碳纤维无纺布和使用了其的固体高分子型燃料电池的气体扩散电极、固体高分子型燃料...的制作方法_2

文档序号:8491374阅读:来源:国知局
定,为30~100mm左右的短纤维、连续纤维中的任一者均可。另外,单纤维的纤维直径为数 um即可,在使用单丝的情况下,为数100 ym即可,优选的是,在碳化时减少体积、形成直径 20 ym以上的空隙、提高气体或液体的透过性。
[0026] 碳化收率为20%以下的纤维布帛的形态没有特别限定,可例示出纺织物、编织物、 无纺布、网状物等,可通过在后述压缩处理中实现间隔物的功能、以及进行碳化时减少体积 而以何种程度提高气体、液体的透过性来适当选择。
[0027] 例如,优先考虑厚度方向的导电性时,增大布帛的网眼,优选考虑气体、液体的透 过性时,通过减小布帛的网眼而能够表现出其效果。
[0028] 作为纺织物,例如为平纹组织、缎纹组织、斜纹组织之类的单重组织;透风组织等 双重组织;天鹅绒(veludo)、丝绒(velvet)之绒毛组织、纱等絹网组织、提花组织、提花锦 锻(figured brocade)中的任一者。
[0029] 作为编织物,例如可以适当选择平纹编织、罗纹编织、双面编织、花边编织 (lacestitches)等横向编织;Denbign、锻纹织物(Atlas)、凸纹(cord)等的纵向编织。
[0030] 布帛可以是无纺布,也可以是湿式无纺布、干式无纺布中的任一者。
[0031] 交点与非交点的部位难以产生厚度差异,因此这些布帛在交点进行熔接即可。
[0032] 另外,本发明的复合片材必须的是,碳化收率为30%以上的纤维的至少一部分贯 穿碳化收率为20%以下的纤维布帛。贯穿是指存在从布帛的一个表面横穿布帛的另一个表 面的纤维,如图1那样,可以通过用离子束或剃刀进行切割来观察、利用使用了 X射线等的 透射图像来评价剖面等,从而进行确认。碳化收率为30%以上的纤维中的至少一部分纤维 贯穿纤维布帛即可。
[0033] 以纺织物的情况为例来列举纤维布帛时,优选的是,在与网重叠的开口部(被经纱 与炜纱包围的空间)之中,50%以上的开口部贯穿有多根碳化收率为30%以上的纤维,更优 选的是,70%以上的开口部贯穿有多根纤维。像这样,通过大量碳化收率为30%以上的纤维 贯穿布帛,从而在碳化后能够获得高导电性。
[0034] 本发明的碳纤维无纺布具有直径20 ym以上的空隙。该空隙的直径优选为30 ym 以上、更优选为40 ym以上。这是因为,空隙过小时,难以获得气体、液体的高透过性。上限 没有特别限定,优选小于碳纤维无纺布的厚度。另外,空隙过大时,难以获得导电性,空隙的 直径优选不足600 y,更优选为150 ym以下,进一步优选为100 ym以下。
[0035] 本发明中提及的空隙是指:在碳纤维无纺布的剖面中,一个表面与另一个表面之 间不存在碳纤维的空间。空隙的大小在与碳纤维无纺布的面垂直的方向上进行观察,空隙 的直径是指相对于空隙的最大内切圆的直径。
[0036] 本发明的碳纤维无纺布的厚度没有特别限定,在用作固体高分子型燃料电池用气 体扩散电极的情况下,优选为50~300 ym、更优选为80~250 ym。这是因为,过薄时无法耐 受制造时的工序张力,过厚时气体、液体难以透过且导电性降低。此处,碳纤维无纺布的厚 度是指如下平均值:按照JIS L 1913 6. 1 (厚度(A法)),采取10片5cmX5cm的试验片, 使用全自动压缩弹性?厚度测定器(大荣科学精机制作所制、型号:CEH-400),测定在压力 0. 5kPa的加压10秒后的各试验片的厚度,为其平均值。
[0037] 本发明的碳纤维无纺布的一个方式中,需要的是,至少一部分碳纤维从一个表面 连续至另一个表面。碳纤维的纤维轴方向的导电性比纤维剖面方向的导电性优异,连续时 的导电效率比接触时更好,因此,从一个表面连续至另一个表面的碳纤维与非连续的碳纤 维相比能够获得更高的导电性。
[0038] 从一个表面连续至另一个表面是指:在一个表面与另一个表面之间无法确认到纤 维的切断,如图2所示,可以通过用离子束或剃刀进行切割来观察、利用使用了 X射线等的 透射图像来评价剖面方向的纤维等,从而进行确认。碳纤维只要是至少一部分纤维从一个 表面连续至另一个表面即可,由于连续纤维的存在频率越高则越容易获得高导电性,因此, 优选的是,从表面来看,在1mm 2 (ImmX 1mm)的范围内的多个纤维是连续的,更优选的是,在 0? 1mm2 (0? 3mmX0. 3mm)的范围内的多个纤维是连续的。
[0039] 本发明的碳纤维无纺布的一个方式中,需要的是,至少一部分碳纤维相互交织,进 而,至少一部分碳纤维向厚度方向取向。碳纤维的纤维轴方向的导电性与纤维剖面方向的 导电性相比更优异,碳纤维相互交织、进而向厚度方向取向时,想使厚度方向上导电,因此 能够获得高导电性。
[0040] 是否相互交织、进而向厚度方向取向可以如前所述地如图2所示那样通过利用离 子束、剃刀进行切割来观察、利用使用了 X射线等的透射图像来评价剖面方向的纤维等,从 而进行确认。如果仅是单纯地使纤维彼此交差或者接触,则不是相互交织。
[0041] 本发明的碳纤维无纺布的单位面积重量没有特别限定,优选为30~120g/m 2,更优 选为60~90g/m2。这是因为,单位面积重量低时,无法耐受制造时的工序张力,并且处理性 差,单位面积重量高时,用作电极基材时的气体、液体的透过变得困难。此处,单位面积重量 是指碳纤维无纺布的重量除以面积而得到的值。
[0042] 本发明的碳纤维无纺布的表观密度为〇? 2~1. Og/cm3,优选为0? 3~0. 9g/cm3,更优 选为0. 4~0. 8g/cm3。这是因为:不足0. 2g/cm3时,难以获得用作电极基材时的充分导电性, 并且其结构容易被以电极基材的形式施加的压力而破坏,另外,超过1. Og/cm3时,难以获得 用作电极基材时的充分的气体、液体的透过性。
[0043] 碳纤维无纺布的表观密度是单位面积重量除以厚度而得到的值。
[0044] 为了提高形态保持性、操作性等,本发明的碳纤维无纺布优选附着有粘结剂。另 外,为了提高导电性,该粘结剂还可以添加炭黑等。此时的碳纤维无纺布的单位面积重量是 碳纤维、粘结剂、炭黑等添加物的总和除以面积而得到的值,表观密度是该单位面积重量除 以厚度而得到的值。
[0045] 从导电性与气体、液体的透过性的平衡出发,本发明的碳纤维无纺布适合于固体 高分子型燃料电池用的气体扩散电极。需要说明的是,其可以直接用作固体高分子型燃料 电池用的气体扩散电极,实施或组合实施拒水处理、微多孔层形成、催化剂涂布等时,能够 期待更优异的效果,故而优选。
[0046] 接着,针对本发明的碳纤维无纺布的制造方法进行叙述。本发明的碳纤维无纺布 的制造方法具备如下工序:利用针刺和/或水刺(水流交织处理)来结合由碳化收率为30% 以上的纤维制成的网与碳化收率为20%以下的纤维布帛的结合工序;热压所结合的前述网 与前述纤维布帛来制作复合片材的热压工序;以及,煅烧所制作的复合片材来进行碳纤维 化的煅烧工序。
[0047]〈结合工序〉 供于针刺和/或水刺的由碳化收率为30%以上的纤维制成的网可以单独选择或组合选 择对进行了梳理的纤维进行平行铺置(parallellay)或交叉铺置(crosslay)而成的网; 进行气流成网(airlay)而得到的干式网;进行抄制的湿式网之类的非连续纤维网;以及 基于纺粘或熔喷、电场纺纱、闪光纺纱的连续纤维网。其中,优选为即使单位面积重量低于 100g/m 2也容易获得较均匀的片材的非连续纤维网,从与湿式网相比弯曲弹性模量低、能够 期待卷取的容易性、纤维长度较长、能够期待高导电性的观点出发,优选为干式网。
[0048] 另外,在不损失本发明效果的范围内,由碳化收率为30%以上的纤维制成的网也 可以包含碳化收率不足30%的纤维或颗粒、附着物、碳化收率为30
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1