JPS61191573A

JPS61191573A - 樹脂強化多孔質炭素材

Info

Publication number: JPS61191573A
Application number: JP2807785A
Authority: JP
Inventors: 重田　昌友; 弘之福田
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1986-08-26

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］本発明は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含浸して強
化された多孔質炭素材およびその製造方法に係る。本発
明の樹脂強化多孔質炭素材は炭素材が本来有する導電性
、熱伝導性、耐触性等の他、曲げ強度の如き強度が従来
の多孔質炭素材より更に強い等の優れた特性を示し、特
にたとえばコットレル方式の電気集ＩＩ器の集塵電極と
して有用である。

［従来の技術］近年、炭素１１１ｆｔ、カーボン粒子等の炭素質材料を
基材とする炭素質成形品が、様々な産業分野で使用され
ており、技術の進歩や需要の増大などにともなって、生
産性、物理的特性の向上など、より高度の要求がますま
す増大している。

たとえば多孔質炭素材は、炭素材として本来有する物性
、たとえば耐触性、熱伝導性、導電性、強度等に優れて
おり、加えて高い気孔率を有しているため、これらの優
れた物性を生かして種々の分野で有効に利用されている
。

このような多孔質炭素材の製造方法は既に多くの特許文
献に記載されている。たとえば、特開昭５８−１１７６
４９．５９−１４１１７０号公報参照。これらの特許文
献に記載の方法によると気孔率が太き（細孔径の分布が
シャープである多孔質炭素材成形品が得られる。

多孔質炭素材の気孔率、導電性、強度等の有効な利用方
法の１つとして、たとえばコットレル方式の電気集塵器
用集塵電極が考えられる。このような集塵電極は多孔質
導電体に＾い電圧をかけて空中の微小粒子を集めるもの
であるが、従来使用されているものは通常金属製であり
いくつかの改良すべき欠点を有している。すなわち、金
属の場合細孔径として小さくしかも径分布がシャープで
ある多孔質製品を得るのは困難であること、金属は酸化
腐蝕を受は易いこと、金属製であると付着した微小粒子
が放電して再飛散してしまうこと、金属は比較的重量が
大であること（たとえばカーボンに比べて２〜６倍）等
である。

［発明の課題］本発明者等は、多孔質炭素材料を前記の如き集ｖ１電極
として用いると上記の如き金属製集塵電極の欠点を解消
できることを見い出した。更に、多孔質炭素材料の細孔
内表面を樹脂で被覆すると、付着した微小粒子の放電す
なわち再飛散が防止でき、しかも製品の多孔質炭素材の
強度は大幅に増大し、金属製果！Ｉ電様に匹敵または凌
駕するものとなることを見い出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明はたとえばコットレル方式の電気集塵
器用の集Ｉｍ！電極として優れた性能を発揮する樹脂強
化多孔質炭素材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の樹脂強化多孔質炭素材は、原料としての多孔質
炭素材料の細孔中に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が
細孔容積の１〜７０％、好ましくは１０〜６０％の割合
で含浸されており、曲げ強度が１５０Ｋｇ／ｃｍ２以上
であり、残存気孔率が１０〜６０％、好ましくは１５〜
５０％であり、ガス透過度が１０Ｉ１１／ＣＩＩ−ｈｒ
−１ｌＩＩＩＨ２０以上である。

本発明の樹脂強化多孔質炭素材は以下のようにして製造
される。

１つの方法では、出発材料としての多孔質炭素材料の細
孔内に所定量の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をプレ
ス注入する。プレス条件は、熱硬化性樹脂の場合温度８
０〜２００℃、圧力５〜２００Ｋｇ／ｃｏ＋２、熱可塑
性樹脂の場合温度１３０〜３５０℃、圧力５〜５００Ｋ
ｇ／ｃＩＩ２である。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
、フルフリルアルコール樹脂等のうちから適宜選択して
使用する。本発明で使用する熱可塑性樹脂は、ポリエチ
レン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリメタクリレ
ート、ポリエチレンオキサイド、ポリエチルビニルエー
テル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリフェニレンサルファイド等のうちから適宜選
択する。

本発明の別の方法では、上記の如き熱硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂を有機溶剤に１〜５０重量％、好ましくは
５〜４０重量％の割合で溶解し、得られた溶液を多孔質
炭素材料の細孔内に適当な手段で含浸し、その後有機溶
剤を蒸発除去し、更に８０〜３５０℃以、トの温度で数
分〜数時間加熱処理する。

この方法で使用する有機溶剤としては組み合わせる樹脂
に応じて適当に選択すればよいが、通常エチルアルコー
ル、メチルアルコール、メチルエチルケトン、アセトン
、ベンゼン、りＯルナフタレン、トルエン、キシレン等
の有機化合物が好ましい７更に他の方法では、前記の如き樹脂の粒子を１〜８０重
量％、好ましくは１０〜７０重量％の濃度で水に分散し
、得られた分散液を適当な手段で多孔質炭素材料の細孔
内に含浸し、その後加熱または真空中で水を蒸発除去し
、更に８０〜４００℃の温度に数分〜数時間加熱して樹
脂を溶融結着させる。

この際、分散媒としてＨＬＢが８以上の非イオン性界面
活性剤を０．０１〜１０重量％の濃度で含有する水を用
いると好ましい。このような界面活性剤としては、たと
えばポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル（
ＴＲＩＴＯＮ　　Ｘ−１００）等がある。

尚、いずれの方法でも出発原料としては、気孔率が５０
〜８０％でその細孔の６０．％以上が１０〜８０μの範
囲内の細孔径を有する多孔質炭素材料が好ましい。この
ような材料の製造方法は公知であり、たとえば前掲の特
許文献に記載されている方法等が使用できる。

たとえば、短炎素繊維１００重量部および結合材樹脂２
０〜２００重聞部からなる混合物に所定の粒径分布を有
する細孔形成用粒状物質を前記混合物１００重量部に対
して２０〜２５０重量部添加し、加熱加圧成形し、焼成
して細孔形成用粒状物質を熱分解させることからなる方
法が使用できる。

この方法では、細孔形成用粒状物質が１０〜２００μの
平均粒径の範囲にあり１５μ以内の標準偏差の粒径分布
を有し、短炎素繊維が繊維径３〜３０μで繊維長２ａｍ
以下であり、結合材樹脂がフェノール樹脂またはフルフ
リルアルコール樹脂であるのが好ましい。特に好ましい
短炎素繊維は酸化ピッチ繊維を不活性ガス雰囲気中４０
０〜３０００℃の温度で焼成して得られたものである。

このようにして得られる本発明の樹脂強化多孔質炭素材
は１５０に９／ｃｍ２以上の曲げ強度を有し、残存気孔
率は１０〜６０％、好ましくは１５〜５０％であり、更
にガス透過度は１０ｙｄｌｌａｍ　−ｈｒ・ｊｗ＋８２
０以上である。尚、製品の樹脂強化多孔質炭素材中の短
炭素ｍ維同士は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によ
って遮られることなくカーボンで連続的に結合している
。また、原料の多孔質炭素材料の成形時の加圧方向で測
定したときの製品の電気比抵抗は５０Ｘ１０−３Ωα以
下であり、熱伝導率は１　、　ＯｋｃａＩ２Ｉｍ−ｈｒ
−℃以上テアル。

尚、この測定値は炭素材の外部表面を被覆している樹脂
を除去した後に測定したものである。

［発明の作用効果］以上のように、本発明の樹脂強化多孔質炭素材は、従来
の樹脂を含浸しない多孔質炭素材料と同程度の電気抵抗
および熱伝導率を有し、多孔質でありながら炭素材表面
からの摩擦による炭素の剥離が防止できる上、従来の多
孔質炭素材料よりも大ぎい曲げ強度を有しているため、
たとえばコットレル方式の電気集塵器の集ａ！電極とし
て特に有用である。すなわち、本発明の樹脂強化多孔質
炭素材を集Ｕｌ電極として使用すると、従来の金属製果
ｊａ電極に比べて、酸化腐蝕に対する耐性が高い、１／
２〜１／６も軽量である、更に付着した微小粒子の放電
が避けられるので再飛散が防止できる、等々の顕著な効
果がある。また、金属に比較して径の小さい、しかも細
孔径分布のシャープな多孔質導電体が容易に得られると
いう利点もある。

尚、本発明を特に電気集塵器の集！！電極に用いる場合
について説明したが、本発明め樹脂強化多孔質炭素材の
上記の如き優れた特性を有効に利用する用途として各種
電極、たとえば生体電極、電解槽電極あるいは電磁波シ
ールド材等も考えられる。

［実施例］以下、実施例によって本発明を更に詳説するが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。

友Ｌｆｌユ短炎素繊維（県別化学工業（株）製、Ｍ−２０４８、平
均径１４μｍ、平均長４００μｍ）３０重量部およびフ
ェノール樹脂（旭有機材（株）製、ＲＭ−２１０、レゾ
ール型）３０重量部からなる混合物に、ボリエヂレン粒
子（三井石油化学製、ハイゼックス　５１００ＥＰ、平
均粒径１２０μ、標準偏差１４μ）６０重量部を添加し
、得られた均一混合物をプレス成形用金型に供給し、１
４０℃、５０Ｋｇ／ＣＩ２、約３０分の条件で成形し、
１４０−’Ｃ１０，５Ｎ９／ｃｍ２で約２時間後硬化さ
せ、その後７００℃までは１００℃／時でゆっくり昇温
し、更に２０００℃に昇温して約１時間焼成した。

得られた多孔質炭素材料の気孔率は６０％、平均細孔径
は４０μ、ガス透過度は２９０ｊＩｉ！／ｃＩＲ・ｈｒ
・ａｗｒＨ２０，曲げ強度は５０Ｋｙ／ＣＩ２であり、
成形時の加圧方向で測定した電気比抵抗は３０×１０−
３Ωα、熱伝導率ハ１．２　ｋｃａ！２／ｍ−ｈｒ−℃
であった。

フェノール樹脂（旭有機材（株）製、ＲＭ−２１Ｏ８、
平均粒径２５μ）をメチルエチルケトンに２０重量％溶
解し、上記多孔質炭素材料をその溶液中に室温で浸漬し
て樹脂を含浸した。

含浸後メチルエチルケトンを室温で１時間蒸発除去し、
１４０℃で２時間加熱した。

得られた製品（１００ａｗＸ１００履Ｘ３履ｔ）は炭素
材部４０容量％、樹脂部１０容固％、気孔率５０容吊％
であり、ガス透過度は１８０Ｉｄ／α・ｈｒ・ｓ＋Ｈ２
０、曲げ強度は１７０　Ｋｆｆ／ｃｍ２であり、前記と
同様に測定した（製品の表面に残存する樹脂は除去した
）電気比抵抗は３２Ｘ１０−３Ω１、熱伝導率は１　、
２　　ｋｃａ！２／ＴｒＬ−ｈｒ−’Ｃであった。

！１ｕ１２実施例１のフェノール樹脂ＲＭ−２１Ｏ８を実施例１の
多孔質炭素材料の上下面に配置し、１５０℃、１００Ｋ
ｓ／ｃｍ２でプレス注入した。

こうして得られた樹脂強化多孔質炭素材は炭素材部４０
容ｒ％、樹脂部３０容彊％、気孔率３０容量％であり、
ガス透過度は３５ｄ／ａ・ｈｒ−ａ＋Ｈ２０、曲げ強度
は２３０幻／　ｃｍ２であり、電気比抵抗は３５Ｘ１０
’Ω画、熱伝導率は１．１ｋｃａｕ　／ｍ　−ｈｒ−’
Ｃであった。

末ｎ旦テフロン粒子を界面活性剤水溶液に分散した液（テフロ
ン６０％、三井フロロケミカル（株）製、３０−Ｊ、分
散粒子平均径０．２μ）を実施例１の多孔質炭素材料に
室温で含浸した。その後室温で約１時間乾燥し、更に１
０Ｔｏｒｒで２０分間分散媒を蒸発除去し、更に３５０
℃で３０分間加熱した。

得られた樹脂強化多孔質炭素材は炭素材部４０容間％、
テフロン部３０容吊％、気孔率３０容量％であり、ガス
透過度２０ｍ１ｌ／ｃｍ　・ｈｒ−ａｍＨ２０゜曲げ強
度は１６０Ｋｓ／ｃｍ２であり、電気比抵抗は３０Ｘ１
０−３Ωα、熱伝導率ハ１．２　ｋｃａｕ／ｍ−ｈｒ・
℃であった。尚、製品は撥水性を示した。

実施例４ポリエチレン（三井石油化学（株）製、５１　’ＯＯＥ
　Ｐ　）を１８０℃、１００Ｋｙ／ｃｍ２で実施例１の
多孔質炭素材料に注入した。

こうして得られた樹脂強化多孔質炭素材は炭素材部４０
容吊％、樹脂部３０容聞％、気孔率３０容量％であり、
ガス透過度は２０ｄ／ａｓ・ｈｒ−ｇＨ，２０，曲げ強
度は２５　（１ｇ／ｃｍ２　テあり、電気比抵抗は３８
Ｘ１０’Ωα、熱伝導率は１．１ｋｃａｕ／ｍ−ｈｒ−
’Ｃテあった。

衷１０１旦ポリフェニレンサルファイド（県別化学製、平均粒径５
００μ）をクロルナフタレンに２２０〜２３０℃で溶解
しく１０重間％）、得られた溶液を２５０℃、１ＱＴｏ
ｒｒの減圧下で実施例１の多孔質炭素材料に含浸した。

その後２５０℃で１時間溶媒を蒸発除去し、更に空気中
３００℃で１０分間加熱して酸化架橋反応を施した。

こうして得られた樹脂強化多孔質炭素材は炭素材部４０
容量％、樹脂部５容量％、気孔率５５容量％であり、ガ
ス透過度は２００ｍ１ｌ／ｃＩＲ−ｈｒ−ｔｒｎＨ２０
、曲げ強度は２４０Ｋｙ／ｃｍ２　テｔｏす、電気比抵
抗は３５Ｘ１０’Ωｃｒｎ、熱伝導率は１．２ｋｃａｕ
　／ｍ　−ｈｒ−’Ｃであった。

実施例６実施例５のポリフェニレンサルファイド粉末を３００℃
、１００Ｋｇ／Ｃｌ１２で実施例１の多孔質炭素材料に
注入した。

こうして得られた樹脂強化多孔質炭素材は炭素材部４０
容量％、樹脂部２０容量％、気孔率４０容聞％であり、
ガス透過度は６０　ｄ　／　ｃｍ・ｈｒ・履Ｈ２０，曲
げ強度は２５０Ｋｙ／ｃｍ２であり、電気比抵抗は４０
Ｘ１０−３Ωα、熱伝導率は１．３ｋｃａｕ　／ｍ　−
ｈｒ−’ＣテあＯＬ。

尚、製品は耐アルカリ性であった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多孔質炭素材料の細孔中に熱硬化性樹脂または熱
可塑性樹脂が細孔容積の１〜７０％の割合で含浸されて
おり、曲げ強度が１５０ｋｇ／ｃｍ＾２以上、残存気孔
率が１０〜６０％、ガス透過度が１０ｍｌ／ｃｍ・ｈｒ
・ｍｍＨ＿２Ｏ以上である樹脂強化多孔質炭素材。
（２）原料としての多孔質炭素材料の気孔率が５０〜８
０％でその細孔の６０％以上が１０〜８０μの範囲内の
細孔径を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の樹脂強化多孔質炭素材。
（３）原料としての多孔質炭素材料が、短炭素繊維１０
０重量部および結合材樹脂２０〜２００重量部からなる
混合物に所定の粒径分布を有する細孔形成用粒状物質を
前記混合物１００重量部に対して２０〜２５０重量部添
加し、加熱加圧成形し、焼成して細孔形成用粒状物質を
熱分解させることによつて製造されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の樹脂強化多孔
質炭素材。
（４）短炭素繊維同士が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹
脂によつて遮られることなくカーボンで連続的に結合し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
樹脂強化多孔質炭素材。
（５）細孔形成用粒状物質が１０〜２００μの平均粒径
の範囲にあり１５μ以内の標準偏差の粒径分布を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項に
記載の樹脂強化多孔質炭素材。
（６）短炭素繊維が繊維径３〜３０μおよび繊維長２ｍ
ｍ以下であることを特徴とする特許請求の範囲第３項〜
第５項のいずれかに記載の樹脂強化多孔質炭素材。
（７）短炭素繊維が酸化ピッチ繊維を不活性ガス雰囲気
中４００〜３０００℃の温度で焼成して得られたもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の樹
脂強化多孔質炭素材。
（８）結合材樹脂がフェノール樹脂またはフルフリルア
ルコール樹脂であることを特徴とする特許請求の範囲第
３項〜第７項のいずれかに記載の樹脂強化多孔質炭素材
。
（９）熱硬化性樹脂がフェノール樹脂、エポキシ樹脂お
よびフルフリルアルコール樹脂から成る群から選択され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第８項のい
ずれかに記載の樹脂強化多孔質炭素材。
（１０）熱可塑性樹脂がポリエチレン、ポリ塩化ビニル
、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリエチレンオ
キサイド、ポリエチルビニルエーテル、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリフッ化ビニリデンおよびポリフェニ
レンサルファイドから成る群から選択されることを特徴
とする特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載
の樹脂強化多孔質炭素材。
（１１）原料としての多孔質炭素材料の成形時の加圧方
向で測定した電気比抵抗が５０×１０＾−＾３Ωｃｍ以
下であることを特徴とする特許請求の範囲第３項〜第１
０項のいずれかに記載の樹脂強化多孔質炭素材。
（１２）原料としての多孔質炭素材料の成形時の加圧方
向で測定した熱伝導率が１．０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃
以上であることを特徴とする特許請求の範囲第３項〜第
１１項のいずれかに記載の樹脂強化多孔質炭素材。
（１３）多孔質炭素材料の細孔内に熱硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂をプレス注入することを特徴とする特許請
求の範囲第１項〜第１２項のいずれかに記載の樹脂強化
多孔質炭素材の製造方法。
（１４）熱硬化性樹脂がフェノール樹脂、エポキシ樹脂
およびフルフリルアルコール樹脂から成る群から選択さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の
方法。
（１５）８０〜２００℃の温度、５〜２００ｋｇ／ｃｍ
＾２の圧力で所定量の熱硬化性樹脂をプレス注入するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の方法。
（１６）熱可塑性樹脂がポリエチレン、ポリ塩化ビニル
、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリエチレンオ
キサイド、ポリエチルビニルエーテル、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリフッ化ビニリデンおよびポリフェニ
レンサルファイドから成る群から選択されることを特徴
とする特許請求の範囲第１３項に記載の方法。
（１７）１３０〜３５０℃の温度、５〜５００ｋｇ／ｃ
ｍ＾２の圧力で所定量の熱可塑性樹脂をプレス注入する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の方法
。
（１８）熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を有機溶剤に
１〜５０重量％の割合で溶解し、多孔質炭素材料の細孔
内に含浸し、その後有機溶剤を蒸発除去し、更に加熱処
理することからなる特許請求の範囲第１項〜第１２項の
いずれかに記載の樹脂強化多孔質炭素材の製造方法。
（１９）有機溶剤として、エチルアルコール、メチルア
ルコール、メチルエチルケトン、アセトン、ベンゼン、
クロルナフタレン、トルエンおよびキシレンから成る群
から選択した有機化合物を使用することを特徴とする特
許請求の範囲第１８項に記載の方法。
（２０）熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の粒子を１〜
８０重量％の濃度で水中に分散し、多孔質炭素材料の細
孔内に含浸し、その後水を蒸発除去し、更に加熱処理す
ることからなる特許請求の範囲第１項〜第１２項のいず
れかに記載の樹脂強化多孔質炭素材の製造方法。
（２１）分散に際し、ＨＬＢが８以上の非イオン性界面
活性剤から成る群から選択された界面活性剤を０．０１
〜１０重量％の濃度で含有する水を用いることを特徴と
する特許請求の範囲第２０項に記載の方法。
（２２）原料としての多孔質炭素材料の気孔率が５０〜
８０％でその細孔の６０％以上が１０〜８０μの範囲内
の細孔径を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
３項〜第２１項のいずれかに記載の方法。
（２３）原料としての多孔質炭素材料が、短炭素繊維１
００重量部および結合材樹脂２０〜２００重量部からな
る混合物に１０〜２００μの平均粒径の範囲にあり１５
μ以内の標準偏差の粒径分布を有する細孔形成用粒状物
質を前記混合物１００重量部に対して２０〜２５０重量
部添加し、加熱加圧成形し、焼成して細孔形成用粒状物
質を熱分解させることからなる方法によつて製造された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第２２項に
記載の方法。