JPS59213610A - 炭素成形体及びその製造法 - 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】 本発明は、炭素成形体及びその製造法に関し、この成形
体は水素、アルコール等を燃料とする燃料電池のセパレ
ーター等に好適なものである。

燃料電池は、通常いくつかの単位電池を直列に接続して
使用される。各電池間は電解液、ガス等に対して不通気
性のセノぐレータ−で仕切られている。セパレーターは
電気に対しては高伝導性であることが必要である。

従来この種の材料としては黒鉛粉末に熱硬化性樹脂等の
結合剤を加え、混線、成形、焼成し、さらに不通気性、
電導性を向上させるため前記結合剤を含浸し、焼成して
製品とする方法がある。この方法は焼成しているので耐
熱性が良好である利点があるが、焼成によって気孔が生
ずるため、通常は含浸工程が必要となり、コスト高にな
る欠点がある。

さらに黒鉛粉末を熱硬化性樹脂を用いて成形したままで
製品とする方法もある（特公昭５ｏ−１１、３５５　）
。熱硬化性樹脂自体は電導性でないため、この成形体の
電導性を高めるためには前記公報に記載されているよう
に黒鉛粉末の粒度分布を細かく規定しなければならず、
工程が複雑になるばかりでなく、また通常の粉砕等でそ
の粒度にしても、成形体の緻密性等が十分でないため、
電導性も良好とは云えない。

本発明は黒鉛粉末として特定のものを使用して粉末の充
填を高め、熱硬化性樹脂の添加量を少なくすることによ
り、緻密にして不通気性、ｉ［導性にも優れた成形体を
得ることに成功したものである。

熱硬化性樹脂を硬化したたりで本発明の成形体が１−分
に電導性か高いのは、黒鉛粉末と熱硬化性樹脂とは漏れ
性が悪いため、樹脂の量が少ない場合は樹脂は黒鉛粒子
同志の接触面には殆んど存在ぜす、粒子間に形成される
空所に優先的に存在することになるので粒子同志間の接
触面での電導性が下らないことに起因するものと推定さ
れる。このことは黒鉛粒子のみを圧縮してその比抵抗を
測定してみると本発明の成形体と大差かないことからも
裏付けられる。

本発明において黒鉛粒子はアスペクト比が３以Ｆである
ことが必要である。アスペクト比は粒子の長径と短径の
比でこれが大きい程偏平であり、最小が１で、これは球
あるいは球状多角形である。

アスペクト比の測定法は走査型電子顕微鏡により写真撮
影を行ない各粒子の長径及び短径をサンプル数２００−
３００個について測定する。

黒鉛粒子のアスペクト比は通常天然黒鉛の場合で５０前
後、人造黒鉛の粉砕品で５〜１０位である。このような
偏平な粒子では充填性、成形性がよくないため、密度が
上らず、不通気性、電導性等の特性が満足すべきものに
ならない。

本発明においては黒鉛粒子はアスペクト比が３以下であ
ることを必要とする。粒子は種々のアスペクト比のもの
の集合物となるが、本発明においては大部分、即ち約７
０％（個数％）以上の粒子がアスペクト比３以下であれ
ばよい。この範囲を越えるとセパレーターのように薄板
状の成形体を製造する場合、ヒビ割れ等成形不良が多く
発生したり、成形密度が」二らない。またアスペクト比
が大きいと、薄板成形の場合、板の両面より加圧するの
が普通であり、粒子の長手方向が板の面方向に揃うので
、板の厚さ方向に対してけ電導性が低く、燃本゛Ｉ電池
には不利である。

黒鉛粒子は細かいことが必要であるが、微粉のみても成
形性が悪い。これに細粉が混合したものかよく、具体的
には全体が］、０４μｍ以下で、かつその１０〜８０％
が５０　ｔｈ　ｍ以下である。そして実際には篩によっ
て分級するので、全体か１０４μ７ｎ以下とけ１．５０
メツシユの前」を用いたときその通過量が９０％以Ｊ二
のものであればよい。成形性が悪いと成形体密度の均一
性に欠け、粗密の部分が生じかつヒビ不良が発生し易い
。

この黒鉛粒子のアスペクト比については、黒鉛の種類に
より粉砕しただけてアスペクＩ・比が３以下のものはそ
のままでもよいが、通常は、磨砕機板のような装置で処
理して、アスペクト比を３以下とする。

本発明の成形体はこれらの黒鉛粒子が１０〜２５重Ｒ％
の熱硬化性樹脂によって結合されている。

熱硬化性樹脂としでは、好ましくはフェノール樹脂であ
るが、その他のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
なども使用可能である。フェノール樹脂が好ましいもの
は成形体の特性が優れていること、かつ安価である等の
理由による。

樹脂の量が１０重針％未満では成形体、特に薄板の場合
、実用的強度かなく、また流体に対する不浸透性も十分
てない。反面、２５重針％を越えると電気伝導性が下る
。

炭素成形体は黒鉛粒子が高密度に充填されており、樹脂
の量は比較的わずかなので、電気比抵抗か００３Ω−鍜
以■、通気率１×１σ協／秒以下であり、電池のセパレ
ーターとしても十分に実用化可能なものである。また曲
げ強度は６００ｋｇ／ｃｆ７Ｌ以上であり問題はない。

セパレーターでは通常その厚さは０１〜５罷の範囲で使
用される。そして一般にはセパレーターは、第１図の成
形法かられかるように片面あるいは両面（図示）に多数
の溝が設けられている。なお、前記で通気率は室温にお
けるＨ２ガス］気圧での値である。

次に製法について説明する。

熱硬化性樹脂は成形体の硬化時に気泡が生しないように
するため、不揮発分が６５％以上のものが適する。また
樹脂の粘度が低過ぎても成形体の形状保持等に好ましく
ないので、２７．０００七ンヂボアズ（２５°Ｃ）以上
か適当である。

黒鉛粉末と樹脂の混合は硬化後の樹脂含有量が、１０〜
２５重量％になるようにするが、それには樹脂として不
揮発分６５％以上のものを使用した場合、黒鉛粉末１．
００重量部に対し、樹脂１２〜３４重徂部使用ずればよ
い。

これらの混合物は充分混練し、ペースト状にするが、そ
の可塑性を向上させるため、デンプン、テギストリン、
小麦粉を少量、例えば０．１〜２％程度混合することは
効果かある。混線は室温でよいか好ましくは０２〜２　
ｋｇ　／　ａｊ、程度の加圧状態で混練する。

成形は例えば第１図のような方法で行なう。図で１は型
枠で２は上型、３は下型である。図では上型と下型は互
いに直交方向に溝が設けである。

混練したペーストの所定量を下型３の上にほぼ一様に載
せ、これを型枠】に入れ、上型２を用いて、上下から圧
縮成形する。これを型に入れたまま常圧、］、　ＯＯ℃
程度で予熱する。次いて１５０〜２ｏｏ’ｃ程度、１０
０〜２００ｋｇ／ｉ程度でホットプレス成形する。５〜
２０分程度保持した後室温まで冷却する。

実施例 人造黒鉛を粉砕機アトマイザ−（不二バウクル株式会社
製）で粉砕し、さらにマルメライザー（同社製）で磨砕
し、分級して次の黒鉛粉末を得た。

アスペクト比　　　　粒度 ３以下　　　　１０４μｍ篩下　、４４μｍ篩下９０％
　　全量　　５０％ 結合剤には、フェノール樹脂（昭和ユニオン合成（株）
製、ＢＸＬ−２７４）で粘度は３２．０００ＣＰＳ（２
５°Ｃ）、不揮発分（１３５℃、１時間）７３６％であ
る。

上記黒鉛粉末１００重量部にフェノール樹脂２２重阻部
を加え、加圧混和機（混和機内に回転する双腕翼を備え
、」一部の蓋でペーストを加圧）で圧力］、、　Ｏｋｇ
／７　（前記蓋の圧力）にして室温で混和した。

混和ペーストを第１図に示す装置で薄板に成形した。初
めに型に入れたまま常圧下、１００°Ｃで２０　分間−
ｐ　熱１．、次いで１６０°ＣＸ１．８０ｋｇ／ｆｆｌ
で５分間保持する。ここで得られた薄板はやや反りがあ
ったのでこれを平板にはさんで、２０００Ｃ］、８０ｋ
ｇ／ｆｆｌで５分間保持した。

ここで得られた薄板は以下の特性を有し、電池のセパレ
ーク−に要求される特性を満足していた。

１′・３密度、　電気比抵抗、　曲げ強さ、　通気率（
ｇ／ｆｆ１）　　　（Ω−確）　　　　（ｋｇ雇）　　
（１諜／）】８１　、　　　ｏ、ｏｏｓ、　　　５００
．　　　］］０−

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の成形に使用される鋳型の１例である
。 １・・・・型枠、２・・−・・」二型、３・・・・・・
下型。 出願人　昭和電工株式会社 代理人　　菊　地　精　−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱硬化性樹脂１０−２５重遣％を結合剤とし、黒
   鉛粉末を骨材とする成形体において、該黒鉛粉末はアス
   ペクト比３以下、粒度が１０４μｍ以下でかつその１０
   〜８０％が５０ｔｔｍ以下であり、前記成形体の電気比
   抵抗が０．０３Ω−α以下、通気率がｌ　Ｘ　ｌ　（ｆ
   ’ｃｒｊ／秒以下である炭素成形体。
2. （２）成形体の厚さが０．１　ｍｒｎ〜５ｍｍである特
   許請求の範囲第１項記載の炭素成形体。
3. （３）　　アスペクト比が３以下、粒度が１０４μｍ以
   下でかつその］０〜８０％が５０μｍ以下である黒鉛粉
   末１００重量部に対し、不揮発分６５％以北（］３５°
   Ｃ，１時間、ＪＩＳ　Ｋ−６９０９）の熱硬化性樹脂１
   ２〜３４重量部を加え、混練し、成形した後、硬化させ
   ることを特徴とする電気比抵抗００３Ω−α以下、通気
   率１×ＩＯ−’ｄ／秒以下である炭素成形体の製造法。