JPH0848577A - 不浸透炭素質成形体の製造方法 - Google Patents

不浸透炭素質成形体の製造方法

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JPH0848577A
JPH0848577A JP6187433A JP18743394A JPH0848577A JP H0848577 A JPH0848577 A JP H0848577A JP 6187433 A JP6187433 A JP 6187433A JP 18743394 A JP18743394 A JP 18743394A JP H0848577 A JPH0848577 A JP H0848577A
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JP
Japan
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resin
carbonaceous
thermoplastic resin
molding
pulp
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JP6187433A
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English (en)
Inventor
Shigeru Murakami
繁 村上
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Ceramic Products (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 品質の安定した不浸透炭素質成形体の製造
法。 【構成】 40〜60重量%のパルプ、5〜25重量%
の炭素質粉末、30〜50重量%の残炭率30%以上の
熱可塑性樹脂を配合した混合抄紙シートを、前記熱可塑
性樹脂の融点以上の温度に加熱、加圧成形し又は前記シ
ートを積層し加熱、加圧成形し、グリーン成形体とな
し、焼成炭化することを特徴とする不浸透炭素質成形体
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリン酸型燃料電池のセパ
レータ板等に使用される不浸透炭素質成形体の製造法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リン酸型燃料電池等に使用される
セパレータ板は、炭素繊維や、パルプ等のセルロース質
繊維を抄紙後、熱硬化性樹脂を含浸し、積層、加熱、加
圧工程を経て炭素化してつくられる(特開昭60−16
114、特開昭62−70215)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記抄紙
工程は、均質製品を大量生産できるにもかかわらず、樹
脂含浸工程、積層、加熱、加圧工程を経る際にシート間
の接着性、均一性に問題を生じ易く、又炭素化工程にお
いても反りや、表面模様を生じやすく、これを回避する
ため様々な工夫をしなければならなかった。
【0004】一般に不浸透炭素質成形体を作るためのシ
ートは、クラフト紙やリンター紙等と同様に緊度の高い
シートが必要であり、このシートにフェノール樹脂等の
熱硬化性樹脂を含浸させた後、積層、加熱、加圧成形
し、所望のグリーン成形体を得ようとすると以下の点に
注意しなければならない。
【0005】積層、加熱、加圧時におけるシート間の
接着性を保持するため、熱硬化性樹脂含浸後の予備加熱
による樹脂硬化の程度を抑制しなければならない。
【0006】上記によって熱硬化性樹脂を含浸した
シート(以下プリプレグシートという)は、樹脂の硬化
が進んでおらず、又シートが緊密であるため含浸時に樹
脂の浸透量に不均一が生じ易い。そのためこれを解消す
べく、含浸液を適度な粘度に溶剤で希釈したり、含浸後
プリプレグシートを数日間放置、熟成したり、含浸時の
余剰の樹脂をかき取棒でのかき取りに工夫する等含浸樹
脂の均一性を確保する必要がある。
【0007】上記プリプレグシートは、長時間放置す
ると揮発分が散逸し、接着性を悪くし、これが次の積
層、加熱、加圧工程に影響を与える。これを回避するた
め、プリプレグシートを冷暗所等で保管する必要があ
る。そして、上記プリプレグシートを炭化焼成する場
合、熱硬化性樹脂の分解、揮散による空隙を生じやす
く、又含浸樹脂の均一性が確保されないと反りや表面模
様が生じやすい。これを避けるには相当長時間をかけて
昇温するなどの工夫が必要であり、歩留りも悪かった。
本発明は品質の安定した不浸透炭素質成形体を安価に効
率よく生産する方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記事情を
鑑み、常に製品物性の安定した不浸透炭素質成形体を得
るべく、鋭意研究した結果、パルプ/炭素質粉末/熱可
塑性樹脂を配合した混合抄紙シートを用い、熱硬化性樹
脂の含浸工程を省略することによって上記問題を解決す
ることを発明した。
【0009】すなわち、本発明による不浸透炭素質成形
体の製造方法は、40〜60重量%のパルプ、5〜25
重量%の炭素質粉末、30〜50重量%の残炭率30%
以上の熱可塑性樹脂を配合した混合抄紙シートを、前記
熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱、加圧成形し、又
は前記シートを積層し加熱、加圧成形し、グリーン成形
体となし、焼成炭化することを構成の特徴とする。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。パルプは
固相炭化する繊維で、不浸透炭素質成形体の機械的強度
等の製品物性を支配する因子であり、抄紙性を確保す
る。すなわち炭化する際に、パルプの繊維が固相炭化を
辿るためグリーン成形体の形状がそのまま製品まで保持
される。固相炭化を辿る繊維としてはパルプの他、レー
ヨン繊維、綿糸等の他のセルロース系繊維もあるが、入
手しやすく安価なパルプが本発明の目的に適している。
【0011】炭素質粉末は不浸透炭素質成形体の電気伝
導性、熱伝導性等の製品物性を支配する因子であり、抄
紙性に問題を生じない範囲の粒度のものが使用される。
この炭素質粉末の粒度は50μm以下の範囲であり、好
ましくは1μm〜30μmであり、電気伝導性、熱伝導
性をよくするため黒鉛化したもの、例えば炭素繊維粉
末、天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末等が望ましい。
【0012】熱可塑性樹脂は、不浸透炭素質成形体の不
浸透性、機械的強度を支配する因子であり、残炭率が3
0%以上のものが望ましい。即ち、熱可塑性樹脂は積
層、加熱、加圧成形時に溶融し、パルプと炭素質粉末と
のバインダー機能を発揮でき、かつ混合抄紙シート内の
空隙を埋め、不浸透性に寄与し、この不浸透性が焼成炭
化工程を経て製品まで保持される。
【0013】熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂、
塩素化塩化ビニル樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、
ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリ
アミドイミド、ポリジビニルベンゼン等があり、特にポ
リアクリロニトリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポ
リアミドイミドが好ましい。
【0014】樹脂の形状は特に限定されないが、抄紙性
の面から繊維形態のものが望ましく、繊維径として4デ
ニール以下、長さとしては1〜10mmのものが望まし
い。すなわち繊維径が太すぎると積層、加熱、加圧工程
を経る際均一な接着性が得られにくく、繊維の長さが長
いと抄紙しにくくなる。
【0015】混合抄紙シートの配合は、パルプ、炭素質
粉末、熱可塑性樹脂の重量比が40〜60重量%、5〜
25重量%、30〜50重量%が好ましい。この重量比
からはずれると、抄紙性の低下、層間接着性の低下等に
よるグリーン成形体の不具合、反り、割れ等の焼成炭化
時の不具合を生じ、製品特性の劣化を生じる。
【0016】このように調整配合された混合抄紙シート
は加熱、加圧成形又は積層、加熱、加圧成形され、成形
温度、成形圧力のコントロールにより所望のグリーン成
形体とする。当然のことながら成形温度が高く、成形圧
力が大きい程グリーン成形体の嵩密度は高くなる。
【0017】成形は前記シート又は積層した所定形状の
混合抄紙シートを加圧して行う。加圧成形方法は特に限
定されず、一般的にはプレス、ロール等で行う。又例え
ば円筒状の複雑な形状を作製する場合は、予め所定形状
の金型を作製し、所定形状の混合抄紙シートを設置し、
プレス等で加熱した金型を加圧、成形し作製することが
できる。成形圧力は面内の均一性、不浸透性等を保持す
るためには5kg/cm2 以上、特に10kg/cm2
以上にすることが望ましい。
【0018】加熱温度は熱可塑性樹脂が十分な流動性を
示す温度で行う。加熱温度の設定は、熱可塑性樹脂の種
類で異なるが熱可塑性樹脂の融点、流動性を考慮する。
通常、加熱温度は選択した熱可塑性樹脂の融点上10〜
100℃の温度範囲で、好ましくは20〜80℃の範囲
である。
【0019】焼成、炭化はグリーン成形体を多数積層
し、黒鉛板で挟持し荷重をかけた状態で常法により非酸
化性雰囲気下で800〜3000℃で焼成される。荷重
は数g/cm2 〜数10g/cm2 程度で、好ましくは
5g/cm2 〜50g/cm2 程度である。荷重が少な
いと被焼成体に反り等が発生し易くなる。一方、数10
0g/cm2 以上の荷重を与えようとすると不浸透炭素
質成形体の形状によって、数tonの重量の黒鉛板が必
要となり、焼成時のハンドリングが煩雑となり現実的で
ない。
【0020】
【作用】本発明によれば、パルプ、炭素質粉末、熱可塑
性樹脂の混合抄紙シートを加熱、加圧成形し、又は積
層、加熱、加圧成形することによりシート内に均一に分
散した熱可塑性樹脂が溶融し、パルプ繊維間に浸透し炭
素質粉末との密着性を高める。そして焼成炭化時におい
ても、シート内に均一に熱可塑性樹脂が浸透しているた
め、炭化が均一に進み反りや表面模様が少なくなる。
又、加熱、加圧成形、又は積層、加熱、加圧成形するだ
けで、グリーン成形体を製造することが可能となるので
工程が簡単になり、低コスト化が図れる。
【0021】
【実施例】
実施例1〜5 以下本発明を実施例とともに説明する。パルプ(カナデ
ィアンフリーネス650mlに叩解した木材パルプ)、
人造黒鉛粉末(昭和電工(株)製 UFG−30、10
μm)、アクリロニトリル繊維(東邦レーヨン(株)製
スペリア、3デニール、5mm)を表1に示す所定の
配合に従って調整し、混合スラリー水溶液とした後、丸
網抄紙機((株)東洋精機製作所製、TSS式シートマ
シン)を用いて混合抄紙シートを作成した。
【0022】この混合抄紙シートを150mm角に切出
し、6枚積層し平板形状金型にセットした。この金型を
200℃、240℃に加熱し、10kg/cm2 、20
kg/cm2 、30kg/cm2 の加圧力で成形し、グ
リーン成形体を作製した。
【0023】これらのグリーン成形体を常法に従い黒鉛
板に挟持して5g/cm2 、10g/cm2 、30g/
cm2 の荷重をかけ、N2 雰囲気下、1000℃以上で
10日間焼成して不浸透炭素質成形体を作製した。
【0024】
【実施例】
実施例6〜10 パルプ(カナディアンフリーネス650mlに叩解した
木材パルプ)、炭素繊維粉末(呉羽化学工業(株)製
ミドルファイバー、10μm)、ビニルアルコール繊維
((株)クラレ製 ビニロン、2デニール、4mm)を
表2に示す所定の配合に従って調整し、混合スラリー水
溶液とした後、丸網抄紙機((株)東洋精機製作所製、
TSS式シートマシン)を用いて混合抄紙シートを作成
した。
【0025】この混合抄紙シートを150mm角に切出
し、6枚積層し平板形状金型にセットした。この金型を
200℃、210℃、220℃に加熱し、10kg/c
2 、30kg/cm2 の加圧力で成形し、グリーン成
形体を作製した。
【0026】これらのグリーン成形体を常法に従い黒鉛
板に挟持して10g/cm2 、20g/cm2 の荷重を
かけ、N2 雰囲気下、1000℃で10日間焼成して不
浸透炭素質成形体を作製した。
【0027】各実施例の作製条件は表1、表2に示し
た。尚各特性値は表3に示した。各特性は以下の測定を
行い評価した。 曲げ強さ :3点曲げ法(JIS K6911) 電気比抵抗:面内4端子法(JIS R7202) 熱伝導率 :レーザーフラッシュ法200℃、厚さ方
向 通気率 :N2 ガス 室温下、差圧 1気圧
【0028】本発明において得られた炭素質成形体は、
曲げ強さ、電気比抵抗、熱伝導率も良好で通気率も10
-5cc・cm/cm2 sec以下で良好な不浸透性を有
する。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明に従えば、熱硬化性
樹脂の含浸工程が省略でき、これに伴う樹脂硬化の程度
を決める予備加熱、重力による樹脂の偏在、含浸樹脂の
不均一性等、製品物性を左右する条件が軽減される。従
って得られる炭素質成形体の物性も安定し、生産性も良
好で、低コストな不浸透炭素質成形体の製造が可能とな
る。特にリン酸型燃料電池等に使用されるセパレータを
安価に提供できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 40〜60重量%のパルプ、5〜25重
    量%の炭素質粉末、30〜50重量%の残炭率30%以
    上の熱可塑性樹脂を配合した混合抄紙シートを、前記熱
    可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱、加圧成形し又は前
    記シートを積層し加熱、加圧成形し、グリーン成形体と
    なし、焼成炭化することを特徴とする不浸透炭素質成形
    体の製造方法。
  2. 【請求項2】 残炭率30%以上の熱可塑性樹脂の融点
    上20〜80℃以上で加熱することを特徴とする請求項
    1記載の不浸透炭素質成形体の製造方法。
JP6187433A 1994-08-09 1994-08-09 不浸透炭素質成形体の製造方法 Pending JPH0848577A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013534505A (ja) * 2010-06-25 2013-09-05 エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア セラミック素材用のセラミック材料の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013534505A (ja) * 2010-06-25 2013-09-05 エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア セラミック素材用のセラミック材料の製造方法

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