JP2995567B2 - 高密度ガラス状炭素材及びその製造方法 - Google Patents

高密度ガラス状炭素材及びその製造方法

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    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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    • C04B35/524Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from polymer precursors, e.g. glass-like carbon material

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、様々な工業において使用される耐熱性、耐
薬品性及び液・気体不透過性の高密度ガラス状炭素材及
びその製造方法に関し、更に詳しくは、十分な肉厚と高
い密度を有する高密度ガラス状炭素材及びその製造方法
に関するものである。
(従来の技術及び発明が解決しようとする問題点) ガラス状(アモルファス)炭素材とは、熱硬化性樹脂
を不活性気体中で焼成して得られる不透過性炭素であ
る。
従来、このガラス状炭素としては、肉厚で高密度のも
のは得られないとされていた。それは、従来は、前記熱
硬化性樹脂として一般にフェノール樹脂やフラン樹脂が
使用されていたため、これを焼成すると、その際に発生
するガスにより細泡ができ、得られるガラス状炭素が低
密度化したり、著しい場合には、樹脂の破壊、変形が発
生してしまうからである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上述した従来技術の難点を解消し、肉厚で
且つ高密度のガラス状炭素材及びその製造方法を提供す
ることを目的としてなされたもので、本発明の高密度ガ
ラス状炭素材の製造方法は、式 −R−N=C=N− (但し、式中のRは有機ジイソシアネート残基を表す) で示される少なくとも1種の繰り返し単位からなる単独
重合体または共重合体であるポリカルボジイミド樹脂を
加圧加熱処理し、ついで非酸化性雰囲気中で焼成炭化す
るに際し、加圧加熱処理を温度150〜400℃で行うと共
に、焼成炭化の最終的な温度に達するまでの昇温中の温
度が800℃以下の場合は、1℃/分以下で昇温すること
を特徴とするものであり、又、本発明の高密度ガラス状
炭素材は、式 −R−N=C=N− (但し、式中のRは有機ジイソシアネート残基を表す) で示される少なくとも1種の繰り返し単位からなる単独
重合体または共重合体であるポリカルボジイミド樹脂を
加圧加熱処理し、ついで非酸化性雰囲気中で焼成炭化す
るに際し、加圧加熱処理を温度150〜400℃で行うと共
に、焼成炭化の最終的な温度に達するまでの昇温中の温
度が800℃以下の場合は、1℃/分以下で昇温して得ら
れることを特徴とするものである。
即ち、本発明の発明者らは、前記従来技術の問題点を
解決するため、検討を続けた中で、焼成炭化後の炭素含
有量が高く、且つ、収率も高いポリカルボジイミド樹脂
に着目し、更に鋭意研究の結果、約1mm以上と十分な肉
厚を有し、しかも1.5g/cm3以上と高い密度を有する高密
度ガラス状炭素材を製造し得ることを見いだし、本発明
の完成に至った。
因みに、従来の高密度ガラス状炭素材の密度は、1.5g
/cm3以下であったことが知られている。
次に本発明を詳細に説明する。
本発明において使用されるポリカルボジイミド樹脂
は、それ自体周知のものか、或いは、周知のものと同様
にして製造することができるものであって{米国特許第
2,941,956号明細書;特公昭47−33279号公報;J.Org.Che
m.,28,2069〜2075(1963)Chemical Review 1981,vo
l.81,No.4,619〜621等参照}、例えば有機ジイソシアネ
ートの脱二酸化炭素を伴う縮合反応により容易に製造す
ることができる。ポリカルボジイミド樹脂の製造に使用
される有機ジイソシアネートは、脂肪族系、脂環式系、
芳香族系、芳香−脂肪族系等のいずれのタイプのもので
あってもよく、これらは単独で用いても、或いは、2種
以上を組み合わせて共重合体として用いてもよい。
而して、本発明において使用されるポリカルボジイミ
ド樹脂には、下記式 −R−N=C=N− (但し、式中のRは有機ジイソシアネート残基を表す) で示される少なくとも1種の繰り返し単位からなる単独
重合体または共重合体が包含される。
上記式における有機ジイソシアネート残基Rとして
は、中でも芳香族有機ジイソシアネート残基が好適であ
る(ここで、有機ジイソシアネート残基とは、有機ジイ
ソシアネート分子から2つのイソシアネート基(NCO)
を除いた残りの部分である)。そのようなポリカルボジ
イミド樹脂の具体例としては、以下のものを挙げること
ができる。
上記各式中において、nは10〜10,000の範囲内、好ま
しくは50〜5,000の範囲内である。
ここで、ポリカルボジイミド樹脂の末端はモノイソシ
アネート等を用いて封止されていてもよい。
次に加圧加熱処理して成形する。このときの圧力は50
〜3,000Kg/cm2、好ましくは80〜2,700Kg/cm2であり、
又、加熱温度は150〜400℃、好ましくは200〜350℃であ
り、時間は、1分〜2時間である。
尚、上記の加圧加熱処理に先立ち、予備加圧すること
により、溶存ガス等を抜いて成形性をよくすることがで
きるが、本発明において、この予備加圧は必須のもので
はない。
そして、この成形体を焼成炭化するのであるが、焼成
は真空中または不活性気体中の非酸化性雰囲気下で、室
温付近から800〜3,000℃の温度まで昇温し、焼成炭化を
行なう。昇温は徐々に行なうのが脱ガスによる膨れを防
止する意味で好ましく、800℃までは1℃/分以下、3,0
00℃までは30℃/分以下の昇温速度が好ましい。
このようにして得られた炭素材は、亀裂や膨れもな
く、外観の良好なものであり、十分な肉厚と高い密度を
有するものであった。
(実施例) 実施例1 パラフェニレンジイソシアネート50gを、テトラヒド
ロフラン880ml中で、カルボジイミド化触媒(1−フェ
ニル−3−メチルホスフォレンオキサイド)0.13gと共
に、68℃で5時間反応させた。この溶液を室温まで冷却
することにより、ポリカルボジイミドが沈殿した。この
沈殿物を取し、100℃で2時間乾燥し、ポリカルボジ
イミド粉末を得た。
この粉末を、プレス温度250℃、プレス圧150Kg/cm2
1時間加圧加熱処理をし、厚さ4mm、6mm及び8mmのポリ
カルボジイミド樹脂板を得た。この板を、窒素中で、80
0℃までは0.8℃/分、1,600℃までは2℃/分で昇温
し、焼成炭化を行なった。得られた炭素材の厚さは、 炭素材1−1・・・3.5mm 炭素材1−2・・・5.0mm 炭素材1−3・・・6.5mm であり、亀裂や膨れのない外観の良好な板であった。
これらの物性値を示す。
実施例2 メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)50gを、
テトラクロロエチレン820ml中で、カルボジイミド化触
媒(1−フェニル−3−メチルホスフォレンオキサイ
ド)0.13gと共に、120℃で6時間反応させ、実施例1と
同様の方法でポリカルボジイミド粉末を得た。
この粉末を、プレス温度200℃、プレス圧150Kg/cm2
30分間予備加圧加熱処理を行ない、その後、プレス温度
300℃、プレス圧150Kg/cm2で10分間加圧加熱処理をし
て、厚さ2mm、4mm及び6mmのポリカルボジイミド樹脂板
を得た。この板を、窒素中で、800℃までは0.5℃/分、
2,000℃までは5℃/分で昇温し、焼成炭化を行なっ
た。得られた炭素材の厚さは、 炭素材2−1・・・1.7mm 炭素材2−2・・・3.5mm 炭素材2−3・・・6.4mm であり、亀裂や膨れのない外観の良好な板であった。
これらの物性値を表に示す。
実施例3 実施例1で得られたポリカルボジイミド粉末を、プレ
ス温度250℃、プレス圧150Kg/cm2で30分間予備加圧加熱
処理を行ない、その後、プレス温度350℃、プレス圧200
Kg/cm2で10分間加圧加熱処理をして、厚さ5mmのポリカ
ルボジイミド樹脂板を得た。この板を、窒素中で、800
℃までは0.3℃/分、2,000℃までは5℃/分で昇温し、
焼成炭化を行なった。得られた炭素材(3)の厚さは4.
1mmであり、亀裂や膨れのない外観の良好な板であっ
た。
この物性値を表に示す。
実施例4 実施例1で得られたポリカルボジイミド粉末を、プレ
ス温度250℃、プレス圧2,500Kg/cm2で1分間加圧加熱処
理を行ない、厚さ4mmのポリカルボジイミド樹脂板を得
た。この板を、窒素中で、室温より、800℃までは0.5℃
/分、3,000℃までは10℃/分で昇温し、焼成炭化を行
なった。得られた炭素材(4)の厚さは3.0mmであり、
亀裂や膨れのない外観の良好な板であった。
この物性値を表に示す。
比較例1 実施例1で得られたポリカルボジイミド粉末を、プレ
ス温度120℃、プレス圧40Kg/cm2で加圧加熱処理を行な
い、厚さ3mmのポリカルボジイミド樹脂板を得た。この
板を、800℃までは0.8℃/分、1,600℃までは2℃/分
で昇温し、焼成炭化を行なった。得られた炭素材は、亀
裂が入り、ハンドリングすることができず、物性値を測
定することができなかった。
比較例2 実施例1で得られたポリカルボジイミド粉末を、プレ
ス温度410℃、プレス圧300Kg/cm2で加圧加熱処理を行な
った。
しかし、樹脂粉末が熱分解してしまい、成形品を得る
ことができなかった。
比較例3 フェノール樹脂粉末を、プレス温度160℃、プレス圧8
0Kg/cm2で加圧加熱処理を行ない、厚さ3mmのフェノール
樹脂板を得た。この板を、800℃までは0.8℃/分、1,60
0℃までは2℃/分で昇温し、焼成炭化を行なった。得
られた炭素材は、膨れが入り、物性値を測定することが
できなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏夫 東京都足立区西新井栄町1―18―1 日 清紡績株式会社東京研究センター内 (72)発明者 高橋 泰 東京都足立区西新井栄町1―18―1 日 清紡績株式会社東京研究センター内 (72)発明者 斉藤 一夫 東京都足立区西新井栄町1―18―1 日 清紡績株式会社東京研究センター内 (56)参考文献 特開 平3−53799(JP,A) 特開 昭50−51491(JP,A) 特開 平3−94842(JP,A) 特開 平3−54109(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/52 C01B 31/02 101

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式 −R−N=C=N− (但し、式中のRは有機ジイソシアネート残基を表す) で示される少なくとも1種の繰り返し単位からなる単独
    重合体または共重合体であるポリカルボジイミド樹脂を
    加圧加熱処理し、ついで非酸化性雰囲気中で焼成炭化す
    るに際し、加圧加熱処理を温度150〜400℃で行うと共
    に、焼成炭化の最終的な温度に達するまでの昇温中の温
    度が800℃以下の場合は、1℃/分以下で昇温すること
    を特徴とする高密度ガラス状炭素材の製造方法。
  2. 【請求項2】加圧加熱処理は、圧力50〜3,000Kg/cm2
    時間1分〜2時間の範囲で行なうことを特徴とする請求
    項1に記載の高密度ガラス状炭素材の製造方法。
  3. 【請求項3】加圧加熱処理に先立ち、予備加圧処理を行
    なうことを特徴とする請求項1または2に記載の高密度
    ガラス状炭素材の製造方法。
  4. 【請求項4】焼成炭化は、800〜3,000℃の温度で行なう
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高
    密度ガラス状炭素材の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の製造方
    法により得られることを特徴とする高密度ガラス状炭素
    材。
  6. 【請求項6】密度が1.5g/cm3以上であることを特徴とす
    る請求項5に記載の高密度ガラス状炭素材。
  7. 【請求項7】厚さが1mm以上であることを特徴とする請
    求項6に記載の高密度ガラス状炭素材。
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