[发明专利]碳纤维片及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过烧结(碳化)氧化聚丙烯腈纤维片获得的碳纤维片，以及涉及碳纤维片的生产方法。更特别地，本发明涉及一种碳纤维片，它具有高碳纤维含量，薄，具有优异的可成形性，在厚度方向的导电性优异，适于作为导电材料如接地材料，电池电极材料等，以及涉及碳纤维片的生产方法。

此碳纤维片适于用作如下电池或蓄电池的电极材料：如聚合物电解质燃料电池、氧化还原流动蓄电池、溴化锌蓄电池、氯化锌蓄电池等，或作为用于电解如氯化钠电解的电极材料等。

背景技术

进行如下研究：使用具有导电性和优异耐腐蚀性的片状碳材料，作为接地材料或蓄电池电极材料。要求用于这样应用的碳片在厚度方向上具有小的电阻。

当碳纤维片特别用作蓄电池电极材料时，碳纤维片必须自身具有小的厚度和高的堆积密度以满足电池或蓄电池向更小尺寸和更轻重量的最近动向。这些性能允许碳材料在贯穿平面方面具有降低的电阻。

作为用于这样应用的碳纤维片，已知有模塑碳材料、碳纤维织物、碳纤维非织造织物等。

作为片状和高堆积密度的模塑碳材料，已知有纤维增强的碳材料(c/c纸)(JP No.2584497和JP-A-63-222078)。此片通过如下方式生产：将切碎的碳纤维抄制成纸，采用苯酚树脂等物质浸渍获得的纸以获得苯酚树脂复合材料，碳化苯酚树脂复合材料中的苯醛树脂等物质。

此片通过加压模塑使用模具生产，因此，厚度精度和表面平滑度优异。然而，此片柔韧性较差和不能制成卷。因此，该片不适于其中需要长片的应用。

此外，片是脆性的和由于，例如在运输或加工期间施加的冲击而容易破裂。另外，片具有高的生产成本和，当大量用作导电材料时，是昂贵的。为什么碳纤维增强的碳片是脆性和柔韧性较差的原因在于，片包含大量浸渍树脂的碳化产物。

为获得具有柔韧性和仍然高堆积密度的片，必须使片中的碳纤维含量变高。

作为具有柔韧性的片形碳材料，碳纤维织物是已知的。作为这样的织物，有长丝织物(JP-A-4-281037和JP-A-7-118988)和细纱织物(JP-A-10-280426)。

通过将碳纤维线编入织物中而获得长丝织物。构成碳纤维线的碳纤维数目可以是不同的。在长丝织物中，碳纤维轴的方向基本平行于织物的平面内方向。因此，织物的电阻在平面内方向上较低但在厚度方向上较高。

同时，作为细纱织物，已知通过如下方式获得的碳纤维细纱织物：使用氧化PAN纤维细纱和碳化它而生产氧化聚丙烯腈(PAN)纤维织物。此碳纤维细纱织物一般比碳纤维长丝织物更具柔韧性。此外，由于是通过扭转短纤维获得的，与碳纤维长丝织物相比，有望细纱织物在厚度方向上具有更低的电阻。另外，与上述c/c纸相比，细纱织物具有更低的生产成本。

然而，常规的碳纤维细纱织物一般堆积密度较低。因此，尽管电阻比c/c纸的电阻更低，在厚度方向上，在要求电导率的应用，如电极等中，它们显示高的电阻。

作为细纱织物，也建议通过如下方式获得的碳纤维织物：将PAN衍生的碳纤维切割成给定长度和将切割纤维编入织物中(JP-A-10-280246)。然而，此织物具有低的堆积密度。用于更高堆积密度的此织物的压缩导致材料的细粉碎。

作为具有等同于碳纤维织物那些的柔韧性和良好易加工性的碳纤维片，有碳纤维非织造织物。当承受穿孔时，此非织造织物比c/c纸和碳纤维织物显示更高的形状保持性，更容易和在比c/c纸和碳纤维织物更低的成本下生产。一般情况下，通过如下方式获得碳纤维非织造物：将氧化PAN纤维进行水喷射处理，针穿孔处理等，以生产氧化纤维非织造织物和碳化氧化纤维非织造织物；因此，在碳纤维非织造织物中，它的轴平行于厚度方向的纤维的比例，比在碳纤维增强的碳纤维中要高。结果是，期望碳纤维非织造织物在厚度方向上的电阻比碳纤维增强碳片的电阻更小。

然而，由于常规的氧化纤维非织造织物的堆积密度一般较低，当用于如电极等的应用中时，通过碳化这样的氧化纤维非织造织物获得的碳纤维非织造织物在厚度方向上具有高的电阻。

例如，在JP-A-9-119052中描述了用于生产氧化纤维非织造织物的方法，该方法包括使用氧化PAN纤维制备网和将网进行水喷射处理。通过此方法获得的非织造织物具有低堆积密度。

日本特表平No.9-511802公开了使用两部分稳定纤维生产织物和毛毡的方法，该稳定纤维含有由热塑性聚合物组合物组成的内芯部分和围绕内芯部分，由含碳材料组成的外部覆盖部分。此两部分稳定纤维具有1.20-1.32的相对低比重。使用此纤维生产的织物或毛毡具有低堆积密度。