JPS63303871A - 炭素材用接着剤およびこれを用いる接合方法 - 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〕 本発明は炭素材用の接着剤およびこれを用いる炭素材の
接着方法に関する。

〔従来の技術と問題点〕

炭素材料は明確な融点を持たず、耐熱性が優れていると
ころから１０００°Ｃ以上の高温材料、例えば、ヒータ
ー、るつぼ、耐熱材、電極等の用途に使用されている。

しかし、このように高温で使用されかつ融点を持たない
ことがこれまで炭素材料の接合を困難にしてきた。

すなわち、従来より接着剤として多用されている有機化
合物系のものは耐熱性がせいぜい２００〜３００℃であ
るため使用できない。金属やセラミックスで実施されて
いる溶接も低温で溶融する炭素材料が存在しないため不
可である。

これまで炭素材料の接合でわずかに行われている方法と
しては、例えば、ピッチ、タール、フラン樹脂、フェノ
ール樹脂等のプレボリマーである混炭素化液状物を接着
剤として用いる方法が知られているに過ぎない。しかし
、このような方法では接着強度が弱いものとなってしま
う。この理由は、接合された炭素材料を高温で使用する
場合、接着剤も炭素化するが、この際、２０〜５０％の
体積減少を生じる。このため、接着剤と被着剤の間に歪
を生じるからである。これは、接着剤で接合後、使用前
に予め熱処理しても変わらない。そこで熱歪軽減のため
に上記した異次素化。

液状物にカーボンブラック、黒鉛等の炭素粉末を配合す
る方法も報告されているが、後述の実施例に示すとうり
大量に配合しないと効果がなく、一方、大量に配合する
と接着剤の粘度が増加した作業性の劣ったものとなる。

〔発明の目的〕

本発明は、前記した従来技術の欠点を解決して炭素材料
を強力に接着する技術を提供することにある。すなわち
、本発明の目的は作業性が良好で接着強度の優れた炭素
材接合用の接着材を提供し又該接着剤を用いた接合方法
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者はこれについて検討した結果、下記方法を用い
れば前記目的を達成できることを見出し本発明を完成す
るに到った。すなわち、本発明の第１発明によれば、混
炭素化液状物に炭素繊維を配合したことを特徴とする炭
素材用接着剤が提供される。

又、本発明の第２発明によれば、混炭素化液状物に炭素
繊維を配合した炭素材用接着剤を、接合しようとする二
つの炭素材の少なくとも一方の接合しようとする部分に
塗布し、両者を接触硬化せしめた後、非酸化性雰囲気下
で６００°Ｃ以上の温度で焼成して接合することを特徴
とする炭素材の接合方法が提供される。

〔発明の詳細な説明〕

本発明に係わる炭素材用接着材では混炭素化液状物に炭
素繊維が配合されている。ここで混炭素化液状物とは、
チッ素等の非酸化性ガス雰囲気下に高温で焼成すると容
易に炭素化するものを意味する。本発明に係わる混炭素
化液状物として具体的には熱硬化性樹脂の液状プレポリ
マー、タール、ピッチ等を例示できる。この場合の熱硬
化性樹脂として具体的には、ポリウレタン、ポリイソシ
アネート、ポリイミド、フェノール樹脂、フルフラール
樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、ピラニル樹脂、フラ
ン樹脂あるいはこれらの各種変性物たとえばエポキシ変
性フェノール樹脂、メラミン変性ユリア樹脂、エポキシ
変性ピラニル樹脂、ウレタン変性ピラニル樹脂などであ
り、この中ではレゾール型フェノール樹脂、フラン樹脂
が好ましい。

レゾール型フェノール樹脂においては、好ましくはメチ
ロール指数６０〜１１０、特に７０〜１００の範囲のも
の、ホルムアルデヒド／フェノール（モル比）の割合が
１．１〜１．８特に１．１〜１．５のもの、常温での粘
度が１００〜１００００ｃｐｓのものが好ましい。

本発明に係わる炭素繊維として具体的には、ＰＡＮ系炭
素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、ＰＶ
Ａ系炭素繊維、フェノール樹脂系炭素繊維を例示でき、
この場合の炭素繊維の平均繊維長さは通常０．０１〜２
０ｍｍであるが、１ｍｍ以下のものを用いるのが好まし
い。

本発明に係わる炭素材用接着剤では、混炭素化液状物と
炭素繊維の割合は、５炭素化液状物１００重量部に対し
て炭素繊維は通常１〜１００重量部であり、好ましくは
１０〜５０重量部の範囲にある。

本発明の炭素材用接着剤には硬化剤が５炭素化液状物１
００重量部に対して通常は２〜４０重量部、好ましくは
５〜２０重量部含有される。硬化剤はプレポリマー成分
を硬化せしめるのに使用されるものであれば如何なるも
のでもよく、例えばプレポリマーがレゾール型フェノー
ル樹脂の場合には硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、フェノー
ルスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン
酸等の酸、ノボラック型フェノール樹脂の場合にはへキ
サメチレンテトラミン、ジエチレントリアミン等が用い
られる。又本発明の炭素材用接着剤では通常は溶媒を用
いて、先の熱硬化性樹脂のプレポリマーあるいはタール
、ピッチは溶媒に溶解ないし分散させて用いられる。こ
の場合該溶媒としては揮発性の高い物、例えばメタノー
ル、エタノール、プロパツール、イソプロパツール等の
アルコール類、エチレングリコール等のクリコール類、
アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エス
テル等のエステル類、ジメチルエーテル類のエーテル類
、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサンなどの炭化
水素類、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、水ある
いはこれらの混合物挙げることができる。とくに好まし
いのはメタノール、エタノール等のアルコール類である
。

本発明の炭素材用接着剤で使用される５炭素化液状物の
粘度は通常１０〜１００，０ＯＯｃｐｓであり、好まし
くは１０００ｃｐｓ以下になるように熱硬化性樹脂のプ
レポリマー、ピッチ、タール等に前記した溶媒を適宜量
加えて調整される。この粘度範囲に調整されると塗布時
に均一なかつタレを生じずに高速で塗布することができ
る。

本発明では、前記した本発明に係わる炭素材用接着剤を
用いて以下の方法により炭素材を接着することができる
。すなわち、接合しようとする二つの炭素材の少なくと
も一方の接合しようとする部分に炭素材用接着剤を塗布
し、両者を接触せしめた後、非酸化性雰囲気下で６００
°Ｃ以上好ましくは８００°Ｃ以上の温度で焼成して接
合することができる。本発明では炭素材用接着剤を塗布
した接着層は好ましくは０．１〜１０００μ、とくに１
００〜５００μの厚みになるように形成される。非酸性
雰囲気としてはＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガスなどであ
る。本発明では接着に用いられる炭素材はどんなもので
も良いが、例えばフェノール樹脂発泡体を炭素化して得
られる炭素多孔体を用いることが好ましい。

本発明では焼成時の昇温速度は制限ないものの、一般に
接着剤の分解が開始される３００〜６００°Ｃ付近にか
けては徐々に行うほうがよい。この間に接着剤に用いる
プレポリマーにたとえばフェノール樹脂を用いると５０
％程度の重量減少、３０％程度の寸法減少が生ずる。故
にこの温度間における昇温を、急激に行うと、分解ガス
が急激に発生、炭化収縮するので、得られる炭素接合品
にはしばしばクラックの入ったものが生じる。また焼成
温度が６００°Ｃ未満であると、十分に接着剤を塗布し
た部分が炭素化されずに、着火温度が低くかつ実用的に
再度寸法変化を生じるような炭素質製品が得られること
が多い。

〔発明の′効果〕

本発明の炭素材用接着剤及びこれを用いた接合方法によ
れば、従来のものに比べて作業性が良好で接着強度が優
れる。

〔実施例〕

以下本発明の方法を実施例によって具体的に説明する。

実施例１ ’Ｂ　度０．２０　ｇ　／　ａｉｌのレゾール型フェノ
ール樹脂発泡体をＮ２雰囲気下１０００″Ｃで焼成後、
更に２０００°Ｃで焼成して得られた炭素多孔体（嵩密
度０．１８ｇ／ｄ）から縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、鷹さ
３０ｍｍの試験片２個を切削した。この試験片１個の１
面に、レゾール型フェノール樹脂Ａ（固形分７０％、粘
度２００ｃｐｓ）１００重量部、ピッチ系炭素繊維（繊
維径１８μ、繊維平均長さ０．４ｍｍ）２０重量部、お
よびパラトルエンスルホン酸１０重量部とからなる接着
剤混合物を刷毛で塗布し、塗布面を介して試験片を張合
わせた後０．１）ｃｇ／ｅｔａの荷重下で１昼夜室温放
置した。

次にこの接合物をＮ２中１０００℃で焼成し接着部を炭
化させた。以上の方法で得られた試験片の両端を引張試
験機でクロスヘッド速度５０ｍｍ／ｍｉｎで引張ること
により剥離強度を測定した。結果を第１表に示す。

実施例２〜５ 炭素繊維の配合量を第１表の如く変えた以外は、実施例
１と同様に行った。結果を第１表に示す。

実施例６ 接着剤混合物として、レゾール型フェノール樹脂Ｂ（固
形分７４％、粘度４５００ｃｐｓ）　１００重量部、実
施例１で用いたピッチ系炭素繊維２０重量部、パラトル
エンスルホン酸１０重量部、エチルアルコール１０重量
部とからなる混合物を用いる以外は実施例１と同様に行
った。結果を第１表に示す。

実施例７ 実施例６で用いた接着剤混合物において、エチルアルコ
ール１０重量部の代わりに水１０重量部を用いる以外は
、実施例６と同様に行った。結果を第１表に示す。

比較例１ 接着剤として、実施例１で用いたレゾール型フェノール
樹脂Ａ１００重量部、パラトルエンスルホン酸１０重量
部とからなる混合物を用いる以外は実施例１と同様に行
った。結果を第１表に示す。

比較例２ 接着剤として、実施例１で用いたレゾール型フェノール
樹脂Ａ１００重量部、黒鉛粉末（２００メツシュパス９
５％）２０重量部、パラトルエンスルホン酸１０重量部
とからなる混合物を用いる以外は実施例１と同様に行っ
た。結果を第１表に示す。

比較例３ 黒鉛粉末の配合量を５０重量部に変える以外は比較例２
と同様に行った。結果を第１表に示す。

参考例１ 実施例１で用いた炭素多孔体から縦６０ｍｍ、横３０ｍ
ｍ、鷹さ３０ｍｍの試験片を切削し、そのまま引張試験
を行った。結果を第１表に示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）易炭素化液状物に炭素繊維を配合したことを特徴
   とする炭素材用接着剤。
2. （２）易炭素化液状物がレゾール型フェノール樹脂及び
   フラン樹脂のうちから選ばれる少なくとも１種からなる
   液状プレポリマーであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の炭素材用接着剤。
3. （３）易炭素化液状物に炭素繊維を配合した炭素材用接
   着剤を、接合しようとする二つの炭素材の少なくとも一
   方の接合しようとする部分に塗布し、両者を接触硬化せ
   しめた後、非酸化性雰囲気下で６００℃以上の温度で焼
   成して接合することを特徴とする炭素材の接合方法。