JP2023110501A - Method for producing carbon fiber assembled body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維集合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a carbon fiber aggregate.
近年、炭素繊維が樹脂炭化物で結着された炭素繊維集合体は、燃料電池のガス拡散層や、誘導加熱炉の断熱材等の種々の用途で用いられている。 In recent years, carbon fiber aggregates in which carbon fibers are bound with resin carbide are used in various applications such as gas diffusion layers of fuel cells and heat insulating materials of induction heating furnaces.
例えば、特許文献１には、燃料電池のガス拡散層として用いられる炭素繊維と炭素質粉末を樹脂炭化物で結着した多孔質炭素板において、厚さが０．１～０．３ｍｍ、密度が０．２５～０．５５ｇ／ｃｍ３、３点曲げ試験（ＪＩＳ Ｋ６９１１－１９９５準拠）における曲げ強度が２０ＭＰａ以上の範囲内であって、かつ細孔径が２５～５５μｍの範囲内にあることを特徴とする多孔質炭素板が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a porous carbon plate in which carbon fibers and carbonaceous powder used as a gas diffusion layer of a fuel cell are bound with resin carbide, and has a thickness of 0.1 to 0.3 mm and a density of 0 .25 to 0.55 g/cm 3 , bending strength in a three-point bending test (JIS K6911-1995 compliant) is in the range of 20 MPa or more, and pore diameter is in the range of 25 to 55 μm. A porous carbon plate is disclosed.
特許文献１に記載の多孔質炭素板を製造する場合は、炭素繊維集合体に樹脂を含浸し、当該炭素繊維集合体を焼成する。この炭素繊維集合体の焼成により、樹脂は樹脂炭化物となる。
なお、炭素繊維集合体を構成する炭素繊維は、炭素繊維前駆体を焼成することにより作製される。
つまり、特許文献１に記載の多孔質炭素板を製造する場合、少なくとも炭素繊維の作製時及び樹脂の炭素化時の２回の焼成が必要になる。
多孔質炭素板を製造するにあたり、焼成の回数が増えると、多くのエネルギーが必要になり、ＣＯ２排出等の環境負荷が大きくなるという問題がある。
特許文献１に記載の多孔質炭素基材をガス拡散層として使用する場合、導電性が不充分であり改善の余地があった。
When manufacturing the porous carbon plate described in Patent Document 1, a carbon fiber aggregate is impregnated with a resin, and the carbon fiber aggregate is fired. By firing the carbon fiber aggregate, the resin becomes a resin carbide.
The carbon fibers forming the carbon fiber aggregate are produced by firing a carbon fiber precursor.
That is, when manufacturing the porous carbon plate described in Patent Document 1, at least two firing steps are required, one for producing the carbon fiber and one for carbonizing the resin.
In manufacturing a porous carbon plate, if the number of sintering steps increases, a large amount of energy is required, and there is a problem that the environmental load such as CO 2 emission increases.
When the porous carbon substrate described in Patent Document 1 is used as a gas diffusion layer, the electrical conductivity is insufficient and there is room for improvement.
本発明は上記問題を解決するためになされた発明であり、本発明の目的は、ＣＯ２排出等の環境負荷が充分に抑制され、かつ、導電性が充分に高い炭素繊維集合体の製造方法を提供することである。 The present invention is an invention made to solve the above problems, and an object of the present invention is a method for producing a carbon fiber aggregate that sufficiently suppresses environmental loads such as CO 2 emissions and has sufficiently high conductivity. is to provide
本発明の炭素繊維集合体の製造方法は、炭素繊維前駆体を集合し集合体を形成する集合体形成工程と、上記集合体に樹脂を含浸し、樹脂含浸集合体を形成する樹脂含浸工程と、上記樹脂含浸集合体に対し、加圧しながら焼成を行うことにより、上記炭素繊維前駆体及び上記樹脂を、それぞれ、炭素繊維及び樹脂炭化物とし、上記樹脂含浸集合体を炭素繊維集合体とする焼成工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention includes an aggregate forming step of gathering carbon fiber precursors to form an aggregate, and a resin impregnation step of impregnating the aggregate with a resin to form a resin-impregnated aggregate. and firing the resin-impregnated aggregate while pressurizing it, thereby converting the carbon fiber precursor and the resin into carbon fibers and a resin carbide, respectively, and firing the resin-impregnated aggregate into a carbon fiber aggregate. and a step.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法の焼成工程では、炭素繊維前駆体及び樹脂を、同時にそれぞれ炭素繊維及び樹脂炭化物とするので、これらを個別に焼成するよりも焼成の回数を減らすことができる。そのため、焼成に伴うＣＯ２排出等の環境負荷を低減することができる。 In the sintering step of the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, the carbon fiber precursor and the resin are made into the carbon fiber and the resin charcoal at the same time, so the number of sintering can be reduced compared to the case where they are individually sintered. . Therefore, it is possible to reduce the environmental load such as CO 2 emissions associated with firing.
また、本発明の炭素繊維集合体の製造方法の焼成工程では、加圧しながら焼成している。
そのため、焼成の際の熱により炭素繊維前駆体や樹脂の一部が分解されて、収縮や変形が生じても、圧力により収縮部や変形部を埋めることができる。そのため、製造される炭素繊維集合体において、一部のみに空隙ができることを防ぐことができる。また、製造される炭素繊維集合体において、樹脂炭化物の一部のみに応力がかかることを防ぐことができ、樹脂炭化物に亀裂や剥がれが生じることを防ぐことができる。その結果、製造される炭素繊維集合体の強度を高くすることができる。
Moreover, in the sintering step of the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, sintering is performed while applying pressure.
Therefore, even if the carbon fiber precursor or the resin is partly decomposed by the heat during firing and shrinkage or deformation occurs, the shrinkage or deformation can be filled with pressure. Therefore, it is possible to prevent the formation of voids only partially in the produced carbon fiber aggregate. Moreover, in the produced carbon fiber aggregate, it is possible to prevent stress from being applied only to a part of the carbonized resin, thereby preventing the carbonized resin from being cracked or peeled off. As a result, the strength of the produced carbon fiber aggregate can be increased.
なお、炭素繊維集合体において、樹脂炭化物は導電パスを形成する。上記の通り、本発明の炭素繊維集合体の製造方法で製造された炭素繊維集合体では、樹脂炭化物の亀裂や剥がれが少ないので、導電性が高くなる。
そのため、炭素繊維集合体に、高い導電性が求められる場合、本発明の炭素繊維集合体の製造方法で製造された炭素繊維集合体は有用である。
Incidentally, in the carbon fiber aggregate, the resin carbide forms a conductive path. As described above, in the carbon fiber aggregate produced by the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, cracks and peeling of the resin charcoal are less likely to occur, resulting in high electrical conductivity.
Therefore, when the carbon fiber aggregate is required to have high conductivity, the carbon fiber aggregate produced by the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention is useful.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法の上記焼成工程では、焼成を１回のみ行うことが好ましい。
１回の焼成で、炭素繊維前駆体及び樹脂を、それぞれ炭素繊維及び樹脂炭化物とすると、焼成に伴うＣＯ２排出等の環境負荷を低減することができる。
なお、本明細書において「焼成を１回のみ行う」とは、昇温開始から焼成終了まで、冷却期間等のインターバルを置かずに樹脂含浸集合体を加熱することを意味する。
In the firing step of the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, it is preferable to perform firing only once.
When the carbon fiber precursor and the resin are converted into the carbon fiber and the resin charcoal by one firing, it is possible to reduce the environmental load such as CO 2 emission accompanying the firing.
In the present specification, "fired only once" means that the resin-impregnated assembly is heated without an interval such as a cooling period from the start of heating to the end of firing.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法では、上記炭素繊維前駆体は、耐炎化処理されていることが好ましい。
耐炎化処理とは、炭素繊維前駆体を環化反応により、化学構造を変化させることであり、炭素繊維前駆体が耐炎化処理されていると、炭化・黒鉛化時に炭素繊維前駆体が溶融することを防ぐ事ができる。
In the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, the carbon fiber precursor is preferably subjected to a flameproofing treatment.
The flameproofing treatment is to change the chemical structure of the carbon fiber precursor by a cyclization reaction. If the carbon fiber precursor is flameproofed, the carbon fiber precursor melts during carbonization and graphitization. can be prevented.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法の焼成工程では、１０００～２５００℃、１～６０ｍｉｎで焼成することが好ましい。
上記条件で加熱を行うことにより、炭素繊維前駆体及び樹脂が、それぞれ好適に、炭素繊維及び樹脂炭化物に焼成される。
In the sintering step of the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, sintering is preferably performed at 1000 to 2500° C. for 1 to 60 minutes.
By heating under the above conditions, the carbon fiber precursor and the resin are suitably sintered into the carbon fiber and the resin carbide, respectively.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法では、上記樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、アラミド樹脂及びピッチからなる群から選択される少なくとも１種からなることが好ましい。
これらの樹脂は、樹脂炭化物を形成するのに適している。
In the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, the resin is at least one selected from the group consisting of phenol resin, epoxy resin, furan resin, melamine resin, imide resin, urethane resin, aramid resin and pitch. is preferred.
These resins are suitable for forming resin carbides.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法の上記焼成工程では、上記樹脂含浸集合体に対し０．１～５０ｋＰａで加圧することが好ましい。
樹脂含浸集合体に上記範囲の圧力をかけながら加熱することにより、樹脂炭化物に亀裂や剥がれが生じることをより防ぐことができる。
In the firing step of the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention, it is preferable to apply a pressure of 0.1 to 50 kPa to the resin-impregnated aggregate.
By heating the resin-impregnated assembly while applying a pressure within the above range, it is possible to further prevent cracks and peeling of the resin carbide.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法では、上記炭素繊維前駆体の重量に対する上記樹脂の重量割合は、５～８０重量％であることが好ましい。
上記重量割合が、５重量％未満であると、樹脂の量が少ないので、炭素繊維同士を結着しにくくなる。
上記重量割合が、８０重量％を超えると、相対的に炭素繊維の数が少なくなり、炭素繊維集合体の強度が低下しやすくなる。
In the carbon fiber assembly manufacturing method of the present invention, the weight ratio of the resin to the weight of the carbon fiber precursor is preferably 5 to 80% by weight.
If the weight ratio is less than 5% by weight, the amount of the resin is small, so it becomes difficult to bond the carbon fibers together.
If the weight ratio exceeds 80% by weight, the number of carbon fibers is relatively small, and the strength of the carbon fiber aggregate tends to be lowered.
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の炭素繊維集合体の製造方法について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
(Detailed description of the invention)
The method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention will be specifically described below. However, the present invention is not limited to the following configurations, and can be appropriately modified and applied without changing the gist of the present invention. A combination of two or more of the individual preferred configurations of the present invention described below is also the present invention.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法は、炭素繊維前駆体を集合し集合体を形成する集合体形成工程と、上記集合体に樹脂を含浸し、樹脂含浸集合体を形成する樹脂含浸工程と、上記樹脂含浸集合体に対し、加圧しながら焼成を行うことにより、上記炭素繊維前駆体及び上記樹脂を、それぞれ、炭素繊維及び樹脂炭化物とし、上記樹脂含浸集合体を炭素繊維集合体とする焼成工程とを含むことを特徴とする。
各工程について、以下に図面を用いて説明する。
図１Ａは、本発明の炭素繊維集合体の製造方法の集合体形成工程の一例を模式的に示す工程図である。
図１Ｂは、本発明の炭素繊維集合体の製造方法の樹脂含浸工程の一例を模式的に示す工程図である。
図１Ｃは、本発明の炭素繊維集合体の製造方法の焼成工程の一例を模式的に示す工程図である。
The method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention includes an aggregate forming step of gathering carbon fiber precursors to form an aggregate, and a resin impregnation step of impregnating the aggregate with a resin to form a resin-impregnated aggregate. and firing the resin-impregnated aggregate while pressurizing it, thereby converting the carbon fiber precursor and the resin into carbon fibers and a resin carbide, respectively, and firing the resin-impregnated aggregate into a carbon fiber aggregate. and a step.
Each step will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1A is a process diagram schematically showing an example of an aggregate forming step in a method for producing a carbon fiber aggregate according to the present invention.
FIG. 1B is a process diagram schematically showing an example of the resin impregnation process in the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention.
FIG. 1C is a process diagram schematically showing an example of the firing process of the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention.
（集合体形成工程）
集合体形成工程では、図１Ａに示すように、炭素繊維前駆体２１を集合し集合体１１を形成する。
(Aggregate formation step)
In the aggregate forming step,
炭素繊維前駆体２１を集合させる方法としては、特に限定されないが、乾式法、メルトブローン法、抄造法、ニードルパンチ法、クロス工法、水流絡合法等を採用することができる。
A method for gathering the
炭素繊維前駆体としては、焼成により炭素繊維となる有機繊維であれば、特に限定されないが、アクリロニトリルを主成分として含有するアクリル繊維等を用いることができる。
また、炭素繊維前駆体は、耐炎化処理されていることが好ましい。
耐炎化処理とは、炭素繊維前駆体を環化反応により、化学構造を変化させることであり、炭素繊維前駆体に耐炎化処理がされていると、焼成時に炭素繊維前駆体の溶融を防ぐことができる。
The carbon fiber precursor is not particularly limited as long as it is an organic fiber that becomes a carbon fiber by firing, but an acrylic fiber or the like containing acrylonitrile as a main component can be used.
Also, the carbon fiber precursor is preferably flame-resistant.
The flameproofing treatment is to change the chemical structure of the carbon fiber precursor through a cyclization reaction. When the carbon fiber precursor is flameproofed, it prevents the carbon fiber precursor from melting during firing. can be done.
（樹脂含浸工程）
次に、集合体１１に樹脂３１を含浸し、樹脂含浸集合体１２を形成する。
(Resin impregnation step)
Next, the aggregate 11 is impregnated with the
集合体１１に樹脂３１を含浸する方法としては、例えば、樹脂３１を含む分散液に集合体１１を浸す方法や、集合体１１に樹脂３１を含む分散液を噴霧する方法、印刷法（ロールコター、スクリーン）等が挙げられる。
なお、分散液には、メタノール等の分散媒や、黒鉛、カーボンブラック等の炭素粒子等を混合してもよい。
Methods for impregnating the aggregate 11 with the
The dispersion liquid may be mixed with a dispersion medium such as methanol, or carbon particles such as graphite or carbon black.
また、集合体形成工程において、抄造法を採用する場合、抄造用のスラリーに樹脂３１を混合してもよい。これにより、集合体形成工程と樹脂含浸工程とを同時に行うことができる。
Moreover, in the aggregate forming step, when a papermaking method is employed, the
樹脂としては、焼成により樹脂炭化物となる有機樹脂であれば、特に限定されないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、アラミド樹脂、ピッチ等を用いることができる。
これらの中ではフェノール樹脂が好ましく、レゾール型フェノール樹脂や、ノボラック型フェノール樹脂であることがより好ましい。
The resin is not particularly limited as long as it is an organic resin that becomes a resin carbide by baking, but phenol resin, epoxy resin, furan resin, melamine resin, imide resin, urethane resin, aramid resin, pitch, etc. can be used.
Among these, phenolic resins are preferred, and resol-type phenolic resins and novolac-type phenolic resins are more preferred.
樹脂含浸工程では、炭素繊維前駆体２１に樹脂３１を含浸することになるが、この際の炭素繊維前駆体２１の重量に対する樹脂３１の重量割合は、５～８０重量％であることが好ましく、１０～６０重量％であることがより好ましい。
上記重量割合が、５重量％未満であると、樹脂の量が少ないので、炭素繊維同士を結着しにくくなる。
上記重量割合が、８０重量％を超えると、相対的に炭素繊維の数が少なくなり、炭素繊維集合体の強度が低下しやすくなる。
In the resin impregnation step, the
If the weight ratio is less than 5% by weight, the amount of the resin is small, so it becomes difficult to bond the carbon fibers together.
If the weight ratio exceeds 80% by weight, the number of carbon fibers is relatively small, and the strength of the carbon fiber aggregate tends to be lowered.
なお、本工程では、樹脂含浸集合体１２を形成した後、必要に応じ樹脂含浸集合体１２を乾燥させてもよい。
In this step, after forming the resin-impregnated
（焼成工程）
次に、樹脂含浸集合体１２に対し、加圧しながら焼成を行うことにより、炭素繊維前駆体２１及び樹脂３１を、それぞれ、炭素繊維２０及び樹脂炭化物３０とする。
本工程を行うことにより、炭素繊維２０同士は、樹脂炭化物３０により結着される。
以上の工程を経て炭素繊維集合体１０を製造することができる。
(Baking process)
Next, the
By performing this step, the
The
焼成工程では、炭素繊維前駆体２１及び樹脂３１を、同時にそれぞれ炭素繊維２０及び樹脂炭化物３０とするので、これらを個別に焼成するよりも焼成の回数を減らすことができる。そのため、焼成に伴うＣＯ２排出等の環境負荷を低減することができる。
In the firing step, the
また、焼成工程では、樹脂含浸集合体１２に対し、加圧しながら焼成している。
そのため、焼成の際の熱により炭素繊維前駆体２１や樹脂３１の一部が分解されて、収縮や変形が生じても、圧力により収縮部や変形部を埋めることができる。そのため、製造される炭素繊維集合体１０において、一部のみに空隙ができることを防ぐことができる。また、製造される炭素繊維集合体１０において、樹脂炭化物３０の一部のみに応力がかかることを防ぐことができ、樹脂炭化物３０に亀裂や剥がれが生じることを防ぐことができる。その結果、製造される炭素繊維集合体１０の強度を高くすることができる。
In the firing process, the resin-impregnated
Therefore, even if the
なお、炭素繊維集合体１０において、樹脂炭化物３０は導電パスを形成する。上記の通り、炭素繊維集合体１０では、樹脂炭化物３０の亀裂や剥がれが少ないので、導電性が高くなる。そのため、炭素繊維集合体１０は、高い導電性が必要な用途に適している。このような用途を例示すると、燃料電池のガス拡散層の用途が挙げられる。
Incidentally, in the
焼成工程では、焼成を１回のみ行うことが好ましい。
１回の焼成で、炭素繊維前駆体２１及び樹脂３１を、それぞれ炭素繊維２０及び樹脂炭化物３０とすると、焼成に伴うＣＯ２排出等の環境負荷を低減することができる。
In the firing step, it is preferable to perform firing only once.
By converting the
焼成工程では、樹脂含浸集合体１２に対し０．１～５０ｋＰａで加圧することが好ましく、１０００～２０００℃、１～３０ｍｉｎであることがより好ましい。
樹脂含浸集合体１２に上記範囲の圧力をかけながら加熱することにより、樹脂炭化物３０に亀裂や剥がれが生じることをより防ぐことができる。
In the firing step, the resin-impregnated
By heating the resin-impregnated
焼成工程では、１０００～２５００℃、１～６０ｍｉｎで焼成することが好ましく、１０００～２０００℃、１～３０ｍｉｎで焼成することがより好ましい。
上記条件で加熱を行うことにより、炭素繊維前駆体２１及び樹脂３１が、それぞれ好適に、炭素繊維２０及び樹脂炭化物３０に焼成される。
In the firing step, firing is preferably performed at 1000 to 2500° C. for 1 to 60 minutes, more preferably at 1000 to 2000° C. for 1 to 30 minutes.
By heating under the above conditions, the
焼成工程における焼成の雰囲気は特に限定されないが、アルゴン、窒素等であることが好ましい。 The firing atmosphere in the firing step is not particularly limited, but argon, nitrogen, or the like is preferable.
本発明の炭素繊維集合体の製造方法により製造された炭素繊維集合体は、燃料電池のガス拡散層や、誘導加熱炉の断熱材等として好適に用いることができる。
各用途について、以下に図面を用いて説明する。
A carbon fiber aggregate produced by the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention can be suitably used as a gas diffusion layer of a fuel cell, a heat insulating material of an induction heating furnace, or the like.
Each application will be described below with reference to the drawings.
（燃料電池）
図２は、燃料電池の構成の一例を示す模式図である。
燃料電池１００においては、燃料極２００において水素２１０が供給され、触媒層２２０において水素２１０が触媒（白金）によって水素イオン２３０と電子２４０に分離される。
水素イオン２３０は電解質膜２５０を通過して空気極３００へ移動する。電子２４０は外部に抜け出し導線を伝って電流となる。
空気極３００には酸素３１０を含む空気が導入される。触媒層３２０において、酸素３１０と、電解質膜２５０を通って入ってきた水素イオン２３０と外部の導線を経由してきた電子２４０との反応で水３３０が生成される。
(Fuel cell)
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel cell.
In the
The
上記の燃料電池１００は、燃料極２００に燃料極側ガス拡散層２６０を備えており、空気極３００に空気極側ガス拡散層３６０を備えている。
ガス拡散層は、燃料である水素２１０及び酸素３１０（空気）の拡散、触媒層２２０及び触媒層３２０への供給、触媒層２２０での化学反応により生じた電子２４０の集電、触媒層３２０での反応において生じた水３３０の排出といった役割を担う。
本発明の炭素繊維集合体の製造方法により製造された炭素繊維集合体は、燃料極側ガス拡散層２６０や、空気極側ガス拡散層３６０として好適に用いることができる。
The
The gas diffusion layer diffuses
A carbon fiber assembly manufactured by the method for manufacturing a carbon fiber assembly of the present invention can be suitably used as the fuel electrode side
（誘導加熱炉）
図３は、昇華法（ＰＶＴ）に用いる誘導加熱炉の一例を示す模式図である。
図３に示す誘導加熱炉（ＳｉＣ結晶成長炉）４００は、ＳｉＣ原料４１１を含むカーボン製の坩堝４２０と、坩堝４２０の周囲を覆う断熱材４３０と、これらを収容する石英管４４０と、石英管４４０の外周に配置された加熱用のコイル４５０とからなる。
また、坩堝４２０の上部には、種結晶４１０が配置されている。
(Induction heating furnace)
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an induction heating furnace used for the sublimation method (PVT).
An induction heating furnace (SiC crystal growth furnace) 400 shown in FIG. 440 and a
A
ＳｉＣ結晶を成長させる場合、コイル４５０に高周波電流を流し、坩堝４２０を加熱することで、ＳｉＣ原料を昇華させ、昇華したＳｉＣ原料４１１が、種結晶４１０に到達して再結晶化することにより種結晶４１０を結晶成長させることができる。
When growing a SiC crystal, a high-frequency current is passed through the
本発明の炭素繊維集合体の製造方法により製造された炭素繊維集合体は、断熱材４３０として好適に用いることができる。
A carbon fiber aggregate produced by the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention can be suitably used as the
なお、本発明の炭素繊維集合体の製造方法により製造された炭素繊維集合体は、上記の昇華法に用いる誘導加熱炉４００の断熱材４３０だけでなく、抵抗加熱炉や燃焼炉等の断熱材としても好適に用いることができる。
The carbon fiber aggregate produced by the method for producing a carbon fiber aggregate of the present invention can be used not only as the
（実施例）
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
Examples that more specifically disclose the present invention are shown below. In addition, the present invention is not limited only to these examples.
（実施例１）
（集合体形成工程）
炭素繊維前駆体として、平均繊維長が６０ｍｍの酸化ポリアクリロニトリルからなる炭素繊維前駆体を集合させて集合体を形成した。
(Example 1)
(Aggregate formation step)
As carbon fiber precursors, carbon fiber precursors made of polyacrylonitrile oxide having an average fiber length of 60 mm were aggregated to form an aggregate.
（樹脂含浸工程）
次に、メタノール１００重量部に対し、レゾール型フェノール樹脂が３重量部、ノボラック型フェノール樹脂が３重量部、鱗片黒鉛が０．８重量部及びカーボンブラックが０．８重量部含まれた分散液を準備し、当該分散液をスポイトで均一に集合体に塗布し、樹脂含浸集合体を形成した。
この際、含浸させた樹脂（レゾール型フェノール樹脂及びノボラック型フェノール樹脂）の重量割合を、炭素繊維前駆体の重量に対して６０重量％とした。
その後、２８０ｋＰａで加圧しながら、１４５℃、１５ｍｉｎの条件で樹脂含浸集合体を乾燥させた。
(Resin impregnation step)
Next, a dispersion containing 3 parts by weight of resol type phenolic resin, 3 parts by weight of novolac type phenolic resin, 0.8 parts by weight of flake graphite and 0.8 parts by weight of carbon black with respect to 100 parts by weight of methanol. was prepared, and the dispersion was evenly applied to the assembly with a dropper to form a resin-impregnated assembly.
At this time, the weight ratio of the impregnated resins (resol-type phenolic resin and novolac-type phenolic resin) was 60% by weight with respect to the weight of the carbon fiber precursor.
After that, the resin-impregnated assembly was dried under the conditions of 145° C. and 15 minutes while pressurizing at 280 kPa.
（焼成工程）
上記樹脂含浸集合体を、アルゴン雰囲気下、７ｋＰａで加圧しながら、１００℃／ｈｒで昇温して５００℃になった時点で５ｍｉｎ保持し、その後、１００℃／ｈｒで昇温して１０００℃になった時点で５ｍｉｎ保持し、その後１００℃／ｈｒで昇温して２０００℃になった時点で５ｍｉｎ保持することにより焼成を行った。
(Baking process)
The resin-impregnated assembly was heated at 100°C/hr while being pressurized at 7 kPa in an argon atmosphere, and when it reached 500°C, it was held for 5 minutes, and then heated at 100°C/hr to 1000°C. When the temperature reached 2000° C., the temperature was maintained for 5 minutes, and then the temperature was raised at a rate of 100° C./hr.
以上の工程を経て、実施例１に係る炭素繊維集合体を製造した。 A carbon fiber aggregate according to Example 1 was manufactured through the above steps.
（実施例２）、（比較例１）及び（比較例２）
樹脂含浸工程において含侵する樹脂の重量割合及び焼成工程における圧力を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に、実施例２、比較例１及び比較例２に係る炭素繊維集合体を製造した。
(Example 2), (Comparative Example 1) and (Comparative Example 2)
Carbon fibers according to Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the resin impregnated in the resin impregnation step and the pressure in the baking step were changed as shown in Table 1. Assemblies were produced.
（体積抵抗率評価）
各実施例及び各比較例に係る炭素繊維集合体を、サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍに切断し、ＪＩＳＫ７１９４に準拠した４探針法によって体積抵抗率の評価を行った。
装置としてはロレスターＧＰ ＭＣＰ－Ｔ６１０（三菱ケミカルアナリテック株式会社製）を使用し、プローブとしてＡＳＰプローブＭＣＰ－ＴＰ０３Ｐを使用した。
電圧１０Ｖで１シートにつき５カ所を測定しその平均値を求めた。
結果を表１に示す。
(Volume resistivity evaluation)
The carbon fiber aggregates according to each example and each comparative example were cut into a size of 50 mm×50 mm, and volume resistivity was evaluated by a four-probe method based on JISK7194.
Lorestar GP MCP-T610 (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) was used as an apparatus, and ASP probe MCP-TP03P was used as a probe.
Five points were measured on one sheet at a voltage of 10 V, and the average value was obtained.
Table 1 shows the results.
表１に示すように、炭素繊維前駆体を集合させた集合体に樹脂を含浸し、加圧して焼成を行うと、製造された炭素繊維集合体の体積抵抗率が低くなることが示された。 As shown in Table 1, when the carbon fiber precursor assembly is impregnated with a resin, pressurized and fired, the volume resistivity of the produced carbon fiber assembly is lowered. .
１０ 炭素繊維集合体
１１ 集合体
１２ 樹脂含浸集合体
２０ 炭素繊維
２１ 炭素繊維前駆体
３０ 樹脂炭化物
３１ 樹脂
１００ 燃料電池
２００ 燃料極
２１０ 水素
２２０ 触媒層
２３０ 水素イオン
２４０ 電子
２５０ 電解質膜
２６０ 燃料極側ガス拡散層
３００ 空気極
３１０ 酸素
３２０ 触媒層
３３０ 水
３６０ 空気極側ガス拡散層
４００ 誘導加熱炉
４１０ 種結晶
４１１ ＳｉＣ原料
４２０ 坩堝
４３０ 断熱材
４４０ 石英管
４５０ コイル
10
Claims (7)
前記集合体に樹脂を含浸し、樹脂含浸集合体を形成する樹脂含浸工程と、
前記樹脂含浸集合体に対し、加圧しながら焼成を行うことにより、前記炭素繊維前駆体及び前記樹脂を、それぞれ、炭素繊維及び樹脂炭化物とし、前記樹脂含浸集合体を炭素繊維集合体とする焼成工程とを含むことを特徴とする炭素繊維集合体の製造方法。 an aggregate forming step of assembling carbon fiber precursors to form an aggregate;
a resin impregnation step of impregnating the aggregate with a resin to form a resin-impregnated aggregate;
A firing step of firing the resin-impregnated aggregate while pressurizing it, thereby converting the carbon fiber precursor and the resin into carbon fibers and a resin carbide, respectively, and converting the resin-impregnated aggregate into a carbon fiber aggregate. A method for producing a carbon fiber aggregate, comprising:
The method for producing a carbon fiber aggregate according to any one of claims 1 to 6, wherein the weight ratio of the resin to the weight of the carbon fiber precursor is 5 to 80% by weight.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022011995A JP2023110501A (en) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | Method for producing carbon fiber assembled body |
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