JPS63294610A - 導電性成形板およびその製造方法 - 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〕 本発明は、導電性樹脂複合体に関するものであり、さら
に詳しく述べるならば、電気絶縁性のシート、熱硬化性
樹脂および炭素粉末を一体結合した導電性樹脂複合板お
よびその製法に関するものである。

〔従来の技術〕

導電性を付与する炭素粉末と樹脂との混合物を成型した
導電性樹脂複合体は、炭素の導電性および耐蝕性を利用
して、電池材料、電磁波シールド材料、１．Ｃ，製造用
治具等に使われている（例えば特開昭５８−２２２１３
５号参照）、シかしこれらの導電性樹脂複合体は炭素粉
末からなるフィラーと樹脂を混練成型したものであるか
ら、殆どが金型成型やＴダイ押し出し等により得られて
おり、そのため、強度が低い、生産性が悪い、大型製品
をつくりにくい等の欠点があった０強度不足の改良とし
て短繊維による繊維強化を図ることも知られているが、
充分な強度は得られていない。

一方、カーボンファイバーの織布や不織布に樹脂を含浸
後加熱加圧成形する方法もあるが、この方法は強度の向
上は可能でありまた金型成型が不要になるが、カーボン
・ファイバーが高価なため製品である成形体が非常に高
価となり、実用上問題があった。

さらに、米国特許明細書第４２０７１２９号に記載され
ているように、ガラス、紙、繊維などからなる２枚のシ
ート状支持体をロールから巻き戻しながら、その間に金
属薄板製導電性ブスバーを介挿させて積層し、これらの
積層体を炭素粉末および樹脂を含有したタンクを通過せ
しめ、これらを支持体に塗布し、その後２００℃程度で
硬化することを骨子とする導電性板の製法も知られてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した導電性フィラーと樹脂を成形する方法では成形
のために型を必要とする加圧成形（モールディング）が
行なわれる。ところが、燃料電池、新型二次電池のセパ
レーターなどの大サイズで、薄くかつ高強度の成形体を
作製するためには加圧成型は適していない、一方、上記
した米国特許の方法に依ると、加圧成型によらず薄い導
電性板が作製できるが、紙、繊維等を単に炭素粉末の支
持体として利用する方法では、燃料電池、新型二次電池
等のセパレーターとして必要な板厚方向の導電性を有す
る導電性樹脂複合体を得ることばで゛きない、なお、現
在行なわれている燃料電池用導電性板の改良努力の多く
は樹脂等を焼成する技術分野の改良に向けられている（
特開昭６１−８３６１１　。

６１−８６４１１　、６１−１９１７４１３号参照）。

しかし、この方法で必要となる焼成は温度が高くかつ処
理時間が長いという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等はこれらの問題点を解決するため鋭意研究努
力した結果、耐薬品性のある絶縁性の多孔質シートに導
電性フィラーと熱硬化性樹脂の混合液を含浸後、樹脂を
加熱硬化することにより、金型も炭化焼成も不要とする
方法で板厚方向に導電性を有する新規な導電性成形板お
よびその製造方法を見出した。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

本発明において使用されるシートは成形板の面に垂直方
向の導電性を具備するに必要な連通した間隙を有するこ
とが必要である。即ち導電性フィラーと熱硬化性樹脂の
混合液を含浸する際に導電性フィラーが前記間隙に容易
に浸透することが肝要である。この間隙は通常の織布の
ように小さ過ぎると導電性フィラーと樹脂の混合液の含
浸時にフィラーが織布表面に濾過され、単に表面に支持
され、この為、得られる成形板の面に垂直方向の導電性
が低下する。一方、間隙が大き過ぎると含浸時にこの間
隙全てを混合液で埋めることができず良好な成形板を得
ることができない０本発明者等の実験結果によると、多
孔質シートにおける隣合う繊維の間隙は、シートの板厚
約５ｍにおいて、水柱５ｃｍの差圧下で５１／ｄ／分程
度以上の通気性を有することが必要である。この通気性
は繊維の間隙の程度を表わす指標となっている。これ以
下の通気性では、成形板の面に垂直方向の良好な導電性
が得られない。このような間隙は、熱硬化性樹脂ととも
に炭素フィラーを充填して成形体の板厚方向に伸びる導
電路となり、また熱硬化性樹脂の含浸時にこれを表面張
力で保持する支持部ともなる。かかる作用が得られる間
隙は成形体の全体に形成されていることが望ましいが、
全面積の数％程度の部分において繊維が密に配列されて
いて熱硬化性樹脂の含浸を妨げても、他の大部分で上記
作用が得られるようになっておればよい。

本発明のシートに使用する繊維は、有機繊維および／ま
たはセラミック繊維である。これらの繊維は長繊維もし
くは短繊維を使用できるが、短繊維の場合は上記した繊
維間間隙を得るために長さが５鶴以上のものを使用する
ことが好ましい。セラミック繊維としては、ガラス繊維
、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ロックウールなどを
使用することができる。有機繊維としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド（商品
名ナイロン）、ポリアクリルニトリルなどの合成繊維、
セルロースなどの天然繊″維、酢酸セルロースなどの半
合成繊維を使用することができる。これらの繊維は用途
により好ましい繊維を選択して使用される０例えば、曲
げ強さが特に要求される用途の使用する成形体にはポリ
アミドが使用される。また酸やアルカリに対する耐蝕性
が特に要求される用途に使用される成形体にはガラス繊
維、ポリエチ、ポリプロピレン等が使用される。

これらの繊維は、織布、不織布、抄紙されたシート、ま
たは間隙をパンチ等で貫通させた連続シートの形態で、
樹脂含浸の前に、予め調整される。

本発明において、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹
脂、キシレン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などを
使用することができる。

また、炭素粉末としては黒鉛、カーボンブラックなどの
粉末を使用する。これらの粉末がシートの間隙に入り込
むためにはある程度微細なものであることが好ましい。

その粒度は１００．１１１１以下、より好ましくは３０
μ以下であると良好な導電性が安定して得られる。かか
る粒度を有する炭素繊維切断片も通常の粉末と同等に使
用することができる。

また、これらの炭素粉末の量が熱硬化性樹脂に対して少
なすぎると所望の導電性が得られず、多すぎると充填性
が低下してやはり所望の導電性が得られない。かかる炭
素粉末の量は熱硬化性樹脂の量に対して５０〜７５重量
％であると良好な導電性が安定して得られる。上記した
好ましい各数値範囲を維持して成形して得られる成形板
の板厚方向の電気比抵抗が１００口以下、また曲げ強さ
が８００ｋｇｆ／Ｊ以上となり、燃料電池、新二次電池
等のセパレーターとして充分な特性が得られる。

以下、本発明の製造方法の特徴とする点を説明する。

上記したように予め所定間隙を有するシートを調整する
のは強度が高い基材が得られ、また所定間隙が安定して
得られるからである。続いて、シートへの樹脂混合物の
含浸を行なう、これは、溶剤を含有する樹脂混合物液に
シートを浸漬する方法、樹脂混合液をシートに塗布する
方法、ロールコート法などにより行なわれる。シートは
、通常１〜２ＷＭの厚さを必要とする厚み精度の良い製
品が得られるように複数枚を使用する。

最後に加圧加熱圧着を行なう。加熱はシートに含浸され
た熱硬化性樹脂を硬化することにより、炭素粉末ととも
に樹脂を繊維に対して固定し、繊維の網目に強固に保持
するものである。この加熱温度は通常の樹脂の硬化温度
であり、一般に２００℃以下である。これらの条件に従
えば金型を使用せずまた炭化焼成も行なわずに所望の成
形板を製造することができる。成形板の樹脂と繊維の割
合はシートの気孔によってほぼ定まるが繊維１００重量
部に対し、樹脂５〜３０重量部が適当である。

以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

実施例１ ２００°鶴ガラス繊維織布（日本板硝子■、マイクログ
ラスクロスＹＥＨ３００、通気量約１０１２／ａｉ／分
）を黒鉛微粉（昭和型ニー〇ＰＧ　３０）とフェノール
樹脂（昭和高分子■ＢＸＳ　−７４１）混合液（配合表
参照）に浸漬し、引き上げた後プリプレグ（１３０℃〜
１０分乾燥）とした。

表１ このプリプレグを３枚積層し、加熱圧着（１６０℃〜３
０分〜３０ｋｇｆ／ｃｄ）により積層体を得た。得られ
た積層板の物性値を表２に示した。

表２ 注１）四端子法により測定。注２）２ｃｍ角の銅板の間
にサンプルを挟み、１ｋｇｆ／−荷重下で測定。

この積層板の３ＮＨＣｌ溶液に１０００時間浸漬し曲げ
強さ、重量変化を調べた。結果を表３に示した。

以上の実験により積層板は耐薬品性に優れ、且つ良好な
導電性を具備していることが分かった。

表３ 実施例２ 実施例１と同様にしてフェノール樹脂の代わりにエポキ
シ樹脂（油化シェル−エピコート８２８）を用いて試験
を行なった。得られた成形板の物性を表４に示した。

表４ 又該成形板を２０％ＫＯＲ溶液に１０００時間浸漬した
後の重量変化と曲げ強さの変化を調べた。結果を表５に
示した。

表５ 本実験で得られた成形板は耐薬品性、高導電性性を具備
していることが分かった。

実施例３ ２００°ｆｌカーボンフアイバー不織布（東し■、トレ
カマット）を用い実施例２と同様にして、エポキシ樹脂
によるプリプレグを作製した。

このプリプレグを中間層とし、両面に実施例２で作製し
たプリプレグを挟み、合計３枚のプレプレグを実施例１
と同様に積層圧着し成形板を得た。

得られた成形板は実施例２で試験した成形板とほぼ同じ
特性を示した（表６参照）。

一方間様にしてカーボンファイバー不織布単味でエポキ
シ樹脂成形板を得た。物性を表７に示した。

本実験結果より、本発明で得られる成形板はカーボンフ
ァイバー単味の成形板とほぼ同じ特性を示しており、従
来のカーボンファイバーのみを使用したものに比べ、大
巾なコストダウンが可能であることが分った。

表６ 表７ 実施例４ 市販ポリエチフィルムに１φ鶴の穴を一当たり約２０ケ
穴を開け５０Ｘ１００　Ｍの穴開きフィルムを作成した
。このフィルムを実施例１と同様にして加熱圧着し積層
板を得た。得られた積層板の物性値を表８に示した。

表８ 又同様にして耐薬品性を調べる為ＨＣ１溶液に１０００
時間浸漬し、曲げ強さを調べた。結果を表９に示した。

表９ これらの物性変化から、本実験で得られた成形板は耐薬
品性、高導電性を具備していることが分かった。

比較例１ 実施例１と同じく、黒鉛微粉とフェノール樹脂を配合し
、加圧ニーダ−で１時間〜１ｋｇｆ／−加圧下で混和し
た。

このペーストを金型で加圧・加熱成形しく１６０℃で２
０分）、平板を得た。この平板の物性を表１０に示した
。

表１０ 又実施例１と同様にして耐薬品性を調べた結果を表１１
に示す。

表１１ この結果より、本実験で得られた成形板は実施例１と比
較し、曲げ強さが低いことが分かった。

比較例２ 市販綿布を用い実施例１と同様にして、成形板を得た。

得られた成形板の面に垂直方向の電気抵抗は２１００Ω
−と非常に大きな抵抗値となった。

〔発明の効果〕

本発明により得られる成形板は耐薬品性、機械的強度に
優れ、且つ安価に生産可能である。これらの特徴を活用
しレドックスフロー電池、Ｃｒ−Ｂｒ電池等への応用が
期待できる。又フィラーにカーボンの他にフェライト等
の強磁性体を加えれば電磁波シールド材としての用途も
期待できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機繊維またはセラミック繊維の多孔質シートに、
   熱硬化性樹脂および炭素粉末をシートの厚さ方向に連通
   して含有せしめることにより、シートの厚さ方向の電気
   比抵抗が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする導電性
   成形板。 ２、有機繊維またはセラミック繊維の多孔質シートに、
   炭素粉末および熱硬化性樹脂を主原料とする混合液を前
   記シートに含浸した後、前記シートを加圧しながら、加
   熱して熱硬化性樹脂を硬化することを特徴とする電気比
   抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性複合成形板の製造法。