JPH0694363B2 - ガラス状炭素成形品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ガラス状炭素は不浸透性、化学的安定性等を有している
ことからパツキン、ルツボ化学プラント、ガスケツト等
に応用されており、特に近年燃料電池のセパレーターの
素材としても注目されている。本発明はこのようなガラ
ス状炭素からなる成形品に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

フラン樹脂等の有機重合体を不活性雰囲気中で焼成して
得られるガラス状の炭素は耐熱性、強度、耐食性、ガス
の排吸着性および液体の不浸透性のいずれにも優れた素
材であり、前記の通り種々の成形品に応用されている
（特開昭59-21512号公報）。

ガラス状炭素の強度をさらに高めるためにガラス状炭素
の中にアスベスト、石炭ウール、炭素繊維などの無機質
の繊維を配合したり、または、セルロース繊維などの有
機質の繊維を配合して後に焼成して無機質とする方法が
試みられている（特開昭61-83611号公報）。このような
繊維の配合によつて確かにガラス状炭素成形品の強度は
向上するが、繊維とガラス状炭素との密着性が問題であ
り、密着性不良に起因して、それらの界面で欠け、ひび
割れまたは剥離が発生したり、強度が低下したり、また
ガラスの非通過性が悪化するという欠点があつた。

この発明は上記のような欠点のないガラス状炭素成形品
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは上記目的を達成するために種々検討を行な
つた結果、ガラス状炭素製造用の有機重合体を炭化して
得られた炭化物を骨材として用いると、ガラス状炭素と
骨材とが同一物質に由来するので、互に親和性があると
考えられ、前記のような密着性不良の問題が生じないで
あろうとの着想を得た。この発明は上記着想をもとにな
されたものである。

すなわち、この発明は、塩化ビニル樹脂の熱分散生成物
と、塩化ビニル樹脂の熱分解生成物の炭化物からなる骨
材との配合物が焼成されてなるガラス状炭素成形品であ
って、前記熱分解生成物が焼成されたガラス状炭素と焼
成された前記骨材とが融和してなるガラス状炭素成形品
である。

以下、この発明についてさらに詳しく説明すると、この
発明で用いる有機重合体は塩化ビニル樹脂である。なぜ
なら、塩化ビニル樹脂は、他の有機重合体であるポリビ
ニルアルコール、油溶性フェノール樹脂、アルキルフェ
ノール樹脂、塩素化パラフィン、塩素化ポリプロピレ
ン、酢酸ビニル樹脂、ポリカーボネート等に比べて金属
不純物が少なく、また、得られたガラス状炭素成形品
は、前記密着性にも優れているので、特に用途が半導体
製造用部材である場合に好都合となるからである。

塩化ビニル樹脂の熱分解は、その粒状品又は粉末を不活
性雰囲気下、例えばアルゴンガス中で200〜500℃で30分
以上加熱して行う。その際の望ましい温度・時間は、熱
分解生成物の炭素原子と水素原子の重量比（C/H）が10
〜25となるような条件であり、それはあらかじめ実験に
より定められておくのが良い。このようにして得られた
熱分解生成物はピッチ状物質（以下、PC物質という）で
あり、常温では固体である。

骨材は、前記PC物質の原料として用いた塩化ビニル樹脂
の炭化物である。ここで炭化物とは、完全に炭化したも
のに限られず、むしろ水素原子の一部が残っているもの
が前記密着性の点で好ましい。

骨材を得るための熱分解の方法は前記PC物質を得る方法
と同じでよいが、加熱の温度は600℃以上、好ましくは8
00〜1000℃である。加熱の時間は１〜２時間でよい。

このようにして得られた固形物を粉砕等の方法で粒径を
整える。その形態は直径が50μｍ以下の球形または不定
形でよく、また、長径500μｍ以下の棒状または繊維状
でもよい。PC物質に対する骨材の最適配合量は骨材の粒
径、形状等により変るが、用いるPC物質の５倍（重量
比）を越えると不浸透性の点や、均一に成形することが
困難になるなどの点で問題が生じてくる。PC物質と骨材
との配合方法は両者の粉末を常温で混合するか、または
加熱ロールで混練する。成形はロールにより板状または
フイルム状にしたり、また押出成形機でカツプ状等に成
形することもできる。配合および成形時にPC物質に有機
溶剤を加えることによつて粘性を下げてもよい。また、
溶剤を加えてスラリー状にしてドクターブレード法によ
つて板状の成形体を得ることもできる。さらに前記スラ
リーを耐熱性の材料上に流延することもできる。前記溶
剤としては溶解性の点から脂肪族塩素糸の溶剤が好まし
い。

溶剤を用いて成形した場合には下記焼成の前に比較的低
温（50〜100℃ていど）で乾燥させることが好ましい。

このようにして得られたフイルム、板、カツプ等の成形
体を焼成炉に入れて不活性雰囲気中で加熱することによ
つてガラス状炭素成形品を得る。加熱の条件は常温から
30℃までは５℃／分、300℃から550℃までは１℃／分、
550℃から最終加熱温度までは10℃／分ていどの昇温速
度で昇温し、最終加熱温度で２〜３時間保持してのち室
温まで放冷することが望ましい。昇温速度は製造する成
形品の厚さに関係があり、厚さが厚いほど昇温速度を小
さくする必要がある。最終昇温速度は1000〜1200℃が適
当である。なお、不酸化処理を行なう必要があれば前記
不活性雰囲気中での加熱の前に焼成炉において空気雰囲
気中で150〜350℃の温度で数時間加熱すればよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

〔実施例〕

実施例…有機重合体として、電気化学工業（株）製の塩
化ビニル樹脂「SS-110S」を用意した。石英ボートに樹
脂を入れ、窒素ガス雰囲気下390℃で90分熱分解してPC
物質を得た。このPC物質をボールミルで粉砕して平均粒
径２μｍの粉末にした。得られたPC物質のC/H比（重量
比）をCHNコーダー（柳本（製）MT−３）で測定した所1
2.5であつた。

いつぽう、前記PC物質の一部を窒素ガス雰囲気下800℃
で２時間焼成して炭化させ、ついでボールミルで粉砕し
て平均粒径2.2μｍの粉末にしたものを骨材とした。前
記PC物質の粉末300gと前記骨材1000gを混合し、カレン
ダーロールによりロール温度200℃で加熱混練し、厚さ
5.3mmの薄板を作成した。

得られた薄板を焼成炉に入れ、まず、空気雰囲気中で17
0℃の温度で５時間、ついで250℃で20時間加熱し、つい
で雰囲気をアルゴンガスで置換し、昇温を始めた。昇温
速度は温度が300℃までは５℃/min、温度が300〜550℃
の間は１℃/min、温度が550〜1200℃の間は10℃/minに
した。温度が1200℃に達したとき昇温を止め、３時間12
00℃の温度を保つたのち放冷した。

得られた厚さ5mmのガラス状炭素薄板より５枚の試験片
を作成し、それぞれビツカース硬度、通気率、曲げ強度
および弾性率の測定を行ない、そしてSEM観察を行なつ
た。これらの結果は表に示すとおり満足するべきもので
あつた。なお、これらの測定法はつぎの通りである。

ａ）ビツカース硬度…明石製作所MVKタイプの装置を使
用した。

ｂ）通気率…試験片で２つに仕切られたチヤンバーの両
側を10^-7torr以下の真空度にしたのち、片側に１気圧の
ヘリウムガスを流し、反対側の圧力上昇を測定すること
により行なつた。

ｃ）曲げ強度…JIS R7202に従つて測定した。

ｄ）弾性率…JIS 7202に従つて測定した。

比較例 骨材としてイビデン株式会社製の黒鉛Ｔ−6P（密度1.90
g/cm³）をボールミルにより平均粒径2.2μｍに粉砕した
ものを用いたほかは実施例と同一方法、同一条件で５枚
の試験片を作成し、それぞれ実施例と同じくビツカース
硬度、通気率、曲げ強度および弾性率の測定を行ない,S
EM観察を行なつた。これらの結果は表に示すとおりであ
る。

実施例に比べ第１にビツカース強度が低く、その値のバ
ラツキが大きい。第２にガスの非透過性が劣つている。
さらに、曲げ強度および弾性率が小さい。これらの欠点
は骨材とガラス状炭素との密着性不良に起因するものと
考えられる。

〔発明の効果〕 本発明のガラス状炭素成形品は、ガラス状炭素製造用の
塩化ビニル樹脂を炭化して得られた炭化物を骨材として
用いることにより、骨材とガラス状炭素との密着性が改
善される結果、成形品各部の硬度が安定して高くなり、
曲げ強度および弾性率も高くなる。また、ガスの非透過
性が向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−41913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−26292（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塩化ビニル樹脂の熱分解生成物と、塩化ビ
   ニル樹脂の熱分解生成物の炭化物からなる骨材との配合
   物が焼成されてなるガラス状炭素成形品であって、前記
   熱分解生成物が焼成されたガラス状炭素と焼成された前
   記骨材とが融和してなるガラス状炭素成形品。