JPS63144108A - 炭素材の製造方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、炭素材及びその製造方法に関し、特にりん酸
型燃料電池セパレーター用炭素材及びその製造方法に関
するものである。

「従来の技術」 りん酸型燃料電池は、すを酸を保持した電解質層とその
両側に配置した白金触媒を担持した多孔質電極基板を単
位セルとし、各単位セルをセパレーターを介して積層し
たものである。

かかるセパレーターは、その両側面に形成する流通溝に
それぞれ供給される燃料ガスと酸化ガスを分離するため
の境界としての機能と単位セル間の接続導体としての機
能を必要とするため、その材料にはガス不透過性、電気
伝導性、機械的強度及び作動温度における削りん酸性等
について１更れた特性を存することが要求される。

従来、この種のセパレーターすなわち炭素材の製造方法
としては、フェノール）Ｈ脂等の熱硬化性樹脂そのもの
を熱圧成形し加熱、炭化する方唐が知られているが、こ
の方法によって得られるガラス状炭素材はガス不透過性
には浸れるが、電気伝導性が悪く問題があった。

このガラス状炭素材の電気伝導性を改良した方法として
、例えば特開昭５９−２６９０７号公報に開示されてい
る。

一方、成形加工性に優れた炭素材の製造方法としては、
黒鉛粉末、フェノール樹脂に有機質フィラーを加えて成
形する方法として例えば特開昭６０−１５５５１６号公
報に開示されている。

「発明が解決しようとする問題点」 前記特開昭５９−２６９０７号公報に記載されている方
法は、熱硬化性樹脂中に黒鉛粉末を添加して焼成するも
ので、この方法によれば電気伝導性は改良されるが成形
加工性に問題があり、表面状態が良好で、かつ厚みが均
一な炭素材を得ることは非常に難かしかった。

これに対して、前記特開昭６０−１５５５１６号公報に
記載されている方法によって成形性に問題がないレベル
まで有機質フィラーの添加量を増すと、電気伝導性が悪
くなり、また嶌鉛粉末と有機質フィラーの添加量を増し
て成形性と電気伝導性を同時に改良しようとすると、耐
りん酸性が悪くなるという問題があった。

本発明は、かくの如き従来の問題を解決することを目的
とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明の第１は、粒度１００　μｍ以下のキッシュグラ
ファイトを分子１ｉ１２００〜５００のノボラック型フ
ェノール樹脂でコーティング処理したのち、バインダー
として熱硬化性樹脂を３０〜９ｏｆｆ！量％配合して熱
圧成形し、その成形体を１５０〜２００℃の温度に保持
して硬化させ、さらに炭化処理することを特徴とする炭
素材の製造方法である。

また、本発明の第２は、粒度１００　μｍ以下のキッシ
ュグラファイトを分子量２００〜５００のノボランク型
フェノール樹脂でコーティング処理したのち、バインダ
ーとして熱硬化性樹脂を３０〜９０重量％配合し、同時
に有機質フィラーを１０〜６０重９％配合して熱圧成形
し、その成形体を１５０〜２００℃の温度に保持して硬
化させ、さらに炭化処理することを特徴とする炭素材の
製造方法である。

以下に、本発明について詳細に説明する。

本発明において用いるキッシュグラファイトは、製鉄所
の製鋼工程において副産物として得られる高純度の黒鉛
を１００　μｍ以下に粉砕したものであり、必要に応し
て鉄イオンを除く処理を行ったものである。

粒度が１００ＩＪ１１以上のものはフェノール樹脂との
ｔ昆相性が悪くなり、得られる炭素材の密度が低下し、
ガス不透過性、電気伝導性の満足したものが得られない
。

本発明において用いるノボランク型フェノール樹脂は、
フェノール樹脂、例えばフェノール、クレゾール、キシ
レノール、レゾルシンあるいは、これらの誘導体とアル
デヒド類、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒ
ドあるいはフルフラールを酸触媒下で反応させたもので
、その分子量は２００〜５００の範囲のものが必要であ
る。

分子量が２００以下のものは相溶性に効果がなく、また
５００以上のものは均一なコーティングができない。

本発明において用いる熱硬化性樹脂は、好ましくは、レ
ゾール型フェノール樹脂であるが、その他ノボラフク型
フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂等も使用可能である。

通常樹脂溶液または微粉末の形で使用する。

レゾール型フェノール樹脂が好ましいのは、コーティン
グ処理に使うノボラック型フェノール（Ｈ脂との相溶性
が良く、成形体の特性が優れていること、また、安価で
取扱い易いこと等の理由による。

つぎに、第１発明の製造方法について説明する。

まず、ノボランク型フェノール樹脂を沸点の低いを機熔
剤、例えば、アセトン、メチルアルコール等に溶かして
おき、これにキッシュグラファイトを添加して混合し、
脱溶媒してキフンユグラファイトをコーティング処理す
る。

つぎに、熱硬化性樹脂ｆ６？ｆｉ、中に前記コーティン
グ処理したキッシュグラファイトを加え混練ロール、高
速攪拌機等を使って均一に混合した後、室温で乾燥する
。

さらに、前記混合物を熱ロールまたは熱プレスを用いて
熱圧成形する。

なお、望ましくは熱圧成形する前に前記混合物を１００
℃前後の温度で加熱して予（ｌｉｆｅ！化し、これを粉
砕してから前記熱圧成形するのがよい。

また、前記樹脂溶液の代わりに粉末状樹脂を用い、これ
とコーティング処理したキッシュグラファイトを混合し
て熱圧成形してもよい。

なおまた、前記熱硬化性樹脂を、コーティング処理した
キンシュグラファイトに配合する割合は、３０〜９０重
量％とすることが必要である。

この配合割合が３０重量％未満の場合は、コーティング
処理したキッシュグラファイトとの混合性が低下し、得
られる成形体も不均一なものになってしまう。

一方、この配合割合が９０ｆｆｉｆｆ１％を超える場合
は、高い電気伝導性を有するガラス状炭素を得ることが
できない。

続いて、前記成形工程で製造された）Ｈ脂成形体を１５
０〜２００℃の温度に保持して完全に硬化させたのち、
１０００℃以上に昇温加熱して炭化処理することにより
炭素材とする。

つぎに、第２発明について説明する。

本発明において用いる有機質フィラーは、フェノール樹
脂、フラン樹脂等熱硬化性樹脂の粉末、あるいは、セル
ローズ、フェノール、木綿等の天然あるいは人造の繊維
等であり、熱圧成形後も成形体中に残存するものである
。

まず、熱硬化性樹脂溶液中に前記コーティング処理した
キンシュグラファイトと有機質フィラーを加え混練ロー
ル、高速ｆｉｌ牢機等を使って均一に混合したのち、室
温で乾燥する。

この時の有機質フィラーの配合割合は、１０〜６０重量
％とすることが必要である。

この配合割合が１．０重量％未膚の場合は、成形加工性
が低下し、高い機械的強度を有するものが得られない。

一方、この配合割合が６０重量％を超える場合は、成形
体を炭化処理しても炭化性のよいものが得られず、また
発泡を生じ優れたガラス状炭素が得られない。

つぎに前記混合物を熱ロールまたは熱プレスを用いて熱
圧成形する。

なお、望ましくは熱圧成形する前に前記混合物を１００
℃前後の温度で加熱して予１ｊｉｆ！！！化し、これを
粉砕してから前記熱圧成形するのがよい。

また、前記樹脂溶液の代わりに粉末状樹脂を用い、これ
とコーティング処理したキッシュグラファイトを混合し
て熱圧成形してもよい。

さらに、前記成形工程で製造された樹脂成形体を１５０
〜２００℃の温度に保持して完全に硬化させたのち、１
０００℃以上に昇温加熱して炭化処理することにより炭
素材とする。

成形体組成に有機質フィラーを含む炭素材は、第１発明
で得られる炭素材にくらベガス不遇適性、曲げ強度の一
段と優れたものが得られる。

「作用」 炭素材の原料としてキッシュグラファイトのような結晶
化の進んだものを用いることにより得られる炭素材の電
気伝導性が著しく高められる。

また、熱硬化性樹脂と混合する前に分子量の低いノボラ
ック型フェノールｔｘｔ詣でキッシュグラファイトをコ
ーティングすることにより、熱硬化性樹脂との相溶性を
良くし、成形体とした際マトリックスと黒鉛粉末が均一
に一体化し、電気伝導性とガス不透過性を向上するので
ある。

「実施例」 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 平均分子１３００のノボラック型フェノール樹脂（群栄
化学ｎ製ニレシトツブＰＳＦ−４２２４）のアセトン溶
液（不揮発分として３重量％）に平均粒度３０μ−のキ
ッシュグラファイトを添加し、よ＜ｆｕｌｌ混合したの
ち、吸引ろ過して余分のフェノール（Ｈ脂溶液を除去し
、乾燥してコーティング処理を行った・ このコーティング処理したキフンユグラファイト４０重
量％とフェノール樹脂／８液（群栄化学■製ニレシトツ
ブＰＬ−２２１１，不揮発分５６重量％、粘度１００ｃ
ｐｓ）　６０ｆｆｌｉ％を三本ロールにて均一に混練す
る。

混練後、室温にて５時間放置して乾燥したのち、乾燥機
中で１００℃、３０分で予備硬化を行い粉砕した。

この粉末を平板状の金型に供給し、熱プレスにより、プ
レス温度１５０℃、プレス圧１００ｋｇ／ｃ＋４で熱圧
成形し、厚さ０．９　龍、幅３００　龍、長さ３００１
會の薄板にした。

ついで、この薄板を２００℃で１０時間加熱してフェノ
ール（Ｂ脂を硬化させたのち、黒鉛板に挟んで１０℃／
時の昇温速度で１０００℃まで昇温しで炭化処理し炭素
材を得た。

この炭素材の特性を第１表に示す。

実施例２ 実施例１と同様にコーティング処理したキフノユグラフ
ァイト４０重量％と粉末状フェノール樹脂（群栄化学■
製；レジトフブＰ　（Ｇ）＾−２４００）　６０ｆｆ！
量％を三本ロールにて均一に混練たのち、熱ロールを用
いてロール温度１５０℃、ロール周速度０．２ａ＋／分
でロール成形して厚み０．９能の薄板にした。

この薄板を実施例１と同様に硬化、炭化処理を行い炭素
材を得た。

この炭素材の特性を第１表に示す。

実施例３ 実施例１と同様にコーティング処理したキッシュグラフ
ァイト３０重量％とフェノール（Ｈ脂溶ｌ夜（群栄化学
側製ニレシトツブＰＬ−２２１１，不揮発分５６重量％
、粘度１００ｃｐｓ）　３０重量％と平均粒度５０μ墨
のセルローズ粉末４０重９％をヘンシェルミキサーで攪
伴し以後実施例１と同様の処理をして炭素材を得た。

この炭素材の特性を第１表に示す。

比較例１ 実施例２において、コーティング処理したキンシュグラ
ファイトの代わりにコーティング未処理の人造黒鉛粉末
（平均粒度５０μ１１）を使用して同様の処理を行い炭
素材を得た。

この炭素材の特性を第１表に示す。

第１表 「発明の効果」 以上述べた如く、本発明の炭素材の製造方法によれば、
４電性を付与するためキンシグラファイト使い、そのキ
ッシュグラファイトをノボラック型フェノール樹脂でコ
ーティングしたのち、熱硬化性１Ｂ脂とｆ足台、成形、
焼成するため、得られたガラス伏炭素材はち密で、その
中の炭素分布は非常に均一である。

その結果、電気伝導性だけでなくガス不遇過性、成域特
性にも優れた炭素材が（ＳＩられる。

また、ＴＴ　機’Ｒフィラーを加えて成形した場合は、
ガス不透過性、曲げ強度の特に優れた炭素材を得ること
ができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒度１００μｍ以下のキッシュグラファイトを分
   子量２００〜５００のノボラック型フェノール樹脂でコ
   ーティング処理したのち、バインダーとして熱硬化性樹
   脂を３０〜９０重量％配合して熱圧成形し、その成形体
   を１５０〜２００℃の温度に保持して硬化させ、さらに
   炭化処理することを特徴とする炭素材の製造方法。
2. （２）粒度１００μｍ以下のキッシュグラファイトを分
   子量２００〜５００のノボラック型フェノール樹脂でコ
   ーティング処理したのち、バインダーとして熱硬化性樹
   脂を３０〜９０重量％配合し、同時に有機質フィラーを
   １０〜６０重量％配合して熱圧成形し、その成形体を１
   ５０〜２００℃の温度に保持して硬化させ、さらに炭化
   処理することを特徴とする炭素材の製造方法。