JPS61236665A

JPS61236665A - 多孔質炭素板の製法

Info

Publication number: JPS61236665A
Application number: JP7543485A
Authority: JP
Inventors: 岩城　修; 宮本　良博; 寺田　定義
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1986-10-21
Also published as: JPH0559867B2

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、多孔質炭素板の新規な製造方法に関するもの
である。更に詳しく述べると、抄紙法により得られたシ
ートを樹脂金没後、焼成することにより、耐薬品性、電
気伝導性、強度の優れた、嵩高な厚手の多孔質炭素板を
製造する方法に関するものである。

従来の技術従来、炭素繊維シートを得る方法としては、あらかじめ
焼成された炭素１ａ維をパルプ、バインダーと共に抄紙
した炭素繊維混抄紙、が知られている。しかしながらこ
のような混抄紙は、電気抵抗値が比較的高く、しかも耐
薬品性に欠けるから、燃料電池用電極基材等の用途には
不適当であった。これらの性能の改善方法として、」−
記混抄紙を熱硬化性樹脂の溶液に浸漬し、熱硬化性樹脂
の溶液を含浸した混抄紙を再度、不活性雰囲気中で焼成
して炭化する方法が知られている。この方法ではパルプ
等の有機物が加熱処理により炭化されるため、電気抵抗
値が低く、耐薬品性も改善された繊維紙が得られる。

しかしながら炭素繊維自身が高弾性率を有するため、繊
維の接触部が十分に結合されず、そのため、電気抵抗の
十分に低い炭素繊維紙は得られにくかった。

また炭素繊維は比重が高いため、嵩高な多孔質板が得ら
れに＜＜、各種用途に適合した嵩密度および孔径にコン
トロールすることがむずかしい。

しかも、２回の焼成工程が必要であるため、非常に高価
格なものになる欠点を有しており、安価な製造法の開発
が望まれていた（特公昭５３−１８６０３号公報）。

本発明者らは先に、抄紙法による多孔質炭素繊維板の製
造方法を発明（特開昭５９−１４４６２５号公報参照）
したが、その方法は」−記方法と同様にバインダー繊維
を使用するため、多孔質のシートが得られにくいという
欠点をもっていた。

また、この方法では、バインダー繊維等が抄紙時にドラ
イヤーやカンバスに付着するので、定常的操業を困難に
するという欠点もあった。さらに、この方法では、焼成
後のシートの電気伝導性も高くなるという欠点もあった
。

発明が解決しようとする問題点本発明は」−記の欠点を改良すると共に、安価で高品質
（特に電気伝導性の高い）の多孔質炭素板の製造方法を
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段ここに提案する発明は、下記の二発明である。

（＋）炭素繊維製造用有機繊維６０〜９５重量％、パル
プ５〜４０重量％、及び前記の繊維質物質の合計重量に
対して炭素質粉末を５〜４０重量％混合した原料を抄紙
してシートを製造し、そのシートに有機高分子物質の溶
液を含浸させて含浸シートを製造し、その含浸シートを
乾燥し、その後に不活性ガス雰囲気中で８００°Ｃ以」
−の温度で前記の乾燥シートを焼成して炭化させること
を特徴とする多孔質炭素板の製法。

（２）炭素繊維製造用有機繊維６０゛〜９５重量％、パ
ルプ５〜４０重量％、及び前記の繊維質物質の合計重量
に対して炭素質粉末５〜４０重量％を混合した原料を抄
紙してシートを製造し、そのシートに有機高分子物質の
溶液を含浸させて含浸シートを製造し、その含浸シート
を乾燥し、乾燥したシートを加熱プレスして成形および
硬化を行い１次に不活性ガス雰囲気中で８００℃以上の
温度で焼成して炭化させることを特徴とする多孔質炭素
板の製法。

上記の第二番目の発明においては、乾燥した含浸シート
を積層して加熱プレス処理を行うこともできる。

」１記の発明の構成について以下において詳細に説明す
る。

〔有機繊維〕

本発明において用いられる有機ｍ維としては、レーヨン
、ピッチ繊維、リグニン繊維、フェノール樹脂繊維、ア
クリル繊維等、炭素繊維を製造する場合に普通に使用さ
れる有機繊維の伺れもが使用可能である。有機繊維は、
太さが０．５〜１５デニール、長さが１−１５　ｍ　ｍ
のものであれば、本発明において使用される。好ましい
有機繊維は抄紙性等の点から見て太さが０．５〜８デニ
ール゛、長さが１．５〜１０ｍｍのものであって、その
範囲内のものが目的に応じて選択され、単独で、あるい
は２種以上を配合されて使用される。

（炭素質粉末〕本発明において用いられる炭素質粉末としては、粒径が
０．１〜４０ＩＬｍ、好ましくは０゜５〜ｌＯＪＬｍの
グンファイト又はカーボンブラック、又は直径が１０＃
ｔ、ｍ〜３０ＩＬｍで長さが３０＃ｔｍ〜２００　ｇｍ
のカーボンファイバーが使用される。

〔パルプ〕

上記の有機繊維は親木性が弱いため、単独では抄紙がで
きない。そこで抄紙性向上のためのつなぎとして、パル
プを配合する。

この発明に用いられるパルプとしては、セルロースパル
プのほか、合成樹脂製の各種合成パルプが適している。

〔有機繊維、パルプおよび炭素質粉末の割合〕本発明に
おいては、有機繊維とパルプとの合計量を１００重量％
として、そのうち有機ｍ維を４０〜９０重量％１、パル
プを５〜４０重量％の割合で使用する。また、前記の繊
維質物質の合計重量を１００重量％として、炭素質粉末
を５〜４０重量％の割合で混合して、常法によって抄紙
する。

有機繊維が６０重量％以下になると、孔径、気孔率等の
コントロールがむずかしくなり、気孔率の高い多孔質シ
ートが得られなくなり、一方、９５重量％以−１−では
抄紙の際に良好なシート形成がむずかしい。

パルプが５重量％以下では抄紙性が悪くなり、シート形
成が困難になり、４０重量％以」二では嵩高なシートが
得られない。

好ましい範囲としては、有機繊維が８０〜９０重量％、
パルプが１０〜２０重量％、前記の繊維質物質の合計重
量に対して炭素質粉末が１５〜２５重量％である。

〔有機高分子物質〕

抄紙シートに含浸させる有機高分子物質としては、例え
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、ポリジビニルベンゼンのような熱硬化性樹脂、塩
化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂
、フッ化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂等の熱可塑性樹
脂、さらにはリグニン、ピッチ又はタールのようなもの
も使用される。

これらの高分子化合物の好ましい性質としては、何らか
の溶剤に溶解するが又は熱処理時の高温で融解すること
、および炭素含有量が３０重量％以」二であって炭化後
、炭素質パインターとして炭素繊維内の結合に役立つも
のであり、熱硬化性樹脂が好ましい。

〔含浸処理〕

前記の有機高分子物質の溶液または分散液を使用して混
抄紙を含浸処理する。混抄紙に耐着する含浸量が少なす
ぎると、バインダー効果、及び炭化の際の炭化収率が劣
り、あまり過寧になると目づまりのため気孔率の調整が
むずがしく、また多孔質炭素板がもろくなる。好ましい
含浸付着量は、混抄紙の重量の２０〜２００％、更に好
ましくは３０〜１２０％である。

〔加熱プレス処理〕

第２の発明の方法において−は、混抄紙の含浸処理に次
いで加熱プレス処理を行う。

プレス成型は最終炭素板に必要な厚さ、形状、気孔率お
よび孔径を付与するために行い、その際、加熱処理を併
用することにより含浸シート中の樹脂を硬化させる。こ
の硬化処理によりシートの厚みを一定に保持すると同時
に、平坦なシートを得ることが可能になった。またプレ
ス圧力を調整することにより、炭素板の気孔率および孔
径を任意に変えることができる。

〔積層加熱プレス処理〕

上記プレス処理の際、薄手の含浸シートを必要枚数重ね
合せ、同様にプレス処理を行うと、容易に厚手の炭素板
が得られる。通常では剥離を生じやすくて、製造が困難
な多孔質シートの積層が本発明によって可能になった。

含浸シートを重ね合せる際、シートの縦方向と横方向を
交互に積層すると、シートの方向性が無くなり、加熱炭
化の際の歪が生じにくくなって、カールおよびヒビ割れ
のない厚みの均一な炭素板が得られる。プレス加熱条件
としては、１５０〜２２０　’Ｏ１１〜６０分間が適当
である。

〔焼成処理〕

」−記の安定化されたシートは、次いで不活性ガス雰囲
気中で、８００　’（３以上の温度下で加熱焼成される
ことにより、本発明の目的物である多孔質炭素板になる
。

〔その他〕

本発明は必要に応じて下記の薬剤を使用したリ、処理工
程を施してもよい。

（紙力増強剤）本発明のシートは、主として有機繊維とパルプから抄紙
されるために、嵩高なシートになるが、抄紙シートの強
度が必要な場合は、抄紙の際に普通に使用される紙力増
強剤を少量添加してもよい。

紙力増強剤としては水溶性のものが望ましく、例えばカ
チオン化澱粉、カチオン化またはアニオン化ポリアクリ
ルアマイド、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ化ポリ
アミド樹脂、カルボキシ変性ポリビニルアルコール等、
通常の抄紙の−に使用される樹脂を使うことができる。

（歩留向」−剤）本発明において使用される炭素質粉末の歩留を良くする
ため、歩留向」；剤（ポリアクリルアミド等）を使用し
ても良い。

（耐熱性向り剤）有機繊維として再生セルロース、例えばレーヨンを使用
する場合には、上記の有機高分子液の含浸処理とは別に
、耐熱性向上剤の含浸処理を併用すると、炭化収率、強
度等の点によい効果をもたらす。

耐熱性向」−剤としては、レーヨン炭素繊維を製造する
場合に一般に使用されるものなら何れでも使用０■能で
ある。例えば、リン酸の金属塩として第一リン酸マグネ
シウム、第一リン酸カルシウム、第一リン酸ナトリウム
、第一リン酸カリウムなど、また各種酸のアンモニウム
塩として、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸
水素アンモニウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ア
ンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、ポリリン酸の
アンモニウム塩、ホウ酸アンモニウム等が好適に使用で
きる。

（安定化処理）含浸シートあるいは加熱プレス処理を経たシートは、必
要に応じて焼成に先立って安定化処理を受ける。

安定化処理は、加熱炭化工程後の有機繊維の炭化収率を
向上させるために行われる。有機繊維がアクリル繊維、
ピッチｌｌｌ維の場合に特に有効である。

安定化の処理条件は、特別に定める必要がないが、好ま
しくは１５０〜３５０　’Ｃ１数ｉｏ分〜１０数時間の
範囲で、使用する有機繊維の種類によって異なるが、空
気中で処理する。

実　　施　　例本発明をいっそう理解しやすくするために、以下に実施
例を示すが、下記の実施例は本発明を制限するものでは
ない。

なお、実施例中、部および％とあるのはそれぞれ重量部
および重量％である。

実施例１〜６および比較例太さ７デニール、長さ３　ｍ　ｍ及び太さ３デニール長
さ３ｍｍのアクリル繊維をそれぞれ５５部、２５部、木
材パルプ（ＮＢＫＰ、カナデアンフリーネス２４０ｔｎ
ＪＪ）２０部、及び炭素質粉末（実施例１〜３において
はそれぞれ粒径が６ＪＬｍのグラファイト２９部、実施
例４においては粒径が６ＪＬｍのグラフアイ）１４部、
実施例５においては粒径が３１部ｍのカーボンブラック
２０部、実施例６においては直径が１５部ｍで長さが８
０ｇｍのカーボンファイバー２０部、比較例においては
炭素質粉末を含まない）に水を加えてスラリーを作り、
丸網式抄紙機で常法により秤量が１８０ｇ／ｒｎ’のシ
ートを抄造した。このシートをフェノール樹脂（郡栄化
学会社のＰＬ２２１５）のメタノール溶液（濃度４０％
）に浸漬しくフェノール樹脂付着量１００％／シート）
、１０５℃の温度で乾燥した。

次いで実施例１に於いては積層およびプレスを行なわず
、実施例２においては積層を行わないで、１枚のみをプ
レスで厚さ０．５ｍｍになるように加圧し、同時に１８
０　’０で１５分間加熱処理を行った。実施例３〜６お
よび比較例においては６枚積層して厚さ３　ｍ　ｍにな
るように加圧し、同時に１８０℃で１５分間加熱硬化処
理を行った。

次いで２２０°Ｃで４時間、空気中で加熱安定化処理を
行った後、１０００℃のチッ素ガス雰囲気炉で１時間、
グラファイト板にはさんで加熱炭化な行った。均一で、
層間剥離のないモ坦性の良好な、多孔質炭素板が得られ
た。結果を第１表に示す。

発明の効果本発明の第一の特色は、電気伝導性の良い炭素質粉末を
炭素繊維製造用繊維と混抄するため、焼成後のシートの
電気伝導性が非常に良好なことである。

第二の特色は、原シートは通常の湿式抄紙機で抄紙が可
能なため、生産性が向」二し、安価なシートを得ること
ができるようになったことである。

第三の特色は、本発明の原料配合は炭素繊維に比べて抄
紙性が良好なため、均一で平坦なシートが容易に得られ
、更にはシート秤量も任意のものが得られる利点がある
。

第四の特色は、薄手のシートを積層してプレス処理を行
うことにより、任意の厚みの多孔質炭素板の製造も可能
になった。

第五の特色は、原料繊維の太さの選択、配合及びプレス
処理の調整により、燃料電池用の電極基材として使用す
る場合に、特に問題１こなる板の孔径や気孔率を自由に
かつ容易にコントロールすることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素繊維製造用有機繊維６０〜９５重量％、パル
プ５〜４０重量％、及び前記の繊維質物質の合計重量に
対して炭素質粉末を５〜４０重量％混合した原料を抄紙
してシートを製造し、そのシートに有機高分子物質の溶
液を含浸させて含浸シートを製造し、その含浸シートを
乾燥し、その後に不活性ガス雰囲気中で８００℃以上の
温度で前記の乾燥シートを焼成して炭化させることを特
徴とする多孔質炭素板の製法。
（２）炭素繊維製造用有機繊維６０〜９５重量％、パル
プ５〜４０重量％、及び前記の繊維質物質の合計重量に
対して炭素質粉末５〜４０重量％を混合した原料を抄紙
してシートを製造し、そのシートに有機高分子物質の溶
液を含浸させて含浸シートを製造し、その含浸シートを
乾燥し、乾燥したシートを加熱プレスして成形および硬
化を行い、次に不活性ガス雰囲気中で８００℃以上の温度で焼成して炭化させることを特徴と
する多孔質炭素板の製法。
（３）乾燥した含浸シートを積層して加熱プレス処理を
行うことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の多孔質炭素板の製法。