JPS6177667A - 黒鉛質成形体及びその製造方法 - Google Patents
黒鉛質成形体及びその製造方法Info
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- JPS6177667A JPS6177667A JP59199737A JP19973784A JPS6177667A JP S6177667 A JPS6177667 A JP S6177667A JP 59199737 A JP59199737 A JP 59199737A JP 19973784 A JP19973784 A JP 19973784A JP S6177667 A JPS6177667 A JP S6177667A
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- JP
- Japan
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- graphite
- mesophase
- pitch
- molded body
- powder
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、黒鉛粉とメソフェーズ含有ピッチとからなる
黒鉛質成形体及びその製造方法に関するものでめる0 〔発明の技術的背景〕 従来、黒鉛を基材とする黒鉛質成形体の製造において、
黒鉛の結着材として、コールタールピッチ、フェノール
樹脂、7ラン樹脂等を用いる方法は知られている。
黒鉛質成形体及びその製造方法に関するものでめる0 〔発明の技術的背景〕 従来、黒鉛を基材とする黒鉛質成形体の製造において、
黒鉛の結着材として、コールタールピッチ、フェノール
樹脂、7ラン樹脂等を用いる方法は知られている。
コールタールピッチ、フェノール樹脂等を結着材として
用いると結着材の溶融点が100℃前後と低いため、基
材との加熱混線および成形は比較的容易であるが、一方
これらの結着材はioo。
用いると結着材の溶融点が100℃前後と低いため、基
材との加熱混線および成形は比較的容易であるが、一方
これらの結着材はioo。
℃付近までの炭素化における炭素化収率が50〜60重
量%と低く、炭素化にともなう収縮量が大きく又、急速
炭素化をおこなうと収縮歪みが発生するという欠点を有
している。゛また、複雑な形状の生成形体を炭素化する
と収縮量の相違の為に得られた成形体く複雑な変形を生
じるという問題がある。
量%と低く、炭素化にともなう収縮量が大きく又、急速
炭素化をおこなうと収縮歪みが発生するという欠点を有
している。゛また、複雑な形状の生成形体を炭素化する
と収縮量の相違の為に得られた成形体く複雑な変形を生
じるという問題がある。
さて、米国および日本で実用化研究が大規模に取)進め
られている燐酸型燃料電池は200℃前後の熱#酸を電
解質に用いる為に、その電極基板及びガス分離板は共に
耐熱燐酸性に富む電気抵抗の小さい炭素材料で構成され
ている。そして、燃料電池で使用されるガス分離板につ
いては、ガス不透過性が強く要求されている。
られている燐酸型燃料電池は200℃前後の熱#酸を電
解質に用いる為に、その電極基板及びガス分離板は共に
耐熱燐酸性に富む電気抵抗の小さい炭素材料で構成され
ている。そして、燃料電池で使用されるガス分離板につ
いては、ガス不透過性が強く要求されている。
燃料電池のガス分離板に用いるガス不透過性炭素材料と
して、従来からガラス状炭素質が提案されている。例え
ば、特開昭58−150275号公報では、ガラス状炭
素単独を用いる例が述べられており、特開昭57−72
273号公報では、黒鉛とフェノール樹脂の生成形体に
一定の荷重を印加し、168時間もの長時間の炭素化(
1000℃)を行い、更に48時間で2800t:まで
昇温して黒鉛化分離板を得ている。父、特開昭59−1
27377号公報では、フラン樹脂に必要に応じて超微
粉のカーボンブラック等を添加混合し、所定の厚みく成
形後室温硬化せしめた、焼成後の厚みが0.1〜1fl
となる素材を熱伝導性に優れ保形特性のある黒鉛板等に
挾み均焼化に留意しながら焼成してガラス状炭素薄板を
得ている。
して、従来からガラス状炭素質が提案されている。例え
ば、特開昭58−150275号公報では、ガラス状炭
素単独を用いる例が述べられており、特開昭57−72
273号公報では、黒鉛とフェノール樹脂の生成形体に
一定の荷重を印加し、168時間もの長時間の炭素化(
1000℃)を行い、更に48時間で2800t:まで
昇温して黒鉛化分離板を得ている。父、特開昭59−1
27377号公報では、フラン樹脂に必要に応じて超微
粉のカーボンブラック等を添加混合し、所定の厚みく成
形後室温硬化せしめた、焼成後の厚みが0.1〜1fl
となる素材を熱伝導性に優れ保形特性のある黒鉛板等に
挾み均焼化に留意しながら焼成してガラス状炭素薄板を
得ている。
しかしながら、何れの方法においても、ガラス状炭菓の
原料でろるフェノール樹脂や7ラン樹脂の約1000℃
までの炭素化における炭化収率が50〜60重量%とい
う特性に伴う体積収縮に起因する成形体の変形の問題に
対して画期的な対策は採られていない。
原料でろるフェノール樹脂や7ラン樹脂の約1000℃
までの炭素化における炭化収率が50〜60重量%とい
う特性に伴う体積収縮に起因する成形体の変形の問題に
対して画期的な対策は採られていない。
また、ガス分離板については、前述技術に開示されてい
る平板の他にリプ付セパレーターと称される細分化され
たガス流路を板の表裏に直交する形で有するものも提案
されている。しかし、この様な複雑な形状を有するガス
分離板を黒鉛を基材としフェノール樹脂を結着材として
用いる生成形体の炭素化によって一挙に製造することの
困難さは特開昭58−140977号公報が示唆してい
る。即ち、該公報によれば、リプ付セパレーターの如き
複雑形状体では多数のガス流路を構成する溝に起因して
板の変形やそシが発生するので、生成形体の炭素化時収
縮係数を予め測定し、部分毎に黒鉛とフェノールの配合
比を変えた粉末を金型に充填した上で炭素化する方法が
開示されている。
る平板の他にリプ付セパレーターと称される細分化され
たガス流路を板の表裏に直交する形で有するものも提案
されている。しかし、この様な複雑な形状を有するガス
分離板を黒鉛を基材としフェノール樹脂を結着材として
用いる生成形体の炭素化によって一挙に製造することの
困難さは特開昭58−140977号公報が示唆してい
る。即ち、該公報によれば、リプ付セパレーターの如き
複雑形状体では多数のガス流路を構成する溝に起因して
板の変形やそシが発生するので、生成形体の炭素化時収
縮係数を予め測定し、部分毎に黒鉛とフェノールの配合
比を変えた粉末を金型に充填した上で炭素化する方法が
開示されている。
しかし、同一出願人による他の出H(%開昭58−11
9163号公報)では粉末充填法の歩留まシの悪さが指
摘され、ガス分離板を平板とする方法が提唱されている
。又、特開昭58−150275号公報によれば、フル
フリールアルコール樹脂単独でリプ付セパレーターを所
定の方法で得る為に遠心成形用の金型を収縮量に合わせ
て形成する方法が開示されている。
9163号公報)では粉末充填法の歩留まシの悪さが指
摘され、ガス分離板を平板とする方法が提唱されている
。又、特開昭58−150275号公報によれば、フル
フリールアルコール樹脂単独でリプ付セパレーターを所
定の方法で得る為に遠心成形用の金型を収縮量に合わせ
て形成する方法が開示されている。
しかしながら、特開昭57−72273号公報記載の技
術で得られるガス分離板は高価なものとならざるを得な
いし、特開昭58−140977号公報や特開昭58−
150275号公報の方法では、本来連続的に微妙に変
化する収縮量を近似的に捕捉する為に寸法精度が不安定
となシ作業も繁雑となることを避は難い。
術で得られるガス分離板は高価なものとならざるを得な
いし、特開昭58−140977号公報や特開昭58−
150275号公報の方法では、本来連続的に微妙に変
化する収縮量を近似的に捕捉する為に寸法精度が不安定
となシ作業も繁雑となることを避は難い。
燐酸型燃料を池の実用化のためには、ガス分離板に関す
る上記のような技術上の諸課題が充分に解決されること
が望まれている。
る上記のような技術上の諸課題が充分に解決されること
が望まれている。
本発明者らは、黒鉛質成形体に関する上述の如き知見を
もとに、電気抵抗が小さく、寸法安定性に富んだ黒鉛質
成形体を1000℃以下での高速度炭素化で製造する手
法について検討を1ねた結果、1000cまでの炭素化
において炭素化収率が少なくとも70重量%以上好まし
くは80重量%以上であシ、キノリンネ溶分含量が70
重量%以下好ましくは60重量%以下であり、メソフェ
ーズ含有量が40%以上好ましくは70%以上であり、
更に加熱溶融温度が400℃以下という緒特性を同時に
満たすメソフェーズ含有ピッチを結着材として用い、黒
鉛粉末100i量部に対して5〜50重景部ガロしくは
10〜30fi量部の比率で混合して得た粉末を金型に
所要量充填して、加圧成形して生成形体を得、この生成
形体を不活性雰囲気下戻素化することで体積固有抵抗5
.0属Ω・α以下、曲げ強度zookf/−以上好まし
くは300kyl−以上、1ooO℃炭素化時の体積変
化3%以下好ましくは2%以下、重量変化3チ以下好ま
しくは2%以下の性状を備えた黒鉛質成形体が得られる
ことを見出し、本発明を完成した。
もとに、電気抵抗が小さく、寸法安定性に富んだ黒鉛質
成形体を1000℃以下での高速度炭素化で製造する手
法について検討を1ねた結果、1000cまでの炭素化
において炭素化収率が少なくとも70重量%以上好まし
くは80重量%以上であシ、キノリンネ溶分含量が70
重量%以下好ましくは60重量%以下であり、メソフェ
ーズ含有量が40%以上好ましくは70%以上であり、
更に加熱溶融温度が400℃以下という緒特性を同時に
満たすメソフェーズ含有ピッチを結着材として用い、黒
鉛粉末100i量部に対して5〜50重景部ガロしくは
10〜30fi量部の比率で混合して得た粉末を金型に
所要量充填して、加圧成形して生成形体を得、この生成
形体を不活性雰囲気下戻素化することで体積固有抵抗5
.0属Ω・α以下、曲げ強度zookf/−以上好まし
くは300kyl−以上、1ooO℃炭素化時の体積変
化3%以下好ましくは2%以下、重量変化3チ以下好ま
しくは2%以下の性状を備えた黒鉛質成形体が得られる
ことを見出し、本発明を完成した。
性及び緻密性の優れた黒鉛質成形体t−得ることを目的
とするものである。
とするものである。
即ち、本発明は、
(1)体積固有抵抗5.0属Ω・α以下、曲げ強度zo
01w/−以上、1000℃炭素化時の体積変化3%以
下、重量変化3チ以下の黒鉛質成形体。
01w/−以上、1000℃炭素化時の体積変化3%以
下、重量変化3チ以下の黒鉛質成形体。
(2)キノリンネ溶分が70重量−以下、メソフェーズ
含有量が40%以上、加熱溶融温度上限が400℃、1
000℃での炭素化収率が少くも70重量%であるメソ
フェーズ含有ピッチと黒鉛粉を混合して得られる粉体を
加圧成形して生成形体を得、更(該生成形体を不活性雰
囲気中700℃以上で焼成することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の黒鉛質成形体を製造する方法。
含有量が40%以上、加熱溶融温度上限が400℃、1
000℃での炭素化収率が少くも70重量%であるメソ
フェーズ含有ピッチと黒鉛粉を混合して得られる粉体を
加圧成形して生成形体を得、更(該生成形体を不活性雰
囲気中700℃以上で焼成することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の黒鉛質成形体を製造する方法。
(3)特許請求の範囲第(2)項に記載のメソフェーズ
含有ピッチのメソフェーズ含有量が70%以上であるこ
とを特徴とする該メソフェーズ含有ヒ゛ツチと黒鉛から
なる特許請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形体の製
造方法。
含有ピッチのメソフェーズ含有量が70%以上であるこ
とを特徴とする該メソフェーズ含有ヒ゛ツチと黒鉛から
なる特許請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形体の製
造方法。
(4)特許請求の範囲第(2)項に記載の黒鉛粉は室温
下、100〜3000kf/−の圧力印加による圧縮成
形によって成形体を成形せしめることを特徴とする該黒
鉛粉とメソフェーズ含有ピッチからなる特許請求の範囲
第(1)項記載の黒鉛質成形体の製造方法。
下、100〜3000kf/−の圧力印加による圧縮成
形によって成形体を成形せしめることを特徴とする該黒
鉛粉とメソフェーズ含有ピッチからなる特許請求の範囲
第(1)項記載の黒鉛質成形体の製造方法。
(5)特許請求の範囲第(2)項記載の加圧成形におい
てメソフェーズ含有ピッチと黒鉛の混合粉体を該メソフ
ェーズ含有ピッチの加熱溶融温度以上に加熱することを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形
体の製造方法。
てメソフェーズ含有ピッチと黒鉛の混合粉体を該メソフ
ェーズ含有ピッチの加熱溶融温度以上に加熱することを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形
体の製造方法。
である。
〔発明の詳細な説明〕
本発明で用いる黒鉛粉末は人造黒鉛及斂夕は天然黒鉛の
何れからも選択することができる。
何れからも選択することができる。
本発明で用いる黒鉛粉末はこれを適当な金型に充填し室
温での加圧成形後金型より堰)出した時に金型の形状の
生成形体を与え得る特性(以下「自己成形性」と称する
ことがある)を持つことが好フしい。釜凰より取り出し
た時Vこ塊状体や粒状体に崩壊する特性を持つ黒鉛を用
いても本発明の方法でメソフェーズ含有ピッチで加熱成
壓すれば所望の生成形体及び炭素化による黒鉛質成形体
を得ることができるが、得られた黒鉛質成形体の体積固
有抵抗値は、自己成形性黒鉛を用いた場合よシ大きく、
寸法安定性は悪くなり、良好な電気伝導性及び寸法安定
性が特に要求される分野には適当ではない。
温での加圧成形後金型より堰)出した時に金型の形状の
生成形体を与え得る特性(以下「自己成形性」と称する
ことがある)を持つことが好フしい。釜凰より取り出し
た時Vこ塊状体や粒状体に崩壊する特性を持つ黒鉛を用
いても本発明の方法でメソフェーズ含有ピッチで加熱成
壓すれば所望の生成形体及び炭素化による黒鉛質成形体
を得ることができるが、得られた黒鉛質成形体の体積固
有抵抗値は、自己成形性黒鉛を用いた場合よシ大きく、
寸法安定性は悪くなり、良好な電気伝導性及び寸法安定
性が特に要求される分野には適当ではない。
自己成形性黒鉛として例えば日本黒鉛工業■製のCP−
B及びASP−1000(商品名)の鱗状粉末黒鉛やL
ONZA社製のK S −2,5(商品名)の粉末黒鉛
を挙げることができる0 本発明に用いるメソフェーズ含有ピッチはコールタール
、石油残渣タール(デカントオイル)及びナフサ分解残
渣タール等から作ることができるが、ナフサ分解残渣タ
ールを水素で処理して得られる水素処理ナフサ分解残渣
タールは重金属、硫黄等の不淘物含坩が他の出発原料に
比して著しく少ないという特長を持つので、燐酸型燃料
電池のガス分離板の如き炭素質の酸化や分M、を促進さ
せる要素(200℃近くの熱燐酸および熱空気、直流電
流)の存在下で使われる黒鉛質成形体の結着材の好まし
い出発原料の一つと言える。
B及びASP−1000(商品名)の鱗状粉末黒鉛やL
ONZA社製のK S −2,5(商品名)の粉末黒鉛
を挙げることができる0 本発明に用いるメソフェーズ含有ピッチはコールタール
、石油残渣タール(デカントオイル)及びナフサ分解残
渣タール等から作ることができるが、ナフサ分解残渣タ
ールを水素で処理して得られる水素処理ナフサ分解残渣
タールは重金属、硫黄等の不淘物含坩が他の出発原料に
比して著しく少ないという特長を持つので、燐酸型燃料
電池のガス分離板の如き炭素質の酸化や分M、を促進さ
せる要素(200℃近くの熱燐酸および熱空気、直流電
流)の存在下で使われる黒鉛質成形体の結着材の好まし
い出発原料の一つと言える。
水素処理ナフサ分解残渣ピッチや石油留分の接触分解で
生成する塔底油かも得られる炭素質ピッチ及びコールタ
ールピッチから本発明に適するメソフェーズ含有ピッチ
を得るには減圧(特開昭58−154792.58−1
42974号公報)及び不活性ガス吹込み(特開昭58
−154793.58−142975号公報)での熱処
理及び水素供与性化合物共存下での不活性ガス吹込み(
特開昭59−155493号公報)での熱処理の何れか
の方法を用いてよいが、特開昭59−155493号公
報の方法忙よって本発明の請求範囲に記載の緒特性(J
ISK−2425遠心法によって求めたキノリンネ溶分
が7ONkg6以下、メソフェーズ含有量が40%以上
、ピッチの加熱溶融温度の上限が400℃以下であり、
窒素流透下昇温速度10℃/分で示差熱重量分析装置を
用いたチ以上)を満たすメソフェーズ含有ピッチを容易
に得ることができる。他のメソフェーズ含有ピッチ製造
技術を適用しても何ら差支えはない0メンフエーズ含有
ピッチのキノリンネ溶分が70重量%を超えると時とし
てピッチの加熱溶融温度が400℃を超えることと、加
熱溶融しない成分の含量が増加する為に本発明の実施態
様の一つであるメソフェーズ含有ピッチの加熱溶融温度
以上での加圧成壓によって黒鉛粉末間i’を溶融メソフ
ェーズピッチで満たすことで得られる大きい曲げ強度や
熱燐酸耐性を賦与することが難しくなる。
生成する塔底油かも得られる炭素質ピッチ及びコールタ
ールピッチから本発明に適するメソフェーズ含有ピッチ
を得るには減圧(特開昭58−154792.58−1
42974号公報)及び不活性ガス吹込み(特開昭58
−154793.58−142975号公報)での熱処
理及び水素供与性化合物共存下での不活性ガス吹込み(
特開昭59−155493号公報)での熱処理の何れか
の方法を用いてよいが、特開昭59−155493号公
報の方法忙よって本発明の請求範囲に記載の緒特性(J
ISK−2425遠心法によって求めたキノリンネ溶分
が7ONkg6以下、メソフェーズ含有量が40%以上
、ピッチの加熱溶融温度の上限が400℃以下であり、
窒素流透下昇温速度10℃/分で示差熱重量分析装置を
用いたチ以上)を満たすメソフェーズ含有ピッチを容易
に得ることができる。他のメソフェーズ含有ピッチ製造
技術を適用しても何ら差支えはない0メンフエーズ含有
ピッチのキノリンネ溶分が70重量%を超えると時とし
てピッチの加熱溶融温度が400℃を超えることと、加
熱溶融しない成分の含量が増加する為に本発明の実施態
様の一つであるメソフェーズ含有ピッチの加熱溶融温度
以上での加圧成壓によって黒鉛粉末間i’を溶融メソフ
ェーズピッチで満たすことで得られる大きい曲げ強度や
熱燐酸耐性を賦与することが難しくなる。
メソフェーズ含量が40%未満のメソフェーズ含有ピン
チ中には軽沸点留分が多く含まれる為に炭素化時のガス
発生量が多くな9、本発明の特徴であるメソフェーズ含
有ピッチの高炭素化収率に起因する緻密な黒鉛質成形体
の形成が著しく損われ、成形体の膨潤や細孔の形成など
をもたらす0加熱溶融温度が400℃を超すメソフェー
ズ含有ピッチは加熱溶融温度以上での加熱成型中にガス
を発生して成形性を損うと共に、結着材とじての特質も
減殺され、生成形体および黒鉛質成形体の強度の低下を
もたらす。
チ中には軽沸点留分が多く含まれる為に炭素化時のガス
発生量が多くな9、本発明の特徴であるメソフェーズ含
有ピッチの高炭素化収率に起因する緻密な黒鉛質成形体
の形成が著しく損われ、成形体の膨潤や細孔の形成など
をもたらす0加熱溶融温度が400℃を超すメソフェー
ズ含有ピッチは加熱溶融温度以上での加熱成型中にガス
を発生して成形性を損うと共に、結着材とじての特質も
減殺され、生成形体および黒鉛質成形体の強度の低下を
もたらす。
本発明で用いる黒鉛粉末はメソフェーズ含有ピッチと磨
砕混合工程を経た後に成形することが望ましい。黒鉛粉
末と予め100メツシユ以下に粉砕したメソフェーズ含
有ピッチ粉末をボールミル、根動ミル等の磨砕と混合の
両機能を有する装置で1分間から5時間磨砕混合するこ
とで本発明の目的により合致した原料粉体を得ることが
できる。
砕混合工程を経た後に成形することが望ましい。黒鉛粉
末と予め100メツシユ以下に粉砕したメソフェーズ含
有ピッチ粉末をボールミル、根動ミル等の磨砕と混合の
両機能を有する装置で1分間から5時間磨砕混合するこ
とで本発明の目的により合致した原料粉体を得ることが
できる。
磨砕を省略し、■−プレンダー等による単純混合も可能
であるが、よシ歌密な成形体を得るには、磨砕混合が望
ましい。
であるが、よシ歌密な成形体を得るには、磨砕混合が望
ましい。
メソフェーズ含有ピッチは黒鉛粉末−1ooNz部に対
して5〜50重量部好ましくは10〜40重余部添加す
ることができる。最適の添加比率はメソフェーズ含有ピ
ッチのa類によって異なる。
して5〜50重量部好ましくは10〜40重余部添加す
ることができる。最適の添加比率はメソフェーズ含有ピ
ッチのa類によって異なる。
加圧成形は常法によって行なうことができる。
SUB製金型のように原料粉体よりも熱膨張係数が大き
い金型を用いて加熱成形する場合には冷却操作時に生成
形体に王権応力が働き、薄板の場合にはひび割れや極端
な場合には破断を生じるので、金型の外周部の寸法を変
動できるような工夫を金型に施しておくことが望ましい
。
い金型を用いて加熱成形する場合には冷却操作時に生成
形体に王権応力が働き、薄板の場合にはひび割れや極端
な場合には破断を生じるので、金型の外周部の寸法を変
動できるような工夫を金型に施しておくことが望ましい
。
金型へ印加する圧縮圧力は10〜3000kg/d(ゲ
ージ)の範囲が好ましく、ioo〜2000kf/、d
(ゲージ)の範囲か更に好ましい。10に?/、d(
ゲージ)未満の成形圧力では生成形体の強度が低く取扱
いが難しh0又、3000kiy/cd(ゲージ)以上
の圧力を印加しても30001Cp/−(ゲージ)未満
の適切な圧力印加時と嵩密度や強度に大差はなく、大面
積の生成形体を製造する場合にはプレス機能力を大きく
する必要が生じるので好ましくない。
ージ)の範囲が好ましく、ioo〜2000kf/、d
(ゲージ)の範囲か更に好ましい。10に?/、d(
ゲージ)未満の成形圧力では生成形体の強度が低く取扱
いが難しh0又、3000kiy/cd(ゲージ)以上
の圧力を印加しても30001Cp/−(ゲージ)未満
の適切な圧力印加時と嵩密度や強度に大差はなく、大面
積の生成形体を製造する場合にはプレス機能力を大きく
する必要が生じるので好ましくない。
加熱成形の場合も生成形体を得るに当ってまず室温近傍
で充填粉体に10〜3000kp/m(ゲージ)の圧力
を印加して粉体充填密度を高めて粉体中に共存する酸素
it−減らすことができる。この操作によって加熱溶融
温度への昇温−A程および加熱溶融温度での保持過程で
の粉体系内に官有されている酸素によるピッチの不感化
及び黒鉛の酸化などの望ましくない反応を抑制すること
ができる0 溶融温度に一定時間保持した後は印加圧力は冷却過程の
どの温度域で常圧に復してもよい。但し、金型の外周寸
法を変更する操作を伴う場合には該操作開始前に常圧に
戻すことが要求される。冷却後生成形体を金型から取出
し、炭素化反応に供する。炭素化反応は窒素やアルゴン
の如き不活性雰囲気で行えば良い。
で充填粉体に10〜3000kp/m(ゲージ)の圧力
を印加して粉体充填密度を高めて粉体中に共存する酸素
it−減らすことができる。この操作によって加熱溶融
温度への昇温−A程および加熱溶融温度での保持過程で
の粉体系内に官有されている酸素によるピッチの不感化
及び黒鉛の酸化などの望ましくない反応を抑制すること
ができる0 溶融温度に一定時間保持した後は印加圧力は冷却過程の
どの温度域で常圧に復してもよい。但し、金型の外周寸
法を変更する操作を伴う場合には該操作開始前に常圧に
戻すことが要求される。冷却後生成形体を金型から取出
し、炭素化反応に供する。炭素化反応は窒素やアルゴン
の如き不活性雰囲気で行えば良い。
炭素化速度は100〜b
しくは300〜b
きる。炭素化時に最も注意深い昇温を必要とする400
〜600℃の温度領域も上記速度で通過せしめることが
できる。
〜600℃の温度領域も上記速度で通過せしめることが
できる。
本発明の効果は次の通シである。
(1) メソフェーズ含有ピッチの1000℃までの
炭素化の残炭収率が70重量%以上と従来公昶技術で使
用さ几ているコールタールピッチやフェノール樹脂のそ
れよシも著しく高い為、炭素化時のガス発生量が少なく
、発生ガス釦よる気孔の形成が著しく抑制され、黒鉛質
成形体の気孔率を著減せしめることが可能となった。ま
た、該メソフェーズ含有ピッチと黒鉛との組合わせによ
って、黒鉛質成形体の寸法安定性及び緻密性を従来技術
と比較して飛躍的に向上せしめることか可能となシ、複
雑形状品を後加工なく製造することができるようになっ
た。
炭素化の残炭収率が70重量%以上と従来公昶技術で使
用さ几ているコールタールピッチやフェノール樹脂のそ
れよシも著しく高い為、炭素化時のガス発生量が少なく
、発生ガス釦よる気孔の形成が著しく抑制され、黒鉛質
成形体の気孔率を著減せしめることが可能となった。ま
た、該メソフェーズ含有ピッチと黒鉛との組合わせによ
って、黒鉛質成形体の寸法安定性及び緻密性を従来技術
と比較して飛躍的に向上せしめることか可能となシ、複
雑形状品を後加工なく製造することができるようになっ
た。
(2)メソフェーズの含有it(ピッチ研磨面を偏光顕
微鏡で観察し、異方性部分の全体に占める面積比よシ算
出)が40%以上好ましくは70%以上のメソフェーズ
含有ピンチを用いることで、該ピッチを800〜100
0℃で炭素化した時の残炭成分が黒鉛類似W造を有し、
ガラス状炭素の如き離黒鉛化構造の素材と比較して得ら
れる黒鉛質成形体の電気抵抗は著しく低いものとなった
。
微鏡で観察し、異方性部分の全体に占める面積比よシ算
出)が40%以上好ましくは70%以上のメソフェーズ
含有ピンチを用いることで、該ピッチを800〜100
0℃で炭素化した時の残炭成分が黒鉛類似W造を有し、
ガラス状炭素の如き離黒鉛化構造の素材と比較して得ら
れる黒鉛質成形体の電気抵抗は著しく低いものとなった
。
(3)残炭収率が高く、炭化時ガス発生量が少ない溶融
型結着材としての特性を持つメソフェーズ含有ピッチと
黒鉛との組合せによって、結着材の炭素化所要時間を著
しく短縮することが可能となった。即ち、本発明方法で
得られた生成形体は平面度を保つために先行技術で採用
されている圧力印加状態での炭素化、400〜600℃
領域での予備炭素化や空気中200〜400℃での不融
化処理等の工業プロセス上製造コストの大巾上昇を招く
諸操作を全く用いることなく300〜b 一気に炭素化して黒鉛質成形体とすることが可能となっ
た。
型結着材としての特性を持つメソフェーズ含有ピッチと
黒鉛との組合せによって、結着材の炭素化所要時間を著
しく短縮することが可能となった。即ち、本発明方法で
得られた生成形体は平面度を保つために先行技術で採用
されている圧力印加状態での炭素化、400〜600℃
領域での予備炭素化や空気中200〜400℃での不融
化処理等の工業プロセス上製造コストの大巾上昇を招く
諸操作を全く用いることなく300〜b 一気に炭素化して黒鉛質成形体とすることが可能となっ
た。
〔従来技術とその問題点〕の項で燐酸型燃料電池のガス
分離板製造技術を例示して本発明の黒鉛質成形体の特異
性を示したが、ガス分離板以外にも本発明の黒鉛質成形
体の用途を例示することができる。
分離板製造技術を例示して本発明の黒鉛質成形体の特異
性を示したが、ガス分離板以外にも本発明の黒鉛質成形
体の用途を例示することができる。
黒鉛質管類、黒鉛質るつぼおよびボート、電気分解用黒
鉛電極、レドツクスンロー型電池、バイポーラプレート
などが具体的な用途分野例である。
鉛電極、レドツクスンロー型電池、バイポーラプレート
などが具体的な用途分野例である。
いずれの分野においても良好な電導性、寸法安定性、緻
密性等本発明の黒鉛質成形体の特性を充分に活かすこと
で従来技術からは予測し得ない高性能と低コストを同時
に満たす製品を作り出すことができる。
密性等本発明の黒鉛質成形体の特性を充分に活かすこと
で従来技術からは予測し得ない高性能と低コストを同時
に満たす製品を作り出すことができる。
以下実施例及び比較例を以って本発明の内容を更に具体
的に説明する。
的に説明する。
実施例1
〔メソフェーズ含有ピッチの製造〕
内容積llのオートクレーブにナフサの熱分解で生成し
たナフサ分尊a渣タール(常圧換算沸点170℃以上)
630F及び流動接触分解用シリカアルミナ触媒(触媒
化成■製、アルミナ含[13重量%、粉末)301を仕
込み、水素を毎時1(10J(8TP)で通じ、反応圧
力を120kf/cd(ゲージ)に保ちながら室温から
140分で460℃まで昇温し、その温度に80分間保
持した。室温に冷却後内容物を取少出し固型物を濾過し
た後、蒸留で常圧換算490℃以下の留分を除いて、水
素処理ナフサ分解残渣タールを仕込み原料に対して25
重量%の収率で得た。
たナフサ分尊a渣タール(常圧換算沸点170℃以上)
630F及び流動接触分解用シリカアルミナ触媒(触媒
化成■製、アルミナ含[13重量%、粉末)301を仕
込み、水素を毎時1(10J(8TP)で通じ、反応圧
力を120kf/cd(ゲージ)に保ちながら室温から
140分で460℃まで昇温し、その温度に80分間保
持した。室温に冷却後内容物を取少出し固型物を濾過し
た後、蒸留で常圧換算490℃以下の留分を除いて、水
素処理ナフサ分解残渣タールを仕込み原料に対して25
重量%の収率で得た。
上記の様にして得た改質ピッチl0IFを内容積40−
の内筒を備え、留出物のピッチ中への逆流を防いだ反応
器に入れ、アルゴンを毎分350 il、2,3.4−
テトラヒドロキノリンを液状で毎分帆1.0ピッチの上
に供給しながら10分間保持した後、予め485℃に保
った溶融塩浴に浸漬した。ピッチが溶融したのちアルゴ
ン及びテトラヒドロキノリンを液状ピッチの中に供給す
るようにし、反応温度483℃で13分熱処理を行った
0 その結果、改質ピッチに対して522重量%の収率でメ
ソフェーズ含有ピッチを得た。得られたピッチは、エポ
キシ樹脂に埋込み研磨した試料について室温にて偏光顕
微鋭観察を行ない、光学的異方性の比率、即ちメソフェ
ーズ含有率を測定した。
の内筒を備え、留出物のピッチ中への逆流を防いだ反応
器に入れ、アルゴンを毎分350 il、2,3.4−
テトラヒドロキノリンを液状で毎分帆1.0ピッチの上
に供給しながら10分間保持した後、予め485℃に保
った溶融塩浴に浸漬した。ピッチが溶融したのちアルゴ
ン及びテトラヒドロキノリンを液状ピッチの中に供給す
るようにし、反応温度483℃で13分熱処理を行った
0 その結果、改質ピッチに対して522重量%の収率でメ
ソフェーズ含有ピッチを得た。得られたピッチは、エポ
キシ樹脂に埋込み研磨した試料について室温にて偏光顕
微鋭観察を行ない、光学的異方性の比率、即ちメソフェ
ーズ含有率を測定した。
その結果、該ピッチのメツフェーズ含有率はほぼ100
%であった。また、本試料のキノリンネ溶分(JI82
425遠心法)は45i量慢であったO メソフェーズ含有ピッチの加熱溶融温度はホットステー
ジ付光学顕微鏡で測定して300℃を得た。又、ピッチ
10キを示差熱重量測定装置中、窒素ガス雰囲気で10
00℃まで加熱して重量減少を求め、炭素化収率85重
量%を得た。
%であった。また、本試料のキノリンネ溶分(JI82
425遠心法)は45i量慢であったO メソフェーズ含有ピッチの加熱溶融温度はホットステー
ジ付光学顕微鏡で測定して300℃を得た。又、ピッチ
10キを示差熱重量測定装置中、窒素ガス雰囲気で10
00℃まで加熱して重量減少を求め、炭素化収率85重
量%を得た。
100メツシユ以下に粉砕した該メソフェーズ含有ピッ
チ1.34 fを日本黒鉛工業■製画状黒鉛粉(商品名
CPB ) 8.0 Ofに混合し、平工製作所製VI
BRATING SAMPLE M4LL用8AMP
IJ CHAMBERK仕込み、2時間磨砕混合して
得られた混合粉体1.7 Ofを縦63.51EI1%
横12.7−のSUS製金型金型填し、プレス機にて室
温で1.5TON/i(ゲージ)の圧力を印加して予備
成形を行った後に圧力印加のまま340℃まで昇温し1
時間保持した。200tl:まで降温後印加圧を常圧に
戻し、金型の外枠t−開放し、黒鉛及びメソフェーズ含
有ピッチとSUSの熱収縮差によって生じる応力割れの
発生を防止した後に室温まで冷却して生成形体を得、炭
素化炉中アルゴン気流中5℃/分の昇温速度で1000
℃迄昇温して30分間保持した後室温迄冷却して平滑な
表面を持つ縦63.6ms、横12.8+m、厚み1.
O1o+。
チ1.34 fを日本黒鉛工業■製画状黒鉛粉(商品名
CPB ) 8.0 Ofに混合し、平工製作所製VI
BRATING SAMPLE M4LL用8AMP
IJ CHAMBERK仕込み、2時間磨砕混合して
得られた混合粉体1.7 Ofを縦63.51EI1%
横12.7−のSUS製金型金型填し、プレス機にて室
温で1.5TON/i(ゲージ)の圧力を印加して予備
成形を行った後に圧力印加のまま340℃まで昇温し1
時間保持した。200tl:まで降温後印加圧を常圧に
戻し、金型の外枠t−開放し、黒鉛及びメソフェーズ含
有ピッチとSUSの熱収縮差によって生じる応力割れの
発生を防止した後に室温まで冷却して生成形体を得、炭
素化炉中アルゴン気流中5℃/分の昇温速度で1000
℃迄昇温して30分間保持した後室温迄冷却して平滑な
表面を持つ縦63.6ms、横12.8+m、厚み1.
O1o+。
重i1.67F、見掛けの嵩密度z、xy/c1d、生
成形体基準の体積収縮率0.6%、重量減少率1.7%
、四端子法による板長方向の体積固有抵抗1.2 mΩ
・―の特性値を持つ黒鉛質成形体を得た。
成形体基準の体積収縮率0.6%、重量減少率1.7%
、四端子法による板長方向の体積固有抵抗1.2 mΩ
・―の特性値を持つ黒鉛質成形体を得た。
同じ手法で得た4枚の黒鉛質成形体の三点曲げ試験にお
ける平均曲げ強度は550に7/iであった0 該黒鉛質成形体を液温200℃±1℃に制御された10
0%燐酸〈浸漬し、SOO時間浸漬前後の寸法を測定し
たところ全く変化がなかった。又、500時間処理後該
黒鉛質成形体表面に付着した燐酸を濾紙で払拭後手早く
本量測定をして求めた燐酸吸収量は、5.6重量%であ
った。更に大量の水で洗浄後100℃で減圧乾燥した後
に重量測定をして求めた燐酸残存量は、4.5重量幅で
あった。
ける平均曲げ強度は550に7/iであった0 該黒鉛質成形体を液温200℃±1℃に制御された10
0%燐酸〈浸漬し、SOO時間浸漬前後の寸法を測定し
たところ全く変化がなかった。又、500時間処理後該
黒鉛質成形体表面に付着した燐酸を濾紙で払拭後手早く
本量測定をして求めた燐酸吸収量は、5.6重量%であ
った。更に大量の水で洗浄後100℃で減圧乾燥した後
に重量測定をして求めた燐酸残存量は、4.5重量幅で
あった。
因みに、神戸製鋼所■製のGC:ffンボジットを同一
条件で処理した後の燐酸吸収量は、6.4重量%、燐酸
残存量は5.1重量%であシ、体質変化は認められなか
った。
条件で処理した後の燐酸吸収量は、6.4重量%、燐酸
残存量は5.1重量%であシ、体質変化は認められなか
った。
実施例2
実施例1の下部押し台を外径12mの中空円筒の中心部
〈外径4vasの円柱が深さ2.5謳で2個形成される
様に変更し、実施例1と同一の組成比及び処理手順で得
られた鱗状天然黒鉛とメソフェーズ含有ピッチの混合粉
体8.32を金型に充填し、実施例1の手法で成形操作
を行い、縦63.9mm、横12.9■、厚み5.5
amの複雑な形状の生成形体を得、実施例10条件で炭
素化処理に対して黒鉛質成形体を得た。該黒鉛質成形体
の体積状I4率は0.5%、重量減少率は1.8%で6
9、該凹凸部分を凹凸を有する押し台に嵌め込んだとこ
ろ過不足なく納まった。
〈外径4vasの円柱が深さ2.5謳で2個形成される
様に変更し、実施例1と同一の組成比及び処理手順で得
られた鱗状天然黒鉛とメソフェーズ含有ピッチの混合粉
体8.32を金型に充填し、実施例1の手法で成形操作
を行い、縦63.9mm、横12.9■、厚み5.5
amの複雑な形状の生成形体を得、実施例10条件で炭
素化処理に対して黒鉛質成形体を得た。該黒鉛質成形体
の体積状I4率は0.5%、重量減少率は1.8%で6
9、該凹凸部分を凹凸を有する押し台に嵌め込んだとこ
ろ過不足なく納まった。
実施例3
LONZA社製人造黒鉛K S −2,5を用いた他は
実施例1と同様の手法を用いて黒鉛質成形体を得た。各
種特性値を第1表にまとめて示した。
実施例1と同様の手法を用いて黒鉛質成形体を得た。各
種特性値を第1表にまとめて示した。
実施例4
日本カーボン■裂人造黒鉛(GA−5、非自己成形性)
を用いた他は、実施例1と同様の手法で黒鉛質成形体を
得た。各種特性値を第1表に纒めて示した。
を用いた他は、実施例1と同様の手法で黒鉛質成形体を
得た。各種特性値を第1表に纒めて示した。
比較例1
結着材として中温コールタールピッチを用すた他は、実
施例1と同様の手法で黒鉛質成形体を得た。各種特性値
を第1表1/Cmめて示した。
施例1と同様の手法で黒鉛質成形体を得た。各種特性値
を第1表1/Cmめて示した。
比較例2
実施例1で用いた鱗状黒鉛粉全、実施例1の金型に充填
して室温で1.5 TON/−の圧力を印加して生成形
体を得た。実施例1の方法で1000℃迄加熱して黒鉛
質成形体とした。各種特性値を第1表に纒めて示した。
して室温で1.5 TON/−の圧力を印加して生成形
体を得た。実施例1の方法で1000℃迄加熱して黒鉛
質成形体とした。各種特性値を第1表に纒めて示した。
実施例5
実施例1の組成と調製法で得た混合粉体1.72を金型
に充填し、室温で1.5TON/L:fAの圧力を印加
して生成形体会得、実施例1と同じ方法で炭素化して黒
鉛質成形体を得た。各Jm%性値を第1表に纏めて示し
た。
に充填し、室温で1.5TON/L:fAの圧力を印加
して生成形体会得、実施例1と同じ方法で炭素化して黒
鉛質成形体を得た。各Jm%性値を第1表に纏めて示し
た。
Claims (5)
- (1)体積固有抵抗5.0mΩ・cm以下、曲げ強度2
00kg/cm^2以上、1000℃炭素化時の体積変
化3%以下、重量変化3%以下の黒鉛質成形体。 - (2)キノリン不溶分が70重量%以下、メソフェーズ
含有量が40%以上、加熱溶融温度上限が400℃、1
000℃での炭素化収率が少くとも70重量%であるメ
ソフェーズ含有ピッチと黒鉛粉を混合して得られる粉体
を加圧成形して生成形体を得、更に該生成形体を不活性
雰囲気中700℃以上で焼成することを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形体を製造する方
法。 - (3)特許請求の範囲第(2)項に記載のメソフェーズ
含有ピッチのメソフェーズ含有量が70%以上であるこ
とを特徴とする該メソフェーズ含有ピッチと黒鉛からな
る特許請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形体の製造
方法。 - (4)特許請求の範囲第(2)項に記載の黒鉛粉は室温
下、100〜3000kg/cm^2の圧力印加による
圧縮成形によつて成形体を形成せしめることを特徴とす
る該黒鉛粉とメソフェーズ含有ピッチからなる特許請求
の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形体の製造方法。 - (5)特許請求の範囲第(2)項記載の加圧成形におい
てメソフェーズ含有ピッチと黒鉛の混合粉体を該メソフ
ェーズ含有ピッチの加熱溶融温度以上に加熱することを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の黒鉛質成形
体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59199737A JPS6177667A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | 黒鉛質成形体及びその製造方法 |
| US07/196,760 US4929404A (en) | 1984-09-25 | 1988-05-17 | Graphitic or carbonaceous moldings and processes for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59199737A JPS6177667A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | 黒鉛質成形体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177667A true JPS6177667A (ja) | 1986-04-21 |
Family
ID=16412788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59199737A Pending JPS6177667A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | 黒鉛質成形体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177667A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05270889A (ja) * | 1990-03-29 | 1993-10-19 | Shinagawa Refract Co Ltd | 炭素含有耐火物 |
| US5382392A (en) * | 1993-02-05 | 1995-01-17 | Alliedsignal Inc. | Process for fabrication of carbon fiber-reinforced carbon composite material |
-
1984
- 1984-09-25 JP JP59199737A patent/JPS6177667A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05270889A (ja) * | 1990-03-29 | 1993-10-19 | Shinagawa Refract Co Ltd | 炭素含有耐火物 |
| US5382392A (en) * | 1993-02-05 | 1995-01-17 | Alliedsignal Inc. | Process for fabrication of carbon fiber-reinforced carbon composite material |
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