JPH0211322A

JPH0211322A - 板状炭素複合材料及びその製造法

Info

Publication number: JPH0211322A
Application number: JP63163777A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Tokutomi; 徳富　勝也; Akira Yokoyama; 横山　昭; Keiichi Hirata; 恵一平田
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-01-16
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2678291B2

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〉本発明は板状炭素複合材料及びその製造法に関し、さら
に詳しくは、樹脂を含浸して硬化・焼成した板状炭素材
を積層するに際し、中間層を黒鉛粉末と樹脂からなる接
着剤を介して積層するか、あるいは膨張黒鉛成形体に熱
可塑性樹脂フィルムを被覆したのち加圧下で加熱して膨
張黒鉛成形体の内部空隙に熱可塑性樹脂を充填してなる
高強度の炭素複合材料及びそのＨ漬方法に関する。

〈従来の技術〉従来より、膨張黒鉛を圧縮成形した可撓性黒鉛シート材
料が知られている。

この可撓性黒鉛シート材料は膨張黒鉛を少量の結合剤の
存在下、あるいは不存在下にて高圧で加圧成形して得ら
れるもので、その特徴は可撓性を有し、圧縮に対する復
元率がよいというものである。

しかしながら、結合剤を添加しない可撓性黒鉛シート材
料は、剛性が小さく脆いため、変形破損し易く、取扱い
が困難であるという欠点があった。

また、膨張黒鉛に結合剤を添加した黒鉛シート材料でも
剛性の向上は望めなかった。

そこで、可撓性黒鉛シートの補強方法として、熱硬化性
樹脂を減圧下で含浸させ、その後加熱硬化して補強する
方法（特開昭６０−２４２０４１号公報）や、膨張黒鉛
粉末成形体を積層して成形した成形体に樹脂を含浸し、
成形体の表面の樹脂を洗浄除去した後、加熱硬化する膨
張黒鉛成形体（特開昭６０−６５７８１号公報）が開示
されている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、従来の可撓性黒鉛シートやその補強され
た黒鉛シートは、未だ強度が低く、大型の板状のものを
貼付はハンドリング作業をする際等には割れが入ること
がしばしばある。

また、従来のものは変形しやすく、さらに表面が荒らく
、これらの欠点のため加工をすることをよぎなくされる
が、カーボンの薄い板を加工することは困難であった。

このためいっそう強度や剛性の高い可撓性シー１へ材の
開発が望まれていた。

本発明は、上記欠点を除去して、曲げ強度、剛性が高く
、さらに表面が平滑である板状炭素複合材料及びその製
造法を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉本発明者は上記１１１１Ｍを解決するため鋭意研究を重
ねた結果、膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し得
る樹脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる硬
化物を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を介
して積層するか、あるいは膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹
脂フィルムを被覆したのち加圧下で加熱して膨張黒鉛成
形体の内部空隙に熱可塑性樹脂を充填すれば、上記課題
が解決される板状炭素複合材料が得られるとして本発明
を完成した。

〈作用〉本発明において使用される膨張黒鉛は、公知のものが利
用できるが、例えば、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ
黒鉛等の黒鉛粉を濃硫酸、濃硝酸、硝酸カリウム等の強
酸化剤により層間化合物を形成させて得た黒鉛粒子を急
激に加熱処理して得られるものである。

膨張率が１０倍未満であると膨張黒鉛としての性質が十
分でなく、自己接着性等に難があり好ましくない。

さらに、膨張黒鉛成形体は、前記膨張黒鉛を結合剤の不
存在下で、または少量の有機質結合剤や。

ホウ酸、リン酸アルミニウム等の無機質結合剤の存在下
で加圧成形したものを用いるのが好ましい。

本発明で使用する熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂であ
ることが好ましく、減圧：１００ｍｍＨｇ以下で６０分
以下、加圧：　１０ｋｇ／ｃｍ”・Ｇ以下で６０分以下
の条件下で膨張黒鉛に含浸することが好ましい。

膨張黒鉛成形体に含浸した表面の熱硬化性樹脂を洗浄除
去したのち、４０℃程度の温度で４〜８時間乾燥し、そ
の後プレスを使用して熱硬化し、ついで硬化物を７００
〜１０００℃で焼成する。

このとき、洗浄は水洗が好ましいが、トルエン等を用い
ることもできる。

熱硬化は、プレスを用いて行なえば、曲げ強度、剛性が
硬化物でも高くなか、プレスを使用しないと硬化物の表
面が剥離するので好ましくない。

硬化条件は、例えば、１００〜１８０℃で２〜１０時間
、プレス圧１−１０ｋｇ／ａｍ”・Ｇの条件で行なうこ
とが好ましい。

硬化物を積層する接着剤としては、熱硬化性樹脂に黒鉛
粉末を添加したものを用い、熱硬化性樹脂としてはフェ
ノール樹脂を用いることが好ましく、またこのフェノー
ル樹脂としては、可溶性樹脂と不可溶性樹脂の組合せで
あることが好ましい。

このとき、黒鉛粉末とフェノール樹脂の組合せとしては
、一般シエルモード用の粉末樹脂と主溶剤としてＩ　Ｐ
Ａ、メタノール、水、ＭＥＫ、エタノール、トルエン等
としたフェノール樹脂ワニスの液状樹脂と混合するか、
または液状樹脂の代わりに、アルコール溶性フェノール
樹脂接着剤、水溶性フェノール樹脂接着剤やノボラック
型樹脂をメタノールに溶解したレジンコーティングサン
ド用フェノール樹脂等を利用することもできる。

黒鉛粉末／粉末樹脂＋液状樹脂の配合比率は。

例えば、５０／　（２０〜５Ｑ）＋　（１００〜２００
）が示される。

また積層に際し、中間層に炭素繊維等の層状物を用いれ
ば、より強度が向上する。

このとき炭素繊維等の層状物としては、織布ならびにフ
ェルト等の不織布が好適に使用できる。

積層は１層状物をそのまま、あるいは熱硬化性樹脂を含
浸したのち、前記接着剤を介して行なう。

このように高密度化した接着によって、高強度の製品を
得ることができ、また中間層に黒鉛粉末を含有せしめる
ことによって、炭素率が向上し強度の向上を図ることが
できる。

また、フェノール樹脂に可溶性フェノール樹脂と不可溶
性フェノール樹脂を用いることにより、高粒子化するこ
とができ、高強度な製品を得ることができる。

ついで、１００〜２００℃で、１〜５時間、加圧して硬
化し、得られた硬化物を７００〜１０００℃で焼成して
、板状炭素複合材料を得る。

さらに１本発明で使用する熱可塑性樹脂フィルムとして
は、ポリフエニールサルフオン（ＰＰＳ）樹脂、または
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂が好適で
、フィルムの厚みは２０〜２００μが好ましく、３０〜
１００μが特に好ましい。

このフィルムで膨張黒鉛成形体表面を被覆し、ついで、
加圧下で加熱して、樹脂を流動せしめ膨張黒鉛成形体の
空隙中に樹脂を充填する。

ポリフエニールサルフオン（ｐ　ｐ　ｓ）フィルム、ま
たはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム
は、１０Ｋｇ／ａＪ以上の加圧下で２００〜３００℃で
１〜２時間加熱して樹脂を充填するのが好ましい。

ついで室温に冷却することにより板状炭素複合材料を得
る。

〈効果〉本発明によれば、従来の膨張黒鉛シートに比して、剛性
を大幅に向上でき、曲げ強度に優れ、しかも不浸透性で
表面の平滑な板状炭素複合材料を得ることができ、さら
に、変形、破損が少なく、取扱いが容易に行なえるとい
う特徴を有する。

そのため各種の特に高温用の材料として最適であり、ま
た、燃料電池分離板、や雰囲気焼成炉の断熱材として用
いることができ、しかも各種の形状に容易に成形できる
特長を有する。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を述べるが、本発明はこれらに限
定されるものでない。

実施例１５００Ｘ５００ｍｍ、幅、厚み１ｍｍの膨張黒鉛成形体
に市販のフェノール樹脂（大日本インキ株式会社製、Ｔ
Ｄ７５３Ｓ）を含浸し、乾燥後、１５０℃で３時間熱処
理し、樹脂を硬化した。

この硬化物を窒素中、８００℃で焼成し、高性能硬化物
を得た。

得られた硬化物は原板と同様にその表面は平滑であった
。

その曲げ強度は１２０ｋｇ／ｃｍ２であり、原板の５０
ｋｇ／ａｍ”に比べ、大幅に向上した。

また、曲げ強度測定時の応力−歪曲線から、本硬化物は
原料に比べ、変形しにくいことが明らかになった（第１
図参照）。

次いで、黒鉛粉末（２４メツシユ以下）５０部、粉末フ
ェノール樹脂（カネボウ株式会社製、ベルバールＳ−８
９０）５０部、及び液状フェノール樹脂（大日本インキ
株式会社製、ＴＤ　７５３５）１００部を混合して得た
接着剤を介して前記硬化物を積層し、乾燥、硬化、焼成
して板状炭素複合材料を得た。

得られた製品は、引っ張り強さ１１６　ｋ　ｇ　／　ｃ
ｍ２、弾性率２５ｔ／ａｍ”で１通常品のそれぞれの７
０ｋｇ／ｃｍ”、Ｌｏｔ／ｃｍ”に比べ大幅に性能が向
上した。

実施例２実施例１で得た高性能硬化物２枚の接着面に実施例１で
使用した接着剤を塗布し、さらに液状フェノール樹脂（
大日本インキ株式会社製、ＴＤ７５３７）を含浸した３
ｍｍ厚みの炭素繊維不織布をはさみ込んで、乾燥し、１
５０℃で３時間熱処理して樹脂を硬化したのち、さらに
８００℃で焼成して板状炭素複合材料を得た。

得られた製品のカサ比重は０．６ｇ／ｃｄ、曲げ強度は
４４ｋｇ／ａＪであった。

実施例３実施例１で使用したと同一の膨張黒鉛成形体の表面をポ
リフエニールサルフォン樹脂フィルム（深み８０μ）で
被覆したのちオートクレーブに入れ、チッ素ガスで１２
ｋｇ／ａｄに加圧し、かつ２８０℃の温度で１２０分間
保持した。

その後、これを室温に冷却して、本発明の板状炭素複合
材料を得た。

得られた製品の引っ張り強さは１１０ｋｇ／ａ＃。

弾性率２２ｔ／ｃｄであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は曲げ強度測定時の応力−歪曲線を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し得る樹
脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる硬化物
を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を介して
積層してなる板状炭素複合材料。
（２）接着剤として、黒鉛粉末とフェノール樹脂を用い
たことを特徴とする請求項１記載の板状炭素複合材料。
（３）接着剤としてのフェノール樹脂が、粉末樹脂と液
状樹脂の組合せであることを特徴とする請求項１又は２
記載の板状炭素複合材料。
（４）膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹脂フィルムを被覆し
たのち、加圧下で加熱して、該膨張黒鉛成形体の内部空
隙に熱可塑性樹脂を充填してなる板状炭素複合材料。
（５）熱可塑性樹脂フィルムが、ポリフエニールサルフ
オン（ＰＰＳ）、またはポリエーテルエーテルケトン（
ＰＥＥＫ）であることを特徴とする請求項４記載の板状
炭素複合材料。
（６）膨張黒鉛成形体に熱硬化性で、かつ炭化し得る樹
脂を含浸し、加熱硬化した後、炭化して得られる硬化物
を、熱硬化性樹脂に黒鉛粉末を添加した接着剤を介して
積層することを特徴とする板状炭素複合材料の製造方法
。
（７）接着剤として、黒鉛粉末とフェノール樹脂を用い
たことを特徴とする請求項６記載の板状炭素複合材料の
製造方法。
（８）接着剤としてのフェノール樹脂が、粉末樹脂と液
状樹脂の組合せであることを特徴とする請求項６又は７
記載の板状炭素複合材料の製造方法。
（９）膨張黒鉛成形体に熱可塑性樹脂フィルムを被覆し
たのち、加圧下で加熱して、該膨張黒鉛成形体の内部空
隙に熱可塑性樹脂を充填することを特徴とする板状炭素
複合材料の製造方法。
（１０）熱可塑性樹脂フィルムが、ポリフエニールサル
フオン（ＰＰＳ）またはポリエーテルエーテルケトン（
ＰＥＥＫ）であることを特徴とする請求項９記載の板状
炭素複合材料の製造方法。