JP5593672B2 - Manufacturing method of long carbon fiber sheet, long carbon fiber sheet precursor and long carbon fiber sheet - Google Patents
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Description
本発明は、複数の炭素繊維シート前駆体又は炭素繊維シートが繋ぎ合わされている長尺炭素繊維シートの製造方法と、その長尺炭素繊維シート前駆体又は長尺炭素繊維シートとに関する。 The present invention relates to a method for producing a long carbon fiber sheet in which a plurality of carbon fiber sheet precursors or carbon fiber sheets are joined together, and the long carbon fiber sheet precursor or the long carbon fiber sheet.
炭素繊維は耐熱性に優れていることから、断熱材、耐熱保護材として利用されており、また、電気伝導性を有していることから、燃料電池等の電極材や通電材料としての応用開発も進められている。 Since carbon fiber is excellent in heat resistance, it is used as a heat insulating material and heat-resistant protective material, and because it has electrical conductivity, it is applied and developed as an electrode material and current-carrying material for fuel cells. Is also underway.
炭素繊維は、一般に、織物状、不織布状、ペーパー状等の炭素繊維シートに加工された状態で使用されている。炭素繊維シートは、炭素繊維シート前駆体を炭素化することで製造される。この炭素繊維シートを上記のような用途に利用するにあたり、再度150〜400℃程度の熱処理を施す場合がある。その再度の熱処理を連続して行うために、炭素繊維シートを長尺化する要望がある。例えば、特開2004−176233号公報(特許文献1)には、複数枚の炭素繊維シートの端部同士を重ね合わせ、所定の物性を有するポリアクリロニトリル系酸化繊維よりなる紡績糸やフィラメント束をもって端部側同士を繋ぎ合わせることで、炭素繊維シートを長尺化する方法が記載されている。具体的には、織物状の炭素繊維シートの端部同士を針を用いて縫い繋ぐ方法が記載されている。縫う方向を重ね合わせ部の表側と裏側で異ならせており、表側からは炭素繊維シートの長さ方向に対して斜め方向に所定の角度αで1回、裏側からは炭素繊維シートの長さ方向に平行に所定の長さで1回縫い、これを1セットとする。 Carbon fiber is generally used in a state of being processed into a carbon fiber sheet such as a woven fabric, a nonwoven fabric, or a paper. A carbon fiber sheet is manufactured by carbonizing a carbon fiber sheet precursor. In using this carbon fiber sheet for the above-mentioned uses, heat treatment at about 150 to 400 ° C. may be performed again. In order to continuously perform the heat treatment again, there is a desire to lengthen the carbon fiber sheet. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-176233 (Patent Document 1) discloses a technique in which end portions of a plurality of carbon fiber sheets are overlapped and end with a spun yarn or filament bundle made of polyacrylonitrile-based oxidized fiber having predetermined properties. The method of lengthening a carbon fiber sheet by connecting the part sides together is described. Specifically, a method is described in which the ends of a woven carbon fiber sheet are sewn together using a needle. The stitching direction is different between the front side and the back side of the overlapped portion. From the front side, the length direction of the carbon fiber sheet from the back side is once at a predetermined angle α in an oblique direction with respect to the length direction of the carbon fiber sheet. Is sewn once at a predetermined length in parallel with this, and this is taken as one set.
また、産業分野によっては大型の炭素質材料を製造することについての要望もある。例えば、特開昭61−155260号公報(特許文献2)には、炭素骨材(炭素繊維を含む)とフェノール樹脂等のバインダーとからなり、成形された炭素質材の端部同士を付け合わせ状態で、フェノール樹脂と炭素粒子からなる接着剤及び黒鉛シートを介して接合したのち、焼成して全体がカーボンとして一体化している大型の炭素質材料及び製造方法が記載されている。 There are also demands for manufacturing large-scale carbonaceous materials depending on the industrial field. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-155260 (Patent Document 2) includes a carbon aggregate (including carbon fiber) and a binder such as a phenol resin, and the ends of the formed carbonaceous material are bonded together. Thus, there is described a large-sized carbonaceous material and a production method in which, after bonding through an adhesive composed of a phenol resin and carbon particles and a graphite sheet, the whole is integrated as carbon by firing.
更に、特開平5−301781号公報(特許文献3)には、炭素繊維シート化物などの炭素質又は炭素化可能な基材にフェノール樹脂などの炭素化可能な熱硬化樹脂を含浸させた炭素材用シート状接着材、或いは炭素質フィラーと炭素化可能な熱硬化樹脂とからなる炭素材用シート状接着材を用いて、炭素質材同士を接着した後、焼成して全体を炭素化させる炭素材の接着方法が記載されている。ここで、炭素質材として炭素繊維からなる織布や不織布などのシート状物にフェノール樹脂などをバインダーとして含浸させ、これを圧縮加熱成形した焼成前の炭素質成形材料(前駆体)が例示されている。 Further, JP-A-5-301781 (Patent Document 3) discloses a carbon material obtained by impregnating a carbonaceous material such as a carbon fiber sheet or a carbonizable base material with a carbonizable thermosetting resin such as a phenol resin. Sheet-like adhesive, or carbon-like sheet-like adhesive made of carbonaceous filler and carbonizable thermosetting resin, and then bonding the carbonaceous materials together, followed by firing to carbonize the whole A material bonding method is described. Here, as a carbonaceous material, a carbonaceous molding material (precursor) before firing in which a sheet material such as a woven fabric or a nonwoven fabric made of carbon fiber is impregnated with a phenol resin as a binder, and this is compression-heat-molded is exemplified. ing.
しかし、不織布状やペーパー状の炭素繊維シートは織物状のものに比べて脆く、針を用いて縫い繋ぐと、針を刺した箇所に亀裂が入ってしまう可能性が高く、その亀裂が進行して繋ぎ合わせ部が分断してしまうおそれがある。 However, non-woven fabric and paper-like carbon fiber sheets are more fragile than woven fabrics, and when stitched with a needle, there is a high possibility that the needle will puncture and the crack will progress. There is a risk that the connecting portion will be broken.
一方、炭素繊維シートを製造する際には、炭素繊維シート前駆体を所定の温度に設定した熱処理炉内に走行させて炭素化する。しかし、炭素繊維シート前駆体はエンドレスではないため、炭素繊維シート前駆体ごとに熱処理炉の温度を一旦下げ、新たな炭素繊維シート前駆体を走行ラインに配置したあとで、再度熱処理炉の温度を上げる必要がある。熱処理炉の温度は非常に高温であることから、これらの工程には長時間が費やされてしまい、結果として熱処理炉の稼働効率を大きく低下させることになる。したがって、炭素繊維シート前駆体を長尺化する要望も多い。 On the other hand, when producing a carbon fiber sheet, the carbon fiber sheet precursor is carbonized by running in a heat treatment furnace set at a predetermined temperature. However, since the carbon fiber sheet precursor is not endless, the temperature of the heat treatment furnace is temporarily lowered for each carbon fiber sheet precursor, and after placing a new carbon fiber sheet precursor on the traveling line, the temperature of the heat treatment furnace is again set. It is necessary to raise. Since the temperature of the heat treatment furnace is very high, these processes take a long time, and as a result, the operation efficiency of the heat treatment furnace is greatly reduced. Therefore, there are many demands for lengthening the carbon fiber sheet precursor.
炭素繊維シート前駆体を長尺化する方法として、特許文献1に記載の方法に準じて、炭素繊維シート前駆体の端部同士を、針を用いて縫い繋いだ場合、不織布状やペーパー状の炭素繊維シートの場合と同様に、針を刺した箇所に亀裂が入ってしまう可能性が高く、その亀裂が進行して繋ぎ合わせ部が分断してしまうおそれがある。 As a method of lengthening the carbon fiber sheet precursor, according to the method described in Patent Document 1, when the ends of the carbon fiber sheet precursor are stitched together using a needle, a nonwoven fabric or paper shape is used. As in the case of the carbon fiber sheet, there is a high possibility that a crack will occur at the location where the needle is stabbed, and there is a possibility that the joining portion will be broken by the progress of the crack.
また、炭素繊維シート前駆体を長尺化する別な方法として、特許文献2に記載の方法に準じて、炭素繊維シート前駆体の端面同士を突き合わせるようにして、可撓性黒鉛シートを介して接着剤で接合する方法を採用した場合、炭素繊維シート前駆体に少なくとも20mm程度の厚みが必要であり、10mm以下の薄物シートを接続する場合には適さないおそれがあり、且つ黒鉛シートを接合面に介在させているためコスト高に繋がりかねない。 Further, as another method for lengthening the carbon fiber sheet precursor, in accordance with the method described in Patent Document 2, the end faces of the carbon fiber sheet precursor are abutted with each other through a flexible graphite sheet. When the method of joining with an adhesive is employed, the carbon fiber sheet precursor needs to have a thickness of at least about 20 mm, and may not be suitable for connecting a thin sheet of 10 mm or less, and the graphite sheet is joined. Since it is interposed on the surface, it may lead to high costs.
更に別の接着方法として、特許文献3に炭素繊維シート前駆体の間に各種の有機繊維によるペーパー、シート、不織布などの基材に炭素化可能な熱硬化性樹脂を含浸させたシート状接着材を挟んで加熱硬化させたのち、高温で焼成炭化して接合する方法が記載されている。しかし、いずれも所定の形状を有する炭素繊維シート前駆体の全面を同様の形状をもつシート状接着材を介して全面接着したのち焼成炭化するものであって、バッチ式の炭化接合を開示するに止まり、炭素繊維シート前駆体とその間に介装される同形・同寸法のシート状接着材を積層するにあたって取り扱い難く、極めて製造効率に劣るものであった。つまり、短尺の炭素繊維シートの端部同士を繋ぎ合わせて長尺の炭素繊維シートを効率的に製造する点に関して全く着目していないばかりでなく、その連続焼成による低コスト化についても当然に記載がない。
Furthermore, as another bonding method,
そこで、本発明は、不織布状やペーパー状の長尺の炭素繊維シート前駆体又は炭素繊維シートと、それらの炭素繊維シート前駆体又は炭素繊維シートを低コストで効率的に製造できる生産性に優れた製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is excellent in productivity capable of efficiently producing a long carbon fiber sheet precursor or carbon fiber sheet in a nonwoven fabric or paper shape, and the carbon fiber sheet precursor or carbon fiber sheet at low cost. It aims to provide a manufacturing method.
かかる課題は、本発明の以下の構成を備えた長尺の炭素繊維シートの製造方法、長尺の炭素繊維シート前駆体及び炭素繊維シートをもって解決される。
本発明の長尺の炭素繊維シートの製造方法の基本構成は、繋ぎ合わせようとする第一の炭素繊維シート前駆体の終端部又は第二の炭素繊維シート前駆体の始端部に、フェノール樹脂を含浸してなる炭素繊維前駆体からなる二以上のシート状接着材を順次仮留めする工程と、第一の炭素繊維シート前駆体の終端部と第二の炭素繊維シート前駆体の始端部とを重ねる工程と、その重なり部を熱プレス装置で接着し、繋ぎ合わせる工程と、前記繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体を連続的に炭素化する工程とを含んでいることを特徴としている。好ましい態様によれば、前記第二の炭素繊維シート前駆体の始端部に、フェノール樹脂を含浸してなる炭素繊維前駆体からなる前記二以上のシート状接着材を順次仮留めする工程において、別ラインで予め第二の炭素繊維シート前駆体の始端部に、二以上のシート状接着材をシート長手方向に対して不連続に順次仮留めしておく。この仮留めは各シート状接着材の一部においてなされることが好ましい。
Such a problem is solved by a method for producing a long carbon fiber sheet having the following configuration of the present invention, a long carbon fiber sheet precursor, and a carbon fiber sheet.
The basic structure of the manufacturing method of the long carbon fiber sheet of the present invention is that a phenol resin is added to the terminal end of the first carbon fiber sheet precursor or the start end of the second carbon fiber sheet precursor to be joined. A step of temporarily fixing two or more sheet-like adhesives composed of impregnated carbon fiber precursors, and a terminal portion of the first carbon fiber sheet precursor and a starting end portion of the second carbon fiber sheet precursor. It includes a step of overlapping, a step of adhering and joining the overlapped portions with a hot press device, and a step of continuously carbonizing the joined long carbon fiber sheet precursor. . According to a preferred embodiment, the starting end of the second carbon fiber sheet precursor, in the step of sequentially temporarily fixed to the two or more sheet-like adhesive comprising a carbon fiber precursor obtained by impregnating a phenolic resin, another Two or more sheet-like adhesives are temporarily fixed in advance in a discontinuous manner in the longitudinal direction of the second carbon fiber sheet precursor in a line. This temporary fixing is preferably performed in a part of each sheet-like adhesive.
更に好ましくは、前記第一の炭素繊維シート前駆体の終端部と前記第二の炭素繊維シート前駆体の始端部とを重ねる工程から炭素化するまでの工程を同一ライン上で行うとよい。また、前記連続的に炭素化する工程において、長尺の前記炭素繊維シート前駆体の走行を止めずに、前記第一の炭素繊維シート前駆体の終端部と前記第二の炭素繊維シート前駆体の始端部とを順次重ねて接着するようにするとよい。 More preferably, it is good to perform the process from the process of superimposing the terminal part of said 1st carbon fiber sheet precursor, and the start part of said 2nd carbon fiber sheet precursor to carbonization on the same line. Further, in the continuous carbonization step, without stopping the running of the long carbon fiber sheet precursor, the terminal portion of the first carbon fiber sheet precursor and the second carbon fiber sheet precursor It is preferable that the first end portion of the two layers are sequentially stacked and bonded.
本発明に係る長尺の炭素繊維シート前駆体の基本構成は、第一の炭素繊維シート前駆体の終端部と、第二の炭素繊維シート前駆体の始端部とが重なっており、その重なり部が炭素繊維前駆体にフェノール樹脂を含浸してなるシート状接着材層を介して繋ぎ合わされてなる長尺炭素繊維シート前駆体であって、前記接着材層がシート長手方向に不連続に配されていることを特徴としている。 The basic configuration of the long carbon fiber sheet precursor according to the present invention is such that the terminal portion of the first carbon fiber sheet precursor and the starting end portion of the second carbon fiber sheet precursor are overlapped, and the overlapping portion. Is a long carbon fiber sheet precursor formed by joining a carbon fiber precursor via a sheet-like adhesive layer impregnated with a phenol resin, and the adhesive layer is disposed discontinuously in the sheet longitudinal direction. It is characterized by having.
また、本発明に係る長尺の炭素繊維シートの基本構成は、第一の炭素繊維シート前駆体が炭素化された第一の炭素繊維シートの終端部と、第二の炭素繊維シート前駆体が炭素化された第二の炭素繊維シートの始端部とが重なっており、その重なり部が前記シート状接着材を炭素化してなる炭化物接着層を介して繋ぎ合わされた長尺炭素繊維シートであって、前記炭化物接着層がシート長手方向に不連続に配されてなることを特徴としている。 In addition, the basic configuration of the long carbon fiber sheet according to the present invention is that the first carbon fiber sheet precursor is carbonized with the terminal portion of the first carbon fiber sheet, and the second carbon fiber sheet precursor is The carbonized second carbon fiber sheet overlaps with the start end portion, and the overlapping portion is a long carbon fiber sheet joined together via a carbide adhesive layer formed by carbonizing the sheet-like adhesive. The carbide adhesive layer is discontinuously disposed in the longitudinal direction of the sheet.
本発明に係る上記製造方法によれば、不織布状やペーパー状の薄手の材質であっても高品質の長尺炭素繊維シートを安定した工程通過性をもって効率的に連続製造することができる。 According to the production method of the present invention, a high-quality long carbon fiber sheet can be efficiently and continuously produced with stable processability even if it is a non-woven fabric or paper-like thin material.
以下、図面を参照して本発明の代表的な実施の形態である炭素繊維シート前駆体/炭素繊維シートとそれらの製造方法を具体的に説明する。
まず、本発明の長尺の炭素繊維シート前駆体及び長尺の炭素繊維シートについて述べる。
Hereinafter, a carbon fiber sheet precursor / carbon fiber sheet, which is a typical embodiment of the present invention, and a production method thereof will be specifically described with reference to the drawings.
First, the long carbon fiber sheet precursor and the long carbon fiber sheet of the present invention will be described.
<炭素繊維シート前駆体/炭素繊維シート>
図1〜図5は、本発明に係る長尺の炭素繊維シート前駆体16又は炭素繊維シート17の一実施形態を示す上面図である。なお、本願明細書に添付された図面中の符号において、括弧( )を付した符号は炭素化された後の構成材を示している。
前記長尺の炭素繊維シート前駆体16又は炭素繊維シート17は、繋ぎ合わせようとする短尺の第一の炭素繊維シート前駆体11又は第一の炭素繊維シート14の終端部と、第二の炭素繊維シート前駆体12又は第二の炭素繊維シート15の始端部とが互いに揃えられた状態で重ねられて、両シート端部同士が長さ方向に真っ直ぐに繋ぎ合わされている。ここで、本明細書において炭素繊維シート前駆体とは、シートの構成材料である、炭素化される前又は炭素化された繊維、炭素化される以前のバインダー樹脂やマトリックス樹脂などからなるシート状体を言い、炭素繊維シートとは、シート構成材料の全てが炭素化された後のシートを言う。また、炭素繊維シート前駆体における繊維材料は、通常は炭素化される前の繊維を言うが、本発明では繊維自体が予め炭素化されている場合をも含んでいる。なお、本発明における前駆体樹脂とは繊維間を結着するための樹脂であって、炭素化される前のものを言う。
<Carbon fiber sheet precursor / carbon fiber sheet>
1-5 is a top view which shows one Embodiment of the elongate carbon
The long carbon
上記シート端部同士の重なり部20は、短尺の第一の炭素繊維シート前駆体11又は第一の炭素繊維シート14の終端部と、第二の炭素繊維シート12又は第二の炭素繊維シート15の始端部とが互いに、炭素繊維前駆体にフェノール樹脂を含浸してなるシート状接着材13、又は前記シート状接着材13を炭素化してなる炭化物接着層13aを介して繋ぎ合わされ、長尺の炭素繊維シート前駆体16又は長尺の炭素繊維シート17を構成する。ここで、図示例にあっては前記シート状接着材13又は前記炭化物接着層13aがシート長手方向に対して不連続に配されることが好ましい。
The overlapping
短尺の第一又は第二の炭素繊維シート前駆体11,12は、炭素化される前の炭素繊維を含むシートであり、該シートは織物状、不織布状、ペーパー状のいずれでもよい。シートの長さ、厚さ及び目付は、使用目的に応じて適宜設定できるが、例えば、長さは50〜1500m、厚さは0.1〜10mm、目付は10〜200g/m2 が好ましい。
The short first or second carbon
短尺の第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12、或いは長尺の炭素繊維シート前駆体16及び炭素繊維シート17に含まれる炭素化可能な繊維又は炭素化された繊維(以下、単に炭素繊維と言う。)の種類としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維等を挙げることができる。得られた炭素繊維シート17の曲げ強度及び引張強度が高くなることから、PAN系炭素繊維又はピッチ系炭素繊維を用いることが好ましく、PAN系炭素繊維を用いることがより好ましい。炭素繊維は平均直径4〜10μmの短繊維であることが好ましい。
Carbonized fiber or carbonized fiber (hereinafter simply referred to as carbonized fiber or carbonized fiber contained in the short first and second carbon
長尺の炭素繊維シート17は、炭素繊維が炭素により結着されている炭素繊維シートである。このような炭素繊維シート17は、炭素繊維材料と炭素前駆体樹脂とを含んでなる繋ぎ合わされた第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を連続的に炭素化することで得ることができる。
The long
第一の炭素繊維シート前駆体11又は炭素繊維シート14の終端部と、第二の炭素繊維シート前駆体12又は炭素繊維シート15の始端部とが重なり合った重なり部20の長さLは、図1に示すように、短尺の第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12又は第一及び第二の炭素繊維シート14,15を前記シート状接着材13によって接続することが可能な範囲で適宜設定できるが、100〜1500mmが好ましく、200〜1000mmがより好ましい。
The length L of the overlapping
繋ぎ合わせようとする第一の炭素繊維シート前駆体11又は炭素繊維シート14の終端部と、第二の炭素繊維シート前駆体12又は炭素繊維シート15の始端部との重なり部20には、シート長手方向に対して前記シート状接着材13を不連続に存在させることで、ロール等で屈曲されても接続部が剥離し難く、品質の良い長尺の炭素繊維シートを連続して製造することが可能となる。
The overlapping
前記シート状接着材13としては、その後に行う工程を考慮して適宜選択できる。例えば、レゾール系、ノボラック系または、レゾールとノボラックのブレンドしたものを用いることができる。なお、本発明においては第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部と第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部との重なり部20が炭素化工程を外れずに無難に通過すればよいため、残炭率の高い熱硬化樹脂であることが好ましく、特にフェノール樹脂がよい。
また、シート状接着材13のシート材についても適宜選択できる。例えば、織物状、不織布状、ペーパー状を用いることができ、その厚さは0.1〜5mm、目付は10〜100g/m2 が好ましい。
The sheet-
Further, the sheet material of the sheet-
更に本実施形態にあっては、第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11及び12を前記シート状接着材13で接続した重なり部20を、炭素化工程にて連続焼成する際に、ロール等で屈曲された場合に重なり部20での剥離発生を抑制し且つ、柔軟性をもたせるため、例えば図1〜図2に示すように、シート長手方向に対して不連続に前記シート状接着材13又は炭化物接着層13aが形成されているとよい。
Furthermore, in this embodiment, when the overlapping
また、図6に示すように、シート長手方向の長さLを有する重なり部20における前記シート状接着材13の各々のシート状接着材13のシート長手方向の長さをL1としたとき、L1は10mm〜700mmが好ましく、20mm〜500mmがより好ましい。この重なり部20における各々のシート状接着材13の配置数は2〜30箇所であることが好ましい。また、このときの重なり部20における各シート状接着材13間の間隙L2は、5mm〜1000mmであることが好ましく、10mm〜500mmがより好ましい。更に、このときの重なり部20における第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11及び12のシート状接着材13が存在しない最端縁にシート状接着材不存在領域を設けるとよい。このときのシート状接着材不存在領域のシート長手方向の長さL3は、0mm〜50mmであることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 6, when the length in the sheet longitudinal direction of each sheet-
また、前記重なり部20における各シート状接着材13は、図1及び図2に示すようにシート幅方向に1本に連続している必要はなく、例えば図3及び図4に示すように、2〜5箇所に分割されてもよい。また、このときのシート幅方向の長さや分割数も必ずしも一律である必要はない。
In addition, the sheet-
更に図5に示すように、第一の炭素繊維シート前駆体11又は炭素繊維シート14の終端部と、第二の炭素繊維シート前駆体12又は炭素繊維シート15の始端部の少なくとも一方における2つの角部をシート幅方向の長さL4、シート長さ方向の長さL5の三角形状に切り落とすことが好ましい。特に、炭素繊維シート前駆体における側端部の反りはその角部においてより発生しやすいので、その角部を切り落とすことによって、反りによる影響を低減することができる。その角部を切り落とすことで炉内等で角部が引掛かり難くなることから、前記重なり部20の中央付近のみをフェノール樹脂と炭素材からなるシート状接着材13で接続してもよい。
Further, as shown in FIG. 5, two of the terminal portions of the first carbon
本発明の炭素繊維シート17は、断熱材、耐熱保護材、燃料電池等の電極材、通電材等の各種用途に好適である。
以下に、本発明に係る炭素繊維シート前駆体/炭素繊維シートの製造方法について、図面を参照しながら、その代表的な実施形態を具体的に説明する。
The
Hereinafter, typical embodiments of the carbon fiber sheet precursor / carbon fiber sheet manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<炭素繊維シート前駆体/炭素繊維シートの製造方法>
本発明の炭素繊維シート17は、例えば、短尺である第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を製造した後に、それらを上述の構成となるように、炭素繊維前駆体にフェノール樹脂を含浸させたシート状接着材13で繋ぎ合わせ、その繋ぎ合わされた炭素繊維シート前駆体16を炭素化することによって製造することができる。この方法によれば、炭素化を行う熱処理炉の稼働効率を高めることができる。
<Carbon fiber sheet precursor / carbon fiber sheet manufacturing method>
The
なお、本発明にあって、長尺の炭素繊維シートを製造するには、前述のように第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を製造した後に、それらを上述の構成となるように、炭素繊維前駆体にフェノール樹脂を含浸させたシート状接着材13で繋ぎ合わせ、その繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体16を炭素化することによって製造する以外にも、例えばシートを構成する繊維材料を予め炭素化しておき、炭素前駆体樹脂を含浸させて第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を製造した後に、上述のシート状接着材13で繋ぎ合わせながら、比較的低温の前熱処理を順次行い、続く焼成炉にて炭素前駆体樹脂及びシート状接着材13を連続的に炭素化することもできる。
In addition, in this invention, in order to manufacture a long carbon fiber sheet, after manufacturing the 1st and 2nd carbon
以下、前者の方法について、図6〜図9を参照して説明する。
第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12は、極めて高温で炭素化することにより炭素繊維シートとなるものであり、織物状、不織布状、ペーパー状のいずれでもよい。第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12の長さ、厚さ及び目付は、製造される炭素繊維シート17の使用目的に応じて適宜設定できるが、例えば、長さは50〜1500m、厚さは0.1〜10mm、目付は10〜200g/m2 であることが好ましい。
Hereinafter, the former method will be described with reference to FIGS.
The first and second carbon
第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12としては、例えば、炭素化する以前の繊維と炭素前駆体樹脂とを含んでなる炭素繊維シート前駆体が挙げられる。この炭素繊維シート前駆体を炭素化することで、炭素繊維が炭素により結着されて炭素繊維シートとなる。
Examples of the first and second carbon
炭素繊維材料の種類としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維等を用いることができる。得られた炭素繊維シートの曲げ強度及び引張強度が高くなることから、PAN系炭素繊維又はピッチ系炭素繊維を用いることが好ましく、PAN系炭素繊維を用いることがより好ましい。炭素繊維は平均直径4〜10μmの短繊維であることが好ましい。 As a kind of carbon fiber material, polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, rayon-based carbon fiber, phenol-based carbon fiber, or the like can be used. Since the bending strength and tensile strength of the obtained carbon fiber sheet are increased, it is preferable to use a PAN-based carbon fiber or a pitch-based carbon fiber, and it is more preferable to use a PAN-based carbon fiber. The carbon fiber is preferably a short fiber having an average diameter of 4 to 10 μm.
炭素前駆体樹脂は、炭素繊維間を結着する目的で使用されるものであり、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ピッチ、澱粉等を用いることができる。このうち、フェノール樹脂やピッチは、炭素化のための熱処理により炭化物となり、炭素繊維シート中の炭素繊維間を結着する機能を発揮する。また、澱粉やPVAは、炭素繊維シート前駆体を得る上での通過性を高める機能を発揮する。 The carbon precursor resin is used for the purpose of binding between carbon fibers. For example, a thermoplastic resin such as polyvinyl alcohol (PVA), a thermosetting resin such as a phenol resin, pitch, starch, or the like is used. be able to. Among these, phenol resin and pitch become carbide by heat treatment for carbonization, and exhibit a function of binding between carbon fibers in the carbon fiber sheet. Moreover, starch and PVA exhibit the function which improves the passage property in obtaining a carbon fiber sheet precursor.
炭素繊維と炭素前駆体樹脂とを含んでなる炭素繊維シート前駆体の場合、炭素繊維の含有比率は10〜90質量%が好ましく、20〜60質量%がより好ましく、30〜50質量%がさらに好ましい。炭素繊維の含有比率が10質量%を下回ると、得られる炭素繊維シートの引張強さが低下したり、脆く折れやすくなる傾向がある。また、炭素繊維の含有比率が90wt%を超えると、得られる炭素繊維シートが嵩高になり、引張強度や圧縮強度が低下する傾向があり、例えば燃料電池の電極用としても適さない場合がある。 In the case of a carbon fiber sheet precursor comprising carbon fiber and a carbon precursor resin, the content ratio of the carbon fiber is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 60% by mass, and further 30 to 50% by mass. preferable. When the content ratio of the carbon fiber is less than 10% by mass, the tensile strength of the obtained carbon fiber sheet tends to be reduced or the carbon fiber sheet tends to be brittle and easily broken. On the other hand, if the carbon fiber content exceeds 90 wt%, the resulting carbon fiber sheet tends to be bulky, and the tensile strength and compressive strength tend to decrease. For example, it may not be suitable for use in fuel cell electrodes.
炭素繊維と炭素前駆体樹脂とを含んでなる炭素繊維シート前駆体には、炭素繊維及び炭素前駆体樹脂以外に、炭素粉末、金属粉末、無機粉末、金属繊維、無機繊維等を含んでもよい。得られる炭素繊維シートを燃料電池電極基材として用いる場合には、導電性向上、不純物低減のために、炭素粉末を含んでいることが好ましい。 The carbon fiber sheet precursor comprising carbon fiber and carbon precursor resin may contain carbon powder, metal powder, inorganic powder, metal fiber, inorganic fiber, etc. in addition to carbon fiber and carbon precursor resin. When the obtained carbon fiber sheet is used as a fuel cell electrode base material, it is preferable to contain carbon powder in order to improve conductivity and reduce impurities.
炭素繊維シート前駆体を作製する方法としては、液体の媒体中に炭素繊維を分散させて抄造する湿式法や、空気中に炭素繊維を分散させて降り積もらせる乾式法などの抄紙方法が適用できるが、中でも湿式法が好ましい。炭素繊維が単繊維に分散するのを助け、分散した単繊維が再び収束を防止するのを防ぐためにも、適切な量の炭素前駆体樹脂と共に湿式抄紙することが好ましい。 As a method for producing the carbon fiber sheet precursor, a paper making method such as a wet method in which carbon fiber is dispersed in a liquid medium for paper making or a dry method in which carbon fiber is dispersed in air to be deposited can be applied. Of these, the wet method is preferred. In order to help the carbon fibers disperse into the single fibers and to prevent the dispersed single fibers from converging again, it is preferred to wet paper with an appropriate amount of carbon precursor resin.
炭素繊維と炭素前駆体樹脂とを混合する方法としては、水中で攪拌分散させる方法と、直接混ぜ込む方法があるが、均一に分散させるためには水中で攪拌分散させる方法が好ましい。このように炭素繊維に炭素前駆体樹脂を混ぜることにより、炭素繊維シート前駆体の強度を保持し、その製造途中で炭素繊維シート前駆体から炭素繊維が剥離したり、炭素繊維の配向が変化したりするのを防止することができる。
炭素繊維シート前駆体の作製は、生産性及び機械的強度の観点からは、連続で行うことが好ましい。
As a method of mixing the carbon fiber and the carbon precursor resin, there are a method of stirring and dispersing in water and a method of directly mixing, but a method of stirring and dispersing in water is preferable for uniform dispersion. By mixing the carbon precursor resin with the carbon fiber in this way, the strength of the carbon fiber sheet precursor is maintained, and the carbon fiber is peeled off from the carbon fiber sheet precursor during the production, or the orientation of the carbon fiber is changed. Can be prevented.
The production of the carbon fiber sheet precursor is preferably performed continuously from the viewpoint of productivity and mechanical strength.
なお、後述するように、第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を複数段の温度で熱処理する場合、途中の段階まで熱処理をしたシートも本発明の炭素繊維シート前駆体に含まれるものとする。
As will be described later, when the first and second carbon
第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部と第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部とを重ねて形成した重なり部20のシート長手方向の長さLは、第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を前記シート状接着材13で繋ぎ合わせることが可能な範囲で適宜設定できるが、100〜1500mmが好ましく、200〜1000mmがより好ましい。
このとき、熱処理炉内での引っかかりを防止する観点から、先行する第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部が下側で、それに続く第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部が上側になるように重ねることが好ましい。
The length L in the sheet longitudinal direction of the overlapping
At this time, from the viewpoint of preventing catching in the heat treatment furnace, the leading end portion of the preceding first carbon
また、前記シート状接着材13は、第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部又は第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部のどちらか一方に配して、図6に示すように、シート長手方向に対して不連続になるように短冊状の各シート状接着材13の両端を両面テープ、ボンド又はのり等の仮留め材22にて外れない程度に仮留めすればよいが、作業効率の面から予め後続の第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部に仮留めしておく方が好ましい。
Further, the sheet-
なお、シート長手方向に対して前記シート状接着材13を不連続に存在させることで、熱処理工程(炭素化工程)においてロール等で屈曲されても接続部が剥離し難く、高品質の長尺の炭素繊維シート17を連続して製造することが可能となる。
In addition, by making the sheet-
本実施形態にあっては、図6〜図8に示すように、第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部と第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部とを重ね合わせ、熱プレス装置35を用いて第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12の端部同士を接続する。その際、炭素繊維シート前駆体の連続焼成工程を一旦停止して第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部と第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部とをシート状接着材13をもって接続してもよいが、歩留向上のため停止させずに行う方が好ましい。作業性の観点から焼成炉32と巻出し部34との間に連続熱プレス装置又はバッチプレス装置からなる熱プレス装置35を設置することが好ましい。
In this embodiment, as shown in FIGS. 6-8, the terminal part of the 1st carbon
なお、バッチプレス装置等を使用してバッチ式にプレスを行う場合は、図7に示すように、第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部を弛ませる。或いはアキュームレーター、ダンサーロール等を設置し、重なり部20の前記シート状接着材13の硬化時間を確保することが好ましい。
In addition, when performing a batch type press using a batch press apparatus etc., as shown in FIG. 7, the terminal part of the 1st carbon
また、バッチプレス装置を使用する場合、その上下対のプレス面35a,35bは平板でもよいが、図7に示すように、一方のプレス面35aを凸面、他方のプレス面35bを前記凸面に嵌まり込む凹面とすることによって、上記炭素繊維シート前駆体を接続する際にシート端部を揃え易いため好ましい。
When a batch press apparatus is used, the upper and lower press surfaces 35a and 35b may be flat plates. As shown in FIG. 7, one
熱プレス装置35の条件として、加熱温度は使用する樹脂によって異なるものの200〜300℃が好ましく、成型圧力に関しては、前記シート状接着材13が剥がれない程度に加圧されていればよいため0.5MPa〜10MPaの圧力で加圧することが好ましい。また、加熱加圧成型の時間については、30秒〜10分であることが好ましい。
As a condition of the
上記のようにして、第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を繋ぎ合わせた後、その繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体16を炭素化する。このときの炭素化は、繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体16を熱処理炉31,32内に走行させることで行うことができる。
After joining the 1st and 2nd carbon
繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体16の炭素化は、異なる複数段の温度で熱処理することにより行うことが好ましい。途中の段階まで熱処理がなされた第一及び第二の炭素繊維シート前駆体11,12を繋ぎ合わせたときの長尺の炭素繊維シート前駆体16の炭素化は、その後の熱処理を行えばよい。
Carbonization of the joined long carbon
炭素化処理として、炭素繊維シート前駆体を1000℃以上の温度で炭素化処理する。この炭素化処理により炭素前駆体樹脂が炭素化され、炭素繊維シートを得ることができる。炭素化処理の温度は1000〜3000℃が好ましく、1000〜2200℃がより好ましい。炭素化処理は不活性雰囲気下で行うことが好ましい。炭素化処理の時間は10分〜1時間であることが好ましい。
焼成炉32による炭素化処理前に、前熱処理炉において炭素繊維シート前駆体を300〜800℃の温度で前炭素化処理することもできる。前炭素化処理は不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
炭素化には、上述のように複数の温度で熱処理することが好ましいことから、炭素化を行うための前熱処理炉31及び焼成炉32は、異なる温度に設定可能な複数の領域を有することが好ましい。複数の領域は、1つの熱処理炉内に設置されていてもよいし、複数の熱処理炉を組み合わせてもよい。
As the carbonization treatment, the carbon fiber sheet precursor is carbonized at a temperature of 1000 ° C. or higher. By this carbonization treatment, the carbon precursor resin is carbonized, and a carbon fiber sheet can be obtained. The carbonization treatment temperature is preferably 1000 to 3000 ° C, and more preferably 1000 to 2200 ° C. The carbonization treatment is preferably performed in an inert atmosphere. The carbonization treatment time is preferably 10 minutes to 1 hour.
Prior to the carbonization treatment by the firing
Since it is preferable to perform heat treatment at a plurality of temperatures as described above for carbonization, the
炭素化炉内及び前炭素化炉内に、連続して走行する長尺の炭素繊維シート前駆体16を屈曲させるための図示せぬ屈曲部材が設けられていることが好ましい。こうすることで、得られる長尺の炭素繊維シート17にシワや凹凸が発生しにくくなる。
屈曲部材は、例えば、熱処理炉内の炉床、炉天井、又は炉床と炉天井との間に設けることができる。長尺の炭素繊維シート前駆体16の全幅に屈曲部材を接触させるため、炭素繊維シート前駆体16の進行方向と交差する方向に設けることが好ましい。かかる観点から、棒状の屈曲部材であることが好ましいが、板状の屈曲部材でもよい。なお、棒状とは、断面の長径と短径の比が4倍以内であることとする。棒状とすることで、屈曲部材の高さを低く、かつ炭素繊維シート前駆体との接触長を短くすることができ、炭素繊維シート前駆体の摩耗を防止することができる。屈曲部材の素材としては、安価で不活性雰囲気中においても化学的に安定な炭素製の材料を用いることが好ましい。
It is preferable that a bending member (not shown) for bending the long carbon
The bending member can be provided, for example, in the hearth in the heat treatment furnace, the hearth ceiling, or between the hearth and the hearth ceiling. In order to bring the bending member into contact with the entire width of the long carbon
接続前の炭素繊維シート前駆体は200℃以上300℃未満の温度で酸化処理することが好ましい。この酸化処理により、炭素繊維を炭素前駆体樹脂でより融着させることができるとともに、炭素前駆体樹脂の炭素化率を向上させることができる。酸化処理の温度は240〜270℃がより好ましい。酸化処理は大気雰囲気下で行うことが好ましい。酸化処理の時間は10分〜2時間が好ましく、10分〜90分がさらに好ましい。 The carbon fiber sheet precursor before connection is preferably oxidized at a temperature of 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C. By this oxidation treatment, the carbon fibers can be further fused with the carbon precursor resin, and the carbonization rate of the carbon precursor resin can be improved. The temperature of the oxidation treatment is more preferably 240 to 270 ° C. The oxidation treatment is preferably performed in an air atmosphere. The time for the oxidation treatment is preferably 10 minutes to 2 hours, more preferably 10 minutes to 90 minutes.
また、接続前の炭素繊維シート前駆体を300℃未満の温度で加熱加圧成型することが好ましい。こうすることで、炭素繊維を炭素前駆体樹脂をもって融着させ、得られる炭素繊維シートの厚みムラを低減できる。加熱加圧成型は、炭素繊維シート前駆体を均等に加熱加圧成型できる技術であればよく、例えば、上下両面から平滑な剛板にて熱プレスする方法でもよく、連続ベルトプレス装置を用いて行う方法でもよい。 Moreover, it is preferable to heat-press mold the carbon fiber sheet precursor before connection at a temperature of less than 300 ° C. By carrying out like this, carbon fiber can be fused with a carbon precursor resin, and the thickness nonuniformity of the carbon fiber sheet obtained can be reduced. The heat press molding may be any technique that can uniformly heat press mold the carbon fiber sheet precursor. For example, it may be a method of hot pressing with smooth rigid plates from both upper and lower surfaces, using a continuous belt press device. The method of performing may be used.
加熱温度は、効果的に表面を平滑にするために、300℃未満が好ましく、200〜270℃がより好ましい。成型圧力に関しては、炭素前駆体樹脂の比率が多い場合は、成型圧力が低くても炭素繊維シート前駆体の表面を平滑にすることが容易である。このとき必要以上にプレス圧を高くすることは、成型時に炭素繊維を破壊したり、得られる炭素繊維シートの組織が緻密になりすぎるなどの問題が生じる場合がある。したがって、0.02MPa〜10MPaの圧力で加圧することが好ましい。加熱加圧成型の時間は、30秒〜10分が好ましい。 In order to effectively smooth the surface, the heating temperature is preferably less than 300 ° C, more preferably 200 to 270 ° C. Regarding the molding pressure, when the ratio of the carbon precursor resin is large, it is easy to smooth the surface of the carbon fiber sheet precursor even if the molding pressure is low. If the press pressure is increased more than necessary at this time, there may be a problem that the carbon fiber is destroyed at the time of molding or the structure of the obtained carbon fiber sheet becomes too dense. Therefore, it is preferable to pressurize at a pressure of 0.02 MPa to 10 MPa. The heating and pressing time is preferably 30 seconds to 10 minutes.
剛板に挟んで又は連続ベルト装置をもって、炭素繊維シート前駆体の加熱加圧成型を行うときは、剛板やベルトに炭素前駆体樹脂などが付着しないように予め剥離剤を塗っておくか、炭素繊維シート前駆体と剛板やベルトとの間に離型紙を挟んで行うことが好ましい。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
When performing the heat and pressure molding of the carbon fiber sheet precursor between the rigid plates or with the continuous belt device, apply a release agent in advance so that the carbon precursor resin or the like does not adhere to the rigid plate or belt, It is preferable that the release paper is sandwiched between the carbon fiber sheet precursor and the rigid plate or belt.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
炭素短繊維として、平均繊維径が7μm、平均繊維長が3mmのポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製)と、平均繊維径が4μm、平均繊維長が3mmのPAN系炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製)を70:30(質量比)で混合した炭素化短繊維を用いた。バインダー繊維として、1.1dtex、カット長5mmのビニロン短繊維(ユニチカ株式会社製ユニチカビニロンF)と、ポリビニルアルコール(PVA)の短繊維(クラレ株式会社製VBP105−1カット長3mm)を用意した。
As short carbon fibers, polyacrylonitrile (PAN) carbon fibers (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) having an average fiber diameter of 7 μm and an average fiber length of 3 mm, and PAN carbon fibers having an average fiber diameter of 4 μm and an average fiber length of 3 mm Carbonized short fibers mixed with 70:30 (mass ratio) (Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) were used. As binder fibers, 1.1 dtex, 5 mm cut vinylon short fibers (Unitika Ltd. Unitika Vinylon F) and polyvinyl alcohol (PVA) short fibers (Kuraray VBP105-1
先ず、炭素化短繊維を湿式短網連続抄紙装置のスラリータンクで水中に均一に分散して単繊維に解繊し、十分に分散したところにPVA短繊維及びビニロン短繊維を炭素化短繊維100質量部に対して、それぞれ18質量部、32質量部となるように均一に分散し、これを通常の長網抄紙法を使って目付け20g/ m2 と、40g/ m2 で長さ500mの2種類の炭素繊維紙を得た。 First, carbonized short fibers are uniformly dispersed in water in a slurry tank of a wet short net continuous paper making apparatus to be defibrated into single fibers, and when sufficiently dispersed, the PVA short fibers and vinylon short fibers are carbonized short fibers 100. relative to the weight parts, 18 weight parts, respectively, 32 parts by mass so as to uniformly disperse, which the basis weight 20 g / m 2 using a conventional Fourdrinier papermaking method, length 500m at 40 g / m 2 Two types of carbon fiber paper were obtained.
次に、フェノール樹脂(DIC株式会社製フェノライトJ−325)を40質量%含むメタノール溶液が付着したローラーに炭素繊維紙を均一に片面ずつ接触させた後、連続的に熱風を吹きかけ乾燥して、目付けが32g/ m2 と、64g/ m2 の2種類の樹脂付着炭素繊維紙を得た。この樹脂付着炭素繊維紙を長網に接していた面が外側を向くようにそれぞれ2枚貼り合せた後、一対のエンドレスベルトを備えた連続式加熱プレス装置(ダブルベルトプレス装置:DBP)を用いて連続的に加熱し、表面が平滑化された、シート厚み0.17mmと0.30mmで、幅300mm、長さ450mの2種類の表面平滑化シートを得た。なお、このとき樹脂付着炭素繊維紙がベルトに貼り付かないように2枚の離型紙の間に挟んで通した。 Next, the carbon fiber paper was uniformly contacted one side at a time on a roller to which a methanol solution containing 40% by mass of phenol resin (Phenolite J-325 manufactured by DIC Corporation) was adhered, and then dried by spraying hot air continuously. Two types of resin-attached carbon fiber papers having a basis weight of 32 g / m 2 and 64 g / m 2 were obtained. Two sheets of this resin-attached carbon fiber paper were bonded together so that the surface in contact with the long mesh faced outward, and then a continuous heating press device (double belt press device: DBP) equipped with a pair of endless belts was used. Then, two types of surface smoothed sheets having a sheet thickness of 0.17 mm and 0.30 mm, a width of 300 mm, and a length of 450 m were obtained. At this time, the resin-attached carbon fiber paper was sandwiched between two release papers so as not to stick to the belt.
その後、得られた表面平滑化シートを、窒素ガス雰囲気とした、500℃の連続前熱処理炉中で5分間加熱して前熱処理を行い、フェノール樹脂の硬化及び前炭素化を行った。引き続き、得られた樹脂硬化シートを窒素ガス雰囲気中、2000℃の連続焼成炉において5分間加熱し、炭素化して、長さ400mの多孔質炭素繊維シート36を連続的に得て、外径6インチの円筒型紙管に巻き取った。この多孔質炭素繊維シート36は薄膜化されているが、平滑で取り扱いやすく、曲げ強度及びガス透過性に優れた電極基材となる。
Thereafter, the obtained surface smoothing sheet was heated for 5 minutes in a continuous preheat treatment furnace at 500 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to perform preheat treatment, thereby curing and precarbonizing the phenol resin. Subsequently, the obtained cured resin sheet was heated in a continuous baking furnace at 2000 ° C. for 5 minutes in a nitrogen gas atmosphere to be carbonized to continuously obtain a porous
本実施例にあっては、図6〜図9に示すように、巻出し部34のロール状炭素繊維シート前駆体33から第二の炭素繊維シート前駆体12が無くなる直前に、前熱処理炉31の入側ニップロール38で先行する第一の炭素繊維シート前駆体11をニップして、第一の炭素繊維シート前駆体12の終端部を巻出し部34から全て巻出す。
In this embodiment, as shown in FIGS. 6 to 9, the
次いで、事前に前記シート状接着材13を後続の第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部の長手方向に不連続になるように前記シート状接着材13の両端部を5mm幅の両面テープで仮止めしたものを巻出し部34に装着した後、始端部を巻出し部34から巻出して、第一の炭素繊維シート前駆体11と第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部を重ね、熱プレス装置35を用いて250℃×2分、0.5MPaの条件で接続した。
シート接続後、巻出し部34から前熱処理炉31の入側ニップロール38までのシートの弛みを取り除き、ニップロール38を開放した。
Next, a double-sided tape having a width of 5 mm is attached to both ends of the sheet-
After the connection of the sheets, the looseness of the sheet from the unwinding
繋ぎ合わされた炭素繊維シート前駆体16を前熱処理炉31に導入して、窒素ガス雰囲気で500℃の連続前熱処理炉中で5分間加熱して炭素化が可能な熱硬化樹脂を硬化させると同時に前炭素化を行い、前熱処理炉31を通過したシート状の多孔質炭素繊維シートは、引き続いて窒素ガス雰囲気中、2000℃の連続焼成炉32に導入されて炭化されたのち、巻取り部37においてロール上に巻き取る。または、連続焼成炉32出側ニップロール39を出た処でシートを切断し、巻取り部37の多孔質炭素繊維シート36を取り除き、新たな外径6インチの円筒型紙管を巻取り部37に装着した後に多孔質炭素繊維シート36を巻き取った。
At the same time, the joined carbon
本実施例にあっては、シート状接着材13として、上記目付け64g/ m2 、幅300mmの樹脂付着炭素繊維紙を、シート長手方向の長さL1が20mm、50mm、200mm、300mmの4種類の短冊状に切り取ったものを、所定の間隔をおいて所定枚数を使って、表1に示すように実施例1〜5とし、長さL1が700mmの1枚の短冊状シート状接着材を単独に配して実施例6とした。
表1に、表面が平滑化された薄物炭素繊維シート(シート厚み0.17mm)と厚物炭素繊維シート(シート厚み0.30mm)の2種類の炭素繊維シート前駆体を用いたときの実施例1〜6の接続部の焼成工程における各工程通過性を示す。
In this example, as the sheet-
Table 1 shows an example in which two types of carbon fiber sheet precursors, a thin carbon fiber sheet (sheet thickness 0.17 mm) with a smooth surface and a thick carbon fiber sheet (sheet thickness 0.30 mm), were used. Each process permeability in the baking process of the connection part of 1-6 is shown.
表1から理解できるように、実施例1〜5における工程通過性は、それぞれ良好であり、厚物シートでも格別に支障を来すことがない。一方、長手方向に対してシート状接着材を不連続に配せず連続する1枚を使った実施例6にあっては、薄物シートでは工程通過性に格別不具合はなかったが、厚物シートではシートの破損が時々発生することを確認した。 As can be understood from Table 1, the process passability in each of Examples 1 to 5 is good, and even a thick sheet does not cause any particular trouble. On the other hand, in Example 6 using one continuous sheet-like adhesive material without discontinuously arranging the sheet-like adhesive in the longitudinal direction, there was no particular problem in process passability in the thin sheet, but the thick sheet Then, it was confirmed that breakage of the sheet sometimes occurred.
以上述べたとおり、本発明による多孔質の長尺炭素繊維シートの連続製造方法は、連続的に炭化熱処理する工程において、先行する第一の炭素繊維シート前駆体11の終端部と後続の第二の炭素繊維シート前駆体12の始端部とを重ねてシート状接着材をもって接着する工程から炭素化するまでの工程を同一ライン上で行うこと、接続部の長手方向に対して前記シート状接着材をシート長手方向に不連続に配することにより、工程途中のロール類、炉内ガイドロール(ガイドバー)等による接続部の破損を抑制すると共に、焼成工程を停止させることなくシート間の接続が可能となり、長尺の炭素繊維シート17(36)の生産性向上が大幅に期待できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されないことは、以上の説明からも理解できるところであろう。
As described above, the continuous production method of a porous long carbon fiber sheet according to the present invention includes the terminal portion of the preceding first carbon
In addition, it will be understood from the above description that the present invention is not limited to the above embodiment.
11 第一の炭素繊維シート前駆体
12 第二の炭素繊維シート前駆体
13 シート状接着材
13a 炭化物接着層
14 第一の炭素繊維シート
15 第二の炭素繊維シート
16 繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体
17 繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート
20 重なり部
22 仮留め材
31 前熱処理炉
32 焼成炉
33 ロール状炭素繊維シート前駆体
34 巻出し部
35 熱プレス装置
35a 上部プレス面
35b 下部プレス面
36 (長尺の)多孔質炭素繊維シート
37 巻取り部
38 前熱処理炉入側のニップロール
39 焼成炉出側のニップロール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第一の炭素繊維シート前駆体(11)の終端部と第二の炭素繊維シート前駆体(12)の始端部とを重ねる工程と;
その重なり部(20)を熱プレス装置(35)で接着し、繋ぎ合わせる工程と;
繋ぎ合わされた長尺の炭素繊維シート前駆体(16)を連続的に炭素化する工程と、
を含んでなる長尺炭素繊維シートの製造方法。 Two consisting of the beginning of the end portion or the second carbon fiber sheet precursor of the first carbon fiber sheet precursor to be align tie (11) (12), the carbon fiber precursor obtained by impregnating the phenolic resin A step of temporarily fixing the above-mentioned sheet-like adhesive (13) sequentially;
Superimposing the end portion of the first carbon fiber sheet precursor (11) and the start portion of the second carbon fiber sheet precursor (12);
Bonding and joining the overlapping portion (20) with a hot press device (35);
A step of continuously carbonizing the joined long carbon fiber sheet precursor (16);
A method for producing a long carbon fiber sheet comprising:
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