JPH07115970B2 - ポーラスカーボン材の製造方法 - Google Patents
ポーラスカーボン材の製造方法Info
- Publication number
- JPH07115970B2 JPH07115970B2 JP32172989A JP32172989A JPH07115970B2 JP H07115970 B2 JPH07115970 B2 JP H07115970B2 JP 32172989 A JP32172989 A JP 32172989A JP 32172989 A JP32172989 A JP 32172989A JP H07115970 B2 JPH07115970 B2 JP H07115970B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sheet
- semi
- porous carbon
- carbon material
- thermosetting resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、良好な気孔性状と高強度特性を備えるガラス
状炭素質のポーラスカーボン材を製造する方法に関す
る。
状炭素質のポーラスカーボン材を製造する方法に関す
る。
軽量、導電性、耐熱性および耐食性などに優れた特性を
示すポーラスカーボン材は、工業用のフィルター、電池
用電極、吸着材等の用途分野に極めて有用である。
示すポーラスカーボン材は、工業用のフィルター、電池
用電極、吸着材等の用途分野に極めて有用である。
従来、ポーラスカーボン材の製造技術としては、粒度を
揃えたコークス粉をタールピッチのような炭化性バイン
ダーとともに捏合したのち粉砕、成形および焼成炭化処
理する手段が典型的方法とされているが、均質かつ安定
な気孔構造を付与するための条件設定が難しい関係で、
量産性に乏しいうえに材質強度が低い欠点がある。
揃えたコークス粉をタールピッチのような炭化性バイン
ダーとともに捏合したのち粉砕、成形および焼成炭化処
理する手段が典型的方法とされているが、均質かつ安定
な気孔構造を付与するための条件設定が難しい関係で、
量産性に乏しいうえに材質強度が低い欠点がある。
この点、炭素繊維をパルプおよびバインダーと共に抄紙
して得られる炭素繊維混合シートに熱硬化性樹脂液を含
浸させたのち焼成炭化処理する方法（特開昭50−25808
号公報）は、炭素繊維が補強骨格を形成するうえ熱硬化
性樹脂がガラス状炭素に転化するため、効果的に材料強
度が向上する。ところが、この方法においては嵩密度、
気孔径、気孔率などの制御に難点があり、また高価な炭
素繊維を原料とする関係で製造原価が高騰化する問題点
がある。
して得られる炭素繊維混合シートに熱硬化性樹脂液を含
浸させたのち焼成炭化処理する方法（特開昭50−25808
号公報）は、炭素繊維が補強骨格を形成するうえ熱硬化
性樹脂がガラス状炭素に転化するため、効果的に材料強
度が向上する。ところが、この方法においては嵩密度、
気孔径、気孔率などの制御に難点があり、また高価な炭
素繊維を原料とする関係で製造原価が高騰化する問題点
がある。
このため、炭素繊維に代えて炭素繊維製造用の有機繊維
を用い、これにパルプ、炭素質粉末などを配合して抄紙
したシートに有機高分子物質あるいは炭素質粉末を懸濁
した有機高分子物質を含浸したのち焼成処理する方法
（特開昭61−236664号公報、同61−236665号公報）が提
案されている。
を用い、これにパルプ、炭素質粉末などを配合して抄紙
したシートに有機高分子物質あるいは炭素質粉末を懸濁
した有機高分子物質を含浸したのち焼成処理する方法
（特開昭61−236664号公報、同61−236665号公報）が提
案されている。
しかしながら、上記の炭素繊維製造用有機繊維を原料成
分とする方法では、組織内に局部的に閉塞された空隙部
分が多く形成され、均質かつ制御された気孔構造を得る
ことに困難性がある。
分とする方法では、組織内に局部的に閉塞された空隙部
分が多く形成され、均質かつ制御された気孔構造を得る
ことに困難性がある。
本発明は、これら従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、良好な気孔性状と高強度特性を兼備する
ガラス状炭素質のポーラスカーボン材を収率よく得る製
造方法の提供を目的としている。
されたもので、良好な気孔性状と高強度特性を兼備する
ガラス状炭素質のポーラスカーボン材を収率よく得る製
造方法の提供を目的としている。
上記の目的を達成するための本発明によるポーラスカー
ボン材の製造方法は、α−セルロースを主成分とする熱
揮散性物質を抄紙してシート化する工程（シート化工
程）と、シートに残炭率40重量％以上の熱硬化性樹脂溶
液を含浸する工程（含浸工程）と、含浸処理後のシート
を50〜150℃の温度で半硬化する工程（半硬化工程）
と、半硬化シートを積層して全面を均一に加熱しながら
シート厚さが70〜20％になるように圧縮する工程（圧縮
工程）と、圧縮シートを非酸化性雰囲気下で800℃以上
の温度により焼成炭化する工程（炭化工程）からなるこ
とを構成上の特徴とするものである。
ボン材の製造方法は、α−セルロースを主成分とする熱
揮散性物質を抄紙してシート化する工程（シート化工
程）と、シートに残炭率40重量％以上の熱硬化性樹脂溶
液を含浸する工程（含浸工程）と、含浸処理後のシート
を50〜150℃の温度で半硬化する工程（半硬化工程）
と、半硬化シートを積層して全面を均一に加熱しながら
シート厚さが70〜20％になるように圧縮する工程（圧縮
工程）と、圧縮シートを非酸化性雰囲気下で800℃以上
の温度により焼成炭化する工程（炭化工程）からなるこ
とを構成上の特徴とするものである。
各工程の詳細について以下に説明する。
（１）シート化工程 α−セルロースを主成分とする熱揮散性物質はシート化
工程における成形原料になるもので、通常、α−セルロ
ース分90％以上を含むレーヨンパルプ、あるいはこれに
適宜なバインダー成分を混合した材料が好適に使用され
る。この際、α−セルロースは抄紙成形性に点から太さ
３〜10デニール、長さ５〜10mmの性状を選択することが
望ましい。バインダー成分としては、例えばアカマツ、
エゾマツ、トドマス、モミ、ツガ、カラマツ等の針葉樹
系パルプを用いることが好ましい。
工程における成形原料になるもので、通常、α−セルロ
ース分90％以上を含むレーヨンパルプ、あるいはこれに
適宜なバインダー成分を混合した材料が好適に使用され
る。この際、α−セルロースは抄紙成形性に点から太さ
３〜10デニール、長さ５〜10mmの性状を選択することが
望ましい。バインダー成分としては、例えばアカマツ、
エゾマツ、トドマス、モミ、ツガ、カラマツ等の針葉樹
系パルプを用いることが好ましい。
このようなα−セルロースを主成分とする熱揮散性物質
は、水に均一分散させたのち抄紙手段によってシートに
形成する。形成するシートは、抄紙条件を制御して介在
する平均気孔径が50〜150μｍになる組織性状に調製す
ることが最終気孔分布の均質化に望ましい条件となる。
は、水に均一分散させたのち抄紙手段によってシートに
形成する。形成するシートは、抄紙条件を制御して介在
する平均気孔径が50〜150μｍになる組織性状に調製す
ることが最終気孔分布の均質化に望ましい条件となる。
（２）含浸工程 抄造成形したシートは、十分に乾燥したのち残炭率40重
量％以上の熱硬化性樹脂溶液で含浸処理する。
量％以上の熱硬化性樹脂溶液で含浸処理する。
熱硬化性樹脂の残炭率とは、樹脂を非酸化性雰囲気中で
800℃の温度に焼成したときに残留する炭素分の重量を
指し、この残炭率が40重量％を下廻る場合には、得られ
るポーラスカーボン材の強度を実用水準まで向上させる
ことが極めて困難となる。40重量％以上の残炭率を有す
る熱硬化性樹脂の例としては、フェノール系樹脂、フラ
ン系樹脂、ジビニルベンゼン等が挙げられ、いずれも本
発明の目的に有効に使用される。これら熱硬化性樹脂は
好ましくは初期縮合物の状態で適宜な有機溶媒に溶解し
て溶液化するが、この溶液化には例えばアセトン、エタ
ノールのような低粘度で浸透性が高く、容易に熱揮散す
る性質の有機溶媒を選定使用することが良好である。溶
液の樹脂濃度は、５重量％未満であると強度特性が減退
し、他方、40重量％を越すと粘度が増大して含浸性を損
ねるうえ気孔の閉塞を生じて気孔径および気孔率の調整
が困難となる。したがって、５〜40重量％範囲の樹脂濃
度に設定することが好適である。
800℃の温度に焼成したときに残留する炭素分の重量を
指し、この残炭率が40重量％を下廻る場合には、得られ
るポーラスカーボン材の強度を実用水準まで向上させる
ことが極めて困難となる。40重量％以上の残炭率を有す
る熱硬化性樹脂の例としては、フェノール系樹脂、フラ
ン系樹脂、ジビニルベンゼン等が挙げられ、いずれも本
発明の目的に有効に使用される。これら熱硬化性樹脂は
好ましくは初期縮合物の状態で適宜な有機溶媒に溶解し
て溶液化するが、この溶液化には例えばアセトン、エタ
ノールのような低粘度で浸透性が高く、容易に熱揮散す
る性質の有機溶媒を選定使用することが良好である。溶
液の樹脂濃度は、５重量％未満であると強度特性が減退
し、他方、40重量％を越すと粘度が増大して含浸性を損
ねるうえ気孔の閉塞を生じて気孔径および気孔率の調整
が困難となる。したがって、５〜40重量％範囲の樹脂濃
度に設定することが好適である。
含浸処理は、シートを熱硬化性樹脂溶液に浸漬するか、
熱硬化性樹脂溶液をシートに塗布またはスプレーする方
法によっておこなわれる。
熱硬化性樹脂溶液をシートに塗布またはスプレーする方
法によっておこなわれる。
（３）半硬化工程 含浸処理を施したシートは、ついで50〜150℃の温度範
囲で半硬化する。この工程は、シート中の揮発成分を円
滑に除去すると共に含浸樹脂を熱揮散性物質に強固に保
持させて、圧縮硬化時における樹脂の洩出に伴う気孔の
閉塞を阻止し、さらに積層圧縮過程の接着性を確保する
といった作用をもたせるための工程である。半硬化処理
の温度を50〜150℃に設定した理由は、これが50℃未満
であると揮発成分の除去が不十分となって樹脂が半硬化
状態にならず、150℃を上廻ると気孔の閉塞、接着性の
減退等の結果を招くからである。
囲で半硬化する。この工程は、シート中の揮発成分を円
滑に除去すると共に含浸樹脂を熱揮散性物質に強固に保
持させて、圧縮硬化時における樹脂の洩出に伴う気孔の
閉塞を阻止し、さらに積層圧縮過程の接着性を確保する
といった作用をもたせるための工程である。半硬化処理
の温度を50〜150℃に設定した理由は、これが50℃未満
であると揮発成分の除去が不十分となって樹脂が半硬化
状態にならず、150℃を上廻ると気孔の閉塞、接着性の
減退等の結果を招くからである。
（４）圧縮工程 圧縮工程は、半硬化シートを所要枚数に積層して全面を
加熱しながらシート厚さが70〜20％の範囲内まで薄くな
る比率に圧縮化するプロセスである。積層シートの全面
を加熱しながら圧縮するには、積層シートを均熱平面加
熱盤に敷いて上部から平面盤で圧縮処理する方法が採ら
れる。この場合の圧縮率を70〜20％にする理由は、20％
を下廻るような高圧縮率になると組織が緻密化して気孔
率が大幅に低下し、また70％を上廻る程度の低圧縮率で
は実用的な強度性能が得られ難いためである。
加熱しながらシート厚さが70〜20％の範囲内まで薄くな
る比率に圧縮化するプロセスである。積層シートの全面
を加熱しながら圧縮するには、積層シートを均熱平面加
熱盤に敷いて上部から平面盤で圧縮処理する方法が採ら
れる。この場合の圧縮率を70〜20％にする理由は、20％
を下廻るような高圧縮率になると組織が緻密化して気孔
率が大幅に低下し、また70％を上廻る程度の低圧縮率で
は実用的な強度性能が得られ難いためである。
この処理工程によってシート平面内の硬化状態が均一と
なり、硬化ムラに伴う焼成時収縮変動による破損、反り
等の欠陥は効果的に消去される。
なり、硬化ムラに伴う焼成時収縮変動による破損、反り
等の欠陥は効果的に消去される。
（５）炭化工程 圧縮処理で一体に積層硬化成形された圧縮シートは、非
酸化性雰囲気中で800℃以上の温度により焼成し、熱揮
散性の成分を揮散させると共に熱硬化性樹脂成分を炭化
してガラス炭素に転化させる。この炭化工程は、圧縮シ
ートを平滑表面を有する黒鉛板で挟み込んだ形態でおこ
なうと反りなどの変形を防止する効果がある。
酸化性雰囲気中で800℃以上の温度により焼成し、熱揮
散性の成分を揮散させると共に熱硬化性樹脂成分を炭化
してガラス炭素に転化させる。この炭化工程は、圧縮シ
ートを平滑表面を有する黒鉛板で挟み込んだ形態でおこ
なうと反りなどの変形を防止する効果がある。
本発明によれば、シート化工程での熱揮散性物質による
均質気孔組織シートの形成、含浸工程におけるガラス状
炭素質に転化する熱硬化性樹脂の組織浸透、半硬化工程
の揮発分の円滑除去、含浸樹脂の固定化ならびに接着性
の確保、圧縮工程における均一なシート面の硬化、そし
て炭化工程による熱揮散性物質の揮散と熱硬化性樹脂の
ガラス状炭素への転化、からなる一連の作用が相互に機
能し合って、常に材質欠陥のない高品質のポーラスカー
ボン材を収率よく得ることを可能にする。
均質気孔組織シートの形成、含浸工程におけるガラス状
炭素質に転化する熱硬化性樹脂の組織浸透、半硬化工程
の揮発分の円滑除去、含浸樹脂の固定化ならびに接着性
の確保、圧縮工程における均一なシート面の硬化、そし
て炭化工程による熱揮散性物質の揮散と熱硬化性樹脂の
ガラス状炭素への転化、からなる一連の作用が相互に機
能し合って、常に材質欠陥のない高品質のポーラスカー
ボン材を収率よく得ることを可能にする。
特にα−セルロースを主成分とする熱揮散性物質は、炭
化工程で大部分が円滑に揮散して均一な気孔形成に寄与
するが、同時にその一部は炭化残留して組織骨格を形成
する。熱硬化性樹脂の炭化により生成するガラス状炭素
は、前記の組織骨格に固着する状態で分布して均一微細
な通気性気孔と強度特性に優れるポーラスカーボン構造
を形成する。
化工程で大部分が円滑に揮散して均一な気孔形成に寄与
するが、同時にその一部は炭化残留して組織骨格を形成
する。熱硬化性樹脂の炭化により生成するガラス状炭素
は、前記の組織骨格に固着する状態で分布して均一微細
な通気性気孔と強度特性に優れるポーラスカーボン構造
を形成する。
なお、気孔径、気孔率、気孔分布等の組織構造は、熱揮
散性物質の繊維性状と抄造条件、熱硬化性樹脂溶液の濃
度などを調整することによって適宜に制御することがで
きる。
散性物質の繊維性状と抄造条件、熱硬化性樹脂溶液の濃
度などを調整することによって適宜に制御することがで
きる。
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１〜３、比較例１〜４ （１）シート化工程 太さ５デニール、長さ25mmのレーヨンパルプ〔大和紡績
（株）製〕80重量部と晒し針葉樹パルプ（NBKP）20重量
部を水に撹拌混合して均質に分散させたのち、長網式抄
紙機を用いて抄造、乾燥し、厚さ0.23mm、平均気孔径11
0μｍのシートに形成した。
（株）製〕80重量部と晒し針葉樹パルプ（NBKP）20重量
部を水に撹拌混合して均質に分散させたのち、長網式抄
紙機を用いて抄造、乾燥し、厚さ0.23mm、平均気孔径11
0μｍのシートに形成した。
（２）含浸工程 乾燥シートを、残炭率45％のフェノール樹脂〔住友デュ
レズ（株）製、“スミライトレジン PR940"〕を20重量
％の濃度でアセトンに溶解して溶液中に浸漬してシート
組織内部に樹脂溶液を十分に含浸させた。
レズ（株）製、“スミライトレジン PR940"〕を20重量
％の濃度でアセトンに溶解して溶液中に浸漬してシート
組織内部に樹脂溶液を十分に含浸させた。
（３）半硬化工程 含浸処理後のシートを、大気中で80℃の温度域に保持し
て、含浸樹脂を半硬化した。
て、含浸樹脂を半硬化した。
（４）圧縮工程 半硬化シートを一辺800mmの正方形に裁断し、14枚積層
して120℃に調整された均熱平面加熱盤の上に敷き、平
面盤で上部から圧縮して樹脂成分を完全に硬化した。こ
の圧縮処理により圧縮率５〜75％範囲の４水準の試片を
作製した。
して120℃に調整された均熱平面加熱盤の上に敷き、平
面盤で上部から圧縮して樹脂成分を完全に硬化した。こ
の圧縮処理により圧縮率５〜75％範囲の４水準の試片を
作製した。
（５）炭化工程 圧縮シートを平滑表面を有する黒鉛板に挟み付けた状態
で電気焼成炉に移し、周囲をコークスパッキング材で被
包し1000℃の温度で焼成炭化処理を施した。
で電気焼成炉に移し、周囲をコークスパッキング材で被
包し1000℃の温度で焼成炭化処理を施した。
（６）品質および収率評価 このようにして製造された各ポーラスカーボン材につい
て各種特性を測定し、結果を製造条件と対比させて表１
に示した。
て各種特性を測定し、結果を製造条件と対比させて表１
に示した。
表１の結果から、本発明の実施例においては良好な多孔
性状と強度特性を備えるポーラスカーボン材を100％の
収率で製造されることが認められる。これに対し、半硬
化工程を径ないで製造した比較例１では気孔性状、強度
特性ともに低下し、均一加熱をしないで圧縮処理した比
較例２においては材質に破損、反り等が多発し、製品収
率が激減した。また、圧縮率が本発明の要件をは外れる
比較例３、４では、良好な気孔性状と強度特性を両立さ
せることはできなかった。
性状と強度特性を備えるポーラスカーボン材を100％の
収率で製造されることが認められる。これに対し、半硬
化工程を径ないで製造した比較例１では気孔性状、強度
特性ともに低下し、均一加熱をしないで圧縮処理した比
較例２においては材質に破損、反り等が多発し、製品収
率が激減した。また、圧縮率が本発明の要件をは外れる
比較例３、４では、良好な気孔性状と強度特性を両立さ
せることはできなかった。
〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明によれば良好な多孔性状と高強度
特性を兼備するポーラスカーボン材を収率よく製造する
ことができる。したがって、燃料電池、二次電池等の部
材、耐熱耐食性が要求される断熱材、フィルターなどの
用途に極めて有用である。
特性を兼備するポーラスカーボン材を収率よく製造する
ことができる。したがって、燃料電池、二次電池等の部
材、耐熱耐食性が要求される断熱材、フィルターなどの
用途に極めて有用である。
Claims (1)
- 【請求項１】α−セルロースを主成分とする熱揮散性物
質を抄紙してシート化する工程と、シートに残炭率40重
量％以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸する工程と、含浸処
理後のシートを50〜150℃の温度で半硬化する工程と、
半硬化シートを積層して全面を均一加熱しながらシート
厚さが70〜20％になるように圧縮する工程と、圧縮シー
トを非酸化性雰囲気下で800℃以上の温度により焼成炭
化する工程からなることを特徴とするポーラスカーボン
材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32172989A JPH07115970B2 (ja) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | ポーラスカーボン材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32172989A JPH07115970B2 (ja) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | ポーラスカーボン材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183672A JPH03183672A (ja) | 1991-08-09 |
| JPH07115970B2 true JPH07115970B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=18135792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32172989A Expired - Lifetime JPH07115970B2 (ja) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | ポーラスカーボン材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07115970B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4844942B2 (ja) * | 2005-11-29 | 2011-12-28 | 東海カーボン株式会社 | 親水性多孔質炭素材料及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-12-12 JP JP32172989A patent/JPH07115970B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03183672A (ja) | 1991-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4064207A (en) | Fibrillar carbon fuel cell electrode substrates and method of manufacture | |
| JP3356534B2 (ja) | 電解質保持板及びその製造方法 | |
| JPH07115970B2 (ja) | ポーラスカーボン材の製造方法 | |
| JPS61236665A (ja) | 多孔質炭素板の製法 | |
| JPH0258369B2 (ja) | ||
| JP3739819B2 (ja) | 多孔質カーボン材の製造方法 | |
| JPS648091B2 (ja) | ||
| CA1320802C (en) | Corrosion resistant fuel cell substrates | |
| JP2607397B2 (ja) | 多孔質ガラス状カーボン材の製造方法 | |
| JP4080095B2 (ja) | 肉厚多孔質炭素材の製造方法 | |
| JP3131911B2 (ja) | 肉厚ポーラスカーボン材の製造方法 | |
| JPH06671B2 (ja) | 高黒鉛化多孔質炭素繊維シートおよびその製造方法 | |
| JPH0360478A (ja) | 多孔質炭素板の製造方法 | |
| JP3166983B2 (ja) | 管状多孔質ガラス状カーボン体の製造方法 | |
| JPH06263558A (ja) | 多孔質炭素板の製法および多孔質炭素電極材 | |
| JP2632955B2 (ja) | 多孔質炭素板の製造法 | |
| JPH0414464B2 (ja) | ||
| JP3183681B2 (ja) | 高伝導性ポーラスカーボン材の製造方法 | |
| JPH052625B2 (ja) | ||
| JPH01266223A (ja) | 異方性多孔質炭素成形体の製造方法 | |
| JPH0694364B2 (ja) | 多孔質ガラス状炭素板の製造法 | |
| JP3159754B2 (ja) | 電気二重層コンデンサ | |
| JPH0633196B2 (ja) | 多孔質炭素材の製造方法 | |
| JP2674317B2 (ja) | 多孔質炭素板およびその製造法 | |
| JPH05254957A (ja) | 多孔質炭素板の製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081213 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 14 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091213 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |