JPH0211546B2 - - Google Patents

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JPH0211546B2
JPH0211546B2 JP58048845A JP4884583A JPH0211546B2 JP H0211546 B2 JPH0211546 B2 JP H0211546B2 JP 58048845 A JP58048845 A JP 58048845A JP 4884583 A JP4884583 A JP 4884583A JP H0211546 B2 JPH0211546 B2 JP H0211546B2
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JP
Japan
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carbon
molded article
impregnation
carbon molded
fiber
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JP58048845A
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Takamasa Kawakubo
Mitsuru Yoshida
Yoshihisa Suda
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の詳細な説明〕 本発明は炭素成形品の製造方法に関する。詳し
くは、本発明は、極薄板及び肉薄複雑形状を有す
る炭素成形品の製造方法に関する。
炭素材は、非酸化性雰囲気においては溶融、変
形することなく優れた耐熱性を示す。又金属に近
い電気や熱の伝導体であり一般的にみて種々の化
学薬品にも侵されることのない大きな耐食性があ
る。
更に、高い強度対重量比を有すると共に高い比
弾性率(ヤング率/密度)を有する。この様な特
性を持つ材料は金属にもセラミツクスあるいはプ
ラスチツクスにも求め得ない有用な材料である。
実用化されている炭素材料の種類は極めて多い
が、最近可撓性を有する炭素材の開拓が注目さ
れ、炭素の物理的、化学的性質の利用が本格化さ
れ始めている。とくに、高温下での高い機械的強
度の発現及び高い比弾性率、腐食性雰囲気に対す
る安定性に着目した炭素薄板及び複雑成形品は、
パツキン、ガスケツトへの応用あるいは燃料電池
用電極やセパレータ及び化学プラント等の遮蔽
板、更には高い比弾性率に着目した音響製品等の
工業用部材として極めて有用である。然るに炭素
材料は展延性に乏しく不溶・不融であるため金属
やプラスチツクスの様に目的とする形状を任意に
精密加工することが極めて困難な材料である。そ
れ故従来は大型成形された炭素材ブロツクより切
り出して切削加工するなど複雑且つ困難な作業を
余儀なくされ、特に薄板加工や肉薄の複雑形状体
を成型することは至難とされ未だ製品化に至らな
かつたものである。
本発明の目的は、従来その製作が事実上不可能
であつた極薄板状及び肉薄の複雑形状体の製造方
法を提供することにある。
従来、有機高分子物質やピツチタール系物質等
の炭素化原材料を押出、射出、プレス等の常法の
工業的成形手段により賦形した後焼成により炭素
化することも試みられたが、極薄板状もしくは肉
薄複雑成形体では、生成形体(グリーン成形体)
を炭素化するに際してその形状維持を行うことが
極めて困難であり変形もしくは割れを生じその目
的を達するに到らなかつた。
本願発明者は、かゝる状況を鑑み前記した炭素
材料を持つ優れた特性を活かし、任意の寸法形状
で精度高く、且つ基本的に二次加工を要しない前
記極薄板及び肉薄の複雑形状体の製造方法を開拓
せんが為鋭意研究した結果、固相炭化を辿る材料
が管理された条件下で高温下に焼成されるとその
形状を正しく維持していること。及びこれらに炭
素残査量の高い有機材料を含浸炭化するとその形
状を維持しつゝ更に高密度化された炭素体が得ら
れることを発見し、本発明を想到するに至つたも
のである。
本願発明の方法においては、基本的に固相炭化
を辿る有機物質の繊維もしくは空気酸化による架
橋、あるいは濃硫酸等による酸処理によつて脱水
素反応が行われ、その後の炭化の経路が固相炭化
を辿る様な繊維を原料素材として用い、これを常
法の抄造加工法を採用することによつて直接設計
された複雑異形型に賦形するか又は、抄紙加工、
織布加工、フエルト加工を施すことで先ず紙、
布、フエルトを得た後これを折紙加工、糊着加
工、プレス加工、縫製加工等の手段により予め設
計された形状に賦形することにより所望する製品
の第一次成形体を得る。
次に、この第一次成形体に用いた有機高分子繊
維集合体が基本的に固相炭化を辿るものの場合は
そのまゝの状態で次の含浸処理工程へ移して良い
が、炭素化に際し不溶・不融化処理が必要とされ
る場合はこの段階で必要とされる空気酸化による
架橋反応又は酸処理による脱水素反応(炭素前駆
体化処理と言う)を十分行わしめた後第一次成形
体とする。
こうして得られた第一次成形体に焼成後比較的
高い炭素残査を残す前記有機材料の液状物を浸
漬、塗付又はオートクレーブ等による真空もしく
は加圧による含浸処理を施し十分に含浸材料を内
部にまで浸透させる。含浸材料を内部に充填され
た第一次成形体は更に硬化反応もしくは、不溶・
不融化処理を施して第二次成形体(グリーン成形
体という。)を得る。
第二次成形体(グリーン成形体)を窒素ガス等
の不活性気相雰囲気中において、徐々に昇温し
800℃以上に焼成し炭素化させることによつて目
的とする極薄板及び肉薄複雑形状を有する炭素成
形体を得る。
なお、従来有機物繊維や炭素繊維の短繊維(チ
ヨツプドフアイバー)等や粉末状炭素、及びコー
クス粉等を体質材(フイラー)としてピツチ.タ
ールや合成樹脂類を結合材又はマトリツクスとし
て用いた試みが成されたがこれらの体質材(フイ
ラー)は成形物の形状維持能力に乏しく、焼成過
程に於ける変形が著しく設計形状のものが精度高
く得られないばかりでなく甚しくは破損するに至
り目的を達成することが極めて困難であつた。
次に本発明の実施例によつて具体的に説明する
が以下の範囲に限定されるものではない。
実施例 1 500mlの水に1重量%のCMC(カルボキシメチ
ルセルロース)を溶解し、水溶液粘度を20℃で
120C.P.Sに調整した後市販セルロースを加え高速
撹拌をして高度な剪断力を加えセルロース繊維を
膨潤軟化させ適度にフイブリル化させたスラリー
を得た。このスラリーを第1図の様な予め設計さ
れた形状を有する連続多孔型に流し込み反対側よ
り減圧脱気して抄造した後60℃のエアーバス中で
1時間乾燥させて最大厚さ2mmの賦形された板紙
を脱型して第一次成形体を得た。この第一次成形
体をケルイミド(三井石油化学社製ケルイミド
1050、ポリイミド樹脂初期縮重合体)100gをそ
の溶媒であるNMP(N−メチル.ピロリドン)
200mlに溶解させた含浸用有機材料液中に浸漬し、
十分に含浸させた後余剰の含浸液を除去してから
乾燥して溶媒を揮散させ、更に120℃のエアーバ
ス中で60分間加熱処理を施し含浸されたケルイミ
ドを硬化させて第二次成形体(グリーン成形体)
とした。
次に、第二次成形体を窒素ガス気流中において
10℃/時間で500℃まで、昇温し更に50℃/時で
1000℃まで昇温させて炭素化させた。
得られた異形炭素板は体積収縮率25%嵩比重
1.45gr/cm3で設計された形状を精度高く維持し
たものであつた。
実施例 2 常法に基づく抄紙工程によつて得られた厚さ
0.3m/m、大きさ150mmφの紙(東洋紙社製
No.2)を第一次成形体として用い、これを旭電化
工業社製塩化ゴム(CR−150)100grをトルエン
100mlを溶解した含浸用有機材料液中に浸漬し十
分に含浸させ、余剰の含浸液を除去し、乾燥して
溶媒を揮散させた後、エアーバス中において、
100℃で10時間更に150℃に5時間180℃に3時間
加熱処理を施して空気酸化による架橋反応を行わ
せ黒褐色の第二次成形体を得た。次にこれを表面
の平滑な2枚の黒鉛板に挾み実施例1と全く同じ
工程で焼成し平滑な極薄炭素板を得た。得られた
炭素板は厚さ0.2mm体積収縮率30%、嵩比重
1.30gr/cm3で破断面はガラス状を呈し、硬度が高
く不浸透性を有していた。
実施例 3 硬化ノボロイド繊維(群栄化学社製カイノール
繊維)を原料として用い常法に基づく織布加工に
よつて得られた目付200g/m2の綾織物を第一次
成形体として用い、これにフラン樹脂初期縮合物
(日立化成社製ヒタフラン302)70重量%に高結晶
性天然黒鉛(平均粒度2μm)30%を配合したも
のをロールで十分混練した。この組成物100重量
部に対し10重量部のフルフラールを加え粘度調整
したものに適量の硬化剤を加えた含浸用有機材料
液中に浸漬し余剰の含浸液を除去した後60℃のエ
アーバス中で30分処理した後100℃で予熱された
加圧プレスで50Kg/cm2に加圧して形を整え更に、
150℃で3時間加熱処理して硬化反応を完了させ
第二次成形体を得た。これを実施例2と同様の条
件で焼成して平滑な極薄炭素板を得た。得られた
炭素板は厚さ0.15mm嵩比重1.55gr/cm3で破断面は
ガラス状に呈し不浸透性を有していた。
実施例 4 クラフトパルプ(KP)を原料として製紙され
た紙を波形にプレス成型したものを第2図のよう
にデンプン糊で貼り合わせハニカム構造とした第
一次成形体を加工し、これに含浸用有機材料とし
てポリイミド樹脂初期縮合物(三井石油化学社製
ケルイミド1050)を用いて以下実施例1と同様の
工程で焼成炭化して薄肉炭素ハニカム構造体を得
た。
この炭素ハニカムは体積収縮率25%で嵩比重
1.50gr/cm3であり設計された形状を精度高く維持
していた。
実施例 5 市販のC−PVC日本カーバイド工業社製ニカ
テンプT−025(後塩素化塩ビ、重合度650塩素化
65)を0.3mmφのダイを用いて溶融紡糸し空気
中で4倍に延伸してフイラメントヤーンを得た。
このフイラメントヤーンを金属容器に入れ150℃
に加熱してフエルト・マツト状の第一次成形体を
得た。このフエルト・マツトを濃硫酸中に浸漬し
100℃で30分間処理して脱塩酸及び脱水素反応を
行わせて炭素前駆化処理を施した。こうして得ら
れたものは黒褐色を呈しその後の炭化に際し、再
度溶融変形することはない。
この第一次成形体炭素前駆体化処理物を水洗し
た後乾燥したものにフラン樹脂初期縮合物(ヒタ
フラン302)100重量部に2重量部の硬化剤を加え
た含浸用有機材料液中に浸漬したのち、圧搾して
内部の含浸液を絞り出し、第一次成形体の繊維表
面が含浸液で均一に被覆された状態にする。次
に、これを100℃のエアーバス中で十分に硬化さ
せた後実施例1と同様の工程で焼成し炭素化させ
た。こうしてフエルトマツト状の炭素多孔体が得
られた。この炭素多孔体は気孔率80%、嵩密度
0.5g/cm3であつた。
以上の如く、本発明の新炭素成形品の製造方法
によれば、従来その製造が極めて困難であつた炭
素極薄板、及び炭素肉薄複雑形状体が容易に且つ
経済的にできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1における抄造加工の説明図で
ある。 図において、1はスラリー、2は連続多孔体製
成型用抄型、3は成型用抄型支持枠、4は減圧室
である。 第2図は実施例4におけるハニカム構造体、 図において5は糊着部である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基本的に固相炭化する性質を有する有機高分
    子繊維、または不溶不融化処理の後固相炭化を辿
    る性質を有する合成高分子繊維の集合体を素材と
    し、これを抄造加工することにより予め設計され
    た形状に賦形し、あるいは、抄紙加工、織布加
    工、またはフエルト加工によりそれぞれの素材か
    ら紙、布、またはフエルトを得た後、これをその
    まま、あるいは、折紙加工、糊着加工、プレス加
    工、縫製加工等の手段により予め設計された形状
    に賦形し、得られた賦形体に、該素材が基本的に
    固相炭化する性質を有する有機高分子繊維の場合
    は、そのまま、合成高分子繊維の場合は、炭素前
    駆体化処理を施した含浸用基材とした後、常温に
    おいて液状を呈する、あるいは、溶媒または加熱
    によつて液状を呈する性質を有し、焼成後の炭素
    残渣量の多い有機材料を含浸し、含浸した賦形体
    に硬化処理、もしくは不溶不融化処理を施してグ
    リーン成形体を得、このグリーン成形体を不活性
    気相う囲気中において所定の温度で炭化させるこ
    とから成る炭素成形品の製造方法。 2 基本的に固相炭化する性質を有する該有機高
    分子繊維は、パルプおよびセルロース誘導体木
    綿、ノボロイド(フエノール系)繊維、アラミド
    (芳香族ポリアミド系)繊維およびポリアミドイ
    ミド系繊維から成る群から選ばれた繊維である特
    許請求の範囲第1項に記載の炭素成形品の製造方
    法。 3 不溶不融化処理後固相炭化を辿る性質を有す
    る該合成高分子繊維は、ポリアクリロニトリル、
    ポリ塩化ビニル、後塩素化ポリ塩化ビニルおよび
    ポリビニルアルコールから成る群から選ばれた繊
    維である特許請求の範囲第1項に記載の炭素成形
    品の製造方法。 4 該含浸用有機材料は、フラン樹脂、フエノー
    ル樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリ
    イミド樹脂、アミドイミド樹脂、および芳香族ボ
    リアミド系樹脂から成る群から選ばれた熱硬化性
    樹脂またはその初期縮重合物である特許請求の範
    囲第1項に記載の炭素成形品の製造方法。 5 該含浸用有機材料は、ポリ塩化ビニル、後塩
    素化ポリ塩化ビニル、塩化ゴム、塩化ビニリデ
    ン、ピツチ、タールおよびリグニンから成る群か
    ら選ばれた熱可塑性樹脂である特許請求の範囲第
    1項に記載の炭素成形品の製造方法。 6 該含浸用有機材料の粘度は、50〜5000CPSで
    ある特許請求の範囲第1項に記載の炭素成形品の
    製造方法。 7 該含浸用有機材料が熱硬化性樹脂の場合は、
    含浸処理の際、硬化剤を加えることから成る特許
    請求の範囲第1項に記載の炭素成形品の製造方
    法。 8 該含浸用有機材料が熱可塑性樹脂の場合は、
    含浸処理した後、絶乾状態に乾燥させることから
    成る特許請求の範囲第1項に記載の炭素成形品の
    製造方法。 9 該グリーン成形体の炭化温度は、400℃以上
    である特許請求の範囲第1項に記載の炭素成形品
    の製造方法。
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