JPS6355160A - 不透過性炭素成形体及びその製造方法 - 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、気体及び流体の不透過性、熱伝導性及び電気
伝導性に優れ、かつ、積層圧縮強度や曲げ強度等の強度
に優れる不透過性炭素成形体及びその製造方法に関する
。

［従来の技術］ 気体及び液体の不透過性に優れる不透過性炭素成形体は
、この特性に加えて小さい電気抵抗と優れた耐薬品性を
有するところから、電子、原子力、航空宇宙等の産業分
野で幅広い利用が期待されており、なかでも上記した緒
特性のゆえに、近年注目を集めているリン酸型燃料電池
の分離板として好適に用いることができる。

リン酸型燃料電池は、例えば、電解質としてのリン酸を
含侵させたマトリックスをはさんで所要の触媒を担持さ
せた一対の多孔質電極板が配置され、更にその外側にそ
れぞれ分離板が配置されて単位セルが形成され、これを
多数積層して構成されている０例えば、リブ付ｉｔｔ極
型と称される燃料電池の場合には、上記各電極は分離板
側にリブを形成され、これらリブ間の溝に燃料気体又は
酸化剤気体が供給される。すなわち、一方の電極の溝に
は水素ガス等の気体燃料が供給され、他方の電極の溝に
は空気、酸素等の気体酸化剤が供給されて、電池反応が
行なわれる。

従って、一つの分離板には、その一方の側には燃料が供
給され、他方の側には酸化剤が供給されるので、分離板
はこれら気体が混合しないように気体不透過性に優れる
ことが必要であり、更に、上記したように単位セルを積
層して構成した燃料電池の集電体として機能し得るため
に、高い導電性を有すると共に、薄板状であって大きい
積層圧縮強度及び曲げ強度を有することが必要である。

ところで、従来、不透過性炭素成形体に関する技術とし
ては次の技術が知られている。

■上記した要求により得た黒鉛よりなる成形体の空隙に
ピッチ、タール、樹脂等の含浸剤を含侵させ、再度焼成
したこれら含浸剤を炭化させることによって不透過性炭
素成形体を得る方法。

■特開昭５７−７２２７３号公報には、黒鉛粉末をフェ
ノール樹脂液とともに成形し、高温で焼成して、全体が
実質的に黒鉛よりなる不透過性炭素成形体を得る方法が
開示されている。

■特開昭５９−１９５５１４号公報や特開昭６０−９０
８０７号公報は、粒状熱硬化性樹脂と粒状炭素と液状熱
硬化性樹脂とからなるｍ載物を所要形状に成形し、次い
でこの成形した成形体を乾燥することにより熱硬化性樹
脂を硬化させた後、非酸化性雰囲気下にこの熱硬化性樹
脂を炭化焼成して、熱硬化樹脂から形成されたガラス質
炭素と粒状炭素とからなる不透過性炭素成形体を製造す
る方法を提案している。

■特開昭６０−４２２１３号公報、特開昭６０−１５５
５１６号公報、特開昭６０−１６１１４４号公報では、
セルロース繊維質の紙にフェノール樹脂、フラン樹脂等
の熱硬化性樹脂と黒鉛粉末の混合物を含侵させ、乾燥さ
せ、これを多数ｖＩ層後所要形状に成形し、その後不活
性雰囲気中で焼成する方法及びセルロース系の短繊維と
前記熱硬化性樹脂と黒鉛粉末を混練し所要形状に成形後
、不活性雰囲気中で焼成する方法が開示されている。

■熱硬化性樹脂に補強材としてピッチ、ＰＡＮ径のカー
ボンファイバーの短繊維を添加する技術。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記した従来の技術には次のような問題点があ
る。

■黒鉛よりなる成形体の空隙にピッチ、タール、樹脂等
の含浸剤を含侵させた方法によれば、黒鉛よりなる成形
体と含浸剤との熱収縮率の相違により、得られる炭化焼
成品に割れが生じることが多いと共に１強度も不十分で
ある。

■特開昭５７−７２２７３号公報に開示された方法によ
る場合も上記と同様に黒鉛とバインダーとの熱収縮率の
相違によって焼成時に割れが生じやすく、更に、焼成品
に良好な気体不透過性を与えるためには、バインダーを
繰返して含侵させる必要があり、工程数が多くなって、
製造費用も高価となる。

■特開昭５９−１９５５１４号公報や特開昭６０−９０
８０７号公報に記載されている方法によって製造される
不透過性炭素成形体は、気体不透過性、電気特性及び機
械的特性に優れるのみならず、焼成時においても割れが
少ない、このように、この不透過性炭素成形体が機械的
強度が大きく、かつ、焼成時の割れが少ないのは、液状
及び粒状熱硬化性樹脂がガラス状に炭化したマトリック
ス内に粒状熱硬化性樹脂の一部が粒状のまま炭化し、ま
た、粒状炭素、例えば、黒鉛粒子が存在することによる
緩衝効果に基づくとみられる。

上記不透過性炭素成形体は、例えば、リン産型燃料電池
における分離板として好適に用い得る。

しかし、この用途においては、多数の分離板、電極板を
積層した状態で使用する為に、充分な機械的強度が要求
される。

また、製造工程中、予備成形後の成形体の強度が低いと
、焼成工程へ移る際のハンドリング等によるワレを生じ
、歩留り低下によるコスト高に結びつく危険性を有する
のでこの点に関して、改善の余地がある。

■特開昭６０−４２２１３号公報記載の技術の場合、セ
ルロース繊維による補強効果があるものの、セルロース
繊維質の紙に樹脂と黒鉛粉とを均一に含浸させることが
不可能であり、セルロース繊維が吸湿性に富むことに起
因して、バインダー分が優先的に紙に吸収され、紙の表
面部分に黒鉛粉末が偏在することが避けられない。

また、成形体の所要厚み（０，５〜３ｍｍ）を実現させ
るために多数の含浸紙を積層させることが必要である。

このために居間にエアぶくれ等の欠陥が多発し、特に厚
板の成形体において層間でのハクリ等を生じることから
焼成可能な成形体の板厚が限定される。

また、炭化焼成後の成形体には、￥ｇ２図に示したよう
に含浸紙の表面に相当する部分のみ黒鉛粉末が偏在し、
ガラス質炭素が主である層と明確に分離しているため、
板厚方向の電気伝導度、熱伝導度が板面方向のそれに比
較して著しく低く燃料電池のセパレータとして好適には
用い得ない。

さらに、セルロース繊維質に含浸することが可能なバイ
ンダーは低粘度の液状熱効果性樹脂に限られ、このこと
から黒鉛粉末等炭素フィラーの粒度、その添加量も限定
される。

一方、特開昭６０−１５５５１６号公報の場合は前者の
力する致命的な欠点を改善し得る方法ではあるが、セル
ロース繊維をマトリックス中に均一に分散させるために
、高剪断力の混線機で混練する際、Ｈａ維の機械的強度
が低く切断が生じるため、成形体の機械的強度を補うの
に必要な繊維長が得られず補強効果を実現し得ない、ま
た、セルロース繊維は低粘度の水溶性液状熱硬化性樹脂
を使用する場合にのみ均一な分散状態が得られることか
らおのずと混合可能なフィラー、パイグーの種類が限定
される。

さらにセルロース繊維は吸湿度性に優れかなりの量のバ
インダー分を吸収するため予備成形体の乾燥に充分な時
間をかげないと焼成時にワレ等の欠陥を発生する確率が
大きい。

セルロース繊維、例えばレーヨン系繊維は、炭素繊維の
原材料として検討された時期もあったが炭化収率が低く
、炭化焼成時の収縮が大きいことから現在はとんど実用
化されていない。

このことからも容易に類推されるように、短樺維単味で
添加した場合、炭化焼成後に繊維の炭化収率の低さに起
因して繊維／マトリックス間に空隙を生じ充分な補強効
果を得ることができない。

■補強材としてピッチ、ＰＡＮ系のカーボンファイバー
の短繊維を添加する技術は、炭化焼成時において、はと
んど収縮する事のないカーボンファイバーの周辺に熱硬
化性樹脂の収縮による応力が集中しクラックを発生する
という問題点がある。

そこで、本発明者は、前記した不透過性炭素成形体の優
位性を保持しつつ、成形体の機械的強度を改善する方法
について鋭意研究した結果、本発明をなすにいたった。

すなわち、本発明は、気体及び液体の不透過性、並びに
電気、熱伝導性にすぐれる安価な不透過性炭素成形体を
及びその製造方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、熱硬化性樹脂の炭化焼成により形成され
たガラス質炭素を主成分とし、合成繊維又は合成繊維と
天然繊維との混合繊維の炭化焼成により形成された炭化
物により補強されていることを特徴とする不透過性炭素
成形体によって解決される。この成形体は本出願に係る
第１発明である。

また、かかる成形体は、熱硬化性樹脂と、合成繊維又は
合成繊維と天然繊維との混合繊維とを混練し、混練によ
り得られる混練！Ｉ成物を成形後硬化させ、次いで非酸
化性雰囲気で該混線組成物を炭化焼成することを特徴と
する不透過性炭素成形体の製造方法によって製造され得
る。この製造方法は本出願に係る第２発明である。

以下第２発明の製造方法を説明しつつ第１発明をあわせ
て説明する。

第２発明においては、まず、熱硬化性樹脂と、合成＃ｌ
維又は合成繊維と天然繊維との混合樺雄とを混練する。

ここで、熱硬化性樹脂としては、炭化焼成によってガラ
ス質炭素に変化しうる熱硬化性樹脂であればよい、粉末
状熱硬化性樹脂でも、液状熱硬化性樹脂でもよい。また
、粉末状熱硬化性樹脂あるいは液状熱硬化性樹脂を単独
で用いてもよいし両者を併有してもよい。

粉末状熱硬化性樹脂としては、たとえば、粉末状のフェ
ノール系樹脂、フラン系樹脂、キシレン系樹脂、メルシ
ン系樹脂、アニリン系樹脂等が用いられるが特にフェノ
ール樹脂の粉末が好ましい。

また、液状熱硬化性樹脂としては、たとえば、フェノー
ル系樹脂液、メラミン系樹脂液、尿素系樹脂液、キシレ
ン系樹脂液、メラミン系樹脂液、エポキシ系樹脂液、フ
ラン系樹脂液等の水性又は油性の接着材として知られる
熱硬化性樹脂液が用いられる。

一方、熱硬化性樹脂と混練する繊維は合成繊維又は合成
繊維と天然ａｍとの混合繊維である。

ここで、合ａ繊維としては、たとえば、アクリル系繊維
、ポリビニルアルコール系繊維、含ハロゲン系＃９！維
、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリオレフ
ィン系繊維、ポリウレタン系繊維等を用いればよい、こ
れらは単独で用いてもよいし、２種以上を同時に用いて
もよい。

また、合ａ繊維と天然繊維とを混合したものを用いても
よい、ここで天然ｒａｍとしては、たとえば、セルロー
ス系繊維を用いればよい。

なお、合成繊維と天然繊維との混合割合としては、重量
比で（合成繊維）＝（天然繊維）＝ｌ：１〜５：１が好
ましい。

一方、繊維のｍ部長としては、１〜３０ｍｍが好ましく
、５〜２０　ｍ　ｍがより好ましい。

また、ｍ部枠としては、１０〜１００　ＩＬｍが好まし
い。

なお、これらの繊維は後述する炭化収率を向上させる上
からは１００〜３００℃の温度で不融化処理を行った後
で使用するのが望ましい。

繊維の添加量としては、成形体の緻密性を高める上から
５〜３０重量％が好ましい。

第２発明においては熱硬化性樹脂と上記繊維とを混練す
る。

混練方法には特に限定されないが、たとえば、加圧ニー
ダ−等の高剪断力混線機の使用が好ましい、加圧ニーダ
ー等の使用により添加した繊維が混練物中に均一な状態
で分散される。

第２発明においては、上記した混練により得られた混線
組成物を所望の形状に成形・硬化する。

この成形φ硬化方法にも限定されない。

なお、所望の形状に成形する前に適宜の形状に予備成形
し、この予備成形により得られた予備成形体を所望の形
状に成形してもよい、なお、薄板状の成形体が要求され
る場合には、圧延ロールにより圧延すればよい。

この場合の予＠成形は、たとえば、スクリュー押出し機
、プランジャー式押出機により行なうのが好ましい、予
＠成形体は、たとえば、ホットプレスにより所望の形状
に成形・硬化される。この成形・硬化をホットプレスに
より行なうことは、得られる成形体を緻密化させて強度
を高めることができる。また、セルロース繊維に比べ合
成繊維は熱硬化性樹脂液を吸収しない為、硬化反応時の
反応ガスの発散が容易であり、乾燥工程を要することな
く短時間のホットプレスでセルロース繊維雄のみを添加
したものに比ベポイド等欠陥の非常に少ない成形体を得
ることができる。

さらに、ホットプレスの中でも５〜２５段の多段式ホッ
トプレスを用いると、−度に大量のホットプレスを行う
ことができコストダウンとなる。

すなわち、多段ホットプレスの使用により、−度に１０
〜３００枚の成形体のプレス処理が可能であり、大幅な
コストダウン効果が得られる。

なお、１バツチの処理量を多くする為に各段には、バイ
ナーシート等のは型紙、特に成形体の表面を緻密にする
必要がある場合にはテフロンコーティングをほどこした
鉄板及び硬質Ｃｒメッキ鏡面板等の＃型材を介して５〜
１５枚／１段の成形体を処理すればよい。

ホットプレスの条件としては、温度は５０〜２５０℃、
より好ましくは８０〜１８０℃、圧力は５〜２００ｋｇ
ｆ／ｃｍ’、より好ましくは１０〜１５０　ｋｇｆ／ｃ
　ｍ’が適当である。

ホットプレス成形時には、少なくとも１回の圧力開放を
行なえば、硬化反応により発生するガスを抜くことがで
きる。かかるガス抜きにより成形体中へのガスの巻き込
みを防止することができ良好な成形体が得られる。

ホットプレス成形時の好ましい加圧、昇温、降温のプロ
グラムを第１図に示す、なお、加圧した状態で５０℃位
まで冷却すれば反りひずみのない成形体を得ることがで
きる。

昇温、降温のサイクルを行なうためには、蒸気加熱型の
ホットプレスを用いることが好ましい。

ｆ５２発明においては、上記成形体を非酸化性雰囲気中
で炭化焼成する。かかる炭化焼成により熱硬化性樹脂、
合成樹脂は炭化する。

炭化焼成温度としては、たとえば、８００〜２０００℃
が好ましく、１０００〜１５００℃がより好ましい。

また、非酸化性雰囲気としては、たとえばヘリウム、ア
ルゴン、Ｎ２ガス等の雰囲気でよい。

なお、本発明において不透過性炭素成形体が高い充填密
度を有し、従って機械的強度、電気伝導度、熱伝導度等
の諸特性に優れるようにするために粒状炭素を含有する
のが好ましい。

ここに粒状炭素とは、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、２５０
０〜３０００℃に焼成された人造黒鉛等の焼結質粒状炭
素やカーボンブラー２り等の無定形粒状炭素を意味し、
力に結晶質粒状炭素が好ましい０粒状炭素の添加量は、
混線組成物中に占める割合で５〜９５重量％が好ましい
。

また、高い気体透過性を得るために５０ｐｍ以下の粒状
炭素が好ましく用いられる。

以上説明した第２発明によれば第１発明の不透過性炭素
成形体を製造することができる。

すなわち、熱硬化性樹脂と、合成繊維又は合成繊維と天
然繊維との混合繊維とを混練し、混練により得られる混
線組成物を成形後硬化させ、次いで非酸化性雰囲気で該
混練組成物を炭化焼成すると、熱硬化性樹脂はガラス質
炭素となる。また、合成繊維又は合成＃ａ雄と天然繊維
との混合繊維は焼成後は炭化物となる。

なお、合成繊維を混練組成物中に３０重重量添加した場
合は、焼成後にはこの重量％に炭化率をかけた重量％の
炭化物が得られる。

これと同様に、繊維として径が１〜１００ルｍ、長さが
１〜３０ｍｍの！ａ維を始発原料とした場合は、焼成後
は、寸法・形状的にもこれらの寸法・形状に炭化率をか
けた寸法・形状の炭化物が得られる。

なお、第２発明によって場合の熱硬化性樹脂の炭化収率
は、３０〜７０重量％であり、天然繊維の炭化収率１０
〜３０重量％である。

なお、成形体の板面に垂直な断面でガラス質炭素と、合
成繊維又は合成繊維と天然繊維との混合ｔａ雑の炭化焼
成により形成された炭化物と、粒状炭素との各々の全体
に占める面積比が、三者の最大と最小との差が１５％以
内となるように原料配合を配合し、第２発明に従って製
造した不透過性炭素成形体は機械的強度がより高くなる
。

［発明の実施例］ （実施例１〜実施例５） 表１に示した配合について加圧式ニーグー（減圧装置付
）にて均一に混練した。混練時に、数回ニーダ−内を排
気、減圧し、混練物中のエアー抜きを行った。

混練物は２軸スクリュー押出し機を用いて２０ｔＸ３０
ｔの形状に押出し成形を行った後、圧延ロールにて１　
、Ｏｔ　Ｘ１００Ｏ口、５．０ｔＸ１０００口、８’、
０ｔＸ１００Ｏ口の予備成形体を得た。

次いで乾燥工程を経ずに予備成形体をホットプレスした
。ホットプレスのプログラムは第２図に示す通りである
。

次いでこの成形体をＮ２雰囲気中で７００℃まで１０℃
／時間の昇温速度で加熱した後１４００℃の温度まで５
０℃／時間の昇温°速度にて加熱し、この温度で２時間
保持焼成して不透過性炭素成形体を得た。

得られた不透過性炭素成形体の特性を表２に示した。

表２からも明らかなように、合成繊維の添加により、機
械的強度は著しく向上した。特に実施例１〜３について
は、比較例１に対して曲げ強度で約５割高い結果が得ら
れた。比較例２ではセルロース系のレーヨンｒａｍ単味
を添加したが焼成後の曲げ強度は比較例１よりも小さな
値となった。これはレーヨンＲｍの強度が弱く、加圧ニ
ーグーにて混練する際、繊維が切断されてしまったこと
、また、炭化焼成の際の収量が小さい為にマツトリクス
／繊維間に空隙が生じた事に起因すると思われる。

また、ホットプレス時にエアーふくれ等の欠陥を生じた
。この事からもセルロース縁部の場合予備成形体の乾燥
に充分な時間が必要であることがわかる。

比較例３．比較例４の場合も比較例１と同程度の機械的
強度しか得られなかった。炭化焼成時にカーボンファイ
バーの周辺に発生したクラックが補強効果を発現し得な
かった原因となっていると考えられる。

実施例１〜実施例５の場合には、比較例で見られたよう
な繊維炭化物／ガラス質マトリックス間での欠陥の発生
は認められず、著しい補強効果が得られた。

（実施例６〜実施例１０） 実施例１の配合について、ポリアクリロニトリル繊維の
繊維径、長さの異なるものを用いて同じ方法で不透過性
炭素成形体を得た。得られた成形体の特性値を表３に示
した。

実施例６〜実施例１０のいずれも表２に示した比較例よ
り高い曲げ強度を示しており、補強効果に優れているこ
とがわかる。

なお、実施例１あるいは実施例１０は、実施例６〜実施
例９に比べて曲げ強度と気体透過性がより優れている。

これは実施例１０に示す繊維径、繊維長の場合には高い
密充填が得られるためである。すなわち、低い密充填の
場合には部分的に生ずる空隙間が破断の際のクラック先
端となるため、曲げ強度及び気体透過性が低くなるが、
実施例１、実施例１０の場合はかかることがないためで
ある。また、ｍｍ径か細すぎる場合には混練時に繊維が
切断されてしまうことにそれぞれ起因すると思われる０
表３にはそれぞれの実施例について得られた成形体中の
繊維炭化物の径と長さについて、ＳＥＭ観察による結果
を示しである。

燃料電池セパレータとして充分な機能を得るためには、
成形体の繊維炭化物の径は１〜ｌＯＯルｍ、好ましくは
１０〜１００ルｍ、長さは１〜３０ｍｍ好ましくは５〜
２０　ｍ　ｍである。

（実施例１１〜実施例１３） 実施例１の配合について、添加する合成繊維の不融化処
理の条件を表４に示すように変えたものを用いて、同じ
条件で不透過性炭素成形体を得た。

得られた成形体の特性を表４に示した。

実施例１１〜実施例１３はいづれの場合も高い曲げ強度
を示している。

実施例１１〜実施例１３のうち、実施例１２は１００〜
２００℃で不融化処理を行なったものであり、不融化処
理を行なっていない実施例１１に比べ高い炭化率を示し
た。

なお、不融化処理の温度としては１００〜３００℃が好
ましい、この温度より低いと不融化処理が十分には進ま
ず、また、実施例１３に示す高い温度の場合には酸化反
応が進み、ｕａ維自体の強度が低下することにより混練
時に繊維が切断されてしまい、１００〜３００℃で不融
化処理を行なった場合に比べては曲げ強度は劣る。

（実施例１４） 実施例１の配合について、それぞれ、加圧式ニーグー、
フレットミル、ライカイ機で混練後、同じ条件で得た不
透過性炭素成形体の特性値を表５に示した。

フレットミル、ライカイ機では、加圧式ニーグーの場合
に比べ合成繊維が均一に分散せず、部分的に偏在し特性
値も低い結果となった。このことからも合成ｗＡ維添加
の効果を得る為には、加圧ニーダ等の高剪断力混練機に
よる混練がより好ましい。

（実施例１５） 実施例１の配合について、同じ方法で１．Ｏｔ×１００
０口に予４ＩＯ成形した板３００枚を、１５段式の上記
加熱式ホットプレスの各段に２０枚づつ、バイナーシー
ト、テフロンコーティングした鏡面鉄板、硬質Ｃｒメッ
キ鏡面板の離型材を介して蹟み込み、第１図に示した圧
力、温度のプログラムでホットプレスを行った。

次いで、この成形体をＮ２雰囲気中で７００℃までｌＯ
℃１時間の昇温速度で加熱した後、１４００℃の温度ま
で５０℃／時間の昇温速度にて加熱して、この温度で２
時間保持、焼成してｏ、ａｔｘｓｏｏ口の不透過性炭素
成形体を得た。

比較のために同じ配合で予備成形した板をホットプレス
なしで同じ条件で焼成した結果について、歩留り、得ら
れた不透過性炭素成形体の特性値を比較した結果を表６
に示した。

ホットプレスにより得られる効果は大きく、合成繊維添
加の効果が一層高められる。使用する離型材の種類によ
り表面の粗度を改善する効果もある。さらに、硬化反応
が均熱な状態で行なわれる為、後工程の焼成時に発生す
るワレも少なくなり歩留りも向上した。

このように離型材を介してホットプレスを行うことによ
り、特性も向上する上、−度に大量の処理が可能になっ
た。

表７に従来法（紙含浸法）による場合と、本発明につい
て１４００℃、２０００℃焼成後の場合の特性値を示し
た０紙含浸法の場合、強度は高いが、前述したような理
由から、特に板厚方向の熱伝導性、電気伝導性が著しく
低く、また、気体不透過性も不充分である０本発明の場
合はこれらの諸特性を低下させることなく高い機械的強
度を得ることが可能であり燃料電池セパレータとして好
適に用いることができる。

（試験例） 実施例１〜実施例３及び実施例１１で得られた気体不透
過性炭素成形体を板面に垂直に切断し。

ポリエルテル樹脂に生め込み、サンドペーパー（＃１２
００）、粒径５ｐＬｍ、Ｉｇｍ、０．０５ｇｍのアルミ
ナ粉で研磨した後、偏光顕微鏡を用いクロスニコル下で
断面を観察した。

表８に、各配合における成形体中のガラス質炭素、繊維
炭化物、粒状炭素の面積比を示した。

比較例よりも性能が良好な実施例１〜３については、ガ
ラス質炭素、ｍ都度化物、粒状炭素の各部の面積比は、
最大のものと最小のものとの差は１５％以内であった。

これに対して、実施例１１では繊維炭化物の面積比が低
くなっている。

［発明の効果］ 以上のように、機械的強度の大なる合成繊維及びこれと
セルロース繊維の混合物のいづれかを不融化処理した後
、粒状熱硬化性樹脂、粒状炭素熱硬化樹脂とを加圧ニー
ダー等の高剪断力混練機を用いて混練し、予備成形後ホ
ットプレスを行なった後、不活性雰囲気中で炭化焼成す
ることにより気体不透過性、電気伝導性、熱伝導性に優
れかつ機械的強度の大なる不透過性炭素成形体を得るこ
とができる。

従来の低含浸法からのものに比べて、成形体中のボイド
等の欠陥が著しく減少した事に加えて、従来不可能であ
った上記特性を有した厚肉の不透過性炭素を得ることが
可能である。

また、本発明により得られた不透性炭素成形体中には低
含浸法による従来品に見られるような、含浸紙表面部分
での黒鉛粉末の偏在がなく成形体中に均一に分散してい
る。

表かられかるように板厚方向と板面方向の熱伝導性、電
気伝導性の異方比は比較的小さく等方的であり、特に板
厚方向のそれが従来の低含浸法のそれよりも大きく、た
とえば、燃料電池のセパレータとして好適に用い得る。

もちろん、燃料電池のセパレータに限らず、たとえば、
電子、原子力、航空宇宙等の産業分野で幅広い利用が可
能である。

表８

【図面の簡単な説明】

第１図は、焼成時の加熱プログラムを示すグラフである
。第２図は、黒鉛の偏在状態を示す成形体の組織電子Ｊ
Ｒ３微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　熱硬化性樹脂の炭化焼成により形成されたガラス質
   炭素を主成分とし、合成繊維又は合成繊維と天然繊維と
   の混合繊維の炭化焼成により形成された炭化物により補
   強されていることを特徴とする不透過性炭素成形体。 ２　熱硬化性樹脂は粉末状の熱硬化性樹脂及び／又は液
   状の熱硬化性樹脂である特許請求の範囲第１項記載の不
   透過性炭素成形体。 ３　粒状炭素を含有してなる特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の不透過性炭素成形体。 ４　粒状炭素含有量が成形体中で占める割合が５〜９５
   重量％である特許請求の範囲第３項記載の不透過性成形
   体。 ５　合成繊維は、アクリル系繊維、ポリビニルアルコー
   ル系繊維、含ハロゲン系繊維、ポリアミド系繊維、ポリ
   エステル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリウレタン
   系繊維のいずれか１種以上からなる特許請求の範囲第１
   項乃至第４項のいずれかに記載の不透過性炭素成形体。 ６　合成繊維は不融化処理をほどこした合成繊維である
   特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の不
   透過性炭素成形体。 ７　天然繊維はセルロース系繊維である特許請求の範囲
   第１項乃至第６項のいずれかに記載の不透過性炭素成形
   体。 ８　合成繊維又は合成繊維と天然繊維との混合繊維の炭
   化焼成により形成された炭化物の割合が５〜３０重量％
   である特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記
   載の不透過性炭素成形体。 ９　合成繊維又は合成繊維と天然繊維との混合繊維の炭
   化焼成により形成された炭化物の径が１〜１００μｍ、
   長さが１〜３０ｍｍである特許請求の範囲第１項乃至第
   ８項のいずれかに記載の不透過性炭素成形体。 １０　以下の特性を有する特許請求の範囲第１項乃至第
   ９項のいずれかに記載の不透過性炭素成形体。 曲げ強度７００〜１５００ｋｇ／ｃｍ＾２ 気体不透過性≦２×１０＾−＾５ｍｌ／ｃｍ＾２・秒固
   有電気抵抗（板面方向）≦５×１０＾−＾３Ωｃｍ固有
   電気抵抗（板厚方向）≦２×１０＾−＾３Ωｃｍ２００
   ℃熱伝導率（板面方向） ≧８０Ｋｃａｌ／ｃｍ＾２・分 ２００℃熱伝導率（板厚方向） ≧２５Ｋｃａｌ／ｃｍ＾２・分 １１　成形体の板面に垂直な断面で、ガラス質炭素と、
   合成繊維又は合成繊維と天然繊維との混合繊維の炭化焼
   成により形成された炭化物と、粒状炭素との各々の占め
   る面積比が、三者の最大と最小との差が１５％以内であ
   る特許請求の範囲第３項記載の不透過性成形体。 １２　熱硬化性樹脂と、合成繊維又は合成繊維と天然繊
   維との混合繊維とを混練し、混練により得られる混練組
   成物を成形後硬化させ、次いで非酸化性雰囲気で該混練
   組成物を炭化焼成することを特徴とする不透過性炭素成
   形体の製造方法。 １３　熱硬化性樹脂は粉末状の熱硬化性樹脂又は／及び
   液状の熱硬化性樹脂である特許請求の範囲第１２項記載
   の不透過性炭素成形体の製造方法。 １４　混練組成物中へ粒状炭素を添加してなる特許請求
   の範囲第１２項又は第１３項記載の不透過性炭素成形体
   の製造方法。 １５　混練組成物中における粒状炭素の添加量が５〜９
   ５重量％である特許請求の範囲第１４項記載の不透過性
   成形体の製造方法。 １６　合成繊維は、アクリル系繊維、ポリビニルアルコ
   ール系繊維、含ハロゲン系繊維、ポリアミド系繊維、ポ
   リエステル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリウレタ
   ン系繊維のいずれか１種以上からなる特許請求の範囲第
   １２項乃至第１５項のいずれかに記載の不透過性炭素成
   形体の製造方法。 １７　合成繊維は不融化処理をほどこした合成繊維であ
   る特許請求の範囲第１２項乃至第１６項のいずれかに記
   載の不透過性炭素成形体の製造方法。 １８　天然繊維はセルロース系繊維である特許請求の範
   囲第１２項乃至第１７項のいずれかに記載の不透過性炭
   素成形体の製造方法。 １９　合成繊維又は合成繊維と天然繊維の混合繊維の混
   練組成物中への添加量が５〜３０重量％である特許請求
   の範囲第１２項乃至第１８項のいずれかに記載の不透過
   性炭素成形体。 ２０　合成繊維又は合成繊維と天然繊維との混合繊維の
   径が１〜１００μｍ、長さが１〜３０ｍｍである特許請
   求の範囲第１２項乃至第１９項のいずれかに記載の不透
   過性炭素成形体の製造方法。 ２１　硬化手段としてホットプレスを用いてなる特許請
   求の範囲第１２項乃至第２０項のいずれかに記載の不透
   過性炭素成形体の製造方法。 ２２　温度５０〜２５０℃、圧力５〜２００ｋｇｆ／ｃ
   ｍ＾２の条件でホットプレスしてなる特許請求の範囲第
   ２１項記載の不透過性炭素成形体の製造方法。 ２３　ホットプレスの際１回以上の圧力開放を行なう特
   許請求の範囲第２１項又は第２２項記載の不透過性炭素
   成形体の製造方法。 ２４　ホットプレスの際型材を用いてなる特許請求の範
   囲第２１項乃至第２３項のいずれかに記載の不透過性炭
   素成形体の製造方法。 ２５　ホットプレス時に成形体を加圧した状態で昇温、
   降温のサイクルを行う特許請求の範囲第２１項乃至第２
   ４項のいずれかに記載の不透過性炭素成形体の製造方法
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