JPS62270331A - 炭素繊維シ−ト状物 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野１ 本発明は炭素繊維シート状物及びその製造方法、特に燃
料電池用電極材料、炭素繊維強化セメント材料、炭素繊
維複合材料の製造時使用されるそりのない、表裏間一平
面相を持った炭素繊維シート状物に関する。

（従来の技術］ 従来炭素繊維シート状物を得る方法としては、炭素繊維
をバルブ、バインダーと共に混抄した炭素繊維混抄紙に
よる方法が知られ、又特開昭５９−１４４６２５号に示
されるように、再生セルローズ繊維及びポリアクリロニ
トリル繊維のような有Ｒ繊維にバルブ、バインダーを混
合抄紙し不活性雰囲気下で加熱炭化せしめる方法、特開
昭６０−１２６３２５号に示されるように、ピッチ繊維
を含む有機繊維にバルブ及びバインダーを混合抄紙した
シートに、更に有機高分子溶液を含浸し、不活性ガス雰
囲気中で加熱炭化させる方法、更には特公昭６１−６０
０７号に示されるように、フルフラールと重合触媒及び
水からなる混合物で炭素繊維を被覆した繊維マットを加
熱炭化して炭素繊維シートを背る方法などが知られてい
る。

［発明が解決しようとする問題点１ 従来の此の種炭素繊維シートは、抄紙の際スクリーンの
網目形状が紙の裏面に現出されるため、焼成後の炭素繊
維シートは、平滑な表面側と、スクリーンの網目形状が
現出した粗な裏面側とからなり、表褒両面相が相違する
という問題点がある。

又、バインダーの付着むらは焼成時における炭素繊維の
熱収縮とバインダー成分たる樹脂の熟成、Ｈにより、バ
インダーが豊富に付着した面側か凹面に、バインダーの
付着が乏しい面が凸面となって焼成後のシートにそりを
生じるといった欠点が認められる。

（問題点を解決するための手段］ この発明は炭素繊維の短繊維を抄紙して得られる、表面
が平滑で裏面がスクリーンの網目形状により粗面を形成
した紙状体に、バインダーとして合成樹脂溶剤溶液若し
くは合成樹脂エマルジョンを平滑な表面、粗な裏面を残
した状態で含浸被覆させた後一旦乾燥し、合成樹脂溶剤
溶液をバインダーとして用いたときは該溶剤を除去する
と共に樹脂の初期重合反応を進め、合成樹脂エマルジョ
ンを用いたときは分散液を除去し、何れの場合も常温で
は粘着しない表面は平滑な、裏面は粗面を形成した樹脂
含浸紙状体とし、次いで得られた樹脂含浸紙状体の平滑
な表面同志、：徂な裏面同志を互いに対向して重ね合せ
常法により加圧加熱成型し、更には不活性ガス雰囲気中
で焼成して目的とするそりのない表裏何れの而も同じ表
面相を有する炭素繊維シート状物を得たものである。

即ち本発明は炭素繊維の短繊維を抄紙し樹脂を含浸して
得られる樹脂含浸紙状体の平滑な表面同志、粗な裏面同
志を互いに対向せしめて偶数枚重ね合せ常法により加熱
加圧成型した炭素繊維シート状物、更には前記加熱加圧
成型後年活性ガス雰囲気中で焼成して得られる炭素繊維
シート秋物に関するものである。

従って本発明の炭素ｉ！ｆ維シーｊ・状物は図にその一
例を示すように樹脂を含浸被覆した炭素繊維の短繊維１
かうなる樹脂含浸紙状体２ａ、２ｂを樹脂含浸紙状体２
ａの平滑な表面３ａと樹脂含浸紙状体２ｂの平滑な表面
３ｂとを互いに対向せしめて重ね合せ加熱加圧成型した
ものであり、更にはこれを不活性ガス雰囲気中で焼成し
たものである。

従って図の場合、得られた炭素繊維シート状物の表裏両
面には樹脂含浸紙状体２ａ、　２ｂの粗な裏面側４ａ、
４ｂの面相が現出することとなる。

本発明において用いられる炭素繊維は石炭系ピッチ、石
油系ピッチ、或いはポリアクリロニトリル等から公知の
方法によって製造される炭素繊維であり、その形態は短
繊維を堆積して得られる所謂ウール状繊維であっても、
長繊維を一定長さに切断して得られるチョツプドストラ
ンド状ｍ維であっても差支えなく、何れの場合も繊維長
は１〜３０ｍｍ、繊維径は３〜３０μが適当で、若し繊
維長が３０ｍｍを超えると、抄紙のための繊維の分散竹
繊維同志がからみ合い、又１１ＲＭ未満では抄紙後の紙
状体の保型性が得られず、特に抄紙性からｍ維長は１．
５〜１５μｍ、４３維径は３〜２０μであることが好ま
しい。

このような短繊維からなる炭素繊維は、これを水中に分
散させスクリーンで抄紙される。併用される分散剤とし
ては公知の界面活性剤が用いられるが、両性イオン系の
界面活性剤が特に好適である。抄紙された炭素、ｍｎ紙
状体はその表面は平滑表面を形成しているが、裏面には
抄紙装置のスクリーンの網目形状が現出して粗面を形成
している。

そして該炭素繊維紙状体に含浸、被覆される合成樹脂バ
インダーとしては、例えばフェノール樹脂。

エポキシ樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等
の熱硬化性樹脂、或いは塩イヒビニル樹脂。

フッ化ビニル樹脂、アクリロニ１〜リル樹脂６石油系ピ
ッチ、石炭系ピッチ、タール等の熱可塑性樹脂を溶剤に
溶解するか、或いはエマルジョンを形成してバインダー
とし、スプレー法戎いは浸漬法により炭素繊維紙状体に
含浸被覆させられる。その付＃吊はシートの性能特に保
型性の面から、炭素繊維紙状体に対し５〜７０重量％が
好ましい。５重量％未満では炭素繊維相互間の接着性が
悪く、紙状体の保型性が低下するため好ましくない。ま
た７０重示％を超えると炭素４！ｉ雑に対するバインダ
ーの吊が増大し、最終製品たる炭素繊維シート状物がも
ろくなり、ひびＶ］れ等を生じるため好ましくない。

バインダーを含浸被覆した炭素繊維紙状体は、バインダ
ーが溶剤溶液のときは溶剤を、エマルジョン溶液のとき
は分散液を揮発させるため、一旦乾燥して樹脂含浸紙状
体を形成する。この際合成樹脂バインダーが、熱硬化性
樹脂から形成されているときは樹脂の硬化温度より低い
温度で、合成樹脂バインダーが熱可塑性樹脂から形成さ
れているときは樹脂の軟化融解温度より低い温度で乾燥
することが必要である。そしてこのようにして得られた
樹脂含浸紙状体は抄紙直後の紐状体同様平滑な表面と粗
な裏面を形成している。次いで該樹脂含浸紙状体から本
発明の炭素繊維シート状物を得るためには、該樹脂含浸
紙状体における平滑な表面同志、租な裏面同志を互いに
対向せしめて重ね合せ、最外面に位置する表裏両面は常
に同一面相となるよう構成する。従ってこのためには必
ず偶数枚の樹脂含浸紙状体がＶ１層されなければならな
い。

このようにして重ね合された樹脂含浸紙状体は次いで加
熱プレスにより加熱加圧成型される。この際の加熱温度
は、バインダーに使用された樹脂が熱硬化性樹脂の際は
樹脂の硬化温度で、また熱可塑性樹脂の場合は樹脂の融
解温度で加圧成型する。例えば熱硬化性樹脂であるフェ
ノール樹脂の場合は１４０〜１７０℃、熱可塑性樹脂で
ある酢酸ビニルの場合は６０〜７０℃で加圧成型する。

加圧力は積み重ねられた炭素ａ雑紙状物全体の厚味に応
じて調整されるが、スペーサー等を用いて加圧後の厚味
を一定とする場合には２　Ｋｇ　／　ｃｍ以上の圧力が
必要で、加圧時間は樹脂を均一に硬化或いは融解させる
ため１０〜６０分が適当である。

このようにして得られる本発明の炭素繊維シート秋物は
、その表面側が平滑表面であれば、裏面側も平滑面とな
り、表面側が粗な面であれば裏面側も粗な面となり、そ
の結果表面側も裏面側も全く同一の面相を呈し、そりを
発生せず燃料電池用電極材料、炭素繊維強化セメント材
料、炭素、繊維複合材料として広く使用することができ
る。然し特に高度の炭素含有率を有する炭素、１１ｉ　
１ｆｔシー１〜状物が求められ、高度の電気伝導率が要
求される場合には、更に窒素ガス、アルゴンガス等の不
活性雰囲気中で６００℃以上の温度を加え焼成する。こ
の処理により樹脂含浸紙状体中の合成樹脂は炭化して炭
素質バインダーを形成し、炭素含有率を高め電気伝導率
を向上する。従って炭素繊維紙状体に使用される合成樹
脂バインダーとしては、炭化収率の高い合成樹脂からな
るバインダーを使用すると好適で、然も焼成温度を変化
することにより、最終製品の電気伝導率を調整すること
も可能である。

尚、樹脂含浸紙状体を一枚若しくは平滑な表面と相な裏
面を互いに対向して少数枚重ね合せ加熱力ｎ圧成型する
とぎは、１ｑられた炭素ｗ４維シー１〜状物の表面と裏
面は当然面相が相違し、そりを生じて平らな炭素繊維シ
ート状物が得られず、更に不活性ガス雰囲気下で焼成を
行ってももはや表裏両面が同一面相を持つそりのない平
らな炭素繊維シー１〜状物をｊηることはできない。

（実　　施　　例） 以下、本Ｒ明の具体的実施例を比較例と共に示す。

実施例１乃至４ 繊維径９μ２フィラメント２００本からなる切断長６闇
のチョツプドストランド状炭素繊維４．０３を、両性イ
オン系界面活性剤（商品名　ビスターＭＳ　　松本油脂
＠製）０．２重量％を分散剤として含む４０℃の水に、
ホモジナイザーを用いて分散させ、−辺が３０Ｃｔｎの
スクリーン枠上に手すき方法により均一に流し込み、ス
クリーンの下部より水を吸引除去し炭素繊維紙状体を得
た。

得られた炭素ａ雑紙状体の表面は平滑であるが、抄紙ス
クリーンの網目に接した裏面には網目形状が残り粗面を
形成している。次いで得られた炭素繊維紙状体の表裏両
面から、メタノールで希釈したフェノール樹脂を２５ｇ
づつ吹きつけ、８０　’Ｃて３０分乾燥して第１表に示
す３種類の樹脂含浸紙状体を得た。

以下余白 第１表 このようにして得られた各樹脂含浸紙状体を、第２表に
実施例１乃至４として示す積層パターンで重ね合ぜ、１
６０℃、１５分、１０に９／ａＡの加熱加圧を行った。

得られた炭素繊維シート状物の性能を第２表に示す。

比較例１乃至２ 前記第１表で示された樹脂含浸紙のうち、樹脂量５０重
量％のものを、第２表に比較例１及び２として示すＷ４
層パターンで重ね合せ、１６０℃、１５分。

’ｌ０Ｋ９／ｃｍの加熱加圧を行った。をられた炭素、
ｉｌｌレシート状物性能を第２表に示す。

以下余白 実施例５乃至８ 実施例１乃至４で得られた炭素繊維シート状物を、それ
ぞれ実施例５乃至８とし、窒素ガス雰囲気中で１　Ｋｇ
の加重を加えながら７５０℃で６０分間焼成した。焼成
後の炭素繊維シート状物の性能を第３表に示す。

比較例３及び４ 比較例１及び２で得られた炭素Ｉａ維シート状物を、そ
れぞれ比較例３及び４とし実施例５乃至８で示したと同
一条件で焼成した。焼成後の炭素繊維シート状物の性能
を第３表に示す。

以下余白 （発明の効果） 上記実施例及び比較例からも明らかな通り、比較例１及
び２．比較例３及び４により１琴られた炭素繊維シート
状物は、何れもそりを生じ且つその表裏両面は異なった
面相を呈するのに対し、実施例１乃至４．及び実施例５
乃至８により得られた本発明の炭素繊維シート状物は、
樹脂含浸紙状体の平滑な表面同志、粗な裏面同志を互い
に対向して重ね合せ加熱加圧成型することにより、樹脂
の付着むらが引起す樹脂の熱収縮及び炭素繊維の熱収縮
を原因とするそりを抑制し、そりのない極めて均一で平
らな然も表裏両面が全く同一の面相を持つシー１〜とし
て１ｑることができたものであって、その嵩密度も樹脂
含浸紙状体の枚数を変えることにより自由に制御するこ
とができ、更には焼成により電気伝４率の種々異なった
炭素繊維シート状物が得られるから、抵抗値に応じてメ
タノール系や燐系等の種々の燃料電池用電極材料に用い
ることができる許ってなく、炭素繊維強化セメント材１
；＋　、炭素繊維複合材料等に広く使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の炭素ＭＡ維シー１〜状甥の一例を示す拡大
断面図である。 １・・・樹脂を含浸した炭素繊維の短繊維。 ２ａ、２ｂ・・・樹脂含浸紙状体。 ３ａ、３ｂ・・・樹脂含浸紙状体の表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　炭素繊維の短繊維を抄紙し、樹脂を含浸乾燥して得
   られる樹脂含浸紙状体の平滑な表面同志、粗な裏面同志
   を互いに対向せしめて偶数枚重ね合せ常法により加熱加
   圧成型した炭素繊維シート状物。 ２、炭素繊維の短繊維を抄紙し樹脂を含浸乾燥して得ら
   れる樹脂含浸紙状体の平滑な表面同志、粗な裏面同志を
   互いに対向せしめて偶数枚重ね合せ常法により加熱加圧
   成型した後、更に不活性ガス雰囲気中で焼成した炭素繊
   維シート状物。