JPH01167274A - 不透過性炭素プレートの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃料電池、塩素−亜鉛二次電池のセパレータ
等に有用な不透過性炭素プレートの製造方法に関する。

［従来の技術］ 気体、液体の不透過性に優れた炭素プレートは、その電
気特性も優れていることから、燃料電池、とくにりん酸
型燃料電池のセパレータとして好適である。

この不透過性炭素プレートの製造は、従来、炭素質フィ
ラーと熱硬化性プレポリマーの混練物を予備成形した後
、ロール圧延成形等の手法によりプレート状に成形し、
ついで硬化、焼成を実施していた。

しかしながら、上記の方法においてはプレート状成形後
、加圧下において硬化しなければならず、通常その工程
に長時間を要し、量産性に問題があった。

さらに−回の加圧硬化における処理量を増すため未硬化
プレートを多段積層して硬化処理を行うと圧力分布の不
均一化、温度分布の不均一化により、プレートの厚さ精
度が低下するという難点があった。

［発明か解決しようとする問題点］ 本発明は、こうした事情に鑑みなされたもので、上記し
た課題、すなわち、不透過性炭素プレートの生産性を向
上せしめ、かつ厚さ精度の改善を可能にする新規な製造
方法を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、上記課題を解決するため従来より研究を重
ねてきたか、熱硬化性樹脂の硬化反応を段階的に実施す
ることが、生産性、精度の向上に有効であることを見出
し、本発明に至った。

すなわち、本発明は少なくとも熱硬化性樹脂プレポリマ
ー、炭素質フィラーを含む混練物から、プレートを成形
し、これを多段積層し、次いて積層されたプレートを多
段階硬化処理に付し、硬化後プレートを非酸化性雰囲気
下で炭化焼成することを特徴とする不透過性炭素プレー
トの製造方法である。

本発明に使用する熱硬化性樹脂プレポリマーとしては、
従来の不透過性炭素プレートの製造に使用し得ることが
知られているいずれのものでもよいか、例えばフェノー
ル系樹脂、キシレン系樹脂、フラン系樹脂、尿素系樹脂
、メラミン系樹脂、アニリン系樹脂、エポキシ系樹脂、
不飽和ポリエステル系樹脂等の熱硬化性樹脂のプレポリ
マーを挙げることかできる。

また、本発明における炭素質フィラーとは、コークス粉
、黒鉛粉、ガラス状カーボン粉末、カーボンブラック等
の炭素質粉末か使用される。

本発明の樹脂混練物は、少なくとも上記の樹脂プレポリ
−１炭素質フイラーを含むものであるか、混練、成形助
剤等として必要に応じて他の添加剤を配合することがで
きる。このような添加剤としては、炭化焼成］−程で分
解、揮散し得るものが好ましく、たとえば、メチルセル
ロース、カルボキシメチルセルロース、カルホキンメチ
ルスターチ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、リグニンスルホン酸ナトリウム、
リグニンスルホン酸カルシウム、ポリビニルアルコール
、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル
、グアガム、アルギン酸塩、酸化パラフィン、ステアリ
ン酸カルシウム等である。

上記樹脂混練物は、熱硬化性樹脂プレポリマー、炭素質
フィラー、および必要な他の添加剤から公知の方法およ
び混線装置によって調製することができる。

樹脂混線物は、モールドまたは押出成形機により予備成
形された後、ロール圧延により圧延されて未硬化のプレ
ート状成形物とされる。

次に、このプレートを多段に積層して硬化工程に入るか
、積層されたプレート同志が相互に粘着しないようにプ
レート間に離型性祠料を介在させる。このような離型性
祠料としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテト
ラフルオロエチレン等の樹脂ンートが好ましく用いられ
る。

本発明においてはプレートの硬化反応は、−工程で完了
させずに段階的に実施する。

まず、プレート状に成形した素材を５０〜１００°Ｃの
温度で１０時間以上処理するとバインダー樹脂がマイル
ドに重縮合反応する結果、素材内部に局所的な大ポアー
を形成させることなく、均質な組織を形成することがで
きる。また、この際、成形時に確保された厚さ精度を低
下させることなく維持させることができる。さらに、こ
の工程において重縮合反応副生物を散逸させることがで
きる。

次に　１５０−２００℃の加熱下で１〜１０ｋｇ／Ｃｍ
２の圧力を加えて１〜３０分処理する。上記の工程なし
て本工程を実施するとプレートに多数の泡、孔が生成す
る。また、寸法精度も低下する。

この工程においては、前工程において生成した若干の表
面うねりを矯正する作用のほかに、プレート内の硬化状
態を均一化させる効果をもつ０ 硬化状態が不均一であると、焼成工程において局所的な
ふくれが生成することがある。

このようにして硬化した成形体は、更に１８０〜３００
°Ｃの温度で５時間以上熱処理することにより硬化を完
結させる。

従来の技術であると加圧硬化工程に１０〜５０時間以上
要し、かつ−回の処理量は１〜３枚程度と生産性か低く
く、また処理量を増すために、４枚以上積層すると寸法
精度（厚さ）も１氏下する。

本発明は、上記したように硬化反応を段階的に実施する
ことによってボアの発生のない均質なプレートとするこ
とができ、またその厚さ精度も顕著に改善することかで
きる。

本発明により厚さ精度か改善される結果、次に説明する
焼成工程完了後の厚さ精度確保のための加工工程を省略
することかでき、さらに、従来に比してたとえば４０段
程度の多段に積層することが可能であり、コストの大幅
な低減を図ることができる。

本発明における最終の工程は、プレートの炭化焼成工程
である。

硬化処理の終了したプレートを非酸化性の雰囲気、たと
えばヘリウム、アルゴン、窒素ガス雰囲気で１０００〜
ｂ 的３０００　’Ｃまでの高温下で炭化、焼成する。この
焼成上程自体は公知の条件によって実施することかでき
る。

以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

［実施例］ 黒鉛微粉（平均粒径４μｍ）　１００重量部に粉末フェ
ノール樹脂（住友デュレズ■製Ｐ　Ｒ１１０７ｇ）４８
重量部、液状フェノール樹脂（住友デュレズ■製Ｐ　Ｒ
９４０）５２重量部およびカルボキシルメチルセルロー
ス２重量部を混合し、ニーダ−にて混練したのち、スク
リュー式混練押出成形機を用いて押出し成形を行う。こ
の場合、混練物の温度は３０〜６０℃に保つ。押出し成
形品は圧延成ｔｍ■ 形機を用いて８００Ｘ８００　Ｘｉ　　　のプレート状
に成形された。

得られた未硬化プレートはポリエチレンシートを介して
アルミ板にてはさみ、熱風循環式オーブン内に２００段
積した。オーブン内において、８０℃Ｘ　１５ｈｒの処
理を行ったのち、熱圧プレスを用いて２ｋｇ／ｃｍ　’
の圧力を加え、　１８０°ＣＸ５分の処理を行う。つい
で、上記加熱オーブン内で２２０℃Ｘ７ｈｒの後硬化処
理を行い、プレートの硬化を完結させる。

さらに、電気炉中でプレートを黒鉛板ではさみ、コーク
ス粉で周囲を被包し電気炉内を非酸化性雰囲気にしたの
ち、８°Ｃ／ｈｒで１３００°Ｃまで焼成を行う。焼成
を完了したプレートは緻密で、厚さ精度が良好でかつ高
強度であった。

比較のために上記と同一の製造条件ではあるが、中間工
程の加圧処理をしない場合（比較例１）、および従来法
である加圧硬化法にて硬化を行った場合（比較例２）の
結果を本発明の結果とあわせて下表に示した。

比較例２は本発明と同一の方法で成形されたプレートを
３段積層しプレスを用いて７ｋｇ／ｃｍ’゛の加圧下６
０°ＣＸ　５０ｈｒ、　８０°ＣＸ］、２ｈｒの処理を
行ない、次いで２２０℃Ｘ　５ｈｒの後硬化を実施した
ものである。なお、比較例２は５°Ｃ／ｈｒの昇温速度
で焼成した。

（注１）曲げ強度；　ＪＩＳ　Ｋ　６９１１にて測定。

（注２）気体透過量、Ｎ２ガス、室温、１ｋｇ／ｃｍ２
加圧下のもの。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明により緻密で厚さ精度が顕
著に優れた不透過性の炭素プレートを製造することがで
き、しかも従来にくらべてその生産性を大巾に向上させ
ることができる。

特許出願人　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも熱硬化性樹脂プレポリマー、炭素質フィラ
   ーを含む混練物から、プレートを成形し、これを多段積
   層し、次いで積層されたプレートを多段階硬化処理に付
   し、硬化後プレートを非酸化性雰囲気下で炭化焼成する
   ことを特徴とする不透過性炭素プレートの製造方法。