の
範囲の塩素化塩化ビニル樹脂がフラン樹脂との相溶性が
良好である。重合度もまた特に制限はないが500〜2
000の重合度が好ましい。500J).下の場合は、
フラン樹脂との混練物をフィルムまたはシートに成形加
工したとき引裂抵抗が小さく、裂け易くなる欠点が生ず
る。
2000以上りなるとフラン樹脂との混練物に粘りが出
すぎて平滑なフィルムまたはシートに加工することが困
難になる。
塩化ビニル樹脂は重合法の相違によつてコンパウンドと
ペーストに大別されるが、フラン樹脂との混練性からコ
ンパウンドの方が好ましい。
また、ストレートポリマーと、アクリル酸エステlル、
エチレンビニルアセテート等と共重合させた樹脂とがあ
るが、共重合樹脂は、共重合している樹脂の収炭率が一
般に小さいので、炭素化させて得た薄板の通気率が大き
くなり、強度も低下するので好ましくない。重合度は塩
素化塩化ビニル樹脂の場合と同様に特に制限はないが、
500〜2000が好ましく、500以下では成形フィ
ルムのグリーン強度が小さくて扱いにくく、2000以
上では均一な厚さに成形することが困難になる。塩素化
塩化ビニル樹脂及び塩化ビニル樹脂はそれぞれ単独で、
あるいは目的に応じて両者をブレンドしてからフラン樹
脂と混練される。
さらに、重合度の異なる樹脂2種類以上をブレンドして
用いてもよい。該樹脂と混練されるフラン樹脂には、フ
ルフリルアルコール樹脂、フルフリルアルコールーフル
フラール共縮合樹脂、フルフリルアルコ−ルーフェノー
ル共縮合樹脂、フルフリルアルコ−ルーケトン共縮合樹
脂等があるが、そのいづれでもよく勿論それらを混合し
て用いることもできる。
本発明の方法においては、まづ塩素化塩化ビニル樹脂ま
たは塩化ビニル樹脂または両者の混合物20〜9呼量部
とフラン樹脂80〜1鍾量部をヘンシエルミキサー等の
混合機で均一に混合する。次に、この混合された配合組
成物を加圧二ーダー2本ロール、3本ロール、コニーダ
等の高度の剪断力の混練機を用いて加熱下に混練する。
配合組成物は混練されると加熱下で、もち状の粘弾性体
になるが、塩素化塩化ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂は2
00℃を超えると急速に劣化し塩化水素ガスを放出し、
この塩化水素ガスがフラン樹脂の硬化剤となるので、混
練中長時間200℃以上にはしない方がよい。また、塩
素化塩化ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂は熱劣化を防止す
るための通常の安定剤を予め適宜加えておいてもよい。
さらに、これらのビニル樹脂とフラン樹脂との混練を効
果的に迅速に行わしめる目的でテトラヒドロフラン、シ
クロヘキサノン、N−メチルピロリドン等の溶剤、DO
P,DBP,TCP等の可塑剤を配合組成物に加えてお
いてもよい。次に、混練した配合組成物はカレンダロー
ル、押出成形機等を用いてフィルム状またはシート状に
成形する。
成形加工性を向上させるために、配合組成物に通常の滑
剤を予め加えておいてもよい。フィルム状またはシート
状に成形された配合組成物は、加熱空気雰囲気中で50
〜300℃に加熱して炭素前駆体化処理を施す。
この時、塩素化塩化ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂は塩化
水素ガスを放出してフラン樹脂の硬化を促進させる。フ
ラン樹脂は加熱と塩化水素ガスによつて3次元的に硬化
する。従つて特別の硬化剤の添加を必要としない。また
この炭素前駆体化処理において、必要に応じて、塩素ま
たはオゾンを雰囲気中に加えてもよい。さらに、塩素化
塩化ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂とフラン樹脂との混練
性を上げるために添加した溶剤や可塑剤は、炭素前駆体
化処理中に揮散する。炭素前駆体化処理の時間は配合組
成物の組成及び成形物の厚さに依るが、6〜7満間であ
る。炭素前駆体化処理を終了したフィルムまたはシート
状の賦形物は窒素、アルゴン等の不活性気中で800′
C以上、好ましくは1000℃以上まで加熱し炭素化す
る。
塩素化塩化ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂とフラン樹脂の
炭化は、従来の焼成時間を大巾に短縮することが可能で
、炭素化するまで長くとも10叫間を超える様な緩漫な
昇温速度を設定する必要はない。次に実施例により本発
明を具体的に説明する。
実施例1塩素含有率67%重合度740の塩素化塩化ビ
ニル樹脂((株)日本カーバイド製二カテンプT−87
0)6踵量部、フラン樹脂((株)日立化成製ヒタフラ
ンVF3O2)4睡量部をヘンシエルミキサーを用いて
均一に混合した。次いで配合組成物を加熱した2本ロー
ルを用いて十分に混練した。混練後、カレンダーロール
を用いて、成形し2TWtの厚さのシートを得た。得ら
れたシートを加熱オープンに入れ150℃6時間、次い
で180℃1時間の炭素前駆体化処理を行つた後に、窒
素雰囲気中で300℃迄は20℃/Hl5OO℃迄は4
0囲C/HllOOO℃迄は100■C/hの昇温速度
で加熱し、1000℃で3時間保持し炭素化し、冷却後
炭素薄板を得た。得られた炭素薄板の厚みは0.8wr
In1通気率は、7.5×10−11cIt/s(He
ΔP=1atm)曲げ強度は15k9/Wrltl曲げ
弾性率は2,500k9/W7ltlのガラス状炭素特
有の性質を示していた。
実施例2 実施例1の2本ロール混練物を、ベレタイザーにてペレ
ット化し、Tダイ法を用いて、厚さ0.1醜のフィルム
に押出成形した。
次いで該フィルムを、加熱オープンに入れ、150℃3
時間1800C6時間の炭素前駆体化処理を施した後に
、窒素雰囲気中で、実施例1と同条件にて焼成して炭素
化し、冷却後炭素薄板を得た。得られた炭素薄板の厚み
は0.04Tmfnで、通気率5.0×10−11d/
s(He,ΔP=1atm)曲げ強度20k9/Cli
l曲げ弾性率4000k9/d1のガラス状炭素特有の
性質を示していた。
実施例3 重合度700のストレート塩化ビニル樹脂〔(株)三井
東圧製ビニクロン40001.L5呼量部、フラン樹脂
5唾量部〔(株)日立化成製ヒタフランVF−302〕
をヘンシエルミキサーを用いて均一に混合する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 塩素化塩化ビニル樹脂及び/または塩化ビニル樹脂
    をフラン樹脂と混合し、混練し、得られた混練物をフィ
    ルムまたはシート状に成形し、得られた成形物に炭素前
    駆体化処理を施した後、不活性雰囲気中で焼成すること
    から成るガラス状炭素薄板の製造法。 2 該塩素化塩化ビニル樹脂及び塩化ビニル樹脂の重合
    度はいづれも500〜2000である第1項の製造法。 3 該フラン樹脂はフルフリルアルコール樹脂、フルフ
    リールアルコール−フルフラール共縮合樹脂、フルフリ
    ールアルコール−フエノール共縮合樹脂またはその混合
    樹脂である第1項の製造法。4 該混練は200℃以下
    の加熱下で行われる第1項の製造法。 5 該炭素前駆体化処理は空気雰囲気中で50〜300
    ℃に加熱することによつて行われる第1項の製造法。 6 該焼成は800℃以下上で行われる第1項の製造法
JP57128967A 1982-07-26 1982-07-26 ガラス状炭素薄板の製造法 Expired JPS6059170B2 (ja)

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US4894215A (en) * 1988-01-07 1990-01-16 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process for producing porous materials of carbon
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