JPH0335262B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料電池、塩素−亜鉛二次電池のセ
パレータ等に有用な不透過性炭素プレートの製造
方法に関する。 ［従来の技術］ 気体、液体の不透過性に優れた炭素プレート
は、その電気特性も優れていることから、燃料電
池、とくにりん酸型燃料電池のセパレータとして
好適である。 この不透過性炭素プレートの製造は、従来、炭
素質フイラーと熱硬化性プレポリマーの混練物を
予備成形した後、ロール圧延成形等の手法により
プレート状に成形し、ついで硬化、焼成を実施し
ていた。 しかしながら、上記の方法においてはプレート
状成形後、加工下において硬化しなければなら
ず、通常その工程に長時間を要し、量産性に問題
があつた。 さらに一回の加圧硬化における処理量を増すた
め未硬化プレートを多段積層して硬化処理を行う
と圧力分布の不均一化、温度分布の不均一化によ
り、プレートの厚さ精度が低下するという難点が
あつた。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、こうした事情に鑑みなされたもの
で、上記した課題、すなわち、不透過性炭素プレ
ートの生産性を向上せしめ、かつ厚さ精度の改善
を可能にする新規な製造方法を提供することを目
的とするものである。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、上記課題を解決するため従来より
研究を重ねてきたが、熱硬化性樹脂の硬化反応を
段階的に実施することが、生産性、精度の向上に
有効であることを見出し、本発明に至つた。 すなわち、本発明は少なくとも熱硬化性樹脂プ
レポリマー、炭素質フイラーを含む混練物から、
プレートを成形し、これを多段積層し、次いで積
層されたプレートを多段階硬化処理に付し、硬化
後プレートを非酸化性雰囲気下で炭化焼成するこ
とを特徴とする不透過性炭素プレートの製造方法
である。 本発明に使用する熱硬化性樹脂プレポリマーと
しては、従来の不透過性炭素プレートの製造に使
用し得ることが知られているいずれのものでもよ
いが、例えばフエノール系樹脂、キシレン系樹
脂、フラン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹
脂、アニリン系樹脂、エポキシ系樹脂、不飽和ポ
リエステル系樹脂等の熱硬化性樹脂のプレポリマ
ーを挙げることができる。 また、本発明における炭素質フイラーとは、コ
ークス粉、黒鉛粉、ガラス状カーボン粉末、カー
ボンブラツク等の炭素質粉末が使用される。 本発明の樹脂混練物は、少なくとも上記の樹脂
プレポリー、炭素質フイラーを含むものである
が、混練、成形助剤等として必要に応じて他の添
加剤を配合することができる。このような添加剤
としては、炭化焼成工程で分解、揮散し得るもの
が好ましく、たとえば、メチルセルロース、カル
ボキシメチルセルロース、カルボキシメチルスタ
ーチ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、リグニンスルホン酸ナトリ
ウム、リグニンスルホン酸カルシウム、ポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸エステル、ポリメ
タクリル酸エステル、グアガム、アルギン酸塩、
酸化パラフイン、ステアリン酸カルシウム等であ
る。 上記樹脂混練物は、熱硬化性樹脂プレポリマ
ー、炭素質フイラー、および必要な他の添加剤か
ら公知の方法および混練装置によつて調整するこ
とができる。 樹脂混練物は、モールドまたは押出成形機によ
り予備成形された後、ロール圧延により圧延され
て未硬化のプレート状成形物とされる。 次に、このプレートを多段に積層して硬化工程
に入るが、積層されたプレート同志が相互に粘着
しないようにプレート間に離型性材料を介在させ
る。このような離型性材料としてはポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレ
ン等の樹脂シートが好ましく用いられる。 本発明においてはプレートの硬化反応は、一工
程で完了させずに段階的に実施する。 まず、プレート状に成形した素材を50〜100℃
の温度で10時間以上処理するとバインダー樹脂が
マイルドに重縮合反応する結果、素材内部に局所
的な大ポアーを形成させることなく、均質な組織
を形成することができる。また、この際、成形時
に確保された厚さ精度を低下させることなく維持
させることができる。さらに、この工程において
重縮合反応副生物を散逸させることができる。 次に150〜200℃の加熱下で１〜10Kg／cm²の圧力
を加えて１〜30分処理する。上記の工程なしで本
工程を実施するとプレートに多数の泡、孔が生成
する。また、寸法精度も低下する。 この工程においては、前工程において生成した
若干の表面うねりを矯正する作用のほかに、プレ
ート内の硬化状態を均一化させる効果をもつ。 硬化状態が不均一であると、焼成工程において
局所的なふくれが生成することがある。 このようにして硬化した成形体は、更に180〜
300℃の温度で５時間以上熱処理することにより
硬化を完結させる。 従来の技術であると加工硬化工程に10〜50時間
以上要し、かつ一回の処理量は１〜３枚程度と生
産性が低くく、また処理量を増すために、４枚以
上積層すると寸法精度（厚さ）も低下する。 本発明は、上記したように硬化反応を段階的に
実施することによつてポアの発生のない均質なプ
レートとすることができ、またその厚さ精度も顕
著に改善することができる。 本発明により厚さ精度が改善される結果、次に
説明する焼成工程完了後の厚さ精度確保のための
加工工程を省略することができ、さらに、従来に
比してたとえば40段程度の多段に積層することが
可能であり、コストの大幅な低減を図ることがで
きる。 本発明における最終の工程は、プレートの炭化
焼成工程である。 硬化処理の終了したプレートを非酸化性の雰囲
気、たとえばヘリウム、アルゴン、窒素ガス雰囲
気で1000〜2000℃場合によつてはそれ以上約3000
℃までの高温下で炭化、焼成する。この焼成工程
自体は公知の条件によつて実施することができ
る。 以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説
明する。 ［実施例］ 黒鉛微粉（平均粒径4μｍ）100重量部に粉末フ
エノール樹脂（住友デユレズ(株)製PR11078）48重
量部、液状フエノール樹脂（住友デユレズ(株)製
PR940）52重量部およびカルボキシルメチルセル
ロース２重量部を混合し、ニーダーにて混練した
のち、スクリユー式混練押出成形機を用いて押出
し成形を行う。この場合、混練物の温度は30〜60
℃に保つ。押出し成形品は圧延成形機を用いて
800×80×1^tmmのプレート状に成形された。 得られた未硬化プレートはポリエチレンシート
を介してアルミ板にてはさみ、熱風循環式オーブ
ン内に20段積層した。オーブン内において、80℃
×15hrの処理を行つたのち、熱圧プレスを用いて
２Kg／cm²の圧力を加え、180℃×５分の処理を行
う。ついで、上記加熱オーブン内で220℃×7hrの
後硬化処理を行い、プレートの硬化を完結させ
る。 さらに、電気炉中でプレートを黒鉛板ではさ
み、コークス粉で周囲を被包し電気炉内を非酸化
性雰囲気にしたのち、８℃／hrで1300℃まで焼成
を行う。焼成を完了したプレートは緻密で、厚さ
精度が良好でかつ高強度であつた。 比較のために上記と同一の製造条件ではある
が、中間工程の加圧処理をしない場合（比較例
１）、および従来法である加圧硬化法にて硬化を
行つた場合（比較例２）の結果を本発明の結果と
あわせて下表に示した。 比較例２は本発明と同一の方法で成形されたプ
レートを３段積層しプレスを用いて７Kg／cm²の加
圧下60℃×50hr、80℃×12hrの処理を行ない、次
いで220℃×5hrの後硬化を実施したものである。
なお、比較例２は５℃／hrの昇温速度で焼成し
た。

【表】 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明により緻密で厚さ
精度が顕著に優れた不透過性の炭素プレートを製
造することができ、きかも従来にくらべてその生
産性を大巾に向上させることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも熱硬化性樹脂プレポリマー、炭素
   質フイラーを含む混練物から、プレートを成形
   し、これを樹脂シートの離型性材料を介して多段
   積層し、次いで積層されたプレートを50〜100℃
   で10時間以上加熱する工程、150〜200℃の加熱下
   で１〜10Kg／cm²の圧力を加えながら１〜30分処理
   する工程、180〜300℃で５時間以上加熱する工程
   からなる多段硬化処理に付し、硬化後プレートを
   非酸化性雰囲気下で炭化焼成することを特徴とす
   る不透過性炭素プレートの製造方法。