JPS63233073A - 導電性基材の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、リン酸型燃料電池のガス拡散電極ヤセパレ
ータ等として好適に使用し得る導電性基材を製造する方
法に関する。

従来の技術 リン酸型燃料電池のガス拡散電極等においては、導電性
が良好であること、機械的強度が優れていること、耐蝕
性が優れていること、ガス透過性が良好であること、反
応面積が大きいことなど、いろいろな特性が要求される
。そのため、炭素繊維の織物や編物が注目されてける。

そのような電極等に使用する導電性基材を製造する方法
としては、従来、特開昭５９−１１９６８０号公報に記
載されている方法が知られている。

この方法は、炭素ｍ維の原料繊維たる、たとえばポリア
クリロニトリル繊維の繊維束（マルチフィラメント）を
用いて編物を作り、次いでその編物を酸化性雰囲気中で
熱処理して耐炎化繊維編物となし、ざらにその耐炎化繊
維編物を非酸化性雰囲気中で熱処理して炭素繊維編物基
材とするものでおる。原料繊維の段階で編物形態とする
のは、炭素４ｉｉ帷は結節強力が極めて小さいために、
炭素繊維とした後では編めないからでおる。ところが、
この方法には、以下において）ホベるような欠点がある
。

すなわち、耐炎化工程においては、原料繊維を発火させ
ないで熱処理することが必要で、そのための条件制御か
もともと大変やっかいであるという事情があるが、編物
は嵩が大きく、したがって一度に相当量の原料繊維を熱
処理することになるため、相当緩慢な熱処理を行っても
内部に大量の熱が蓄積されやすく、一般に暴走反応と呼
ばれる、原料繊維が一気に燃え上がってしまう現象を起
こしやすい。かかる暴走反応は、原料繊維束を編まない
でそのまま耐炎化処理する場合でも起こり得るのである
が、繊維束は大変細く、したがって一度に処理される繊
維量は少なく、熱の蓄積も少ないから、条件制御は比較
的容易なのである。しかして、暴走反応が起こると、編
物はその形態保持さえ困難になってしまう。

また、従来の方法は、上述した暴走反応を防止するため
に、耐炎化処理をより一層緩慢に行う必要があり、生産
性が低い。

さらに、電極は反応面積を大きくとる必要から嵩高であ
るのが好ましいが、原料Ｉｌｉ維は耐炎化処理に伴って
数十％も大ぎく収縮し、一方、一般の編機ではそう嵩高
な原料繊維編物が用意できるわけてもないので、厚みの
ある、嵩高な基材が得にくいという問題もおる。

発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、従来の方法の上述した問題点を解決
し、嵩高で、しかも導電性やカス透過性等の特性に優れ
た、燃料電池の電極等として好適な導電性基材を製造す
る方法を提供するにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明においては、炭素
繊維の前駆体繊維たる耐炎化繊維の繊維束を用いて織物
または編物を作り、次いでその織物または編物に炭素化
可能物質を含浸した１多、非酸化性雰囲気中で熱処理し
て耐炎化繊維および炭素化可能物質を炭素化することを
特徴とする導電性基材の製造方法が提供される。もつと
も、この発明においては、耐炎化繊維の織物または編物
を非酸化性雰囲気中で一旦熱処理して耐炎化繊維を炭素
化した後に炭素化可能物質を含浸し、再び熱処理して炭
素化可能物質を炭素化することであってもよいものであ
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、炭素繊維の前駆体繊維たる耐炎化繊維の繊維
束を用意する。この製造は、炭素繊維を製造する際にお
ける周知の方法によればよい。すなわち、たとえばポリ
アクリルニトリル繊維、セルロース繊維、ピッチ繊維な
ど、耐炎化工程と炭化工程を経て炭素繊維とすることが
できる原料繊維束を、酸化性雰囲気中で、かつ発火させ
ないで１５０〜４００℃で熱処理し、耐炎化する。

この耐炎化に際して、上述した蓄熱環条がやはり起こる
が、原料繊維が繊維束の状態にあるために編物の場合は
ど大量の蓄熱はなく、暴走反応は極めて容易に抑制する
ことができる。なお、原料繊維束としては、単糸径が３
〜２０μｍで、かつ所望する基材の厚み等に応じて単糸
数が５００〜２４０００本であるようなものを選定する
。

上記耐炎化工程は、次式で与えられる、耐炎化の程度を
表わすＬＯＩＩＩｉ！が２０〜４０％になるように行う
のが好ましい。

ＬＯＩ値＝［耐炎化繊維が燃え続けるのに必要な酸素量
／（耐炎化繊維が燃え続け るのに必要な酸素量＋窒素の串）］ Ｘ１００（％） 上記ＬｏＩ値は、ＪＩＳ　　Ｋ７２０１に規定される方
法に準じ、次のようにして測定する。

すなわち、直径が約Ｑ、３ｍｍの針金に、耐炎化繊維を
直径が約７ｍｍになるように巻き付けて試験片を作り、
その試験片を燃焼筒内に配置する。

次に、燃焼筒内に酸素と窒素の混合ガスを流し、試験片
の上端に点火し、試験片が少なくとも３分燃え続【プる
か、または少なくとも５０ｍｍの長さにわたって燃え続
けるのに必要な最低酸素層と、そのときの窒素量を決定
する。それから、上式によって計瞳する。

ＬＯＩ値を２０〜４０％の範囲にするのが好ましいのは
、次のような理由による。すなわち、この発明において
は、次に、上記のようにして１ｑた耐炎化繊維束で織物
や編物を作るわけであるが、耐炎化繊維は原料繊維はど
結節強力が高いわけではなく、したがって上）ホした従
来の方法による場合はど織りやすく、おるいは編みやす
くはない。

しかしながら、ＬＯＩ値を２０〜４０％としておくと、
編織操作が比較的容易になる。

さて、この発明においては、上記のようにして得た耐炎
化繊維束を、周知の方法によって織物や編物とする。こ
のとき、繊維束と綜絖や筬、編針等との接触厚１察抵抗
を少なくするため、耐炎化繊維にポリエチレングリコー
ル等の油剤を１〜１０、Ｇｆｆｉ％付着させることも好
ましい。

織物は、平織、綾織、朱子織など、いずれであってもよ
い。また、編物としては、平編、ゴム編、パール編、タ
ック編、浮き編、両面編、テレコ編、トリコット編、ラ
ッセル編、ジャガード編、デンビー編、ハーフ編などを
使用することができる。

嵩高で、しかも厚み方向の導電性が高い基材を１ｑるこ
とかできるという理由で、編物を使用するのが好ましい
。

この発明においては、次に、上記織物または編物に炭素
化可能物質を含浸する。炭素化可能物質は、加熱すると
炭素化し得るもので、たとえばフェノール樹脂、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂など
の熱硬化性樹脂や、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂、ポ
リエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂な
どの熱可塑性樹脂や、ピッチ、タール、フルフリルアル
コールなどを使用することができる。しかして、これら
の炭素化可能物質は、含浸を容易にするため、通常、メ
タノール、テトラヒドロフラン、ピリジン、その他の溶
媒で希釈して用いるようにする。このとき、炭素化可能
物質の濃度は、５〜５０重量％程度がよい。また、炭素
化可能物質として熱硬化性樹脂を用いる場合には、含浸
後、加熱して硬化させておくようにする。この硬化に際
して基材を平板で挟み、厚みを規制するようにしてもよ
い。

次に、炭素化可能物質を含浸した耐炎化繊維の織物また
は編物を、非酸化性雰囲気、たとえば窒素雰囲気中で８
００〜３０００　’Ｃで熱処理する。

すると、基材を構成している耐炎化繊維が炭素化され、
炭素繊維の織物または編物となる。と同時に、炭素化可
能物質が炭素化され、基材を構成している炭素繊維同士
を、それらの、主として交点において互いに結着するよ
うになる。この熱処理に際して、耐炎化繊維はわずかに
収縮するが、原料繊維を耐炎化するときほどではない。

かくして、この発明の導電性基材が得られる。なお、炭
素化とは、炭化または黒鉛化をいう。

以上においては、耐炎化繊維からなる織物や編物に炭素
化可能物質を含浸した後加熱し、耐炎化繊維と炭素化可
能物質とを同時に炭素化する場合について説明したが、
この発明においては、炭素化可能物質の含浸前に耐炎化
繊維の織物や編物を加熱して耐炎化繊維を炭素化してお
ぎ、炭素化可能物質を含浸して再び加熱し、炭素化可能
物質を炭素化することもできる。

また、必要であれば、炭素化後に樹脂等を含浸し、ガス
不透過性の導電性基材とすることも可能でおる。

以下、実施例に基いてこの発明をざらに詳細に説明する
。

実施例１ 東し株式会社製炭素繊維Ｔ３００の前駆体繊維である耐
炎化繊維の繊維束（単糸数：　６０００本）を用い、１
Ｘ１のゴム編組織の耐炎化繊維編物を得た。

次に、上記耐炎化繊維編物にフェノール樹脂の５０重徂
％メタノール溶液を含浸し、フェノール樹脂を約６０重
量％付着させた。

次に、フェノール樹脂が付着した耐炎化繊維編物を、窒
素雰囲気中にて１５００’Ｃで３０分熱処理して耐炎化
繊維とフェノール樹脂とを炭素化し、この発明の導電性
基材を得た。この導電性基材の厚み方向の抵抗率は０．
０１５Ω・ｃｍであり、また厚み方向のガス透過性は６
１０ＣＣ／時・Ｃｍ２・ｍｍ水柱であった。

実施例２ 実施例１で使用した耐炎化繊維編物を、窒素雰囲気中に
て１５００’Ｃで３０分加熱し、炭素繊維編物とした。

次に、上記炭素繊維編物にフェノール樹脂を実施例１と
同様に約６０重厘％付着させ、厚み２１Ｉ１ｍにプレス
加工した後、窒素雰囲気中にて再び１５ｏｏ’ｃで３０
分熱処理してフェノール樹脂を炭素化し、この発明の導
電性基材を得た。この導電性基材の厚み方向の抵抗率は
０．０１０・ｃｍであり、また厚み方向のガス透過性は
６３０ｃｃ／時・Ｃｍ２・ｍｍ水柱であった。

及」曵泣ス この発明は、耐炎化繊維束で織物または編物を作り、そ
れに炭素化可能物質を含浸した後熱処理して耐炎化繊維
と炭素化可能物質とを同時に炭素化するか、耐炎化繊維
の織物または編物を加熱して炭素繊維の織物または編物
とした後に炭素化可能物質をクーし、再び加熱して炭素
化可能物質を炭素化するものであるからして、原料繊維
編物を熱処理して耐炎化繊維編物とし、ざらに熱処理し
て炭素繊維編物とする従来の方法のように耐炎化処理中
における暴走反応の心配が少なく、生産性が向上するば
かりか、耐炎化繊維束を、いわゆる出発原料とするため
に耐炎化処理時の収縮を考慮する必要がほとんどなく、
嵩高で、しかも形態保持性に優れ、また実施例にも示し
たように導電性やガス透過性等の特性に優れた導電性基
材を製造することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維の前駆体繊維たる耐炎化繊維の繊維束を
   用いて織物または編物を作り、次いでその織物または編
   物に炭素化可能物質を含浸した後、非酸化性雰囲気中で
   熱処理して前記耐炎化繊維および炭素化可能物質を炭素
   化することを特徴とする導電性基材の製造方法。
2. （２）炭素繊維の前駆体繊維たる耐炎化繊維の繊維束を
   用いて織物または編物を作り、その織物または編物を非
   酸化性雰囲気中で熱処理して前記耐炎化繊維を炭素化し
   た後炭素化可能物質を含浸し、次いで再び非酸化性雰囲
   気中で熱処理して前記炭素化可能物質を炭素化すること
   を特徴とする導電性基材の製造方法。