JPS6042212A - 耐熱不透過性炭素質材の製造方法 - 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】 本発明は、りん酸型燃料電池の隔壁部材などに供して有
用なｉｊ熱不過性炭素質材の製造方法に関する。

炭素質材は固有の属性として優れた耐熱耐蝕性ならびに
′電気伝導性を具備する反面、ｍ織が極めて多孔質の構
造であるため、りん酸型燃料電池用隔板のような高度の
気体不透過性が要求される用途にけそのまま適用するこ
とができない。これを解決する手段としては、炭素質基
材に熱硬化性樹脂液を含浸硬化して骨格気孔を閉塞する
方法（樹脂含浸法）、炭素質粉末を多量の熱硬化性樹脂
バインダーと混練、熱圧成形して緻密組織化する方法（
樹脂結合法）などが従来から知られているが、これら方
法により得られる材料はその組織中に多くの４１１脂成
分が介在するため、炭素質材固有の耐熱耐蝕性ならびに
′電気伝導性が大きく後退する難点がある。

また、上記樹脂結合法で得られた成形体を、更に不活仙
界囲気中で焼成する方法（樹脂結合焼成法）も知られて
いる。この方法による場合には、介在する樹脂成分が最
終的に炭化されることから耐熱耐蝕性および電気伝導性
は回復するが、問題となる気体不透過性の付与度合は出
発原料となるフィラーならびに樹脂バインダーの性状に
よって大きく支配される。

本発明は、樹脂結合焼成法における最適な気体不透過性
付与条件について多角的に検討を加えた結果なされたも
ので、その構成は、予め均質に表面酸化を施した粒度１
００メツシユ以下のコークスまたは黒鉛微粉末をフィラ
ーとし、これに少くとも４０４の残炭率を有する熱硬化
性樹脂の初期給金物を添加混線して熱圧モールド成形し
たのち、成形体を不活性雰囲気中で焼成することを特徴
とする。

出発原料となるフィラーは、石油コークス、ピッチコー
クス、これらコークス類を２８００〜３０００℃で黒鉛
化処理した人造黒鉛、あるいけ未燃黒鉛などの炭素質物
を粒度１００メツシユ以下に微粉砕したのち、これら微
粉末の表面を予め均質に酸化処理したものを用いる。均
質表面酸化をｂ（口すための手法としては、フィラー微
粉末を流動あるいは転動させながら高熱酸化性ガス（例
えば５００℃以上に加熱された空気）に曝すかこれを均
等に噴射する乾式酸化法、またはフィラー微粉末を硝酸
、過酸化水素水、過マンガ／酸カリウウ水浴液などに浸
漬攪拌したのち水洗する湿式酸化法が適用される。

バインダーには、少くとも４０％の残炭率を有する熱硬
化性樹脂の初期給金物が選択使用されるが、とくにフェ
ノール系樹脂、フラン系樹脂またはこれの混合樹脂が有
効に使用される。

上記樹脂バインダーはフィラー微粉末１００重蓋部に対
し１８〜４０重量部の範囲で添加し、十分に混練する。

フィラー微粉末は予め施された均し 質表面酸化処ＪＪｌ！　Ｋよりその表面積が著しく増大
ｌｆているうえにカルボキシル基に代表される活性官能
ラジカルが表面全体に生成しているから、これらの物仰
的、化学的な界面親和作用によって混練段階におけるバ
インダー樹脂成分との相互密着性を効果的に改善し、極
めて円滑に結合力の高い均質混線形態に転化する。この
際、混練物の上部から０．１　Ｋｇ／ｃＡ以上の圧力を
付加しながら処理すると、混練を一層均質かつ迅速に進
行させることができる。

混練物は、そのままもしくけ乾燥、粉砕、師分けなどの
事前処理をおこなったのち、熱圧モールド法により成形
される。適切な熱圧条件は、加熱温度を１２０〜２７０
℃、負荷圧力を１００〜８００にり／−の範囲に設定す
ることで、この条件により焼成後の気体不透過性付与に
十分な緻密組絨が形成される。

ついで、成形体はり−ドー・ンマー炉などの焼成炉に詰
め、周囲を不活性雰囲気に保持しながら９００〜１３０
０℃の温度で焼成し、必要があれば更に黒鉛化炉に移し
て２８００〜３０００℃で黒鉛化する。

焼成時、成形体中に介在する樹脂成分は熱分解収縮を伴
いながら炭化するが、この過程を通じ、上述した混練段
階のフィラー・バインダー相互密着作用に基づく高結合
状態が損傷を伴うことなくそのまま維持され、高度の気
体不透過組織を得るに十分な強固緻密性を与えるために
機能する。

このように、本発明によれば独特の作用機能により高品
位の耐熱不透過性炭素質材を常に安定して生産すること
ができるから、りん酸型燃料電池用隔板の製造法に適用
して極めて効果的である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実ｂ（ｌｉ例１ 石油コークス粉粒およびこれを２８００℃で黒鉛化処理
した人造黒鉛粉粒を１５０メツシユ以下の粒度に微粉砕
し、これをロータリードラムに入れ転動させながら５０
０℃に加熱された空気を連続的に流入して１２分分間式
酸化をおこなった、このようにして均質表面酸化を施し
た各微粉末（フィラー）を混練機に投入したのち、レゾ
ール型フェノール樹脂の初期給金物（残炭率４９％）を
バイ／グーとして添加し２時間攪拌混練した。

この際の樹脂バインダー配合量は、フィラー微粉末１０
０重Ｉ゛部に対し２２．５重量部とした。

ついで混線物を縦横５５０順のモールドに充填し、加熱
温度１４０℃、負荷圧力３００　Ｖ、ｇ／ｃＭの級 熱圧条件によりｒＡ状体に成形した。

各板状成形体をリード−・ンマー炉に移し、外周部をコ
ークスバッキングで被包して炉内を不活性雰囲気に保ち
ながら１０００℃の温度で焼成した。

得られた炭素質材は、バインダー樹脂成分の熱分解炭化
に伴い焼成前の成形体に比べ９０係前後に体積収縮した
が、組織内に亀裂、巣などの発生は全く認められず極め
て強固緻密構造を呈していた。

比較のために、表面酸化処理を施さないで上記と同一条
件により炭素質材を製造した。この場合には、焼成段階
で内部クラック）（生じるものが発生した。

このようにして製造された炭素質材の各種物理特性を測
定し、結果を対比させて下表に示した。

なお、特性試験のうち、気体透過度はＩＫｇ／ｃｒＡの
加圧下において試片厚５ｍｍを通過するＮ、ガス透過量
（ｃｃ、４ｎｉｎ）とした。

上表の結果から、本発明例（表面酸化処理あり）によっ
て製造された炭素質材は高度の気体不透過性を備えると
ともに、その他の特性面においても比較例（表面酸化処
理なし）より優れていることが判明する。

実施例２ 粒度１５０メツシユ以下に調整した天然黒鉛微粉末を濃
度６０係の硝酸中に浸漬し、間歇的に攪拌しながら２時
間に亘り湿式酸化処理したのち水洗、乾燥した。このよ
うにして均質表面酸化を施した微粉末フィラーを混線機
に投入したのち、フィラー１００重量部に対し２２０重
准部のフラン樹脂初期縮合物（残炭率４７係）をバイン
ダーとして添加し２時間攪拌混練した。

ついで混線物を縦横５５０間のモールドに充填し、加熱
温度１８０℃、負荷圧力５００　Ｌ９／１ｔｉｔの条件
で熱圧モールド成形した。

板状成形体を実施例１と同様にリードハンマー炉で焼成
したのち、更に黒鉛化炉に移して２８００℃の瀉痘で黒
鉛化処理した。

イ；Ｊられた炭素質材は亀裂、巣などのない強固緘密な
組織構造を有しており、見掛比重１．８７ｆ／ｃｒｄ、
電気比抵抗７２０μΩα、曲げ強さ６１０　Ｋｇ／　ｃ
ａｔ、気体透過度０．００　ＣＣ／ｍｉｎの耐熱不透過
特性を備えるものであった。

特許出願人　東海カーボン株式会社 代理人弁理士　高　畑　正　也 （ 手続補正書（自発） 昭和５９年７月２０日 特許庁長官　志　賀　学　殿 ！、事件の表示 昭和５８年特許願第１３６７６７号 ２　発明の名称 耐熱不透過性炭素質材の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都港区北青山−丁目２番３号 東／ｈカーホン株式会社 取締役社長　伊　藤　國二部 １代理人 東京都港区北青山−丁目２番３号（前出ヒル）明細書の
「発明の詳細な説明」の欄 ３　補正の内容 別紙のとおり （１）　明細書第１頁下から５行目の１耐熱不過性」を
１耐熱不透過性」に補正する。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ、予め均質に表面酸化を施した粒度１００メツシユ以
   下のコークスまたは黒鉛微粉末をフィラーとし、これに
   少くとも４０チの残炭率を有する熱硬化性樹脂の初期縮
   合物を添加混練して熱圧モールド成形したのち、成形体
   を不活性琢囲気中で焼成することを特徴とする耐熱不透
   過性炭素質材の製造方法。