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JPH11310460A - Water repellent carbonaceous electrode material and its production - Google Patents

Water repellent carbonaceous electrode material and its production

Info

Publication number
JPH11310460A
JPH11310460A JP10120960A JP12096098A JPH11310460A JP H11310460 A JPH11310460 A JP H11310460A JP 10120960 A JP10120960 A JP 10120960A JP 12096098 A JP12096098 A JP 12096098A JP H11310460 A JPH11310460 A JP H11310460A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
electrode material
gas
carbon fiber
carbonaceous electrode
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.)
Pending
Application number
JP10120960A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Endo
善博 遠藤
Kenji Niijima
健二 新島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Toho Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toho Rayon Co Ltd filed Critical Toho Rayon Co Ltd
Priority to JP10120960A priority Critical patent/JPH11310460A/en
Publication of JPH11310460A publication Critical patent/JPH11310460A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a water-repellent carbonaceous electrode material by using C/C material capable of exhibiting mechanical strength, having water repellency equivalent to or larger than that of polytetrafluoroethylene without mixing polytetrafluoroethylene therein, usable for various electrodes such as electrode of fuel cell and electrode of electric scalpel tip, of the like, and having water repellency and mechanical strength simultaneously imparted thereto. SOLUTION: A carbon fiber-reinforced carbon composite material having >=108 degree, preferably >=110 degree contact angle with water is prepared. The method for producing a water-repellent carbonaceous electrode material comprises forming carbon matrix in carbon fiber by resin char method, subjecting the materials to heat history of at least 2,000-2,800 deg.C, introducing an inert gas therein and replacing the generated gas with the inert gas so that generated gas concentration in furnace in the backing step becomes <=5 g/m<3> , preferably <=1 g/m<3> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、撥水性炭素質電極
材料に関するものであり、更に詳しくは、燃料電池或い
は医療用電気メスなどの電極に用いられる撥水性炭素質
電極材料に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water-repellent carbonaceous electrode material, and more particularly to a water-repellent carbonaceous electrode material used for an electrode of a fuel cell or a medical electric knife.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素質材料は、導電性及び化学的耐食性
に優れることから、電極材料として古くから使用されて
いる。
2. Description of the Related Art Carbonaceous materials have long been used as electrode materials because of their excellent conductivity and chemical corrosion resistance.

【0003】例えば、リン酸型燃料電池などの電極には
撥水性の高い電極材料が必要とされており、特開昭63
−143751号公報には、撥水性を有する官能基を炭
素質材料に蒸着させて撥水性の高い電極を形成する方法
が記載されている。また、特開平7−78617号公報
には、撥水性カーボンブラックであるアセチレンブラッ
ク、撥水性を有するポリ四弗化エチレン及び炭素繊維の
チョップ又はミルドを混入したシートを用いた固体高分
子電解質電池用電極が示されている。
For example, an electrode material such as a phosphoric acid type fuel cell requires a highly water-repellent electrode material.
Japanese Patent Application No. -143751 describes a method for forming a highly water-repellent electrode by depositing a water-repellent functional group on a carbonaceous material. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-78617 discloses a polymer electrolyte battery using a sheet in which acetylene black as a water-repellent carbon black, polytetrafluoroethylene having water repellency and chopped or milled carbon fiber are mixed. Electrodes are shown.

【0004】前記の炭素質材料は、伸度が低く引張強度
が低いため、炭素繊維で強化した複合材料(炭素繊維強
化炭素複合材料:Carbon fiber reinforced carbon com
posites 以下C/Cと略す。)が種々提案されており、
特開平4−97948号公報にはリン酸型燃料電池電極
材用のC/Cの製造法が示されている。
[0004] The carbonaceous material described above has low elongation and low tensile strength. Therefore, a composite material reinforced with carbon fiber (carbon fiber reinforced carbon composite material: Carbon fiber reinforced carbon com.
posites Hereinafter, abbreviated as C / C. ) Have been proposed,
JP-A-4-97948 discloses a method for producing C / C for a phosphoric acid type fuel cell electrode material.

【0005】また、C/Cの撥水性を利用した別の用途
としては、電気メス電極材にC/Cを用いると、切開時
に生体組織の蛋白質や油脂の炭化物の付着は、ステレス
製メスを用いた場合より少なく、この炭化物の付着はポ
リ四弗化エチレン・コーティング品と同程度であること
が特開平8−196542号公報に示されている。
As another application utilizing the water repellency of C / C, if C / C is used for an electrocautery electrode material, the adhesion of carbides of proteins and oils and fats of living tissue at the time of incision can be achieved by using a stainless steel knife. It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-196542 that the adhesion of the carbide is smaller than that in the case of using the polytetrafluoroethylene coated product.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のC/Cは、電極
材料として見た場合、撥水性が十分でない。このため撥
水性を高めるべくポリ四弗化エチレンを混入又は被覆し
た材料が提案されているが、800℃を越えるとポリ四
弗化エチレンの分解が生じ、撥水性の消失或いは分解ガ
ス発生の問題があった。このため、C/C自体の撥水性
を高めることが必要であった。
The conventional C / C has insufficient water repellency when viewed as an electrode material. For this reason, materials mixed with or coated with polytetrafluoroethylene have been proposed in order to increase water repellency. However, when the temperature exceeds 800 ° C., decomposition of polytetrafluoroethylene occurs, and the problem of loss of water repellency or generation of decomposition gas occurs. was there. For this reason, it was necessary to increase the water repellency of C / C itself.

【0007】前述の通り、特開平8−196542号公
報に開示されているC/Cのメスは既知である。該公報
に記載のC/Cのメスは、メス先への炭化物の付着はポ
リ四弗化エチレン・コーティング品と同程度であるもの
の、炭化物が付着する場合もあり、この点において十分
に満足のゆくものではなかった。また、そのC/Cコン
ポジットの製法はフェノール樹脂を含浸した補強繊維を
焼成処理して形成される既知の方法によるものであるこ
とから高い撥水性が得られ難いという欠点があった。
As described above, the C / C knife disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-196542 is known. In the C / C knife described in the publication, although the carbide adheres to the knife tip at the same level as that of the polytetrafluoroethylene-coated product, the carbide may adhere to the knife, and this point is sufficiently satisfactory. It wasn't going. Further, the method of producing the C / C composite is a known method formed by firing a reinforcing fiber impregnated with a phenol resin, and thus has a disadvantage that high water repellency is hardly obtained.

【0008】通常、従来のC/Cの製造方法は、炭素繊
維の周囲にメタンやプロピレン等で代表される低炭素数
炭化水素分解物を気層で沈着せしめる化学気相蒸着法
(Chemical Vapor Deposition )と、熱硬化性樹脂又は
熱可塑性樹脂を炭素繊維に付着して一旦炭素繊維強化樹
脂複合材料(以下CFRPと略す)とした後、不活性ガ
ス中で樹脂成分を加熱炭素化するレジンチャー法(Resi
n Char)が知られている。
[0008] Conventionally, the conventional C / C production method is a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition) in which a low-carbon hydrocarbon decomposition product represented by methane or propylene is deposited in a gas layer around carbon fibers. ) And a resin method in which a thermosetting resin or a thermoplastic resin is attached to carbon fibers to form a carbon fiber reinforced resin composite material (hereinafter abbreviated as CFRP), and then the resin component is heated and carbonized in an inert gas. (Resi
n Char) is known.

【0009】このうち、レジンチャー法は予め炭素繊維
に樹脂成分を付着しているため、従来のCFRPの製作
技術がそのまま利用できる平易さや、炭素化効率が高
く、ランニングコストを比較的安価に出来るなどの点で
優れており、多く採用されている。また、一旦炭素化し
た後、ポーラスになったマトリックスには、炭化収率の
高いピッチ等を含浸して更に加熱炭素化する操作を繰り
返す、所謂、緻密化処理を行って、必要とする密度まで
高めることが行われる。
In the resin method, since the resin component is previously attached to the carbon fiber, the conventional CFRP manufacturing technology can be used as it is, the carbonization efficiency is high, and the running cost can be reduced relatively. It is excellent in such points, and is widely adopted. Also, once carbonized, the porous matrix is repeatedly impregnated with a high carbonization yield pitch or the like and further heated and carbonized, so-called densification treatment is performed to the required density. Enhancing is done.

【0010】しかし、本発明者等の検討によると、この
ような従来のレジンチャー法では、電極材として好適
な、撥水性の高いC/C材は得られていなかった。
However, according to the study of the present inventors, such a conventional resin method has not obtained a highly water-repellent C / C material suitable as an electrode material.

【0011】そこで、本発明の目的は、撥水性が高く、
且つ機械的強度が高くて、高温でも電極材に広く利用可
能な撥水性炭素質電極材料を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a high water repellency,
Another object of the present invention is to provide a water-repellent carbonaceous electrode material which has high mechanical strength and can be widely used as an electrode material even at high temperatures.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るために、本発明は以下の構成からなる。
To solve the above-mentioned problems, the present invention has the following arrangement.

【0013】即ち、本発明の撥水性炭素質電極材料は、
水との接触角が108度以上、好ましくは110度以上
の炭素繊維強化炭素複合材料からなることを特徴とす
る。
That is, the water-repellent carbonaceous electrode material of the present invention comprises:
It is made of a carbon fiber reinforced carbon composite material having a contact angle with water of at least 108 degrees, preferably at least 110 degrees.

【0014】前記本発明の撥水性炭素質電極材料の機械
的強度を増強させる目的のためには、使用する炭素繊維
が連続繊維であって、一方向又は二方向に配向している
ことが望ましい。
For the purpose of enhancing the mechanical strength of the water-repellent carbonaceous electrode material of the present invention, it is desirable that the carbon fibers used are continuous fibers and oriented in one or two directions. .

【0015】また、本発明の撥水性炭素質電極材料の製
造方法は、炭素繊維にレジンチャー法にて炭素マトリッ
クスを形成し、最終の焼成工程において、少なくとも2
000〜2800℃の熱履歴を受け、且つ該焼成工程に
おける炉内の発生ガス濃度が5g/m3 以下、好ましく
は1g/m3 以下になるように不活性ガスを導入し置換
することを特徴とする。
In the method for producing a water-repellent carbonaceous electrode material of the present invention, a carbon matrix is formed on a carbon fiber by a resin method, and at least two
An inert gas is introduced and replaced so as to receive a heat history of 2,000 to 2800 ° C. and to generate a gas concentration of 5 g / m 3 or less, preferably 1 g / m 3 or less in the furnace in the firing step. And

【0016】本発明によると、従来のC/Cに比較して
撥水性が高く(接触角が大きく)、しかも機械的強度が
高いC/Cが得られるため電極材の用途に好適である。
According to the present invention, C / C having higher water repellency (large contact angle) and higher mechanical strength than conventional C / C can be obtained, which is suitable for use as an electrode material.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.

【0018】本発明の撥水性炭素質電極材料は、炭素繊
維で強化され、炭素をマトリックスとした複合材料から
なる。
The water-repellent carbonaceous electrode material of the present invention is made of a composite material reinforced with carbon fibers and using carbon as a matrix.

【0019】本発明の撥水性炭素質電極材料に用いられ
ている炭素繊維は、レーヨン、ポリアクリルニトリル、
ピッチ等の繊維を既知の方法で炭素化した繊維、或いは
更に高温で熱処理した黒鉛繊維である。
The carbon fibers used in the water-repellent carbonaceous electrode material of the present invention are rayon, polyacrylonitrile,
It is a fiber obtained by carbonizing fibers such as pitch by a known method, or a graphite fiber which is further heat-treated at a high temperature.

【0020】該炭素繊維は、引張強度100kgf/m
2 以上、引張弾性率10×103kgf/mm2 以上
の性質を有するものが好ましい。また炭素繊維の直径
は、好ましくは1〜20μm、より好ましくは4〜7μ
mである。
The carbon fiber has a tensile strength of 100 kgf / m
Those having properties of at least m 2 and a tensile modulus of elasticity of at least 10 × 10 3 kgf / mm 2 are preferred. The diameter of the carbon fiber is preferably 1 to 20 μm, more preferably 4 to 7 μm.
m.

【0021】該炭素繊維は、通常、フィラメント数が約
500〜100,000本の束となっている。炭素繊維
は通常その表面に、電解酸化法、薬液酸化法等により表
面処理が施されているが、表面処理がされていない炭素
繊維を用いることもできる。
The carbon fibers are usually bundled with about 500 to 100,000 filaments. The surface of the carbon fiber is usually subjected to a surface treatment by an electrolytic oxidation method, a chemical liquid oxidation method, or the like, but a carbon fiber that has not been subjected to a surface treatment may be used.

【0022】また、該炭素繊維束には、後工程での取扱
性、及びマトリックス樹脂との界面特性を良好に保つた
めに一般には集束剤を付着しているが、付着していない
ものも利用することができる。
In general, a sizing agent is attached to the carbon fiber bundle in order to maintain good handling properties in the subsequent process and interface characteristics with the matrix resin. can do.

【0023】炭素繊維の形態としては、ミルドファイバ
ー、短繊維或いは長繊維(連続繊維)の何れでもよい。
The form of the carbon fiber may be any of milled fiber, short fiber or long fiber (continuous fiber).

【0024】炭素繊維からなる組織は、ペーパ状、フェ
ルト状、織物或いは編物状、或いは一方向に引き揃えた
シート等の何れでもよい。また、これらが単層であって
も、積層されたものであってもよい。特に高強度の電極
材を得るためには、連続繊維を一方向又は二方向に配向
させて用いることが好ましい。
The structure made of carbon fibers may be paper-like, felt-like, woven or knitted, or a sheet aligned in one direction. Further, these may be a single layer or a stacked layer. In particular, in order to obtain a high-strength electrode material, it is preferable to use a continuous fiber that is oriented in one or two directions.

【0025】本発明のレジンチャー法に用いられる熱硬
化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポ
キシ樹脂、ビスマレイド樹脂、ポリイミド樹脂などが用
いられる。特に炭素繊維にマトリックス用樹脂を含浸し
て成形硬化する場合には、炭化収率の高いフェノール樹
脂、フラン樹脂等が好適である。また熱可塑性樹脂とし
ては、石炭系或いは石油系のピッチ等が用いられ、これ
らは溶融粘度が低く、炭化収率が高いため緻密化用樹脂
として好適である。
As the thermosetting resin used in the resin method of the present invention, phenol resin, furan resin, epoxy resin, bismaleide resin, polyimide resin and the like are used. In particular, when carbon fiber is impregnated with a matrix resin and molded and cured, a phenol resin, a furan resin or the like having a high carbonization yield is suitable. As the thermoplastic resin, coal-based or petroleum-based pitch or the like is used, and these are suitable as a densification resin because of their low melt viscosity and high carbonization yield.

【0026】レジンチャー法によるC/Cのマトリック
スの形成は、炭素繊維に樹脂を含浸し、所定の形状の硬
化物、いわゆるCFRPとした後、不活性ガス中で加熱
し炭素化或いは緻密化して得られる。
The C / C matrix is formed by the resin method by impregnating carbon fiber with a resin to form a cured product having a predetermined shape, so-called CFRP, and then heating it in an inert gas to carbonize or densify it. can get.

【0027】前記CFRPは、平板や曲板やパイプ等の
種々の形状が可能であり、その成形方法としては、引き
抜き成形やフィラメントワインド成形等のようにCF
(カーボンファイバー)と樹脂から直接成形品を得る方
法やプリプレグやSMCやスタンパブルシート等のよう
な中間素材を形成した後にオートクレーブ成形やマッチ
ドダイ成形やホットプレス成形等の成形手段を用いて成
形品を得る場合があり、何れの成形方法を用いてもよ
い。
The CFRP can be formed into various shapes such as a flat plate, a curved plate, a pipe, and the like.
(Carbon fiber) and a method of obtaining a molded product directly from resin, or forming an intermediate material such as prepreg, SMC, stampable sheet, etc., and then molding the molded product using molding means such as autoclave molding, matched die molding or hot press molding. In some cases, any molding method may be used.

【0028】次に、前記CFRPは焼成炉内で窒素等の
不活性ガス中にて600〜1500℃で焼成され、その
マトリックスである樹脂相を炭素化し、緻密化前C/C
を得る。
Next, the CFRP is calcined in an inert gas such as nitrogen at 600 to 1500 ° C. in a calcining furnace to carbonize a resin phase as a matrix, and to carry out C / C before densification.
Get.

【0029】高密度或いは高強度の電極材料を得るに
は、前記緻密化前C/Cを更に、溶融ピッチ等の含浸、
再炭素化からなる緻密化工程を所定の特性が得られるま
で繰り返し行う。
In order to obtain a high-density or high-strength electrode material, the C / C before densification is further impregnated with a molten pitch or the like.
The densification step consisting of re-carbonization is repeatedly performed until predetermined characteristics are obtained.

【0030】この緻密化の工程には緻密化の促進或いは
導電性の向上等の為に、不活性ガス中で1600℃〜2
800℃の温度で加熱して、マトリックスを黒鉛質にす
る工程を含む。
In this densification step, 1600 ° C. to 2 ° C. in an inert gas is used to promote densification or improve conductivity.
Heating at a temperature of 800 ° C. to make the matrix graphite.

【0031】本発明において、緻密化の程度は適用する
電極材の仕様によって決定される。より高い強度を要求
する場合には緻密化回数を多くし、ガスの透過性に重点
を置く場合には緻密化回数を少なくする。この緻密化回
数に応じてC/Cの嵩密度を任意の値に設定することが
でき、適用する電極材の仕様にしたがって、所望の嵩密
度となるように緻密化回数を決定する。
In the present invention, the degree of densification is determined by the specifications of the electrode material to be applied. When higher strength is required, the number of densifications is increased, and when emphasis is placed on gas permeability, the number of densifications is reduced. The bulk density of C / C can be set to an arbitrary value according to the number of densifications, and the number of densifications is determined according to the specifications of the electrode material to be applied so that a desired bulk density is obtained.

【0032】本発明において、撥水性の高い電極材料を
得るためには、焼成工程における炉内の発生ガス濃度を
できるだけ低く保つことが熱分解物の被処理物への再付
着による影響を軽減できるため有効である。
In the present invention, in order to obtain an electrode material having high water repellency, maintaining the concentration of generated gas in the furnace in the firing step as low as possible can reduce the influence of re-adhesion of the thermal decomposition product to the object to be processed. It is effective.

【0033】発生ガス濃度はJIS Z8808の排ガ
ス中のダスト濃度の測定方法に準拠して測定される。す
なわち、焼成炉内部のガスの流れに逆向きに設けられた
ガス吸引用のノズルから等速吸引によりガスを採取し、
ガス捕集器によってろ過捕集した発生ガス固形分と同時
に吸引したガス量とから流量1m3 当たりに含まれる発
生ガス固形分の質量として発生ガス濃度を算出する。
The generated gas concentration is measured in accordance with the method for measuring the concentration of dust in exhaust gas according to JIS Z8808. That is, gas is sampled by constant-velocity suction from a gas suction nozzle provided in the direction opposite to the gas flow inside the firing furnace,
The generated gas concentration is calculated as the mass of the generated gas solid content per 1 m 3 of the flow rate from the generated gas solid content filtered and collected by the gas collector and the amount of gas sucked at the same time.

【0034】ガス捕集器は、ろ過捕集によるものであ
り、その性能は捕集率99%以上で、使用状態で化学変
化を起こさないものでなければならない。ガス捕集器と
しては円形ろ紙あるいは円筒ろ紙あるいはダストチュー
ブのようなものが使用できる。ガスは冷却されてガス捕
集器でろ過捕集する段階では500℃以下となる。ろ過
材にはガラス繊維またはシリカ繊維を用いる。ガス捕集
器による発生ガス固形分の採取量によって吸引ガス量を
選択する。すなわち、円形ろ紙では捕集面積1cm2
たり0.5mg程度であり、円筒ろ紙では全捕集量が5
mg以上であり、ダストチューブの場合では全捕集量を
50mg程度とする。ガスの等速吸引は測定点のガスの
動圧と吸引ガスの動圧が等しくなるように吸引ガスの流
量を調節することで達成できる。
The gas collector is based on filtration and collection, and the performance thereof must be 99% or more and does not cause a chemical change in use. As the gas collector, a circular filter paper, a cylindrical filter paper, or a dust tube can be used. The gas is cooled to 500 ° C. or less at the stage of being filtered and collected by the gas collector. A glass fiber or a silica fiber is used as a filtering material. The amount of suction gas is selected based on the amount of generated gas solids collected by the gas collector. That is, in the case of the circular filter paper, the collection amount is about 0.5 mg / cm 2 , and in the case of the cylindrical filter paper, the total collection amount is 5 mg.
mg or more, and in the case of a dust tube, the total collection amount is about 50 mg. The constant-velocity suction of the gas can be achieved by adjusting the flow rate of the suction gas such that the dynamic pressure of the gas at the measurement point is equal to the dynamic pressure of the suction gas.

【0035】不活性ガス中の発生ガス濃度Cは、標準状
態(温度0℃、気圧760mmHg)に換算したガス流
量1m3 中に含まれる発生ガス固形分の質量で表し、次
の式(1)で定義される。
The generated gas concentration C in the inert gas is represented by the mass of the generated gas solid contained in 1 m 3 of the gas flow rate converted to a standard condition (temperature: 0 ° C., pressure: 760 mmHg). Is defined by

【0036】[0036]

【数1】 (Equation 1)

【0037】ここに、mは捕集した発生ガス固形分の質
量、Qは標準状態における吸引したガス量である。
Here, m is the mass of collected generated gas solids, and Q is the amount of gas sucked in the standard state.

【0038】発生ガス濃度は、焼成炉の容量や被処理物
の量や被処理物の熱分解成分の量によっても変わるが、
何れの場合に於いても、最終の焼成工程において、少な
くとも2000〜2800℃の熱履歴を受け、且つ該焼
成工程における炉内の発生ガス濃度が5g/m3 以下に
なるように不活性ガスを導入して置換することである。
発生ガス濃度は1g/m3 以下の場合には撥水性を高め
る上で更に好ましい。
The concentration of the generated gas varies depending on the capacity of the firing furnace, the amount of the object to be treated, and the amount of the thermal decomposition component of the object to be treated.
In any case, in the final baking step, an inert gas is supplied so as to receive a heat history of at least 2000 to 2800 ° C. and to generate a gas concentration of 5 g / m 3 or less in the furnace in the baking step. Introduce and replace.
When the generated gas concentration is 1 g / m 3 or less, it is more preferable to increase the water repellency.

【0039】発生ガス濃度が5g/m3 を超えると熱分
解物の被処理物への再付着が起こり撥水性を低下させ
る。また、このときの焼成温度が2000℃未満では、
マトリックスの黒鉛化が充分でなく撥水性が低下する。
2800℃を越えると、マトリックスの黒鉛化が進み過
ぎて、機械的強度が低下し好ましくない。
When the concentration of the generated gas exceeds 5 g / m 3 , the thermal decomposition product is re-adhered to the object to be processed, and the water repellency is reduced. If the firing temperature at this time is lower than 2000 ° C.,
The graphitization of the matrix is not sufficient, and the water repellency decreases.
If the temperature exceeds 2800 ° C., the graphitization of the matrix proceeds excessively, and the mechanical strength decreases, which is not preferable.

【0040】最終段階の焼成工程で少なくとも2000
〜2800℃の熱履歴を受けることにより黒鉛質を形成
し、且つ発生ガス濃度を規定値以下となるように不活性
ガスを導入することにより、焼成炉内の雰囲気を清浄に
保ち、黒鉛質形成過程で発生する分解ガスや反応生成物
を連続的に且つ急速に置換し、C/C表面の撥水性の低
下を防止するのに効果的となる。
In the final firing step, at least 2000
Graphite is formed by receiving a heat history of up to 2800 ° C., and by introducing an inert gas so that the generated gas concentration is equal to or lower than a specified value, the atmosphere in the firing furnace is kept clean to form graphite. It is effective in continuously and rapidly replacing decomposition gases and reaction products generated in the process, and preventing a decrease in water repellency of the C / C surface.

【0041】このような不活性ガスとしては窒素ガスや
アルゴンガス等の既知のものが使用できるが、安価な窒
素ガスが好ましい。
As such an inert gas, known gases such as nitrogen gas and argon gas can be used, but inexpensive nitrogen gas is preferable.

【0042】この不活性ガス導入操作は少なくとも最終
の焼成工程において実施することが撥水性を高める上で
極めて重要である。最終焼成工程でこの操作を行わない
と、それまでに清浄なC/C表面が成形されても最終工
程で相殺されてしまうからであり、撥水性の発現が困難
となる。
It is extremely important to carry out this inert gas introduction operation at least in the final baking step in order to enhance water repellency. If this operation is not performed in the final baking step, even if a clean C / C surface is formed up to that point, it will be offset in the final step, and it will be difficult to develop water repellency.

【0043】本発明においてC/Cの撥水性を示す指標
である接触角は次によって定義される。
In the present invention, the contact angle, which is an index indicating the water repellency of C / C, is defined as follows.

【0044】すなわち、被測定物のアセトン洗浄を10
分間行い、更にエタノール洗浄を10分間行った後、1
05℃で60分乾燥し、デシケータに12時間以上保管
し状態調節を行う。
That is, the object to be measured was washed with acetone for 10 minutes.
After washing for 10 minutes and ethanol washing for 10 minutes,
Dry at 05 ° C for 60 minutes, store in a desiccator for 12 hours or more, and adjust the condition.

【0045】試験液として水を用い、試験片の平面上に
一滴(10μl)滴下する。次いでマイクロスコープV
H−6110(商品名:(株)キーエンス製)を用い
て、液滴をモニターテレビに拡大し、画像処理により液
滴の高さh、液滴の頂点と水平面との直交点と液滴と水
平面の交点との距離aを測定し、次の式(2)により接
触角θを求める。
Using water as a test solution, one drop (10 μl) is dropped on the flat surface of the test piece. Then the microscope V
Using a H-6110 (trade name: manufactured by KEYENCE CORPORATION), the droplet is enlarged on a monitor television, and the height h of the droplet, an orthogonal point between the apex of the droplet and the horizontal plane and the droplet are determined by image processing. The distance a to the intersection of the horizontal plane is measured, and the contact angle θ is determined by the following equation (2).

【0046】[0046]

【数2】 (Equation 2)

【0047】本発明によれば接触角が108度以上、更
には110度以上の高撥水性のC/Cを得ることが可能
である。
According to the present invention, it is possible to obtain a highly water-repellent C / C having a contact angle of 108 degrees or more, and more preferably 110 degrees or more.

【0048】以下実施例により具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.

【0049】[0049]

【実施例】尚、実施例において、各測定値は次によって
求められる。分解ガス濃度および接触角は前述の式
(1)および式(2)で求められる。
EXAMPLES In the examples, each measured value is obtained as follows. The concentration of the decomposition gas and the contact angle are obtained by the above-described equations (1) and (2).

【0050】嵩密度測定は、厚さ2mmのC/C平板か
らダイヤモンドカッターを用いて湿式で幅30mm、長
さ30mm寸法に切断し、切断面をサンドペーパー#1
000で研磨した後、105℃で60分乾燥後、デシケ
ータ中で12時間以上保管したものを試験片とした。嵩
密度dは、次の式(3)で算出した。
In the measurement of bulk density, a C / C flat plate having a thickness of 2 mm was wet-cut to a size of 30 mm in width and 30 mm in length using a diamond cutter, and the cut surface was sandpaper # 1.
After polishing at 000, dried at 105 ° C. for 60 minutes, and stored in a desiccator for 12 hours or more, was used as a test piece. The bulk density d was calculated by the following equation (3).

【0051】[0051]

【数3】 (Equation 3)

【0052】ここで、Wは試験片の乾燥重量、Vは試験
片の体積である。
Here, W is the dry weight of the test piece, and V is the volume of the test piece.

【0053】曲げ強度はJIS−K7074に準拠した
3点曲げ強度とし、厚さ2mmのC/C平板からダイヤ
モンドカッターを用いて湿式で幅15mm、長さ100
mm寸法に切断し、切断面をサンドペーパー#1000
で研磨した後、105℃で60分乾燥後、デシケータ中
で12時間以上保管したものを試験片とした。万能試験
機を用いて試験速度5mm/min、スパン長/厚さ比
(L/h)=40で試験した。曲げ強度σb は次の式
(4)で算出した。
The bending strength is a three-point bending strength in accordance with JIS-K7074. A C / C flat plate having a thickness of 2 mm is wet-processed using a diamond cutter to a width of 15 mm and a length of 100 mm.
mm size and the cut surface is sandpaper # 1000
, And dried at 105 ° C for 60 minutes, and stored in a desiccator for 12 hours or more to obtain a test piece. The test was performed using a universal testing machine at a test speed of 5 mm / min and a span length / thickness ratio (L / h) of 40. The bending strength σ b was calculated by the following equation (4).

【0054】[0054]

【数4】 (Equation 4)

【0055】ここで、Pmax は破壊時荷重または最大荷
重、Lは支点間距離、bは試験片の幅、hは試験片の厚
さである。
Here, P max is the load at break or the maximum load, L is the distance between fulcrums, b is the width of the test piece, and h is the thickness of the test piece.

【0056】体積抵抗率の測定は三菱油化製ロレスタ・
AP(商品名)を用いた。厚さ2mmのC/C平板から
ダイヤモンドカッターを用いて湿式で幅100mm、長
さ100mm寸法に切断し、切断面をサンドペーパー#
1000で研磨した後、105℃で60分乾燥後、デシ
ケータ中で12時間以上保管した。その後、繊維方向と
平行の切断面に銀ペーストを塗布したものおよび繊維方
向と直角方向に銀ペーストを塗布したものをそれぞれ準
備し、23℃、50%RHの状態に調節したものを試験
片とした。体積抵抗率は四探針抵抗率測定法に基づき測
定した。
The measurement of the volume resistivity was performed by Mitsubishi Motors
AP (trade name) was used. A C / C flat plate having a thickness of 2 mm is wet-cut with a diamond cutter to dimensions of 100 mm in width and 100 mm in length, and the cut surface is sandpaper #
After being polished at 1000, dried at 105 ° C. for 60 minutes and stored in a desiccator for 12 hours or more. Then, a silver paste was applied to the cut surface parallel to the fiber direction and a silver paste was applied to the fiber at right angles to the fiber direction. did. The volume resistivity was measured based on the four probe resistivity measurement method.

【0057】〔実施例1〕表面処理を施してなく、集束
剤を付着していない弾性率46000kgf/mm2
炭素繊維ストランド(ベスファイトUM46:登録商
標、東邦レーヨン(株)製)を用い、マトリックス樹脂
にレゾールタイプのフェノール樹脂(PR9480:商
品名、住友デュレズ(株)製)を用い、アセトンを希釈
剤として一方向に引き揃えられたプリプレグを製作し
た。得られたプリプレグの炭素繊維の重さは150g/
2 、樹脂含有率は47重量%であった。
Example 1 Using a carbon fiber strand (Vesfite UM46: registered trademark, manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.) having no surface treatment and having no elasticity and having a modulus of elasticity of 46,000 kgf / mm 2 , Using a resol type phenol resin (PR9480: trade name, manufactured by Sumitomo Durez Co., Ltd.) as a matrix resin, a prepreg was prepared in one direction using acetone as a diluent. The weight of the carbon fiber of the obtained prepreg is 150 g /
m 2 , the resin content was 47% by weight.

【0058】該プリプレグを150×150mmの大き
さに裁断し、金型内に16枚積層し、ホットプレスを用
いて150℃×5kgf/cm2 ×30分の成形条件に
て、一方向のCFRP積層材を得た。該CFRP積層材
を窒素雰囲気中に保たれた直径30cmm、高さ30c
mの高温炉内に1枚入れて1000℃で焼成を行い緻密
化前C/Cを得た。
The prepreg was cut into a size of 150 × 150 mm, 16 sheets were laminated in a mold, and one-way CFRP was formed using a hot press at 150 ° C. × 5 kgf / cm 2 × 30 minutes. A laminated material was obtained. The CFRP laminate was kept in a nitrogen atmosphere with a diameter of 30 cm and a height of 30 cm.
m, and fired at 1000 ° C. to obtain C / C before densification.

【0059】本緻密化前C/Cに対してピッチを緻密化
樹脂として、窒素雰囲気中に保たれた焼成炉内にて10
00℃で焼成する操作を2回繰り返した。次いで窒素雰
囲気中に保たれた焼成炉内にて2600℃で緻密化樹脂
を使用しないで1回焼成を行い、更に窒素雰囲気中に保
たれた焼成炉内にてピッチを緻密化樹脂として1000
℃で1回焼成を行い緻密化後C/Cを得た。
The pitch of the C / C before densification is set to 10% in a firing furnace maintained in a nitrogen atmosphere by using a resin as a densification resin.
The operation of firing at 00 ° C. was repeated twice. Next, firing is performed once at 2600 ° C. in a firing furnace maintained in a nitrogen atmosphere without using a densifying resin, and further, in a firing furnace maintained in a nitrogen atmosphere, the pitch is set to 1000 as a densifying resin.
Calcination was performed once at ℃ to obtain C / C after densification.

【0060】本緻密化後C/Cを更に焼成温度2600
℃で且つ発生ガス濃度を3g/m3に保つように窒素ガ
スを導入して最後の焼成を行った。この場合の窒素ガス
導入の量は200L/minであった。得られたC/C
の基本特性を下記の表1に示す。
After the densification, the C / C is further subjected to a firing temperature of 2600.
The final baking was performed by introducing nitrogen gas so as to maintain the gas concentration at 3 ° C. and 3 g / m 3 . In this case, the amount of nitrogen gas introduced was 200 L / min. C / C obtained
Are shown in Table 1 below.

【0061】本実施例1のC/Cの嵩密度は1.81g
/cm3 であり、JIS−K7074に準拠した3点曲
げ強度は569MPa、体積抵抗率は繊維方向で9×1
-6Ωmであり、繊維と直角方向で58×10-6Ωmで
あった。また、本C/Cの滴下法による接触角は110
度であった。
The bulk density of C / C in Example 1 was 1.81 g.
/ Cm 3 , the three-point bending strength according to JIS-K7074 is 569 MPa, and the volume resistivity is 9 × 1 in the fiber direction.
0 -6 Ωm, and 58 × 10 -6 Ωm in the direction perpendicular to the fiber. The contact angle of the C / C by the dropping method was 110.
Degree.

【0062】〔実施例2〕前記実施例1で焼成炉中の発
生ガス濃度を0.5g/m3 に保つように窒素ガスを導
入したことを除いて前記実施例1で実施したのと同様に
してC/Cを製作した。
[Example 2] As in Example 1, except that nitrogen gas was introduced so as to maintain the generated gas concentration in the firing furnace at 0.5 g / m 3. And C / C was produced.

【0063】得られたC/Cの基本特性を下記の表1に
示す。
The basic characteristics of the obtained C / C are shown in Table 1 below.

【0064】本実施例2のC/Cの嵩密度は1.82g
/cm3 であり、曲げ強度は572MPa、体積抵抗率
は繊維方向で8×10-6Ωmであり、繊維と直角方向で
57×10-6Ωmであった。また、本C/Cの滴下法に
よる接触角は113度であった。
The bulk density of C / C in Example 2 was 1.82 g.
/ Cm 3 , the flexural strength was 572 MPa, and the volume resistivity was 8 × 10 −6 Ωm in the fiber direction and 57 × 10 −6 Ωm in the direction perpendicular to the fiber. The contact angle of the C / C by the dropping method was 113 degrees.

【0065】〔比較例1〕前記実施例1で最終の焼成温
度を1000℃とし、且つ発生ガス濃度を10g/m3
に保つように窒素ガスを導入したことを除いて前記実施
例1で実施したのと同様にしてC/Cを製作した。
[Comparative Example 1] In Example 1, the final firing temperature was 1000 ° C and the generated gas concentration was 10 g / m 3.
C / C was manufactured in the same manner as in Example 1 except that nitrogen gas was introduced so as to maintain the temperature.

【0066】得られたC/Cの基本特性を下記の表1に
示す。
Table 1 below shows the basic characteristics of the obtained C / C.

【0067】比較例1のC/Cの嵩密度は1.82g/
cm3 であり、曲げ強度は589MPa、体積抵抗率は
繊維方向で30×10-6Ωmであり、繊維と直角方向で
100×10-6Ωmであった。また、比較例1のC/C
の滴下法による接触角は98度であった。
The bulk density of C / C in Comparative Example 1 was 1.82 g /
cm 3 , bending strength was 589 MPa, and volume resistivity was 30 × 10 −6 Ωm in the fiber direction and 100 × 10 −6 Ωm in the direction perpendicular to the fiber. In addition, C / C of Comparative Example 1
Was 98 degrees by a dropping method.

【0068】〔比較例2〕前記実施例1で最終の焼成温
度を1000℃に変更したことを除いて前記実施例1で
実施したのと同様にしてC/Cを製作した。
Comparative Example 2 A C / C was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the final firing temperature was changed to 1000 ° C. in Example 1.

【0069】得られたC/Cの基本特性を下記の表1に
示す。
Table 1 below shows the basic characteristics of the obtained C / C.

【0070】比較例2のC/Cの嵩密度は1.83g/
cm3 であり、曲げ強度は595MPa、体積抵抗率は
繊維方向で28×10-6Ωmであり、繊維と直角方向で
97×10-6Ωmであった。また、比較例2のC/Cの
滴下法による接触角は101度であった。
The bulk density of C / C in Comparative Example 2 was 1.83 g /
cm 3 , the bending strength was 595 MPa, and the volume resistivity was 28 × 10 −6 Ωm in the fiber direction and 97 × 10 −6 Ωm in the direction perpendicular to the fiber. The contact angle of the C / C dropping method of Comparative Example 2 was 101 degrees.

【0071】〔比較例3〕前記実施例1で最終の焼成工
程の且つ発生ガス濃度を10g/m3 に保つように窒素
ガスを導入したことを除いて前記実施例1で実施したの
と同様にしてC/Cを製作した。
Comparative Example 3 The same as in Example 1 except that nitrogen gas was introduced in the final baking step in Example 1 so as to maintain the generated gas concentration at 10 g / m 3. And C / C was produced.

【0072】得られたC/Cの基本特性を下記の表1に
示す。
Table 1 below shows the basic characteristics of the obtained C / C.

【0073】比較例3のC/Cの嵩密度は1.80g/
cm3 であり、曲げ強度は559MPa、体積抵抗率は
繊維方向で12×10-6Ωmであり、繊維と直角方向で
70×10-6Ωmであった。また、比較例3のC/Cの
滴下法による接触角は102度であった。
The bulk density of C / C in Comparative Example 3 was 1.80 g /
cm 3 , bending strength was 559 MPa, and volume resistivity was 12 × 10 −6 Ωm in the fiber direction and 70 × 10 −6 Ωm in the direction perpendicular to the fiber. Further, the contact angle of the C / C dropping method of Comparative Example 3 was 102 degrees.

【0074】[0074]

【表1】 [Table 1]

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明の撥水性炭素質電極材料は、ポリ
四弗化エチレン等の撥水性材料を混入することなく、撥
水性がポリ四弗化エチレン以上であり、しかも優れた機
械的強度や高温特性および導電性を発現することができ
る。したがって、燃料電池の電極、および電気メス先端
の電極材等の各種電極として有用である。
The water-repellent carbonaceous electrode material of the present invention has a water repellency higher than that of polytetrafluoroethylene without mixing a water-repellent material such as polytetrafluoroethylene, and has excellent mechanical strength. And high-temperature characteristics and conductivity. Therefore, it is useful as an electrode of a fuel cell and various electrodes such as an electrode material at the tip of an electric knife.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水との接触角が108度以上の炭素繊維
強化炭素複合材料からなる撥水性炭素質電極材料。
1. A water-repellent carbonaceous electrode material comprising a carbon fiber reinforced carbon composite material having a contact angle with water of at least 108 degrees.
【請求項2】 水との接触角が110度以上の炭素繊維
強化炭素複合材料からなる請求項1記載の撥水性炭素質
電極材料。
2. The water-repellent carbonaceous electrode material according to claim 1, comprising a carbon fiber reinforced carbon composite material having a contact angle with water of 110 degrees or more.
【請求項3】 炭素繊維が連続繊維であって、一方向又
は二方向に配向している請求項1乃至2記載の撥水性炭
素質電極材料。
3. The water-repellent carbonaceous electrode material according to claim 1, wherein the carbon fibers are continuous fibers and are oriented in one direction or two directions.
【請求項4】 炭素繊維にレジンチャー法にて炭素マト
リックスを形成し、最終の焼成工程において、少なくと
も2000〜2800℃の熱履歴を受け、且つ該焼成工
程における炉内の発生ガス濃度が5g/m3 以下になる
ように不活性ガスを導入し置換することを特徴とする撥
水性炭素質電極材料の製造方法。
4. A carbon matrix is formed on a carbon fiber by a resin-charging method, receives a heat history of at least 2000 to 2800 ° C. in a final firing step, and generates a gas having a concentration of 5 g / g in the furnace in the firing step. A method for producing a water-repellent carbonaceous electrode material, which comprises introducing and replacing an inert gas so as to have an m 3 or less.
【請求項5】 前記焼成工程における炉内の発生ガス濃
度が1g/m3 以下になるように不活性ガスを導入し置
換することを特徴とする請求項4記載の撥水性炭素質電
極材料の製造方法。
5. The water-repellent carbonaceous electrode material according to claim 4, wherein an inert gas is introduced and replaced so that a generated gas concentration in the furnace in the firing step becomes 1 g / m 3 or less. Production method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005538017A (en) * 2002-08-27 2005-12-15 ユーカー、カーボン、カンパニー、インコーポレーテッド Carbon electrode manufacturing method
EP1701399A1 (en) * 2005-03-10 2006-09-13 Japan Gore-Tex, Inc. Fuel cell humidity adjusting film

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