JP2910002B2 - 特殊炭素材の混練方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は等方性特殊炭素材の製造
工程において、混練時間を短縮すると共に、混練成形後
の焼成工程における割れ等による歩留り低下を防止する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホットプレス用型材、放電加工用電極、
連続鋳造用ダイス、ＳｉＣ被覆基材、原子炉用材料、メ
カニカルシール材等に好適な等方性高密度炭素材（以下
特殊炭素材と称する）の製造工程においては、先づター
ルピッチコークス、石油コークス、人造黒鉛、カーボン
ブラック等の炭素質主原料を粉粒状に粉砕後、結合材で
あるコールタールピッチ、タール等の結合剤を配合して
結合剤の融点以上の温度域で充分に湿潤混練する捏合工
程が極めて重要である。

【０００３】従来の混練工程は、所定粒度に粉砕された
炭素質主原料に適正量の結合剤（以下バインダーピッチ
と称することとする）を配合し、バインダーピッチの融
点以上の適宜な温度で、所定時間混練する方法が種々提
案されている。

【０００４】大正１１年特許第４２４２１号「電気用カ
ーボン製造法」では、コークス、黒鉛等をコールタール
ピッチ等の粘結剤と泥状に混捏し、成形する前に泥状原
料中の空気及び低温揮発性ガス体を排除し、その後成形
焼成する電気用カーボン製造法が開示されている。

【０００５】特公昭４７−２２９３４号公報では、炭素
質原料および結合剤を混合し、これを２００〜４００℃
の温度域で加熱後の原料中の揮発分を５〜１５％の範囲
になる迄予備加熱し、冷却、粉砕後成形、炭素質化する
炭素質成形体の製造法が開示されている。

【０００６】特公昭５４−３７０７６号公報では、炭素
質主原料とタールピッチを配合し、タールピッチの融点
以上の温度域で加圧しながら捏合する第１捏合工程と、
ついで加圧力を除去し、捏合物を酸素含有気流と接触さ
せながら第１工程と同等以上の温度域で捏合する第２工
程を適用し、この捏合物を冷却粉砕し、成形、焼成、黒
鉛化する摺動用炭素材の製造方法が開示されている。特
公平１−１６７８９号公報には最大粒子径が約１０μｍ
以下の微粒子状の炭素質原料に対し、結合剤を添加した
混合物を加熱混捏し、引きつづき加熱状態で該混合物を
ガス抜き処理に付した後、ラバープレスで成形し、焼成
黒鉛化する等方性高密度炭素材の製造方法が開示されて
いる。

【０００７】何れにおいても、成形前に結合剤（バイン
ダーピッチ）の揮発分を揮散させ、低揮発分とした後、
成形する技術思想は開示され、更に特公昭５４−３７０
７６号公報では、通常炭素質主原料に対して３０〜４０
重量％のバインダーピッチ配合量を４０〜７５重量％に
増加させることが加圧捏合上必要であると記載されてい
る。又、特公平１−１６７８９号公報には、炭素質原料
１００重量部に対してバインダーピッチ等の結合剤を５
０〜１３０重量部添加することが記載されている。

【０００８】しかしながら、何れの公知技術において
も、バインダーピッチは一度に添加され、従って成形前
に予め揮発分を減少させるのに長時間を必要とすること
は変らない。また特殊炭素材の物性は、コークス等の炭
素質主原料の種類、粒径、バインダーピッチ量、質等に
より決定されるが、バインダーピッチ量はその中でも、
大きな影響を与える。バインダーピッチ量を増やせば、
嵩密度（ＢＤ）が高くなり、強度を上げる成分（βレジ
ン）を増やすことになるので物性は良くなることは分っ
ているが、成形後の焼成時の歩留りが悪くなる。これは
バインダーピッチが増えることによって、同一の混練工
程では、成形物中の揮発分が増加し、焼成時にガス発生
が多くなり、ガス圧により割れる等により製品歩留りが
悪くなる。

【０００９】そこでバインダーピッチ量を増して、物性
強度と焼成歩留りを上げるためには、焼成時に発生する
ガスを少なくすればよい。前記の先行技術は、この目的
のために成形前に、捏合物を予備加熱処理して、揮発分
を予め低減させることをねらったものである。しかしな
がら、この捏合物はペースト状であることから、前記何
れの方法でも、揮発分の低減に長時間の混練を必要とす
ることは解決されていない。

【００１０】また気液平衡上、混練時に発生したガスを
迅速に除去することが、揮発分の低減に有効であること
は明らかであるので、通常ブロワーにて発生ガスを吸引
排除することが行われているが、室温の低温空気を吸い
込むことになり、混練物を冷却する結果となって、揮発
分を効率よく下げることが出来ない。逆に室温も季節に
よって変動するため、残存揮発分を一定とする目的の作
業標準で作業していても、実際には変動するため、物性
変動の１原因と考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭素
質主原料とバインダーピッチを混合し、揮発分を後の焼
成工程に好適な５〜１５％程度に低減するに当って、短
時間に効率よく揮発分を低減でき、しかも出来た成形用
の混練物の揮発分をいちいち分析しなくても、作業管理
により常に一定の混練ができ、物性変動を小さくし、よ
って特殊炭素材製品の品質を安定化させる方法を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記の課題を
解決するため鋭意研究を行った結果、炭素質主原料とバ
インダーピッチの混練物の揮発分の低減に長時間を要す
るのは、混練物が高粘度のペースト状で、揮発ガスが抜
けにくいことにあり、それに対して少量づつのバインダ
ーピッチの添加では捏合物は一度にペースト状になら
ず、表面積の大きい粉体に近い状態であること、更にニ
ーダーの混練温度前後の熱ガスを吹き込めば、揮発ガス
を迅速に排除できると共に、混練が一定になるため炭素
材の物性変動を小さくできることを見い出し、本発明を
完成した。

【００１３】すなわち本発明は、（１） 炭素質主原料
に結合剤を配合し、結合剤の融点以上の温度域で混練す
る工程において、所定量の結合剤を少なくとも２回以上
に分割添加混練することを特徴とする特殊炭素材の混練
方法であり、

【００１４】（２） 炭素質主原料に結合剤を配合し、
結合剤の融点以上の温度域で混練する工程において、混
練機の設定温度±５０℃の範囲内の熱ガスを強制導入し
ながら混練することを特徴とする特殊炭素材の混練方法
であり、

【００１５】（３） 所定量の結合剤を少なくとも２回
に分けて添加混練する前項（２）記載の特殊炭素材の混
練方法である。

【００１６】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おいては、炭素質主原料に、所定量の結合剤（以下単に
バインダーピッチと称する）を添加するとき、２回また
は３回、又はそれ以上の回に分けて添加する方法であ
る。分けて添加する間には勿論加熱混練が行われてい
る。コークス等の炭素質主原料に対し、この場合、全体
のバインダーピッチ添加量が５０重量％であれば、第１
回目の添加量を例えば２５重量％とし、第２回目に又２
５重量％添加するように行なう。３回以上に分けてもよ
い。

【００１７】このように分割して添加すると、第１回目
の添加では、バインダーピッチ量が少ないため、捏合物
はペースト状にならず、コークス粉体に近い状態である
ので表面積は大きくなり、揮発分は著しく飛散しやすく
なる。このようにして揮発分を下げたものに、２回目の
バインダーピッチを添加すると、同一の合計混練時間
で、通常の１回でバインダーピッチ全量を添加したもの
より、揮発分は下がる。逆に同一揮発分迄低減させる場
合には、本発明の場合短時間の混練で目的を達すること
になる。

【００１８】前記した通り、混練中に、ブロワー等にて
発生ガスを吸引排出する従来の方法では、室温の冷風を
吸い込むことになり、混練物の温度を下げ、季節により
室温が変るため、同一作業を行っていても、成形前の混
練物の揮発分が変動することになり物性変動の１因とな
る。

【００１９】本発明では、混練機の設定温度±５０℃の
範囲内に、加熱した空気又は酸素含有気体、あるいはア
ルゴン、窒素等の不活性ガスをブロワー等で昇圧し、加
熱して強制的に吹き込む。これによって吹込相当量のガ
スは混練機内の発生した揮発分を伴って排出され、混練
物の気液平衡を気体の方へ移行させ、揮発分の蒸発を促
進すると共に、季節による温度変化のない熱気体が吹き
込まれるため、混練物の温度が下って揮発を阻害したり
することなく、又、温度、時間の管理で常に一定の混練
が出来るので成形物ひいては製品特殊炭素材の物性変動
を小さくすることができる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例によって、本発明を更に具体的
に説明するが、本発明は、この実施例によって限定され
るものではない。タール系ピッチコークスを１０μｍ以
下に粉砕したもの５５重量部に対して、２０メッシュ以
下に粉砕したタール系バインダーピッチを４５重量部の
割合で配合した混合物５kgを２５０℃の加熱温度で混練
し、揮発分が１３重量％になるまで混練して、その揮発
分になるまでの所要時間を測定して、比較例（対照例）
とした。

【００２１】（実施例１）前記コークス５５重量部に対
し、前記バインダーピッチを全バインダーピッチの５０
％に相当する２２．５重量部の割合で第１回目に添加し
て、２５０℃で混練し、１．５時間後に第２回目として
残りのバインダーピッチを２２．５重量部の割合で分割
添加して、配合した最終混合物５kgを、同じ２５０℃の
混練温度で混練して、揮発分が１３重量％になるまでの
全所要時間を測定した。

【００２２】（実施例２）前記コークス５５重量部に対
し、前記バインダーピッチを４５重量部の割合で全量を
配合した混合物５kgを、混練機中にコンプレッサーで圧
縮して、温度２５０℃に加熱した空気３０Ｌ／min を吹
き込みながら、混練温度２５０℃で混練した。揮発分が
１３重量％になる迄の所要時間を測定した。

【００２３】（実施例３）前記コークス５５重量部に対
し、前記バインダーピッチを全バインダーピッチの５０
％に相当する２２．５重量部の割合で第１回目に添加し
て、混練機中に温度２５０℃のコンプレッサーで圧縮し
て、加熱した空気３０Ｌ／min を吹き込みながら混練温
度２５０℃で混練し、１時間後に、第２回目として残り
のバインダーピッチ２２．５重量部の割合で分割添加
し、配合した混合物５kgを第１回目と同様に加熱空気を
吹込みながら混練温度２５０℃で混練して、揮発分が１
３重量％になるまでの全所要時間を測定した。これらの
結果を表１に示す。

【００２４】（実施例４）前記コークス５０重量部に対
し、前記バインダーピッチを全バインダーピッチの４０
％に相当する２０重量部の割合で第１回目に添加して、
２５０°Ｃで混練し、１．５時間後に第２回目として同
じく全バインダーピッチの４０％に相当する２０重量部
の割合で分割添加し、更に混練をつづけ、２．５時間後
に第３回目として残りのバインダーピッチ１０重量部の
割合で分割添加して配合した最終混合物５kgを同じ２５
０°Ｃの混練温度で混練して、揮発分が１３重量％にな
るまでの全所要時間を測定した。

【００２５】比較例、実施例１，２，３，４の混練捏合
物を冷却後、微粉砕して、ＣＩＰ（コールド・アイソタ
クティック・プレス…ラバープレス）法により１ｔ／cm
² の均等圧による成形を行い、１０℃／Hrの昇温速度で
９００℃迄焼成し、アチソン炉を用いて、３０００℃迄
加熱して黒鉛化した。黒鉛化後の各物性を表２に示す。

【００２６】

【表１】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明によるバインダーピッチの複数回
分割添加、又は加熱ガス吹込混練あるいはこの両者を併
用することにより、炭素質主原料とバインダーピッチと
の（同一揮発分迄低減するに要する）混練時間を大幅に
短縮できる。これによって、バインダーピッチ量を増量
して炭素材の強度を高めたい場合にも、同一混練時間以
下で混練捏合を可能にした。また熱ガス吹込により、季
節により室温が異なることに基づく、混練温度の低下、
物性変動を小さくできるので、回分毎に逐時揮発分を分
析しなくても、温度、時間の作業管理によって変動の少
ない製品を製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 35/52

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質主原料に結合剤を配合し、結合剤
   の融点以上の温度域で混練する工程において、所定量の
   結合剤を少なくとも２回以上に分割添加混練することを
   特徴とする特殊炭素材の混練方法。
2. 【請求項２】 炭素質主原料に結合剤を配合し、結合剤
   の融点以上の温度域で混練する工程において、混練機の
   設定温度±５０℃の範囲内の熱ガスを強制導入しながら
   混練することを特徴とする特殊炭素材の混練方法。
3. 【請求項３】 所定量の結合剤を少なくとも２回に分割
   添加混練する請求項２記載の特殊炭素材の混練方法。