JPS648091B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭素繊維成形シートの新規な製造法
に関するものである。更には、抄紙法により得ら
れた有機繊維シートをプレス型付成形後直接焼成
することにより、耐薬品性、電気伝導性、強度の
優れた、嵩高な成形シートを得る製造法に関する
ものである。 （先行技術） 従来炭素繊維成形シート、特にミリメートル程
度の凹凸を有する炭素繊維成形シートを得る良い
方法は知られていなかつた。従来知られていた方
法としては、炭素繊維をパルプ、バインダーと共
に抄紙したシートを再度焼成して炭素繊維シート
を得、更に切削加工して成形シートを得る事が行
われていた。しかしながらこのような方法は、手
間のかかる切削加工を行なう必要があり、そのた
め歩留り効率が悪い欠点を有する。また燃料電池
等の各種用途に適合した嵩密度および孔径にコン
トロールするのがむずかしく、しかも、２回の焼
成工程が必要なため、非常に高価格なものになる
欠点を有しており、安価な製造法の開発が望まれ
ていた。 （発明の目的） 本発明は上記の欠点を改良すると共に、安価な
炭素繊維成形シートの製造方法を提供することを
目的とするものである。 （発明の構成） 本発明は、再生セルロース繊維およびポリアク
リロニトリル繊維から選ばれた少なくとも１種の
有機繊維70〜95重量部、パルプ３〜25重量部およ
び抄紙用バインダー２〜15重量部を混合抄紙して
得られるシートに有機高分子物質の溶液を含浸
し、乾燥後、予備硬化を行ない、次いでプレスで
型付成形を行ない、必要に応じて不融化処理を行
なつた後、不活性雰囲気中で800℃以上の温度に
おいて、好ましくは圧力２〜50g／cm²のプレス加
圧下に、加熱炭化させることからなる炭素繊維成
形シートの製造法である。 本発明の構成要素について以下に詳説する。 本発明に用いる有機繊維としては、レーヨン、
ポリアクリロニトリル繊維等、炭素繊維を製造す
る場合に普通に使用される有機繊維が適当であ
り、0.5〜15デニール、長さ２〜15mm、好ましく
は抄紙性等の点から0.5〜８デニール、長さ３〜
10mmのものを目的に応じて選択し、単独であるい
は２種以上を配合して使用する。 型付成形のしやすさ、及び良好な成形物を得る
点から、有機繊維としてアクリル繊維等の熱可塑
性繊維を全固形分に対し40重量部以上、好ましく
は60重量部以上配合するのが好ましい。 この発明に用いられるパルプとしては、セルロ
ースパルプのほか、各種合成パルプが適してお
り、これらのパルプは抄紙の際に有機繊維のつな
ぎとして作用する。 抄紙用バインダーとしては、例えばポリビニル
アルコール繊維、各種合成パルプ、抄紙用レーヨ
ン等の冷水中に溶解しないが熱水に溶解する繊維
で、抄紙用バインダーとして一般に市販されてい
るものを使用することができる。 合成樹脂エマルジヨンも抄紙用バインダーとし
て使用することができる。 有機繊維、パルプおよび抄紙用バインダーは、
それぞれ70〜95重量部、３〜25重量部および２〜
15重量部（固形分として）の割合で混合して常法
により抄紙する。 有機繊維が70重量部以下になると、孔径、気孔
率等のコントロールがむずかしくなり、かつ強度
も低くなつて良好なシートが得られなくなり、一
方95重量部以上では抄紙の際に良好なシート形成
がむずかしい。更に湿潤強度を維持するために
も、パルプと抄紙用バインダーとを合計で５重量
部以上配合するのが好ましい。 含浸に用いる有機高分子物質としては、例えば
フエノール樹脂、エポキシ樹脂：不飽和ポリエス
テル樹脂、ポリジビニルベンゼンの如き熱硬化性
樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、フ
ツ化ビニル樹脂、フツ化ビニリデン樹脂、アクリ
ロニトリル樹脂等の熱可塑性樹脂、さらにはリグ
ニン、ピツチ又はタールの如きものも使用され
る。 これらの高分子化合物の好ましい性質として
は、何等かの溶剤に溶解するか又は熱処理時の高
温で融解することおよび炭素含有量が30重量％以
上あり炭化後炭素質バインダーとして炭素繊維内
の結合に役立つものである。 （含浸処理） 前記の有機高分子物質の溶液または分散液によ
り混抄紙を含浸処理する。混抄紙に附着する含浸
量が少なすぎると、バインダー効果、及び炭化の
際の炭化収率が劣り、あまり過剰になると目づま
りのため気孔率の調整がむづかしく、又もろくな
る。好ましい含浸付着量としては、混抄紙の重量
20〜200％、更に好ましくは30〜120％である。 有機繊維として再生セルロース、例えばレーヨ
ンを使用する場合には、上記有機高分子液の含浸
処理とは別に、耐熱性向上剤の含浸処理を併用す
ると、炭化収率、強度等の点により効果をもたら
す。耐熱性向上剤としては、レーヨン炭素繊維を
製造する場合に一般に使用されるものなら何れで
も使用可能である。例えば、リン酸金属塩として
第一リン酸マグネシウム、第一リン酸カルシウ
ム、第一リン酸ナトリウム、第一リン酸カリウム
など、また各種酸のアンモニウム塩として、塩化
アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アン
モニウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素アン
モニウム、リン酸二水素アンモニウム、ポリリン
酸のアンモニウム塩、ホウ酸アンモニウム等が好
適に使用できる。 （予備硬化処理） 有機高分子物質で含浸処理された混抄紙をその
ままプレス成形を行なうと、有機高分子物質がシ
ート内で不均一に偏在し、均一なシートが得られ
なくなる。そのため、含浸処理、乾燥後、更に予
備硬化処理を行なう必要がある。予備硬化の程度
は、後のプレス成形の際、含浸された高分子物質
が流動化せず、且つプレス成形が容易に行なえる
程度の熱可塑性を維持することが必要である。処
理条件としては140℃〜180℃、５分〜30分程度が
好適である。 （プレス型付成形処理） 前記の予備硬化処理を行なつた含浸シートは、
次いで表面に凹凸を設けた金型で加圧・型付成形
を行なう。この場合、後工程での変形を防止する
ため、また、型付を容易に行なうため加熱処理を
併用することが好ましい。 プレス成形条件は、使用する原料及び必要な最
終シート物性により適宜選定する。 （不融化処理） 型付成形処理を行つた上記混抄紙は必要により
不融化した後に焼成されて炭素繊維紙を形成する
が、この不融化処理は、有機繊維としてポリアク
リロニトリル繊維を、また有機高分子物質として
フエノール樹脂等の熱硬化性樹脂を使用した場合
に特に有効であり、炭化収率、シート強度向上に
顕著な効果がある。不融化の処理条件は、特に特
定しないが、例えば150〜350℃、数10分〜10数時
間、ガス雰囲気としては空気中又は不活性ガス中
に、有機高分子物質の付着した混抄紙を加熱する
ことにより不融化される。 （加熱炭化処理） 有機高分子物質溶液が付着せられた上記混抄紙
は必要に応じて不融化せられた後、不活性雰囲気
中で800℃以上の温度下で熱処理焼成せられて、
炭素質バインダーを含む炭素繊維紙を形成する。
熱処理温度を変えることにより最終製品の炭素繊
維紙の電気抵抗値の制御が可能である。また、上
記の熱処理焼成を２〜50g／cm²の圧力でプレス加
圧しながら行なうと、非常に強度が大きくかつ均
一な厚みを有する炭素繊維シートを得ることがで
きる。 （発明の効果） 本発明は、再生セルロース繊維、ポリアクリロ
ニトリル繊維等、通常炭素繊維を製造する際の原
料となる繊維から抄紙法によりシートを得、プレ
ス型付成形後一般の炭化工程で炭素繊維シートを
得る方法であり、従来の炭素繊維シートを切削す
る方法に比べて、製造工程が容易であり、しかも
非常に安価なシートを得ることができるようにな
つた。 また、炭化工程の際にプレス加圧を併用するこ
とにより、従来方式に比べ、機械的強度並びに厚
み精度が非常に向上したシートが得られ、炭素繊
維のシートからの脱落も全く生ぜず、均一なシー
トが容易に得られるようになつた。更には、原料
有機繊維の太さ、長さの適当な選択及び、パル
プ、抄紙用バインダーの配合により、燃料電池用
の電極基材として使用する場合に特に問題になる
シートの孔径や、気孔率を自由にかつ容易にコン
トロールすることも可能になつた。また、本発明
は、有機繊維から抄紙法によりシートを得るた
め、炭素繊維抄紙法に比べ、シート形成が容易で
あり、均一なシートが得られ、シート坪量（ｇ／
cm²）も任意のものが得られる利点がある。 （実施例） 本発明をいつそう理解しやすくなるために以下
に実施例を示すが、下記の実施例は本発明を制限
するものではない。 なお、実施例中、部および％となるのはそれぞ
れ重量部および重量％である。 実施例 １〜４ 太さ８デニール及び３デニールのアクリル繊
維、７デニールのレーヨン短繊維、カナデイアン
フリーネス500mlのパルプ（LUKP）、ポリビニル
アルコール繊維（クラレ製、VPB105−２×３）
を第１表の割合で水を加えてスラリーを得、丸網
式抄紙機で常法により坪量700g／m²の混抄紙を
抄造した。この混抄紙をフエノール樹脂（住友デ
ユレズ製PR−51404）20％水溶液に含浸し（フエ
ノール樹脂付着量60％／混抄紙）、120℃の温度で
乾燥後、更に180℃で15分間加熱処理を行なつた。 このようにして得られたシートを、次いで第１
図に示す金型の雄型１と雌型３との間に挿入し、
180℃、10分間13Kg／cm²で加圧成形を行ない、220
℃で５時間酸化処理を行なつて後、1100℃のチツ
素ガス雰囲気炉で30分間10g／cm²のプレス加圧下
で加熱焼成を行ない炭素繊維シートを得た。この
シートの物性を第１表に示す。 抄紙シートを型付成形後直接焼成する本発明の
方法によれば、優れた電気抵抗、強度を有する炭
素繊維成形シートが得られ、しかも原料繊維の配
合をかえることにより、孔径、気孔率を自由にコ
ントロールできることが第１表からわかる。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は、成形用金型の部分断面図である。図
中の符号は、それぞれ次のものを表わす。 １……雄型、２……雄型の突起部、３……雌
型、４……雌型の溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 再生セルロース繊維およびポリアクリロニト
   リル繊維から選ばれた少なくとも１種の有機繊維
   70〜95重量部、パルプ３〜25重量部および抄紙用
   バインダー２〜15重量部を混合抄紙して得られる
   シートに有機高分子物質の溶液を含浸し、乾燥
   後、予備硬化処理を行ない、次いでプレス型付成
   形を行ない、必要に応じて不融化処理を行なつた
   後、不活性雰囲気中で800℃以上の温度で加熱炭
   化させることを特徴とする炭素繊維成形シートの
   製造法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の製造法におい
   て、加熱炭化を圧力２〜50g／cm²のプレス加圧下
   で行うことを特徴とする炭素繊維シートの製造
   法。