JP7019290B2 - Electrolyte membrane reinforcement and electrolyte membrane - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池や全固体二次電池などに用いられる電解質膜の補強材、及び前記補強材を含む電解質膜に関する。 The present invention relates to a reinforcing material for an electrolyte membrane used in a fuel cell, an all-solid-state secondary battery, or the like, and an electrolyte membrane containing the reinforcing material.
電解質膜とは、電解質(電子を通さずイオンのみを通す性質)の膜の中でも負極と正極が電気的にショートしない絶縁体のような性質を持つ膜のことであり、特に燃料電池や全固体二次電池などは、陽イオン又は陰イオンの何れか一方のイオンの透過を阻止し、他方のイオンを通過させる性質を持つ。 The electrolyte film is a film that has the property of an insulator that does not electrically short-circuit the negative electrode and the positive electrode among the electrolyte films (the property of passing only ions without passing electrons), especially fuel cells and all-solids. A secondary battery or the like has a property of blocking the permeation of either a cation or an anion and allowing the other ion to pass through.
電解質膜としては、燃料電池の場合、高い発電特性に繋がる高いプロトン又は水酸化物イオン伝導性、発電耐久性、耐電解質性、力学的性質(機械的強度)、耐熱性に加えて燃料(ガスまたは液体)の不透過性などの種々の特性を満たすことが必要である。また、全固体二次電池の場合、リチウムイオンなど高いイオン伝導性、力学的性質(機械的強度)、安全性、安定性などの様々な特性を満たすことが必要である。このように電解質膜は、燃料電池や全固体二次電池などの性能を左右する重要な要素であるといえる。電解質膜補強材は、このような電解質膜の機械的強度の向上を目的として用いられるものである。 In the case of a fuel cell, the electrolyte membrane includes high proton or hydroxide ion conductivity that leads to high power generation characteristics, power generation durability, electrolyte resistance, mechanical properties (mechanical strength), heat resistance, and fuel (gas). Or it is necessary to satisfy various properties such as impermeable property of liquid). Further, in the case of an all-solid-state secondary battery, it is necessary to satisfy various properties such as high ionic conductivity such as lithium ion, mechanical properties (mechanical strength), safety, and stability. As described above, the electrolyte membrane can be said to be an important factor that influences the performance of fuel cells and all-solid-state secondary batteries. The electrolyte membrane reinforcing material is used for the purpose of improving the mechanical strength of such an electrolyte membrane.
このような電解質膜を構成する固体高分子型の電解質膜補強材としては、特許文献1では、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PES(ポリエーテルスルホン)、PES/PVDF配合物からなる繊維が用いられている。また、特許文献2では、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PET、アラミドなどの樹脂からなる不織布が用いられている。また、特許文献3では、ポリアクリロニトリル不織布、延伸ポリテトラフルオロエチレン多孔膜、二軸配向ポリプロピレン多孔膜、ポリエステル不織布が用いられている。 As the solid polymer type electrolyte membrane reinforcing material constituting such an electrolyte membrane, in Patent Document 1, a fiber composed of PVDF (polyvinylidene fluoride), PES (polyether sulfone), and PES / PVDF compound is used. ing. Further, in Patent Document 2, a non-woven fabric made of a resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), PET, and aramid is used. Further, in Patent Document 3, a polyacrylonitrile nonwoven fabric, a stretched polytetrafluoroethylene porous membrane, a biaxially oriented polypropylene porous membrane, and a polyester nonwoven fabric are used.
また、特許文献4では、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォンの多孔質体が用いられており、これらの多孔質体は、ジメチルホルムアミド溶液にこれらの樹脂を溶解させた溶液をキャストしてから水に浸漬し、析出させることにより製造されている。 Further, in Patent Document 4, porous bodies of polysulfone and polyethersulfone are used, and these porous bodies are immersed in water after casting a solution in which these resins are dissolved in a dimethylformamide solution. It is manufactured by precipitating.
特許文献1~4には、電解質膜補強材の材料として、PEEKが記載されている。しかし、PEEKは溶解できる溶剤が無いと言われる程、耐溶剤性に優れた樹脂であるため、特許文献1~4に記載の方法ではPEEKファイバーからなる不織布を製造することができない。特に、特許文献1及び2に記載の樹脂を溶液化してから電解紡糸する方法では、PEEKを溶解して電解紡糸をするためには溶剤溶解性を付与するために大きく変性させる必要がある。しかし、そのようなPEEKは耐薬品性(耐電解質性)が著しく悪化し、電解質膜補強材のように著しい耐薬品性(耐電解質性)が要求される用途には適さない。また、特許文献4に記載のように溶媒として濃硫酸を用いてPEEKを溶解させ、多孔質体を得た場合、得られた多孔質体の耐薬品性は著しく低下している。 Patent Documents 1 to 4 describe PEEK as a material for the electrolyte membrane reinforcing material. However, since PEEK is a resin having excellent solvent resistance so that it is said that there is no solvent that can be dissolved, the non-woven fabric made of PEEK fiber cannot be produced by the methods described in Patent Documents 1 to 4. In particular, in the method of solubilizing the resin described in Patent Documents 1 and 2 and then electrolytically spinning, in order to dissolve PEEK and perform electrolytic spinning, it is necessary to significantly modify the resin in order to impart solvent solubility. However, such PEEK has significantly deteriorated chemical resistance (electrolyte resistance) and is not suitable for applications requiring remarkable chemical resistance (electrolyte resistance) such as an electrolyte membrane reinforcing material. Further, when PEEK is dissolved using concentrated sulfuric acid as a solvent as described in Patent Document 4 to obtain a porous body, the chemical resistance of the obtained porous body is significantly lowered.
特許文献1~4で電解質膜補強材として使用されている樹脂は、電解質膜として用いるための耐熱性が不十分であり、高温環境での長時間の使用によりプロトン伝導性などの物性が低下し、発電性能の劣化が懸念される(例えばPVDFの連続使用温度約150℃、PESの連続使用温度約180℃)。また、特許文献1~4で使用されている樹脂は、アルコールなどの極性溶媒に溶解し易く、必ずしも耐電解質性に優れるとは言えない。 The resin used as the electrolyte membrane reinforcing material in Patent Documents 1 to 4 has insufficient heat resistance for use as the electrolyte membrane, and its physical properties such as proton conductivity deteriorate due to long-term use in a high temperature environment. There is concern about deterioration of power generation performance (for example, PVDF continuous use temperature of about 150 ° C., PES continuous use temperature of about 180 ° C.). Further, the resins used in Patent Documents 1 to 4 are easily dissolved in a polar solvent such as alcohol, and are not necessarily excellent in electrolyte resistance.
また、特許文献4の多孔質体は、フィルムの表面にのみ孔が開いた状態であり、貫通孔がほとんど存在しないため、電解質膜として用いるためのプロトン伝導性が不十分である。また、この多孔質体に貫通孔を設けようとすると、多孔質体内部が著しく崩れた状態となり、機械的強度が不十分となる問題がある。 Further, the porous body of Patent Document 4 has holes only on the surface of the film and has almost no through holes, so that the proton conductivity for use as an electrolyte membrane is insufficient. Further, when it is attempted to provide a through hole in this porous body, there is a problem that the inside of the porous body is remarkably collapsed and the mechanical strength becomes insufficient.
従って、本発明の目的は、高いプロトン伝導性、耐熱性及び発電耐久性を有し、耐電解質性、力学的性質(機械的強度)、寸法安定性に優れた電解質膜補強材を提供することにある。また、本発明の目的は、燃料電池や固体二次電池などに好適な電解質膜を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrolyte membrane reinforcing material having high proton conductivity, heat resistance and power generation durability, and excellent in electrolyte resistance, mechanical properties (mechanical strength) and dimensional stability. It is in. Another object of the present invention is to provide an electrolyte membrane suitable for a fuel cell, a solid secondary battery, or the like.
そこで、本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)ファイバーからなる不織布を用いることで、上記課題を解決できる電解質膜補強材及び電解質膜が作製できることを見出し、本発明を完成した。 Therefore, as a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors can produce an electrolyte membrane reinforcing material and an electrolyte membrane that can solve the above problems by using a non-woven fabric made of PEEK (polyetheretherketone) fiber. And completed the present invention.
すなわち、本発明は、PEEKファイバーからなる不織布を含む電解質膜補強材を提供する。 That is, the present invention provides an electrolyte membrane reinforcing material containing a nonwoven fabric made of PEEK fiber.
また、本発明の電解質膜補強材は、平均気孔径が3~280μmであることが好ましい。 Further, the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention preferably has an average pore diameter of 3 to 280 μm.
また、本発明の電解質膜補強材は、気孔率が15~70%であることが好ましい。 Further, the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention preferably has a porosity of 15 to 70%.
また、本発明の電解質膜補強材は、前記PEEKファイバーの平均繊維径が10μm以下であることが好ましい。 Further, in the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention, it is preferable that the average fiber diameter of the PEEK fiber is 10 μm or less.
また、本発明の電解質膜補強材は、前記不織布の目付が2~20g/m2であることが好ましい。 Further, in the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention, the weight of the nonwoven fabric is preferably 2 to 20 g / m 2 .
また、本発明の電解質膜補強材は、前記不織布の厚みが5~300μmであることが好ましい。 Further, in the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention, the thickness of the nonwoven fabric is preferably 5 to 300 μm.
また、本発明の電解質膜補強材は、前記PEEKファイバーの結晶化度が30%以下であることが好ましい。 Further, in the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention, the crystallinity of the PEEK fiber is preferably 30% or less.
また、本発明の電解質膜補強材は、前記PEEKファイバーがレーザー溶融エレクトロスピニングPEEKファイバーであるであることが好ましい。 Further, in the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention, it is preferable that the PEEK fiber is a laser molten electrospinning PEEK fiber.
また、本発明は、前記電解質膜補強材を含む電解質膜を提供する。 The present invention also provides an electrolyte membrane containing the electrolyte membrane reinforcing material.
本発明の電解質膜補強材は、PEEKを含むため、連続使用温度250~300℃程度の耐熱性及び発電耐久性を有し、耐電解質性、力学的性質(機械的強度)、寸法安定性に優れる。また、本発明の電解質膜補強材は、PEEKファイバーからなる不織布を含むため、プロトン伝導性に優れ、高い発電性能が得られる。本発明の電解質膜は、上記特性を有する電解質膜補強材を含むため、燃料電池に用いた場合、高い発電特性に繋がる高いプロトン又は、水酸化物イオン伝導性、発電耐久性、耐電解質性、力学的性質(機械的強度)、耐熱性に加えて燃料(ガスまたは液体)の不透過性を有する。また、全固体二次電池に用いた場合、リチウムイオンなど高いイオン伝導性、力学的性質(機械的強度)、安全性、化学的安定性を有する。 Since the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention contains PEEK, it has heat resistance and power generation durability at a continuous use temperature of about 250 to 300 ° C., and has excellent electrolyte resistance, mechanical properties (mechanical strength), and dimensional stability. Excellent. Further, since the electrolyte membrane reinforcing material of the present invention contains a non-woven fabric made of PEEK fiber, it has excellent proton conductivity and high power generation performance can be obtained. Since the electrolyte membrane of the present invention contains an electrolyte membrane reinforcing material having the above-mentioned characteristics, when used in a fuel cell, it has high protons or hydroxide ion conductivity, power generation durability, and electrolyte resistance, which lead to high power generation characteristics. In addition to mechanical properties (mechanical strength) and heat resistance, it has impermeable fuel (gas or liquid). Further, when used in an all-solid-state secondary battery, it has high ionic conductivity such as lithium ion, mechanical properties (mechanical strength), safety, and chemical stability.
[電解質膜補強材]
本発明の電解質膜補強材は、PEEKファイバーからなる不織布を用いることを特徴とする。前記電解質膜補強材は、シート状又はフェルト状であり、多数の連通した気孔を有する多孔質体である。電解質膜補強材における平均気孔径は、燃料電池の場合は、例えば0.01~100μm、好ましくは0.05~10μm、より好ましくは0.1~2μm、さらに好ましくは0.1~1μmである。全固体二次電池の場合は、例えば3~280μm、好ましくは5~260μm、より好ましくは10~240μm、さらに好ましくは20~220μmである。平均気孔径が上記範囲であるとプロトン伝導性やリチウムイオン伝導性に優れ、高い発電性能や充放電性能を得やすい。前記平均気孔径は、例えば電子顕微鏡写真を用いて観察された気孔の平均値を求めることにより測定できる。
[Electrolyte membrane reinforcing material]
The electrolyte membrane reinforcing material of the present invention is characterized by using a non-woven fabric made of PEEK fiber. The electrolyte membrane reinforcing material is a sheet-like or felt-like porous body having a large number of communicating pores. In the case of a fuel cell, the average pore diameter of the electrolyte membrane reinforcing material is, for example, 0.01 to 100 μm, preferably 0.05 to 10 μm, more preferably 0.1 to 2 μm, and further preferably 0.1 to 1 μm. .. In the case of an all-solid-state secondary battery, it is, for example, 3 to 280 μm, preferably 5 to 260 μm, more preferably 10 to 240 μm, and even more preferably 20 to 220 μm. When the average pore diameter is in the above range, proton conductivity and lithium ion conductivity are excellent, and high power generation performance and charge / discharge performance can be easily obtained. The average pore diameter can be measured by obtaining the average value of the pores observed using, for example, an electron micrograph.
前記電解質膜補強材の気孔率は、例えば30~90%、好ましくは40~85%、より好ましくは50~80%である。気孔率が上記範囲であるとプロトン伝導性やリチウムイオン伝導性に優れ、高い発電性能や充放電性能を得やすい。前記気孔率は、電子顕微鏡写真を用いて観察された単位面積当たりの気孔の面積を求めることにより測定できる。 The porosity of the electrolyte membrane reinforcing material is, for example, 30 to 90%, preferably 40 to 85%, and more preferably 50 to 80%. When the porosity is within the above range, proton conductivity and lithium ion conductivity are excellent, and high power generation performance and charge / discharge performance can be easily obtained. The porosity can be measured by determining the area of pores per unit area observed using electron micrographs.
前記電解質膜補強材の厚みは、例えば5~300μm程度、好ましくは5~100μm、より好ましくは10~90μm、さらに好ましくは10~80μmである。前記電解質膜補強材の坪量(目付)は、例えば2~20g/m2程度、好ましくは3~15g/m2、より好ましくは4~10g/m2である。 The thickness of the electrolyte membrane reinforcing material is, for example, about 5 to 300 μm, preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 90 μm, and further preferably 10 to 80 μm. The basis weight (weight) of the electrolyte membrane reinforcing material is, for example, about 2 to 20 g / m 2 , preferably 3 to 15 g / m 2 , and more preferably 4 to 10 g / m 2 .
本発明の電解質膜補強材は、PEEKファイバーからなる不織布を含めばよく、特に制限されないが、PEEKファイバーからなる不織布の含有量は、電解質膜補強材全体に対して、例えば50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上である。PEEKファイバーからなる不織布以外には、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、金属、セラミックなどを本願発明の効果を損なわない範囲で含むことができる。 The electrolyte membrane reinforcing material of the present invention may include a nonwoven fabric made of PEEK fiber and is not particularly limited, but the content of the nonwoven fabric made of PEEK fiber is preferably, for example, 50% by weight or more, preferably 50% by weight or more, based on the entire electrolyte membrane reinforcing material. Is 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, still more preferably 90% by weight or more. In addition to the non-woven fabric made of PEEK fiber, other thermoplastic resins, thermosetting resins, metals, ceramics and the like can be contained as long as the effects of the present invention are not impaired.
(PEEKファイバー)
前記PEEKファイバーは、繊維径の小さい繊維であることが好ましく、その直径は、例えば10μm以下(0.1~10μm)、好ましくは0.5~8μm、より好ましくは0.7~6μmである。また、このような直径を有する繊維には、例えば50~1000nm程度の繊維径(直径)を有する微小な繊維が含まれていてもよい。PEEKファイバーの直径は、後述するPEEKファイバー製造方法の各種条件(例えば、高分子シートの厚みや高分子シートの送り速度、レーザー強度等)を適宜調整することにより、調整することができる。なお、PEEKファイバーの直径は、例えば電子顕微鏡を用いて測定することができる。
(PEEK fiber)
The PEEK fiber is preferably a fiber having a small fiber diameter, and the diameter thereof is, for example, 10 μm or less (0.1 to 10 μm), preferably 0.5 to 8 μm, and more preferably 0.7 to 6 μm. Further, the fiber having such a diameter may include minute fibers having a fiber diameter (diameter) of, for example, about 50 to 1000 nm. The diameter of the PEEK fiber can be adjusted by appropriately adjusting various conditions (for example, the thickness of the polymer sheet, the feed rate of the polymer sheet, the laser intensity, etc.) of the PEEK fiber manufacturing method described later. The diameter of the PEEK fiber can be measured using, for example, an electron microscope.
前記PEEKファイバーの集合体としての平均繊維径(平均の直径)は、例えば10μm以下(0.1~10μm)、好ましくは0.5~8μm、より好ましくは0.7~6μmである。平均繊維径は、例えば走査型電子顕微鏡を用いて繊維の形態を複数(例えば、10)撮影し、撮影した複数の画像から任意に1画像当たり10本程度の繊維径を画像処理ソフトなどで測定し、それらを平均することにより求めることができる。 The average fiber diameter (average diameter) of the PEEK fibers as an aggregate is, for example, 10 μm or less (0.1 to 10 μm), preferably 0.5 to 8 μm, and more preferably 0.7 to 6 μm. For the average fiber diameter, for example, a plurality of fiber morphologies (for example, 10) are photographed using a scanning electron microscope, and about 10 fiber diameters per image are arbitrarily measured from a plurality of captured images with image processing software or the like. And it can be calculated by averaging them.
前記PEEKファイバーは、結晶化度が、例えば30%以下、好ましくは29%以下、より好ましくは28%以下である。結晶化度が30%以下であると加工性に優れ、不織布に容易に成形することができる。上記結晶化度は、例えばX線回析法、DSC(示差走査熱量計)測定、密度法などにより求めることができる。なお、前記結晶化度は、実施例に記載の方法によりDSC測定から求めた熱量から算出した。 The PEEK fiber has a crystallinity of, for example, 30% or less, preferably 29% or less, and more preferably 28% or less. When the crystallinity is 30% or less, the processability is excellent and the non-woven fabric can be easily molded. The crystallinity can be determined by, for example, an X-ray diffraction method, a DSC (differential scanning calorimetry) measurement, a density method, or the like. The crystallinity was calculated from the amount of heat obtained from DSC measurement by the method described in Examples.
前記PEEKファイバーにおけるPEEKの割合は、前記PEEKファイバー全体に対して、例えば50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上、特にPEEKファイバーがPEEKのみからなることが好ましい。PEEK以外には、その他の熱可塑性樹脂や添加剤などを含むことができる。また、前記PEEKファイバーは、原料として後述の高分子シートを用い、後述のPEEKファイバーの製造方法により得られることが好ましい。 The proportion of PEEK in the PEEK fiber is, for example, 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, still more preferably 90% by weight or more, particularly PEEK fiber, based on the whole PEEK fiber. It preferably consists of PEEK only. Other than PEEK, other thermoplastic resins, additives and the like can be contained. Further, it is preferable that the PEEK fiber is obtained by using the polymer sheet described later as a raw material and the method for producing PEEK fiber described later.
(不織布)
前記不織布は、前記PEEKファイバーをシート状又はフェルト状に集積させたものである。前記不織布の厚みは、例えば5~300μm程度、好ましくは5~100μm、より好ましくは10~90μm、さらに好ましくは10~80μmである。前記不織布の目付は、例えば2~20g/m2程度、好ましくは3~15g/m2、より好ましくは4~10g/m2である。前記不織布は、後述する不織布の製造方法において、シートの送り速度やレーザー強度、また、捕集部材の移動速度等を調整することにより、製造する不織布の繊維径、厚み、目付等の形状を制御することができる。
(Non-woven fabric)
The non-woven fabric is made by accumulating the PEEK fibers in a sheet shape or a felt shape. The thickness of the nonwoven fabric is, for example, about 5 to 300 μm, preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 90 μm, and even more preferably 10 to 80 μm. The basis weight of the nonwoven fabric is, for example, about 2 to 20 g / m 2 , preferably 3 to 15 g / m 2 , and more preferably 4 to 10 g / m 2 . In the non-woven fabric manufacturing method described later, the non-woven fabric is controlled in shape such as fiber diameter, thickness, and basis weight of the non-woven fabric to be manufactured by adjusting the sheet feeding speed, laser intensity, moving speed of the collecting member, and the like. can do.
前記不織布における前記PEEKファイバーの含有量は、不織布全体に対して、例えば50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上である。PEEKファイバー以外には、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、金属、セラミックなどを本願発明の効果を損なわない範囲で含むことができる。 The content of the PEEK fiber in the nonwoven fabric is, for example, 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, still more preferably 90% by weight or more, based on the entire nonwoven fabric. In addition to PEEK fiber, other thermoplastic resins, thermosetting resins, metals, ceramics and the like can be included as long as the effects of the present invention are not impaired.
[電解質膜]
本発明の電解質膜は、前記電解質膜補強材を含む限り特に制限されないが、PEEKファイバーからなる不織布内の気孔に高分子固体電解質や無機固体電解質が充填(含浸)されていることが好ましい。全固体二次電池には、高分子固体電解質や無機固体電解質を用いることができるが、最近では無機固体電解質に優れたリチウムイオン伝導性を持つものが見つかっており、無機固体電解質を用いることが好ましい。
[Electrolyte membrane]
The electrolyte membrane of the present invention is not particularly limited as long as it contains the electrolyte membrane reinforcing material, but it is preferable that the pores in the nonwoven fabric made of PEEK fiber are filled (impregnated) with the polymer solid electrolyte or the inorganic solid electrolyte. Polymer solid electrolytes and inorganic solid electrolytes can be used for all-solid secondary batteries, but recently, inorganic solid electrolytes with excellent lithium ion conductivity have been found, and inorganic solid electrolytes can be used. preferable.
無機固体電解質の材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、硫化物系固体電解質材料、酸化物系固体電解質材料等を挙げることができる。これらの中でも、硫化物系固体電解質材料が好ましい。これにより、正極活物質との界面抵抗がより一層低下し、出力特性に優れた全固体型二次電池にすることができる。 The material of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has ionic conductivity and insulating properties, and examples thereof include sulfide-based solid electrolyte materials and oxide-based solid electrolyte materials. Among these, a sulfide-based solid electrolyte material is preferable. As a result, the interface resistance with the positive electrode active material is further reduced, and an all-solid-state secondary battery having excellent output characteristics can be obtained.
硫化物系固体電解質材料としては、例えばLi2S-P2S5材料、Li2S-SiS2材料、Li2S-GeS2材料、Li2S-Al2S3材料、Li2S-SiS2-Li3PO4材料、Li2S-P2S5-GeS2材料、Li2S-Li2O-P2S5-SiS2材料、Li2S-GeS2-P2S5-SiS2材料、Li2S-SnS2-P2S5-SiS2材料等が挙げられる。これらの中でも、リチウムイオン伝導性が優れており、製造方法が簡便である点から、Li2S-P2S5材料が好ましい。これらの材料は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ広い電圧範囲で分解等を起こさない安定性を有する点から、Li2S-P2S5材料が好ましい。 Examples of the sulfide-based solid electrolyte material include Li 2 SP 2 S 5 material, Li 2 S-Si S 2 material, Li 2 S-GeS 2 material, Li 2 S-Al 2 S 3 material, and Li 2 S-. SiS 2 -Li 3 PO 4 material, Li 2 SP 2 S 5-GeS 2 material, Li 2 S-Li 2 O-P 2 S 5 - SiS 2 material , Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-SnS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 material and the like can be mentioned. Among these, the Li 2 SP 2 S 5 material is preferable because it has excellent lithium ion conductivity and the manufacturing method is simple. These materials may be used alone or in combination of two or more. Among these, the Li 2 SP 2 S 5 material is preferable because it has excellent lithium ion conductivity and stability that does not cause decomposition in a wide voltage range.
前記高分子固体電解質としては、例えばフッ素系電解質、炭化水素系電解質などが挙げられる。フッ素系電解質としては、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、ポリトリフルオロスチレンスルフォン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマーなどが挙げられる。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーの市販品としては、ナフィオン(登録商標、デュポン社製)などを用いることができる。炭化水素系電解質としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド系ポリマーなどを用いることができる。 Examples of the polymer solid electrolyte include a fluorine-based electrolyte and a hydrocarbon-based electrolyte. Examples of the fluorine-based electrolyte include a perfluorocarbon sulfonic acid-based polymer, a polytrifluorostyrene sulfonic acid-based polymer, and a perfluorocarbon phosphonic acid-based polymer. As a commercially available product of the perfluorocarbon sulfonic acid polymer, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) or the like can be used. As the hydrocarbon-based electrolyte, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide-based polymer, or the like can be used.
不織布内の気孔に高分子固体電解質を充填(含浸)させる方法としては、例えばコーティング処理(例えばバーコーテング処理、スプレーコーティング処理、ディップコーティング処理)などが挙げられる。前記高分子固体電解質の充填量は、前記不織布100重量部に対して、例えば10~500重量部程度、好ましくは20~300重量部、より好ましくは50~250重量部である。また、前記高分子固体電解質の充填量は、電解質膜全体に対して、例えば20~90重量%、好ましくは30~80重量%、より好ましくは40~75重量%である。 Examples of the method of filling (impregnating) the pores in the non-woven fabric with the polymer solid electrolyte include coating treatment (for example, bar coating treatment, spray coating treatment, dip coating treatment) and the like. The filling amount of the polymer solid electrolyte is, for example, about 10 to 500 parts by weight, preferably 20 to 300 parts by weight, and more preferably 50 to 250 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the nonwoven fabric. The filling amount of the polymer solid electrolyte is, for example, 20 to 90% by weight, preferably 30 to 80% by weight, and more preferably 40 to 75% by weight with respect to the entire electrolyte membrane.
本発明の電解質膜は、より電解質液の含浸をし易くする目的で、コロナ放電処理、紫外線照射処理、プラズマ処理などの表面処理をしてもよい。さらに、本発明の電解質膜は、より機械的強度を大きくする目的で熱処理などを施してもよい。 The electrolyte membrane of the present invention may be subjected to surface treatment such as corona discharge treatment, ultraviolet irradiation treatment, and plasma treatment for the purpose of facilitating impregnation with the electrolyte liquid. Further, the electrolyte membrane of the present invention may be heat-treated for the purpose of increasing the mechanical strength.
前記電解質膜の透気度は、実質的に通気性を有しないことが好ましく、例えば5000s/100cc以上、好ましくは10000s/100cc以上である。前記透気度は、JIS-P8117に基づきガーレ式デンソメータを用い、空気100ccが透過する時間(s)を計測することにより求めることができる。前記電解質膜の厚みは、例えば5~500μm程度、好ましくは5~150μm、より好ましくは10~120μm、さらに好ましくは10~100μmである。 The air permeability of the electrolyte membrane is preferably substantially non-breathable, for example, 5000 s / 100 cc or more, preferably 10000 s / 100 cc or more. The air permeability can be determined by measuring the time (s) through which 100 cc of air permeates using a Gale type densometer based on JIS-P8117. The thickness of the electrolyte membrane is, for example, about 5 to 500 μm, preferably 5 to 150 μm, more preferably 10 to 120 μm, and even more preferably 10 to 100 μm.
[電解質膜補強材の製造方法]
本発明の電解質膜補強材は、特に制限されないが、PEEKファイバーを製造し、PEEKファイバーから形成された不織布を製造することで得られる。以下、PEEKファイバーの製造方法、PEEKファイバーから形成された不織布の製造方法について述べる。
[Manufacturing method of electrolyte membrane reinforcing material]
The electrolyte membrane reinforcing material of the present invention is not particularly limited, but can be obtained by producing PEEK fiber and producing a nonwoven fabric formed from PEEK fiber. Hereinafter, a method for producing PEEK fiber and a method for producing a nonwoven fabric formed from PEEK fiber will be described.
(PEEKファイバーの製造方法)
前記PEEKファイバーは、特に制限されないが、レーザー溶融エレクトロスピニング法を用いて製造することができる。つまり、前記PEEKファイバーは、レーザー溶融エレクトロスピニングPEEKファイバーであることが好ましい。PEEKファイバーの製造方法では、高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、前記帯状溶融部と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより、PEEKファイバーを得る。
(Manufacturing method of PEEK fiber)
The PEEK fiber is not particularly limited, but can be produced by using a laser melting electrospinning method. That is, the PEEK fiber is preferably a laser molten electrospinning PEEK fiber. In the method for producing PEEK fiber, the polymer sheet is irradiated with a band-shaped laser beam to linearly heat and melt the end portion of the polymer sheet, and at the same time, a potential difference is generated between the melted band-shaped melted portion and the fiber collecting plate. By providing, a needle-shaped protruding portion is formed in the strip-shaped melting portion, and the fibers discharged from the needle-shaped protruding portion are allowed to fly toward the fiber collecting plate, and the fiber collecting plate or the strip-shaped melting portion is provided. PEEK fibers are obtained by collecting on a collecting member interposed between the fiber collecting plates.
前記レーザー溶融エレクトロスピニング法について、図面を参照しながら説明する。図1は、PEEKファイバーの製造方法の一例を模式的に示す概略図である。 The laser melting electrospinning method will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view schematically showing an example of a method for producing PEEK fiber.
前記PEEKファイバーの製造方法では、図1に示すように、レーザー発生源1から出射した断面がスポット状のレーザー光をビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3及びシリンドリカルレンズ群4からなる光路調整手段を介して断面が線状の帯状レーザー光5に変換した後、保持部材7に保持された高分子シート6の端部に照射して帯状溶融部6aを形成するとともに、高電圧発生装置10により電圧を印加し、帯状溶融部6aと高分子シート6の下側に配設された繊維捕集板8との間に電位差を生じさせる。また、サーモグラフィー9により帯状溶融部6aの温度を観測し、電圧や照射するレーザー光などの条件を最適化することができる。
In the PEEK fiber manufacturing method, as shown in FIG. 1, an optical path adjusting means including a beam expander, a homogenizer 2, a collimation lens 3, and a cylindrical lens group 4 emits a laser beam having a spot-like cross section emitted from a laser source 1. After converting to a band-shaped
図1に示した例では、高分子シート6を保持する保持部材7が電極としての機能を兼ねており、高電圧発生装置10により、保持部材7に電圧が印加されると、高分子シート6の帯状レーザー光5の照射により形成される帯状溶融部6aに電荷が付与されることとなる。繊維捕集板8は、表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するものである。その形状は例えば、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。
In the example shown in FIG. 1, the holding member 7 that holds the
図2は、帯状溶融部6aに形成されるテーラーコーンの模式図である。図2に示すように電荷が付与された帯状溶融部6aには、その表面に電荷が集まり反発することによって、次第に複数の針状突出部(テーラーコーン)6bが形成され、電荷の反発力が表面張力を超えると、溶融した高分子シートは、テーラーコーン先端から静電引力により繊維捕集板8に向かって繊維として吐出され、即ち、針状突出部6bから繊維が形成され、繊維捕集板8方向に飛翔する。その結果、伸長した繊維は繊維捕集板8で捕集される。また、繊維捕集板8上に捕集部材を置くと、繊維は捕集部材上に捕集される。即ち、前記PEEKファイバーの製造方法では、繊維捕集板自体を繊維を捕集する部材としてもよく、繊維捕集板とは別に繊維捕集板上に捕集部材を載置してもよい。
FIG. 2 is a schematic view of a tailor cone formed in the band-shaped
図2に示す上記テーラーコーンの数(テーラーコーンの間隔)は、高分子シート6の厚みを適宜変更することにより調整することができる。なお、テーラーコーンが発達するとは、テーラーコーンの高さ(図2中、h)が大きくなることを意味する。
The number of the tailor cones (interval between the tailor cones) shown in FIG. 2 can be adjusted by appropriately changing the thickness of the
上記テーラーコーンの数は、特に制限されないが、上記高分子シートの加熱溶融した部分の幅方向2cm当たり、好ましくは1~100個、より好ましくは1~50個、さらに好ましくは2~10個である。テーラーコーンの数が、幅方向2cm当たり1~100個であると、テーラーコーン同士の電気的な反発などによりファイバーの均整度が低下してしまうことがなく、適切な生産量を確保することができる。 The number of the tailor cones is not particularly limited, but is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, still more preferably 2 to 10 per 2 cm in the width direction of the heated and melted portion of the polymer sheet. be. When the number of tailor cones is 1 to 100 per 2 cm in the width direction, the fiber proportion does not decrease due to electrical repulsion between tailor cones, and an appropriate production amount can be secured. can.
前記レーザー発生源としては、例えばYAGレーザー、炭酸ガス(CO2)レーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザー、ヘリウム-カドミウムレーザー等が挙げられる。これらのなかでは、電源効率が高く、PEEKの溶融性が高い点から、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、レーザー光の波長は、好ましくは200nm~20μm、より好ましくは500nm~18μm、さらに好ましくは5~15μmである。 Examples of the laser generation source include a YAG laser, a carbon dioxide (CO 2 ) laser, an argon laser, an excimer laser, a helium-cadmium laser, and the like. Among these, a carbon dioxide laser is preferable because of its high power efficiency and high meltability of PEEK. The wavelength of the laser beam is preferably 200 nm to 20 μm, more preferably 500 nm to 18 μm, and even more preferably 5 to 15 μm.
また、前記PEEKファイバーの製造方法において、帯状レーザー光を照射する場合、そのレーザー光の厚みは、好ましくは0.5~10mmである。レーザー光の厚みが、0.5mm未満では、テーラーコーンの形成が困難となる場合があり、10mmを超えると溶融滞留時間が長くなり、材料の劣化を起こす場合がある。 Further, in the method for producing PEEK fiber, when a band-shaped laser beam is irradiated, the thickness of the laser beam is preferably 0.5 to 10 mm. If the thickness of the laser beam is less than 0.5 mm, it may be difficult to form a tailor cone, and if it exceeds 10 mm, the melt residence time becomes long and the material may be deteriorated.
また、上記レーザー光の出力は、前記帯状溶融部の温度が高分子シートの融点以上であり、かつ、高分子シートの発火点以下の温度となる範囲に制御すればよいが、吐出させるPEEKファイバーの直径を小さくする観点からは高い方が好ましい。具体的なレーザー光の出力は、用いる高分子シートの物性値(融点、LOI値(限界酸素指数))や形状、高分子シートの送り速度等に応じて適宜選択できるが、好ましくは5~100W/13cm程度、より好ましくは20~60W/13cm、さらに好ましくは30~50W/13cmである。上記レーザー光の出力は、レーザー発生源から出射したスポットビームの出力である。 Further, the output of the laser beam may be controlled within a range in which the temperature of the strip-shaped molten portion is equal to or higher than the melting point of the polymer sheet and is equal to or lower than the ignition point of the polymer sheet. Higher is preferable from the viewpoint of reducing the diameter of the. The specific output of the laser beam can be appropriately selected depending on the physical properties (melting point, LOI value (limiting oxygen index)) and shape of the polymer sheet to be used, the feed rate of the polymer sheet, etc., but is preferably 5 to 100 W. It is about / 13 cm, more preferably 20 to 60 W / 13 cm, and further preferably 30 to 50 W / 13 cm. The output of the laser beam is the output of the spot beam emitted from the laser source.
また、前記帯状溶融部の温度は、PEEKの融点(334℃)以上で、発火点以下の温度であれば特に限定されないが、通常350~600℃程度であり、好ましくは380~500℃である。 The temperature of the strip-shaped melting portion is not particularly limited as long as it is at least the melting point of PEEK (334 ° C.) and below the ignition point, but is usually about 350 to 600 ° C., preferably 380 to 500 ° C. ..
図1に示した前記PEEKファイバーの製造方法では、レーザー光は一方向のみから高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射しているが、例えば反射ミラーを介してレーザー光を2方向から高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射してもよい。高分子シートの厚みが厚くても、その端部をより均一に溶融させることができるからである。 In the PEEK fiber manufacturing method shown in FIG. 1, the laser beam irradiates the strip-shaped molten portion (end portion) of the polymer sheet from only one direction, but for example, the laser beam is emitted from two directions through a reflection mirror. The band-shaped molten portion (edge portion) of the polymer sheet may be irradiated. This is because even if the polymer sheet is thick, the end portion thereof can be melted more uniformly.
前記PEEKファイバーの製造方法において、上記高分子シートの端部と上記捕集部材との間に発生させる電位差は放電しない範囲で高電圧であるのが好ましく、要求される繊維径(直径)、電極と捕集部材との距離、レーザー光の照射量等に応じて適宜選択できるが、通常0.1~30kV/cm程度、好ましくは0.5~20kV/cm、より好ましくは1~10kV/cmである。 In the method for producing PEEK fiber, the potential difference generated between the end portion of the polymer sheet and the collecting member is preferably a high voltage within a range that does not discharge, and the required fiber diameter (diameter) and electrode. It can be appropriately selected depending on the distance between the fiber and the collecting member, the irradiation amount of the laser beam, etc., but is usually about 0.1 to 30 kV / cm, preferably 0.5 to 20 kV / cm, and more preferably 1 to 10 kV / cm. Is.
高分子シートの溶融部に電圧を印加する方法は、レーザー光の照射部(高分子シートの帯状溶融部)と電荷を付与するための電極部とを一致させる直接印加方法であってもよいが、簡便に装置を作製できる点、レーザー光を有効に熱エネルギーに変換できる点、レーザー光の反射方向を容易に制御でき、安全性が高い点等から、レーザー光の照射部と電荷を付与するための電極部とを別個の位置に設ける間接印加方法(特に、高分子シートの送り方向における下流側にレーザー光の照射部を設ける方法)が好ましい。特に、上記製造方法では、電極部よりも下流側で高分子シートに帯状レーザー光を照射するとともに、電極部とレーザー光照射部との距離(例えば、電極部の下端と、帯状レーザー光の上側外縁との距離)を特定の範囲(例えば、10mm以下程度)に調整するのが好ましい。この距離は、高分子シートの導電率、熱伝導率、ガラス転移点、レーザー光の照射量等に応じて選択でき、好ましくは0.5~10mm、より好ましくは1~8mm、さらに好ましくは1.5~7mm、特に好ましくは2~5mmである。両者の距離がこの範囲にあると、レーザー光照射部での樹脂の分子運動性が高まり、溶融状態の樹脂に充分な電荷を付与できるため、生産性を向上できる。 The method of applying a voltage to the molten portion of the polymer sheet may be a direct application method in which the irradiation portion of the laser beam (the strip-shaped molten portion of the polymer sheet) and the electrode portion for applying a charge are matched. , The device can be easily manufactured, the laser light can be effectively converted into heat energy, the reflection direction of the laser light can be easily controlled, and the safety is high. An indirect application method (particularly, a method of providing a laser beam irradiation portion on the downstream side in the feeding direction of the polymer sheet) is preferable. In particular, in the above manufacturing method, the polymer sheet is irradiated with the band-shaped laser light on the downstream side of the electrode portion, and the distance between the electrode portion and the laser light irradiation portion (for example, the lower end of the electrode portion and the upper side of the band-shaped laser light). It is preferable to adjust the distance from the outer edge to a specific range (for example, about 10 mm or less). This distance can be selected according to the conductivity, thermal conductivity, glass transition point, laser beam irradiation amount, etc. of the polymer sheet, and is preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 8 mm, still more preferably 1. .5 to 7 mm, particularly preferably 2 to 5 mm. When the distance between the two is within this range, the molecular motion of the resin in the laser beam irradiation portion is enhanced, and a sufficient charge can be applied to the molten resin, so that the productivity can be improved.
前記高分子シートの端部(テーラーコーンの先端部)と前記捕集部材との距離は特に限定されず、通常5mm以上であればよいが、効率良く直径の小さいファイバーを製造するためには、好ましくは10~300mm、より好ましくは15~200mm、さらに好ましくは50~150mm、特に好ましくは80~120mmである。 The distance between the end portion of the polymer sheet (the tip end portion of the tailor cone) and the collection member is not particularly limited, and is usually 5 mm or more, but in order to efficiently produce a fiber having a small diameter, it is necessary. It is preferably 10 to 300 mm, more preferably 15 to 200 mm, still more preferably 50 to 150 mm, and particularly preferably 80 to 120 mm.
前記高分子シートを連続的に送り出す場合の送り速度は、好ましくは2~20mm/min、より好ましくは3~15mm/min、さらに好ましくは4~10mm/minである。速度を速くすれば生産性が高まるが、速すぎるとレーザー光照射部での高分子シートが充分溶融しないのでファイバーを製造しにくい。一方、速度が遅いと高分子シートが分解したり、生産性が低くなる。 When the polymer sheet is continuously fed, the feeding speed is preferably 2 to 20 mm / min, more preferably 3 to 15 mm / min, and even more preferably 4 to 10 mm / min. If the speed is increased, the productivity is increased, but if the speed is too high, the polymer sheet in the laser beam irradiation portion is not sufficiently melted, so that it is difficult to manufacture the fiber. On the other hand, if the speed is slow, the polymer sheet will decompose and the productivity will decrease.
前記高分子シートは、好ましくは結晶化度が25%以下、より好ましくは20%以下、さらに好ましくは15%以下である。上記結晶化度が25%以下であると、結晶化度の低いPEEKファイバーを得ることができる。高分子シートの結晶化度は、PEEKファイバーの結晶化度と同じ方法により求めることができる。 The polymer sheet preferably has a crystallinity of 25% or less, more preferably 20% or less, still more preferably 15% or less. When the crystallinity is 25% or less, PEEK fiber having a low crystallinity can be obtained. The crystallinity of the polymer sheet can be determined by the same method as the crystallinity of PEEK fiber.
前記高分子シートは、繊維径の小さいファイバーを得やすい点から、溶融粘度が低いことが好ましく、400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の溶融粘度が、好ましくは800Pa・s以下(50~800Pa・s)、より好ましくは600Pa・s以下、さらに好ましくは400Pa・s以下である。上記溶融粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)により実施例に記載の方法で求めることができる。なお、シェアレート(せん断速度)もキャピラリーレオメーターを用いて測定することができる。 The polymer sheet preferably has a low melt viscosity because it is easy to obtain fibers having a small fiber diameter, and the melt viscosity at a shear rate (shear velocity) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C. is high. It is preferably 800 Pa · s or less (50 to 800 Pa · s), more preferably 600 Pa · s or less, and further preferably 400 Pa · s or less. The melt viscosity can be determined by the method described in Examples using a capillary leometer (trade name "Capillary Graph 1D", manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.). The shear rate (shear velocity) can also be measured using a capillary leometer.
前記高分子シートは、例えば、チップ状のPEEKをTダイ押出成形機などで加熱溶融し、シート状にすることにより製造することができる。チップ状のPEEKとしては、市販品を用いることができ、商品名「VESTAKEEP 1000G」(ダイセル・エボニック(株)製)などを好適に用いることができる。なお、Tダイ押出成形機の加熱温度は、PEEKの融点以上であればよく、例えば350~400℃である。 The polymer sheet can be produced, for example, by heating and melting chip-shaped PEEK with a T-die extruder or the like to form a sheet. As the chip-shaped PEEK, a commercially available product can be used, and a trade name “VESTAKEP 1000G” (manufactured by Daicel Evonik Industries, Ltd.) or the like can be preferably used. The heating temperature of the T-die extruder may be equal to or higher than the melting point of PEEK, and is, for example, 350 to 400 ° C.
前記高分子シートは、ファイバーに用いられる各種の添加剤、例えば、赤外線吸収剤、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等)、難燃剤、帯電防止剤、着色剤、充填剤、滑剤、抗菌剤、防虫・防ダニ剤、防カビ剤、つや消し剤、蓄熱剤、香料、蛍光増白剤、湿潤剤、可塑剤、増粘剤、分散剤、発泡剤、界面活性剤等を含有してもよい。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて配合することができる。 The polymer sheet contains various additives used for fibers, such as infrared absorbers, stabilizers (antioxidants, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, etc.), flame retardants, antistatic agents, colorants, and fillers. , Lubricants, antibacterial agents, insect and tick repellents, fungicides, matting agents, heat storage agents, fragrances, optical brighteners, wetting agents, plasticizers, thickeners, dispersants, foaming agents, surfactants, etc. It may be contained. These additives can be blended alone or in combination of two or more.
これらの添加剤のなかでは、界面活性剤を用いることが好ましい。高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、高分子シートは電気絶縁性が高く、電気抵抗の低くなる熱溶融部までに電荷を注入しにくい。しかし、界面活性剤を用いると、電気絶縁性の大きい高分子シートの表面の電気抵抗が低下し、熱溶融部まで十分に電荷を注入できる。また、界面活性剤などの付与は、高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、シートが複数成分で構成されている場合の相分離の防止に有効である。 Among these additives, it is preferable to use a surfactant. When a high voltage is applied to the polymer sheet to inject the electric charge, the polymer sheet has high electrical insulation and it is difficult to inject the electric charge into the heat-melted portion where the electric resistance becomes low. However, when a surfactant is used, the electrical resistance on the surface of the polymer sheet having a large electrical insulation property is reduced, and a sufficient charge can be injected to the heat-melted portion. Further, the addition of a surfactant or the like is effective in preventing phase separation when the sheet is composed of a plurality of components when a high voltage is applied to the polymer sheet to inject charges.
これらの添加剤は、それぞれ、高分子シートを構成する樹脂100重量部に対して、50重量部以下の割合で使用でき、好ましくは0.01~30重量部、より好ましくは0.1~5重量部の割合である。 Each of these additives can be used in a ratio of 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the resin constituting the polymer sheet, preferably 0.01 to 30 parts by weight, and more preferably 0.1 to 5 parts by weight. It is the ratio of parts by weight.
前記高分子シートの厚みは、好ましくは0.01~10mm、より好ましくは0.05~5.0mmである。厚みが上記範囲であると、後述のPEEKファイバーの製造がしやすい。 The thickness of the polymer sheet is preferably 0.01 to 10 mm, more preferably 0.05 to 5.0 mm. When the thickness is in the above range, the PEEK fiber described later can be easily manufactured.
また、前記PEEKファイバーの製造方法において、前記高分子シートの端部と前記捕集部材との間の空間は、不活性ガス雰囲気であってもよい。この空間を不活性ガス雰囲気とすることにより、繊維の発火を抑制できるため、レーザー光の出力を高めることができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が挙げられる。これらのうち、通常、窒素ガスを使用する。また、上記不活性ガスの使用により、帯状溶融部における酸化反応を抑制することができる。 Further, in the method for producing PEEK fiber, the space between the end portion of the polymer sheet and the collecting member may have an inert gas atmosphere. By making this space an inert gas atmosphere, ignition of fibers can be suppressed, so that the output of laser light can be increased. Examples of the inert gas include nitrogen gas, helium gas, argon gas, carbon dioxide gas and the like. Of these, nitrogen gas is usually used. Further, by using the above-mentioned inert gas, the oxidation reaction in the band-shaped molten portion can be suppressed.
また、上記空間は加熱してもよい。加熱することにより得られるファイバーの直径を小さくすることができる。即ち、空間の空気又は不活性ガスを加熱することにより、形成されつつある繊維の急激な温度低下を抑制することができ、これにより、繊維の伸長又は延伸を促進し、より極細な繊維が得られるのである。加熱方法としては、例えば、ヒーター(ハロゲンヒーター等)を用いた方法や、レーザー光を照射する方法等が挙げられる。加熱温度は、例えば、50℃以上の温度から樹脂の発火点未満までの温度範囲から選択できるが、紡糸性の点から、PEEKの融点未満の温度が好ましい。 Further, the space may be heated. The diameter of the fiber obtained by heating can be reduced. That is, by heating the air in the space or the inert gas, the rapid temperature drop of the fibers being formed can be suppressed, thereby promoting the elongation or stretching of the fibers and obtaining finer fibers. Is to be done. Examples of the heating method include a method using a heater (halogen heater and the like), a method of irradiating a laser beam, and the like. The heating temperature can be selected from, for example, a temperature range of 50 ° C. or higher to less than the ignition point of the resin, but from the viewpoint of spinnability, a temperature lower than the melting point of PEEK is preferable.
(PEEKファイバーから形成された不織布の製造方法)
次に、PEEKファイバーから形成された不織布を製造する方法の一例について説明する。以下のPEEKファイバーから形成された不織布の製造方法では、上述のPEEKファイバーの製造方法において、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させつつ、前記PEEKファイバーの製造方法を連続的に行い、これらをシート状に集積させて不織布を得る。以下に示す方法により、PEEKファイバーから形成された不織布を製造してもよく、前記PEEKファイバーの製造方法で得られたPEEKファイバーを他の方法で不織布としてもよい。
(Manufacturing method of non-woven fabric formed from PEEK fiber)
Next, an example of a method for producing a nonwoven fabric formed from PEEK fiber will be described. In the following method for producing a nonwoven fabric formed from PEEK fiber, in the above-mentioned method for producing PEEK fiber, the PEEK fiber is produced while moving the collection position of the fibers flying in the direction of the fiber collecting plate over time. The method is continuously carried out and these are accumulated in a sheet shape to obtain a non-woven fabric. A nonwoven fabric formed from PEEK fibers may be produced by the method shown below, or the PEEK fibers obtained by the method for producing PEEK fibers may be used as a nonwoven fabric by another method.
ここで、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させる方法としては、例えば(1)捕集部材(繊維捕集板自体が捕集部材として機能する場合は繊維捕集板)を移動させる方法、(2)高分子シートの保持位置を移動させる方法、(3)テーラーコーンから捕集部材に向かって、飛翔中の繊維に力学的、磁力的又は電気的な力を作用させる方法、例えば、飛翔中の繊維にエアーを吹き付ける方法、(4)上記(1)~(3)の方法を選択的に組合せる方法等を用いることができる。 Here, as a method of moving the collection position of the fibers flying in the direction of the fiber collection plate over time, for example, (1) a collection member (when the fiber collection plate itself functions as a collection member, the fiber How to move the collection plate), (2) How to move the holding position of the polymer sheet, (3) Mechanically, magnetically or electrically to the flying fibers from the tailor cone to the collection member. A method of applying a force, for example, a method of blowing air onto a flying fiber, a method of (4) selectively combining the above methods (1) to (3), and the like can be used.
これらのなかでは、装置の構成の簡略化が容易で、製造する不織布の形状(厚みや目付等)を制御しやすい点で、上記(1)の方法、即ち、捕集部材を移動させる方法が望ましい。以下、上記(1)の方法を用いる場合を例に、PEEKファイバーから形成された不織布の製造方法について詳述する。 Among these, the method (1) above, that is, the method of moving the collecting member, is easy to simplify the configuration of the apparatus and control the shape (thickness, basis weight, etc.) of the non-woven fabric to be manufactured. desirable. Hereinafter, the method for producing a nonwoven fabric formed from PEEK fiber will be described in detail by taking the case of using the method (1) above as an example.
上記(1)の方法を用いたPEEKファイバーから形成された不織布の製造方法では、図1に示したPEEKファイバーの製造方法において、繊維捕集板8上に捕集部材を載置しておき、この捕集部材を高分子シート6の幅方法に垂直な方向(図中、右方向又は左方向)に移動させつつ、前記PEEKファイバーの製造方法を連続的に行う。ここで、捕集部材の移動速度は、一定であってもよいし、経時的に変化してもよく、さらには、移動と停止とを繰り返してもよい。なお、前記PEEKファイバーの製造方法を連続的に行うには、既に説明したように、ファイバーの製造工程の進行に伴って、高分子シート6を繊維捕集板8側(捕集部材側)に連続的に送り出せばよい。なお、高分子シートを連続的に送り出す速度(送り速度)は、前記PEEKファイバーの製造方法で記載した通りである。
In the method for producing a nonwoven fabric formed from PEEK fiber using the method (1) above, in the method for producing PEEK fiber shown in FIG. 1, a collecting member is placed on the
また、繊維捕集板8上の捕集部材の移動速度は特に限定されず、製造する繊維シートの目付等を考慮して適宜決定すればよいが、通常10~2000mm/min程度である。例えば、目付1000g/m2の高分子シートの送り速度が0.5mm/minである場合、捕集部材の移動速度を1000mm/min程度に設定することにより、目付0.5g/m2程度の不織布を連続的に製造することができる。
Further, the moving speed of the collecting member on the
図3は、上述の図1に示すPEEKファイバーの製造方法を含む、不織布製造装置の一例を模式的に示す断面図である。図3に示す装置(不織布製造装置)は、レーザー発生源11と、光路調整部材12と、高分子シート6を連続的に送り出せる高分子シート送り装置13と、高分子シート6を保持する保持部材16、高分子シート6に電荷を付与する電極17、繊維を捕集するための捕集部材22、電極17と高分子シート6の帯状溶融部(端部)6a及び捕集部材22を介して対向配置された繊維捕集板14、及び、加熱装置15が配設された筐体23と、電極17、繊維捕集板14のそれぞれに電圧を印加する高電圧発生装置20a、20bと、捕集部材22を移動させるためのプーリー21を備えている。なお、上記光路調整部材12は、上述のように光学部品の集合体であり、図1に示すビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3、及びシリンドリカルレンズ群4などから構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a nonwoven fabric manufacturing apparatus including the PEEK fiber manufacturing method shown in FIG. 1 described above. The device (non-woven electrode manufacturing device) shown in FIG. 3 is a laser generation source 11, an optical
図3において、レーザー発生源11から出射し、光路調整部材12を介した帯状レーザー光5は、筐体23内に導入され、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射される。筐体23の上部には、モータとモータの回転運動を直線運動に変換する機構とを備えた高分子シート送り装置13が取り付けられており、高分子シート6は、この高分子シート送り装置13に取り付けられ、連続的に筐体23内へ送り出されることとなる。一方、高分子シート6の下部は、電極17が取り付けられた保持部材16により保持されている。高分子シート6と電極17とは常に接触しているため、電極17に電圧が印加されると、高分子シート6に電荷が付与されることとなる。
In FIG. 3, the band-shaped
電極17と対をなす電極として機能する繊維捕集板14は、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6a及び捕集部材22を介して対向する位置に配設されている。そのため、電極17及び繊維捕集板14に電圧が印加された場合には、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aと捕集部材22との間には電位差が生じることとなる。電極17、繊維捕集板14への電圧の印加は、それぞれに接続された高電圧発生装置20a、20bにより行われる。なお、この不織布製造装置では、電極17が正電極であり、繊維捕集板14が負電極であるが、逆の場合でもよい。捕集部材22は、プーリー21とコンベアベルトとからなるベルトコンベアであり、コンベアベルト自体が、捕集部材22に相当する。そのため、プーリー21の駆動に伴って、捕集部材22(コンベアベルト)は所定の方向(例えば、図中、右方向)に移動する。
The
図3に示す不織布製造装置は、加熱装置15を備えており、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aから捕集部材22に向かって吐出され、伸長した繊維を加熱することができる。また、筐体23内には、レーザー光吸収板19及び熱吸収板18が備えられている。
The non-woven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3 includes a heating device 15 and can heat the stretched fibers by being discharged from the strip-shaped melting portion (end portion) 6a of the
図3に示す不織布製造装置では、電極17及び繊維捕集板14の両方に電圧を印加した状態で、高分子シート送り装置13及び保持部材16により高分子シート6を送りつつ、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに帯状レーザー光5を照射することにより、既に説明したように、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aにテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンより繊維が吐出され、繊維捕集板14に飛翔し、その結果、伸長した繊維が捕集部材22で捕集されることとなる。そして、高分子シート6を連続的に送りつつ(連続的に繊維を吐出させつつ)、捕集部材22を移動させることにより、捕集部材22上に不織布を製造することができるのである。
In the non-woven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the
図3に示す不織布製造装置において、捕集部材22はシート状の部材である。この装置において、捕集部材22はシート状であれば特に限定されないが、紙、フィルム、各種織物、不織布、メッシュ等である。また、捕集部材が、金属あるいは表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するシートあるいはベルトであってもよい。
In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the collecting
図3に示す不織布製造装置において、電極17、繊維捕集板14の材料は、導電性材料(通常、金属成分)であればよく、例えば、クロム等の第6族元素、白金等の第10族元素、銅や銀等の第11族元素、亜鉛等の第12族元素、アルミニウム等の第13族元素等の金属単体や合金(アルミニウム合金やステンレス合金等)、又はこれらの金属を含む化合物(酸化銀、酸化アルミニウム等の金属酸化物等)等が挙げられる。これらの金属成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの金属成分のうち、銅、銀、アルミニウム、ステンレス合金等が特に好ましい。繊維捕集板14の形状は特に限定されないが、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。これらの形状のうち板状、ローラー状が特に好ましい。レーザー光吸収板19としては、例えば、黒体を塗装した金属や多孔質セラミック等が挙げられる。熱吸収板18としては、例えば、黒色のセラミック等が挙げられる。このような装置を用いることにより、前記不織布を効率よく製造することができる。
In the non-woven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the material of the electrode 17 and the
本発明の電解質膜補強材は、上記製造方法以外に必要に応じて、PEEKファイバーから形成された不織布を、例えば金型等を用いて圧縮成形する工程(プレス工程)等を経て製造されたものでもよい。また、前記電解質膜補強材は、前記不織布もしくは前記以外の不織布を複数枚重ねて、圧縮成形(プレス)して一体化されたものでもよい。また、本発明の電解質膜は、上記の方法で得られた電解質膜補強材の気孔に高分子固体電解質や無機固体電解質などを充填(含浸)させることにより製造することができる。 The electrolyte membrane reinforcing material of the present invention is manufactured through a step (pressing step) in which a nonwoven fabric formed from PEEK fiber is compression-molded using, for example, a die, if necessary, in addition to the above-mentioned manufacturing method. But it may be. Further, the electrolyte membrane reinforcing material may be one in which a plurality of the nonwoven fabrics or the nonwoven fabrics other than the above are laminated and compression molded (pressed) to be integrated. Further, the electrolyte membrane of the present invention can be produced by filling (impregnating) the pores of the electrolyte membrane reinforcing material obtained by the above method with a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like.
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1
(高分子シートの作製)
PEEK[ダイセル・エボニック社製、商品名「VESTAKEEP 1000G」]のチップ状試料をラボプラストミルTダイ押出成形装置((株)東洋精機製作所製)にて、ダイス幅150mm、リップ幅0.4mmのTダイを用いて、押出温度345~360℃でシート状に押出し、引き取りロール温度140℃、巻き取り速度1.0~2.0m/minで巻き取って、厚さ0.1mmの高分子シートを作製した。
作製した高分子シートの以下の方法で測定した溶融粘度(400℃)は、151Pa・sであり、高分子シートの結晶化度は、12.7%であった。高分子シートの結晶化度は、以下の不織布を形成するPEEKファイバーの結晶化度と同じ方法で求めた。
Example 1
(Preparation of polymer sheet)
A chip-shaped sample of PEEK [manufactured by Daicel Ebonic, trade name "VESTAKEE P 1000G"] is subjected to a lab-plast mill T-die extrusion molding device (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) with a die width of 150 mm and a lip width of 0.4 mm. Using a T-die, extrude into a sheet at an extrusion temperature of 345 to 360 ° C., take up a polymer sheet with a take-up roll temperature of 140 ° C. and a take-up speed of 1.0 to 2.0 m / min, and have a thickness of 0.1 mm. Was produced.
The melt viscosity (400 ° C.) of the produced polymer sheet measured by the following method was 151 Pa · s, and the crystallinity of the polymer sheet was 12.7%. The crystallinity of the polymer sheet was determined by the same method as the crystallinity of the PEEK fiber forming the following nonwoven fabric.
次に、上記の方法で作製した高分子シートを用いて、以下の方法によりPEEKファイバーから形成された不織布を製造した。 Next, using the polymer sheet produced by the above method, a nonwoven fabric formed from PEEK fiber was produced by the following method.
(PEEKファイバーから形成された不織布の製造)
図3に概要を示す不織布製造装置により、PEEKファイバーから形成された不織布を製造した。
図3に示した装置のレーザー発生源11として、CO2レーザー(ユニバーサルレーザーシステムズ社製、波長10.6μm、出力45W、空冷型、ビーム径φ4mm)を使用した。図3に示した装置の光路調整部材12として、倍率2.5倍のビームエキスパンダーと、ホモジナイザー(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、コリーメンションレンズ(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、シリンドリカルレンズ(平凹レンズ、f-30mm)及びシリンドリカルレンズ(平凸レンズ、f-300mm)とをこの順で所定の位置に配置したものを使用した。これらの光路調整部材を介することにより、スポット状のレーザー光を幅約150mm、厚さ約1.4mmの帯状レーザー光5に変換して高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射した。このときのレーザー光の出力は61W/13cm、高分子シートの送り速度は、6mm/minであり、電極17と繊維捕集板14の間の電位差は、6kV/cmであった。
これにより、平均繊維径(直径)が0.7μmであるPEEKファイバーから形成される不織布が得られた。不織布を形成するPEEKファイバーの以下の測定方法での結晶化度は24.0%であった。上記で製造された不織布を電解質膜補強材として用いた。電解質膜補強材の平均気孔径は200μmであり、気孔率は60%であった。
(Manufacturing of non-woven fabric formed from PEEK fiber)
A non-woven fabric formed from PEEK fiber was manufactured by the non-woven fabric manufacturing apparatus outlined in FIG.
As the laser generation source 11 of the apparatus shown in FIG. 3, a CO 2 laser (manufactured by Universal Laser Systems, Inc., wavelength 10.6 μm, output 45 W, air-cooled type, beam diameter φ4 mm) was used. As the optical
As a result, a nonwoven fabric formed from PEEK fibers having an average fiber diameter (diameter) of 0.7 μm was obtained. The crystallinity of the PEEK fiber forming the non-woven fabric by the following measuring method was 24.0%. The non-woven fabric produced above was used as an electrolyte membrane reinforcing material. The average pore diameter of the electrolyte membrane reinforcing material was 200 μm, and the porosity was 60%.
実施例2
(電解質膜補強材の製造)
上記実施例1のPEEKファイバーから形成された不織布で得られた不織布を金型(幅10mm、長さ30mm、厚さ1mm)に成形後の厚みが40μmとなるように束ねて挿入し、型閉じ後、120℃で30秒間加熱し、0.5MPaでプレス(圧縮成形)することにより電解質補強材を得た。上記電解質膜補強材の平均気孔径は100μmであり、気孔率は70%であった。
Example 2
(Manufacturing of electrolyte membrane reinforcement)
The non-woven fabric obtained from the non-woven fabric formed from the PEEK fiber of Example 1 is bundled and inserted into a mold (
実施例3
(電解質膜の製造)
上記実施例2で得られた電解質膜補強材を用いて電解質膜を製造した。パーフルオロカーボン系スルホン酸樹脂溶液(デュポン社製「Nafion(商標名)」溶液、5質量%濃度)をエバポレーターで15質量%の濃度に濃縮し、これに上記電解質膜補強材を浸漬させ、余剰のNafion溶液をバーで拭き取った後に乾燥させることにより、パーフルオロカーボン系スルホン酸樹脂が電解質膜補強材の細孔中に充填された電解質膜を得た。
乾燥は熱風炉中80℃で30分間行ない、パーフルオロカーボン系スルホン酸樹脂の充填量は、電解質膜全体の70重量%であった。
Example 3
(Manufacturing of electrolyte membrane)
An electrolyte membrane was produced using the electrolyte membrane reinforcing material obtained in Example 2 above. A perfluorocarbon-based sulfonic acid resin solution (Dupont's "Nafion (trade name)" solution, 5% by mass concentration) was concentrated to a concentration of 15% by mass with an evaporator, and the above-mentioned electrolyte membrane reinforcing material was immersed therein to make a surplus. The concentration solution was wiped off with a bar and then dried to obtain an electrolyte membrane in which the perfluorocarbon-based sulfonic acid resin was filled in the pores of the electrolyte membrane reinforcing material.
Drying was carried out in a hot air furnace at 80 ° C. for 30 minutes, and the filling amount of the perfluorocarbon-based sulfonic acid resin was 70% by weight of the entire electrolyte membrane.
(高分子シートの溶融粘度(400℃)の測定方法)
高分子シートの400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の溶融粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)にて、キャピラリー径1mm、長さ10mmの冶具を用いて測定した。
(Measuring method of melt viscosity (400 ° C) of polymer sheet)
The melt viscosity of the polymer sheet at a shear rate (shear velocity) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C. was reported to a capillary leometer (trade name "Capillary Graph 1D", manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.). The measurement was performed using a jig having a capillary diameter of 1 mm and a length of 10 mm.
(不織布を形成するPEEKファイバーの結晶化度の測定方法)
不織布を形成するPEEKファイバーの結晶化度は、DSC測定から求めた熱量から算出した。
DSC測定は、示差走査熱量計(DSC-Q2000/TA社製)を用い、基準材料はアルミナを用い、窒素雰囲気下、温度範囲は0~420℃、昇温速度20℃/minの条件で行った。
DSC測定で求めた熱量から、以下の式を用いて結晶化度を求めた。
結晶化度(%)={(試料の融解熱[J/g])-(試料の再結晶化熱[J/g])}/完全結晶の融解熱(130[J/g])×100
(Measuring method of crystallinity of PEEK fiber forming non-woven fabric)
The crystallinity of the PEEK fiber forming the non-woven fabric was calculated from the amount of heat obtained from the DSC measurement.
DSC measurement is performed using a differential scanning calorimeter (DSC-Q2000 / TA), alumina as the reference material, a nitrogen atmosphere, a temperature range of 0 to 420 ° C, and a temperature rise rate of 20 ° C / min. rice field.
From the calorific value obtained by DSC measurement, the crystallinity was determined using the following formula.
Crystallinity (%) = {(heat of fusion of sample [J / g])-(heat of fusion of sample [J / g])} / heat of fusion of perfect crystal (130 [J / g]) × 100
(電解質膜補強材の平均気孔径の測定)
上記の実施例1の電解質膜補強材について、電解質膜補強材の断面を切り出し、その断面の電子顕微鏡写真から任意の30点以上の気孔についてその面積を測定し、その平均値を平均気孔面積Saveとした。気孔が真円であると仮定し、下記式を用いて平均気孔面積から気孔径に換算した値を平均気孔径とした。ここでπは円周率を表す。
平均気孔径[μm]=2・(Save/π)1/2
(Measurement of average pore diameter of electrolyte membrane reinforcing material)
With respect to the electrolyte membrane reinforcing material of Example 1 above, a cross section of the electrolyte membrane reinforcing material is cut out, the area of any 30 or more pores is measured from an electron micrograph of the cross section, and the average value is the average pore area S. I made it ave . Assuming that the pores are perfect circles, the value converted from the average pore area to the pore diameter using the following formula was taken as the average pore diameter. Where π represents pi.
Average pore diameter [μm] = 2 ・ ( Save / π) 1/2
(電解質膜補強材の気孔率の測定)
上記の実施例1の電解質膜補強材について、電解質膜補強材の気孔率を下記式より算出した。
電解質膜補強材の一部又は全部を切り出し、その体積及び重量を測定した。
下記式において、Vは電解質膜補強材の体積[cm3]、Wは電解質膜補強材の重量[g]、ρは密度[g/cm3](PEEKの密度は1.27)を示す。
気孔率[%]=100-100・W/(ρ・V)
(Measurement of porosity of electrolyte membrane reinforcement)
For the electrolyte membrane reinforcing material of Example 1 above, the porosity of the electrolyte membrane reinforcing material was calculated from the following formula.
A part or all of the electrolyte membrane reinforcing material was cut out, and the volume and weight thereof were measured.
In the following formula, V indicates the volume of the electrolyte membrane reinforcing material [cm 3 ], W indicates the weight of the electrolyte membrane reinforcing material [g], and ρ indicates the density [g / cm 3 ] (the density of PEEK is 1.27).
Porosity [%] = 100-100 ・ W / (ρ ・ V)
1 レーザー発生源
2 ビームエキスパンダー及びホモジナイザー
3 コリーメンションレンズ
4 シリンドリカルレンズ群
5 帯状レーザー光
6 高分子シート
6a 帯状溶融部
6b 針状突出部
7 保持部材
8 繊維捕集板
9 サーモグラフィー
10 高電圧発生装置
11 レーザー発生源
12 光路調整部材
13 高分子シート送り装置
14 繊維捕集板
15 加熱装置
16 保持部材
17 電極
18 熱吸収板
19 レーザー光吸収板
20a 高電圧発生装置
20b 高電圧発生装置
21 プーリー
22 捕集部材
23 筐体
h テーラーコーンの高さ
w 幅方向
1 Laser source 2 Beam expander and homogenizer 3 Collimation lens 4
Claims (6)
平均気孔径[μm]=2・(Save/π) 1/2
電解質膜補強材の断面を切り出し、その断面の電子顕微鏡写真から任意の30点以上の気孔についてその面積を測定し、気孔が真円であると仮定し、下記式を用いて平均気孔面積Saveから気孔径に換算する The method for producing an electrolyte membrane reinforcing material according to claim 1, wherein the average pore diameter calculated by the following formula is 3 to 280 μm.
Average pore diameter [μm] = 2 ・ (Save / π) 1/2
A cross section of the electrolyte membrane reinforcing material is cut out, the area of any 30 or more pores is measured from an electron micrograph of the cross section, and it is assumed that the pores are perfect circles. Convert to pore diameter
気孔率[%]=100-100・W/(ρ・V)
Vは電解質膜補強材の体積[cm 3 ]、Wは電解質膜補強材の重量[g]、ρは密度[g/cm 3 ]を示す The method for producing an electrolyte membrane reinforcing material according to claim 1 or 2, wherein the porosity calculated by the following formula is 15 to 70%.
Porosity [%] = 100-100 ・ W / (ρ ・ V)
V indicates the volume of the electrolyte membrane reinforcing material [cm 3 ], W indicates the weight of the electrolyte membrane reinforcing material [g], and ρ indicates the density [g / cm 3 ].
The method for producing an electrolyte membrane reinforcing material according to any one of claims 1 to 3, wherein the average fiber diameter of the PEEK fiber is 10 μm or less.
The method for producing an electrolyte membrane reinforcing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the PEEK fiber has a crystallinity of 30% or less.
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