JPS63222080A

JPS63222080A - 炭素繊維多孔体の製造方法

Info

Publication number: JPS63222080A
Application number: JP62054589A
Authority: JP
Inventors: 達郎水木; 忠之松本; 瀧沢　保; 輝之男三輪
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1987-03-10
Filing date: 1987-03-10
Publication date: 1988-09-14

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】産業上の利用分野この発明は、燃料電池用電極、特開昭６０−１４７２０
８号公報や同６０−１４７２０９号公報に記載される電
気浸透脱水機用電極、フィルタなどとして好適な炭素繊
維多孔体を製造する方法に関する。

従来の技術炭素繊維の短繊維を炭素で結着してなる炭素繊維多孔体
は、比強度が高く、また耐蝕性等の化学的性質にも優れ
ているため、燃料電池用電極などとして注目されている
。

そのような炭素繊維多孔体を製造する方法はいろいろあ
るが、たとえば特開昭５７−１２９８１４号公報に記載
されているように、バインダたるポリビニルアルコール
などの溶液と、炭素繊維の短繊維とを混合、抄造し、乾
燥して短繊維同士を互いに結着せしめた後、フェノール
樹脂などの炭素化可能物質の溶液を含浸し、加熱して炭
素化可能物質を炭素化することによるのが普通である。

しかしながら、この方法は、フェノール樹脂等の溶液含
浸工程に長時間を要し、製造コストか高くなるという問
題がある。また、フェノール樹脂等が短繊維間に膜状に
広がり、気孔の大きさや分布にむらができたり、気孔率
が低下するという問題もある。

発明が解決しようとする問題点この発明は、従来の方法の上述した問題点を解決し、均
質な炭素繊維多孔体を低コストで製造することができる
方法を提供することを目的とじている。

問題点を解決するための手段上述した目的を達成するために、この発明においては、
分散媒と、自己接着可能で、かつ炭素化し得る短繊維と
、炭素繊維の短繊維とを混合、抄造した後、炭素繊維の
短繊維同士を炭素化し得る短繊維で互いに結着し、次い
で加熱して炭素化し得る短繊維を炭素化することを特徴
とする炭素繊維多孔体の製造方法が提供される。

この発明をざらに詳細に説明するに、この発明において
は、まず、分散媒と、自己接着可能で、しかも炭素化し
得る短繊維（以下、炭素化可能短繊維という）と、炭素
繊維の短繊維（以下、炭素短繊維という）との混合物を
調製する。

分散媒としては、最も一般的には水を使用するが、各種
の有機溶剤、たとえばメタノール、ヘキサジ、ヘプタン
、四塩化炭素などを用いることもてきる。

炭素化可能短繊維は、加熱により、または後述する溶剤
や処理剤等による表面の軟化、膨潤あるいは溶解によっ
て自己接着が可能で、しかもｈｔｌ熱によって炭素化し
得る繊維からなっている。それは、たとえばピッチ繊維
、セルロース繊維、ポリアクリロニトリルｌｌ１ｉ紐、
ノボロイド繊維、ポリイミド繊維、ポリフェニレンサル
ファイド繊維のようなものである。しかして、そのよう
な炭素化可能短繊維は、通常、１〜５０ｔ１ｍ、好まし
くは５〜２０ｕｍの直径をもち、また２〜５Ｑｍｍ、好
ましくは５〜２０ｍｍの平均繊維長をもつものを使用す
る。

炭素短繊維は、従来周知の、ポリアクリロニトリル系炭
素繊維、ピッチ系炭素、ｍ維、セルロース系炭素繊維な
ど、いずれの炭素繊維からなるものであってもよい。し
かして、炭素短繊維の直径は、多孔体の機械的強度や気
孔の大きさ等に影響を及ぼす。用途等によって異なるも
のの、通常、１〜５０μｍ１好ましくは５〜２０μｍの
ものを使用する。また、平均繊維長は、分散媒の種類や
、得たい多孔体の用途等によって異なるものの、抄造の
容易さ等を考慮すると、２〜５Ｑｍｍであるのか好まし
い。さらに好ましい平均繊維長は、５〜２０ｍｍである
。

炭素化可能短繊維と炭素短繊維との使用比率は、１：４
〜１０：１程度の範囲で任意に選び得る。

さて、この発明においては、次に、上述した分散媒と、
炭素化可能短繊維と、炭素短繊維とを混合、抄造し、乾
燥した後、炭素化可能短繊維によって炭素短繊維同士を
互いに結着せしめ、紙状、シート状、板状等の中間素材
を得る。抄造に際して、分散媒に、両短ｍ維の分散性を
向上させるための分散剤、たとえば繊維素グリコール酸
すトリウムや、中間素材の形態保持性をより向上させる
ためのバインダ、たとえばポリビニルアルコール、酢酸
ビニル等を必要に応じて少量添加することもできる。こ
れらは、後の炭素化工程で分解し、残存しないものであ
るのが好ましい。抄造は、通常の抄紙機等を用いて行え
ばよい。

炭素化可能短繊維による炭素短繊維同士の結着は、最も
典型的には、抄造し、乾燥した１変の加熱により、炭素
化可能短繊維を軟化させることによ　５　一つて行う。このとき、押圧してもにい。この軟化に際し
て、炭素化可能短繊維が繊維形態を失ってしまうことが
おるが、そうなっても構わない。また、結着は、分散媒
に、炭素化可能短繊維を軟化させたり、表面を膨潤させ
たり溶解させるような溶剤や処理剤、たとえばピッチｗ
Ｉ維に対してベンゼンを、ポリアクリルニトリル繊維に
対してジメチルスルホキシドをあらかじめ入れておくこ
とによって行うこともできる。分散媒自身がこれらの作
用をもっているのであれば、その必要はない。

もちろん、これらの場合にも押圧を併用できる。

なお、溶媒や処理剤は、結着後に加熱により除去してお
く。

この発明においては、次に、炭素短繊維か炭素化可能短
繊維によって結着して得られた中間素材を不活性雰囲気
中で加熱し、炭素化可能短繊維を炭素化する。これによ
り、気孔率が６０〜９０％程度の炭素繊維多孔体が得ら
れる。加熱温度は、９００〜３５００’Ｃ，好ましくは
１２００〜３０ｏｏ’ｃである。なお、炭素化可能短繊
維か加熱によって溶融覆るものでおる場合、たとえばピ
ッチ繊維からなるものである場合には、酸化による耐炎
化処理などの不融化処理を施しておく。ポリアクリロニ
トリル１ｉｌｉ紐の場合は、不融化処理を行わなくても
炭素化できるか、不融化処理を行うと収率や強度か向上
するので好ましい。

実施例１３９小量部の、直径が１２μｍで、かつ平均繊維長か１
０ｍｍであるピッチ短繊維と、３９重量部のポリアクリ
ロニ１〜リル系炭素繊維短繊維と、２２重量部の、ポリ
ビニルアルコールおよび酢酸ビニルの混合物と、水とを
混合し、抄造し、８０°Ｃの熱風で乾燥した後、空気中
にて２５０’Ｃの温度下に８ＫＭｃｍ２の圧力で押圧し
て、ピッチ短繊維によって炭素繊維短繊維同士を結着せ
しめ、中間素材を得た。

次に、」ニ記中間索拐を、窒素雰囲気中にて１５００°
Ｃて５分間加熱し、ピッチ短繊維を炭素化して多孔体を
得た。この多孔体は、厚みか０．１５ｍｍ、気孔率が７
８％、密度が０．４０／Ｃｌ１１３、厚み方向のガス透
過性か４Ωｍｍ水柱／ｍｍ、厚み方向の抵抗率が０．１
Ω・ｃｍで、燃料電池用集電電極として好適なものであ
った。

実施例２５０重量部の、直径が１２μｍで、かつ平均繊維長が５
ｍｍであるピッチ短繊維と、３５重量部のポリアクリロ
ニ１〜リル系炭素繊維短繊維と、１５重量部の、ポリビ
ニルアルコールａ３よび酢酸ビニルの混合物と、メタノ
ールとを混合、抄造し、８０°Ｃの熱風で乾燥した。ピ
ッチ短繊維は、メタノールによって表面が膨潤し、乾燥
時に軽く押えることで炭素繊維短繊維同士を結着するこ
とができＩこ　。

次に、上述した中間素材を、空気中にて１５０°Ｃから
５°Ｃ／分の速度で３２０°Ｃまで昇温し、ピッチ短繊
維を不融化した後、窒素雰囲気中にて１５００′Ｃで５
分間加熱し、ピッチ短繊維を炭素化して多孔体を得た。

この多孔体は、厚みか０．　１’１ｍｍ、気孔率か８０
％、密度か０．４５ＣＩ／ｃｍ３、厚み方向のガス透過
性が３８ｍｍ水柱／ｍｍ、厚み方向の抵抗率が０．０９
Ω・ｃｍて、燃料電池用集電電極として好適なものであ
った。

発明の効果この発明は、分散媒と、自己接着可能で、かつ炭素化し
得る短繊維と、炭素繊維の短繊維とを混合、抄造した後
、炭素繊維の短繊維同士を炭素化し得る短繊維で互いに
結着し、次いで加熱して炭素化し得る短繊維を炭素化す
るものであり、上述した従来の方法のように、時間がか
かるフェノール樹脂等の溶液含浸工程を必要としないの
で、製造コストが安くなる。また、炭素繊維の短繊維同
士を炭素化し得る短繊維で互いに結着し、しかも炭素化
し得る短繊維を炭素化してしまうから、気孔率を高くす
ることができるばかりか、気孔の大きさや分布が一様で
、また機械的強度や導電性にも優れた多孔体を得ること
ができるようになる。

Claims

【特許請求の範囲】

分散媒と、自己接着可能で、かつ炭素化し得る短繊維と
、炭素繊維の短繊維とを混合、抄造した後、前記炭素繊
維の短繊維同士を前記炭素化し得る短繊維で互いに結着
し、次いで加熱して前記炭素化し得る短繊維を炭素化す
ることを特徴とする炭素繊維多孔体の製造方法。