JP6691924B2 - Conductive porous sheet, polymer electrolyte fuel cell, and method for producing conductive porous sheet - Google Patents

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Description

この発明は、導電性多孔シート、固体高分子形燃料電池、及び導電性多孔シートの製造方法に関する。   The present invention relates to a conductive porous sheet, a polymer electrolyte fuel cell, and a method for manufacturing a conductive porous sheet.

従来から導電性多孔シートはその導電性と多孔性を利用して、燃料電池用のガス拡散電極用基材として、また、電気二重層キャパシタの電極として、或いは、リチウムイオン二次電池の電極としての使用が検討されている。   BACKGROUND ART Conventionally, a conductive porous sheet utilizes its conductivity and porosity, as a base material for a gas diffusion electrode for a fuel cell, an electrode of an electric double layer capacitor, or an electrode of a lithium ion secondary battery. Is being considered for use.

このような導電性多孔シートとして、炭素繊維と抄造用バインダとを混合した繊維ウエブを抄造し、前記繊維ウエブにフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、硬化させた後に、1000℃以上の温度で焼成することにより製造した、炭素繊維シートが知られている。この炭素繊維シートは導電性の優れるものであったが、繊維間をフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いて接着しているため、表面積の小さいものであった。   As such a conductive porous sheet, a fiber web is prepared by mixing carbon fibers and a binder for papermaking, and the fiber web is impregnated with a thermosetting resin such as a phenol resin, and after curing, the temperature is 1000 ° C. or higher. A carbon fiber sheet produced by firing at a temperature is known. Although this carbon fiber sheet had excellent conductivity, it had a small surface area because the fibers were bonded together using a thermosetting resin such as phenol resin.

このような問題点を解決できる導電性多孔体として、本願出願人は、「第1導電性材料と第1導電性材料間を繋ぐ第2導電性材料とを有する繊維状物が集合した導電性多孔体であり、前記導電性多孔体は比表面積が100m/g以上、かつ2MPa加圧後における厚さの維持率が60%以上であることを特徴とする、導電性多孔体」(特許文献1)を提案した。この導電性多孔体は比表面積の広いものであったが、少しの曲げで破断するなど柔軟性に劣り、ハンドリング性に劣るものであった。As a conductive porous body capable of solving such a problem, the applicant of the present application has stated that “a conductive material in which fibrous substances having a first conductive material and a second conductive material connecting the first conductive material are aggregated together. It is a porous body, and the conductive porous body has a specific surface area of 100 m 2 / g or more and a thickness maintenance rate after applying a pressure of 2 MPa of 60% or more. Document 1) was proposed. Although this conductive porous body had a large specific surface area, it was inferior in flexibility such as breaking by a slight bending and inferior in handling property.

このようなハンドリング性を改善した炭素繊維不織布として、「電界紡糸可能な高分子物質と、この高分子物質とは異なる有機化合物と、遷移金属とを含む組成物を電界紡糸して得られた不織布を炭素化してなることを特徴とするフレキシブル炭素繊維不織布。」(特許文献2)が提案されている。この炭素繊維不織布は確かにフレキシブルであったが、機械的強度が劣り、しかも導電性に劣るものであった。   As a carbon fiber nonwoven fabric having improved handling properties, a non-woven fabric obtained by electrospinning a composition containing a polymer substance capable of electrospinning, an organic compound different from the polymer substance, and a transition metal is used. A flexible carbon fiber non-woven fabric characterized by being carbonized. "(Patent Document 2). Although this carbon fiber nonwoven fabric was certainly flexible, it was inferior in mechanical strength and electroconductivity.

国際公開第2015/146984号International Publication No. 2015/146984 国際公開第2011/070893号International Publication No. 2011/070893

本発明はこのような状況下においてなされたものであり、柔軟性に優れるためハンドリング性に優れるとともに、機械的強度及び導電性の優れる導電性多孔シート、及びその製造方法を提供することを目的とする。また、この導電性多孔シートを用いた固体高分子形燃料電池を提供することも目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, with an excellent handling property due to excellent flexibility, a conductive porous sheet having excellent mechanical strength and conductivity, and a method for producing the same. To do. Moreover, it aims at providing the polymer electrolyte fuel cell using this electroconductive porous sheet.

本発明は、
[1]炭素繊維を主体とし、炭素繊維同士が交差点で接合した導電性多孔シートであり、前記導電性多孔シートが三点曲げ試験において破断しないことを特徴とする、導電性多孔シート、
[2]炭素繊維が湾曲していることを特徴とする、[1]の導電性多孔シート、
[3]破断強度が0.30MPa以上であることを特徴とする、[1]又は[2]の導電性多孔シート、
[4]電極用基材として用いる、[1]〜[3]のいずれかの導電性多孔シート、
[5][1]〜[4]のいずれかの導電性多孔シートを、ガス拡散電極用基材として備えていることを特徴とする、固体高分子形燃料電池、
[6]第1炭化可能有機材料と、第1炭化可能有機材料とは異なる有機材料からなる第2炭化可能有機材料とを含む前駆繊維を形成する工程、前記前駆繊維の交差点を第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料で接合して、前駆繊維を主体とする前駆繊維シートを形成する工程、前記前駆繊維シートを構成する前駆繊維を、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維とする工程、を備えている、三点曲げ試験で破断しない導電性多孔シートの製造方法
に関する。
The present invention is
[1] A conductive porous sheet, which is mainly composed of carbon fibers, wherein the carbon fibers are bonded at intersections, and the conductive porous sheet does not break in a three-point bending test,
[2] The conductive porous sheet according to [1], wherein the carbon fiber is curved.
[3] A conductive porous sheet according to [1] or [2], which has a breaking strength of 0.30 MPa or more,
[4] The conductive porous sheet according to any one of [1] to [3], which is used as a base material for electrodes.
[5] A polymer electrolyte fuel cell, comprising the conductive porous sheet according to any one of [1] to [4] as a substrate for a gas diffusion electrode,
[6] A step of forming a precursor fiber that includes a first carbonizable organic material and a second carbonizable organic material that is an organic material different from the first carbonizable organic material, and the first carbonization can be performed at an intersection of the precursor fibers A step of forming a precursor fiber sheet mainly composed of precursor fibers by joining with an organic material or a second carbonizable organic material; carbonizing the precursor fibers constituting the precursor fiber sheet in a state of being joined at their intersections The present invention relates to a method for producing a conductive porous sheet that does not break in a three-point bending test, including a step of forming a curved carbon fiber.

本発明の[1]の導電性多孔シートは、三点曲げ試験においても破断しない柔軟性を有するため、ハンドリング性に優れている。また、炭素繊維同士の交差点で接合しているため、機械的強度が優れているばかりでなく、導電性にも優れている。   The conductive porous sheet of [1] of the present invention has flexibility that does not break even in a three-point bending test, and thus is excellent in handleability. Further, since the carbon fibers are joined at the intersections, not only the mechanical strength is excellent, but also the conductivity is excellent.

本発明の[2]の導電性多孔シートは、炭素繊維が湾曲しているため、導電性多孔シートを曲げた場合に、炭素繊維の湾曲部が引き伸ばされるため柔軟性に優れており、また、炭素繊維の湾曲部が引き伸ばされるだけで炭素繊維同士が接合した交差点が破壊されにくいため、曲げた際に破断しにくいものである。   In the conductive porous sheet of [2] of the present invention, since the carbon fiber is curved, when the conductive porous sheet is bent, the curved portion of the carbon fiber is stretched, which is excellent in flexibility. Since the curved portion of the carbon fiber is simply stretched, the crossing point where the carbon fibers are joined is not easily broken, so that it is difficult to break when bent.

本発明の[3]の導電性多孔シートは、破断強度が0.30MPa以上の機械的強度の優れるものである。   The conductive porous sheet [3] of the present invention has excellent mechanical strength with a breaking strength of 0.30 MPa or more.

本発明の[4]の導電性多孔シートは、柔軟性、機械的強度及び導電性に優れているため、電極用基材として用いると、優れた電極性能を発揮できる。   Since the conductive porous sheet of [4] of the present invention is excellent in flexibility, mechanical strength and conductivity, it can exhibit excellent electrode performance when used as a base material for electrodes.

本発明の[5]の固体高分子形燃料電池は、前記導電性多孔シートをガス拡散電極用基材として備えている。前記導電性多孔シートは導電性、機械的強度に優れ、更に、曲げても破断しにくい柔軟性に優れたものであり、固体高分子膜の膨潤と収縮によって引き伸ばされたとしても破損しにくいため、安定して発電性能を発揮できる。   The polymer electrolyte fuel cell of [5] of the present invention includes the conductive porous sheet as a gas diffusion electrode substrate. The conductive porous sheet is excellent in conductivity and mechanical strength, and further has excellent flexibility that is hard to break even when bent, and is hard to be broken even when stretched by swelling and shrinking of the solid polymer film. , Can generate stable power generation performance.

本発明の[6]の導電性多孔シートの製造方法は、前駆繊維同士の交差点を接合した後に、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維としているため、柔軟性、機械的強度、及び導電性の優れる導電性多孔シートを製造することができる。   In the method for manufacturing a conductive porous sheet according to [6] of the present invention, after joining the intersections of the precursor fibers, the precursor is carbonized in the joined state at the intersections to form curved carbon fibers. It is possible to manufacture a conductive porous sheet having excellent mechanical strength and conductivity.

実施例1の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Example 1. 実施例2の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Example 2. 実施例3の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Example 3. 実施例4の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Example 4. 比較例1の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Comparative Example 1. 比較例2の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Comparative Example 2. 比較例3の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Comparative Example 3. 比較例4の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Comparative Example 4. 比較例5の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Comparative Example 5. 比較例6の導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)Electron micrograph (2000 times) of the main surface of the conductive porous sheet of Comparative Example 6. 炭素繊維の交差点で接合した状態を示す電子顕微鏡写真(50000倍)Electron micrograph (50,000 times) showing the state of joining at the intersection of carbon fibers 炭素繊維の交差点が接合していない状態を示す電子顕微鏡写真(50000倍)Electron micrograph (50,000 times) showing the state where the intersections of carbon fibers are not joined

本発明の導電性多孔シートは炭素繊維を主体とし、炭素繊維同士の交差点で接合しているため、機械的強度が優れているとともに、導電性に優れている。また、三点曲げ試験において破断しない柔軟性を有するため、ハンドリング性に優れている。   Since the conductive porous sheet of the present invention is mainly composed of carbon fibers and is bonded at the intersections of the carbon fibers, it has excellent mechanical strength and conductivity. In addition, since it has the flexibility not to break in the three-point bending test, it is excellent in handleability.

本発明で用いる炭素繊維は、例えば、PAN系炭素繊維であることができる。また、炭素繊維は導電性材料を含んでいることができる。このように導電性材料を含んでいると、より導電性、機械的強度が優れているため好適である。このような導電性材料は、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、気相成長カーボンファイバー、カーボンブラック、金属(例えば、金、白金、チタン、ニッケル、アルミ、銀、亜鉛、鉄、銅、マンガン、コバルト、ステンレスなど)、前記金属の金属酸化物の群の中から選ばれる1種類、又は2種類以上から構成することができる。これらの中でも、カーボンナノチューブは導電性に優れ、しかも炭素繊維中において長さ方向に配向しやすく、導電性、機械的強度を高めることができるため好適である。更に、炭化する際における、カーボンナノチューブの存在する部分における収縮率と、カーボンナノチューブの存在しない部分における収縮率との間に差が生じ、湾曲した炭素繊維となりやすく、このような湾曲した炭素繊維は曲げた場合に湾曲した部分が伸びやすく、柔軟性に優れていることからも、カーボンナノチューブを含んでいるのが好ましい。なお、好適であるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであっても、多層カーボンナノチューブであっても、コイル状となったものであっても良い。   The carbon fiber used in the present invention can be, for example, a PAN-based carbon fiber. In addition, the carbon fiber can include a conductive material. When the conductive material is contained in this way, the conductivity and mechanical strength are more excellent, which is preferable. Such conductive materials include, for example, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanohorns, graphite, graphene, vapor grown carbon fibers, carbon black, metals (eg, gold, platinum, titanium, nickel, aluminum, silver, zinc, iron). , Copper, manganese, cobalt, stainless steel, etc.), and one or more selected from the group of metal oxides of the above metals. Among these, carbon nanotubes are preferable because they are excellent in conductivity, more easily aligned in the length direction in the carbon fiber, and can enhance conductivity and mechanical strength. Furthermore, when carbonized, a difference occurs between the shrinkage rate in the portion where the carbon nanotubes are present and the shrinkage rate in the portion where the carbon nanotubes are not present, and it tends to be a curved carbon fiber. It is preferable to contain the carbon nanotubes because the curved portion is easily stretched when bent and is excellent in flexibility. The suitable carbon nanotube may be a single-wall carbon nanotube, a multi-wall carbon nanotube, or a coiled carbon nanotube.

この好適である導電性材料の大きさは特に限定するものではないが、導電性材料が粒子形状の場合、炭素繊維を形成しやすいように、平均粒径は5nm〜50μmであるのが好ましく、20nm〜25μmであるのがより好ましく、30nm〜10μmであるのが更に好ましい。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。この「平均粒径」は、基本的に、動的光散乱法による粒度分布計から求めた粒子の数平均粒子径を表すが、例えば、カーボンブラックなどのアグリゲートもしくはストラクチャーと呼ばれる状態を形成した粒子などの、上記動的光散乱法による測定が難しい場合には、粒子の電子顕微鏡写真を撮影し、電子顕微鏡写真に写っている50個の粒子の直径の算術平均値を平均粒径とする。この場合、粒子の形状が写真上、非円形である場合には、写真上における、粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を、粒子の直径とみなす。   The size of the suitable conductive material is not particularly limited, but when the conductive material is in the form of particles, the average particle size is preferably 5 nm to 50 μm so that carbon fibers are easily formed, The thickness is more preferably 20 nm to 25 μm, further preferably 30 nm to 10 μm. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired. This "average particle size" basically represents the number average particle size of particles obtained from a particle size distribution meter by the dynamic light scattering method, but for example, a state called aggregate or structure of carbon black or the like was formed. When it is difficult to measure the particles by the above-mentioned dynamic light scattering method, an electron micrograph of the particles is taken, and the arithmetic average value of the diameters of 50 particles shown in the electron micrograph is taken as the average particle size. .. In this case, when the shape of the particle is non-circular on the photograph, the diameter of the circle having the same area as the area of the particle on the photograph is regarded as the diameter of the particle.

また、導電性材料が繊維形状をしている場合、繊維径は10nm〜5000nmであるのが好ましく、10nm〜1000nmであるのがより好ましく、10nm〜500nmであるのが更に好ましく、10nm〜250nmであるのが更に好ましい。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。なお、繊維長は炭素繊維中で分散しやすいように、アスペクト比が1000以下となる繊維長であるのが好ましく、500以下となる繊維長であるのがより好ましい。   When the conductive material has a fiber shape, the fiber diameter is preferably 10 nm to 5000 nm, more preferably 10 nm to 1000 nm, even more preferably 10 nm to 500 nm, further preferably 10 nm to 250 nm. It is more preferable that there is. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired. The fiber length is preferably a fiber length having an aspect ratio of 1000 or less, more preferably 500 or less, so that the fiber length is easily dispersed in the carbon fiber.

このように炭素繊維が導電性材料を含んでいる場合、導電性材料の量は特に限定するものではないが、導電性、機械的強度及び柔軟性に優れているように、炭素繊維中、1mass%以上含まれているのが好ましく、5mass%以上含まれているのがより好ましく、10mass%以上含まれているのが更に好ましい。一方で、柔軟性が低くなる傾向があるため、80mass%以下含まれているのが好ましく、50mass%以下含まれているのがより好ましく、40mass%以下含まれているのが更に好ましい。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   When the carbon fiber contains a conductive material as described above, the amount of the conductive material is not particularly limited, but in order to have excellent conductivity, mechanical strength and flexibility, 1 mass in the carbon fiber is used. % Or more, preferably 5 mass% or more, more preferably 10 mass% or more. On the other hand, since the flexibility tends to be low, the content is preferably 80% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, and further preferably 40% by mass or less. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired.

本発明の炭素繊維は導電性材料を含んでいるか、含んでいないかに関わらず、湾曲しているのが好ましい。炭素繊維が湾曲していると、炭素繊維同士が交差点で接合していたとしても、導電性多孔シートを曲げた場合に、炭素繊維の湾曲部が引き伸ばされるため柔軟性に優れており、また、炭素繊維の湾曲部が引き伸ばされるだけで炭素繊維同士が接合した交差点が破壊されにくいため、曲げた際に破断しにくいためである。   The carbon fiber of the present invention is preferably curved regardless of whether it contains a conductive material or not. When the carbon fiber is curved, even if the carbon fibers are bonded at the intersection, when the conductive porous sheet is bent, the curved portion of the carbon fiber is stretched, which is excellent in flexibility. This is because the intersection of the carbon fibers joined together is less likely to be broken just by extending the curved portion of the carbon fiber, and thus is less likely to be broken when bent.

本発明の炭素繊維は繊維内部に空隙のない状態にあると、機械的強度及び導電性に優れているため好適である。この「繊維内部に空隙がない」とは、導電性多孔シートの厚さ方向における切断面において、輪郭が連続しており、横断面形状が明確な炭素繊維の横断面全体が1〜3本納まる視野での炭素繊維の観察を10箇所で実施し、空隙が観察されない炭素繊維の本数が70%以上であることを意味する。なお、炭素繊維が前述のような導電性材料を含んでおり、導電性多孔シートを厚さ方向に切断した時に、導電性材料が脱落して形成されたことが明らかな空隙は、上記空隙に含まない。また、導電性材料自体が多孔で空隙を含んでいたとしても、導電性材料は不連続で、炭素繊維の機械的強度等へ与える影響が小さいため、炭素繊維が空隙を含む導電性材料を含んでいても、繊維内部に空隙がないとみなす。なお、炭素繊維は導電性多孔シートを主体として構成する炭素繊維が「繊維内部に空隙がない」のが好ましく、つまり、交差点で接合した炭素繊維が「繊維内部に空隙がない」のが好ましく、接合していない炭素繊維は、導電性多孔シートの機械的強度等へ与える影響が小さいため、繊維内部に空隙があっても、なくても良い。   It is preferable that the carbon fiber of the present invention is excellent in mechanical strength and conductivity when there are no voids inside the fiber. The phrase “there are no voids inside the fiber” means that the cross section of the conductive porous sheet in the thickness direction has a continuous contour, and the entire cross section of the carbon fiber whose cross-sectional shape is clear is 1 to 3 Observation of carbon fibers in the visual field was carried out at 10 locations, and it means that the number of carbon fibers in which voids are not observed is 70% or more. Incidentally, the carbon fiber contains a conductive material as described above, when the conductive porous sheet is cut in the thickness direction, the voids that are apparently formed by dropping the conductive material are Not included. Even if the conductive material itself is porous and contains voids, the conductive material is discontinuous and has a small effect on the mechanical strength of the carbon fiber, so the carbon fiber contains the conductive material containing voids. However, it is considered that there is no void inside the fiber. Incidentally, the carbon fiber is preferably a carbon fiber mainly composed of a conductive porous sheet "there is no void inside the fiber", that is, the carbon fiber joined at the intersection is "there is no void inside the fiber", Since carbon fibers which are not joined have little influence on the mechanical strength of the conductive porous sheet, there may or may not be voids inside the fibers.

本発明の炭素繊維の平均繊維径は特に限定するものではないが、50μm以下であるのが好ましく、30μm以下であるのがより好ましく、20μm以下であるのが更に好ましい。平均繊維径が50μmを上回ると、導電性多孔シートにおける炭素繊維同士の接触点数が少なく、導電性多孔シートの機械的強度、導電性に劣る傾向があるためである。なお、炭素繊維の平均繊維径の下限は特に限定するものではないが、0.1μm以上であるのが現実的である。なお、前記の下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   The average fiber diameter of the carbon fiber of the present invention is not particularly limited, but is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and further preferably 20 μm or less. This is because when the average fiber diameter exceeds 50 μm, the number of contact points between carbon fibers in the conductive porous sheet is small, and the mechanical strength and conductivity of the conductive porous sheet tend to be poor. The lower limit of the average fiber diameter of the carbon fibers is not particularly limited, but it is realistically 0.1 μm or more. The above lower limit and each upper limit can be arbitrarily combined as desired.

本発明における「平均繊維径」は、炭素繊維の40点における繊維径の算術平均値を意味し、「繊維径」は、炭素繊維を顕微鏡写真で観察した際の長さ方向に直交する幅である。   The "average fiber diameter" in the present invention means the arithmetic average value of the fiber diameters at 40 points of the carbon fiber, and the "fiber diameter" is the width orthogonal to the length direction when observing the carbon fiber in a micrograph. is there.

なお、炭素繊維は導電性に優れているように、連続しているのが好ましい。このような連続した炭素繊維は、例えば、炭化可能な有機材料を含む紡糸液を用いて、静電紡糸法又はスパンボンド法により連続した前駆繊維を紡糸した後に、前記炭化可能な有機材料を炭化して製造することができる。   The carbon fibers are preferably continuous so as to have excellent conductivity. Such continuous carbon fibers are obtained by, for example, spinning a continuous precursor fiber by an electrostatic spinning method or a spunbond method using a spinning solution containing a carbonizable organic material, and then carbonizing the carbonizable organic material. Can be manufactured.

本発明の導電性多孔シートは炭素繊維を主体としているが、2種類以上の炭素繊維から構成することができる。例えば、導電性材料の有無、導電性材料の相違(種類、形状、大きさ、長さなど)、導電性材料の含有量の相違、炭素繊維内部の空隙の有無、平均繊維径、繊維長など、少なくとも1点で相違する2種類以上の炭素繊維から構成することができる。   Although the conductive porous sheet of the present invention is mainly composed of carbon fibers, it can be composed of two or more kinds of carbon fibers. For example, presence / absence of conductive material, difference in conductive material (type, shape, size, length, etc.), difference in content of conductive material, presence / absence of voids in carbon fiber, average fiber diameter, fiber length, etc. It can be composed of two or more kinds of carbon fibers that differ in at least one point.

本発明の導電性多孔シートは上述のような炭素繊維を主体としているため、導電性に優れている。本発明における「主体」とは、導電性多孔シートの50mass%以上を炭素繊維が占めることを意味するが、炭素繊維の占める割合が高い程、導電性に優れているため、炭素繊維は導電性多孔シートの70mass%以上を占めているのが好ましく、90mass%以上を占めているのがより好ましく、100mass%炭素繊維からなるのが最も好ましい。   Since the conductive porous sheet of the present invention is mainly composed of the carbon fiber as described above, it has excellent conductivity. The "main body" in the present invention means that the carbon fibers occupy 50 mass% or more of the conductive porous sheet, but the higher the proportion of the carbon fibers, the more excellent the conductivity is. The porous sheet preferably occupies 70 mass% or more, more preferably 90 mass% or more, and most preferably 100 mass% carbon fiber.

なお、炭素繊維以外に導電性多孔シートを構成できる材料としては、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、気相成長カーボンファイバー、カーボンブラック、金属や金属酸化物などの微粒子;レーヨン、ポリノジック、キュプラなどの再生繊維、アセテート繊維などの半合成繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、フッ素繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリオレフィン繊維又はポリウレタン繊維などの合成繊維、ガラス繊維、セラミック繊維などの無機繊維、綿、麻などの植物繊維、羊毛、絹などの動物繊維;活性炭粉体(例えば、水蒸気賦活炭、アルカリ処理活性炭、酸処理活性炭など)、無機粒子(例えば、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化亜鉛、チタン含有酸化物、ゼオライト、触媒担持セラミックス、シリカなど)、イオン交換樹脂粉体、植物の種子などの非導電性材料;を挙げることができる。   In addition to carbon fibers, examples of materials that can be used to form the conductive porous sheet include fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanohorns, graphite, graphene, vapor grown carbon fibers, carbon black, and fine particles of metal or metal oxides; rayon. , Recycled fibers such as polynosic and cupra, semi-synthetic fibers such as acetate fibers, nylon fibers, vinylon fibers, fluorine fibers, polyvinyl chloride fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers, polyolefin fibers or polyurethane fibers, and other synthetic fibers, Inorganic fibers such as glass fibers and ceramic fibers, plant fibers such as cotton and hemp, animal fibers such as wool and silk; activated carbon powder (for example, steam activated carbon, alkali-treated activated carbon, acid-treated activated carbon), inorganic particles (for example, , Manganese dioxide, Iron oxide, copper oxide, nickel oxide, cobalt oxide, zinc oxide, titanium-containing oxide, zeolite, catalyst-supporting ceramics, silica, etc.), ion-exchange resin powder, plant seeds and other non-conductive materials; it can.

本発明の導電性多孔シートは炭素繊維同士が交差点で接合しているため、機械的強度、導電性に優れている。なお、炭素繊維同士の接合は炭素繊維同士の密着性に優れ、導電性に優れているように、有機材料の炭化物によって接合しているのが好ましい。例えば、炭化可能な有機材料を2種類以上含む有機繊維を用い、この有機繊維同士を1種類以上の炭化可能な有機材料によって接合した後に炭化させることによって、炭素繊維同士が交差点で接合した導電性多孔シートとすることができる。   The conductive porous sheet of the present invention is excellent in mechanical strength and conductivity because the carbon fibers are bonded at the intersections. In addition, it is preferable that the carbon fibers are bonded to each other by using a carbide of an organic material so that the carbon fibers are excellent in adhesion and the conductivity is excellent. For example, an organic fiber containing two or more kinds of carbonizable organic materials is used, and the organic fibers are bonded by one or more kinds of carbonizable organic material and then carbonized, so that the carbon fibers are bonded at an intersection. It can be a porous sheet.

このような炭素繊維同士が交差点で接合した状態は、電子顕微鏡写真で確認することができる。例えば、図11は導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(50000倍)であるが、炭素繊維同士の交差点に水掻き状の膜を観察できることから、炭素繊維同士が接合していることを確認できる。一方で、図12は導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(50000倍)であるが、炭素繊維同士の交差点に水掻き状の膜を観察できないことから、炭素繊維同士が接合していないことを確認できる。   The state in which such carbon fibers are joined at the intersection can be confirmed by an electron micrograph. For example, FIG. 11 is an electron micrograph (50000 times) of the main surface of the conductive porous sheet, which confirms that the carbon fibers are bonded to each other because a water-like film can be observed at the intersections of the carbon fibers. it can. On the other hand, FIG. 12 is an electron micrograph (50000 times) of the main surface of the conductive porous sheet, but it is not possible to observe the web-like film at the intersection of the carbon fibers. Can be confirmed.

本発明の導電性多孔シートは炭素繊維を主体としている限り、一層構造を有するものであっても、二層以上の多層構造を有するものであっても良いし、炭素繊維の含有比率が徐々に変化していても良い。例えば、繊維径の異なる炭素繊維からなる層を二層以上有する多層構造であっても良い。   As long as the conductive porous sheet of the present invention is mainly composed of carbon fibers, it may have a single-layer structure or may have a multi-layer structure of two or more layers, and the content ratio of carbon fibers gradually increases. It may change. For example, it may have a multilayer structure having two or more layers made of carbon fibers having different fiber diameters.

また、導電性多孔シートの主面において、炭素繊維の存在比率が異なっていても良い。例えば、導電性多孔シートの主面において、繊維径の細い炭素繊維を主体とする領域と繊維径の太い炭素繊維を主体とする領域とを有し、いずれかの領域が点状、直線状及び/又は曲線状(円状など)に有することができる。更に、導電性多孔シートの主面において、炭素繊維の存在比率が徐々に変化していても良い。   Further, the carbon fiber abundance ratio may be different on the main surface of the conductive porous sheet. For example, on the main surface of the conductive porous sheet, there is a region mainly composed of carbon fibers having a small fiber diameter and a region mainly composed of carbon fibers having a large fiber diameter, and any one of the regions has a dot shape, a linear shape and a It may have a curved shape (circular shape, etc.). Furthermore, the abundance ratio of carbon fibers may be gradually changed on the main surface of the conductive porous sheet.

本発明の導電性多孔シートの形態は特に限定するものではないが、例えば、繊維がランダムに配向した不織布形態、繊維が規則正しく配向した織物又は編物形態であることができる。特に、不織布形態であると、炭素繊維同士の交差点が多く、導電性に優れ、また空隙が微細で、高空隙率であるため好適であり、不織布形態のみからなるのが好ましい。   The form of the conductive porous sheet of the present invention is not particularly limited, but may be, for example, a non-woven fabric form in which fibers are randomly oriented, or a woven or knitted form in which fibers are regularly oriented. In particular, the non-woven fabric form is preferable because it has many intersections between carbon fibers, is excellent in conductivity, has fine voids, and has a high porosity, and is preferably the non-woven fabric form only.

本発明の導電性多孔シートは上述のような炭素繊維を主体としているが、三点曲げ試験において破断しない柔軟性を有する、ハンドリング性に優れるものである。本発明における「三点曲げ試験」は、荷重−変位測定ユニット(株式会社イマダ製、FSA−1KE−5N+GA−10N)を用い、次の手順により行なう。
(1)導電性多孔シートを裁断し、50mm(導電性多孔シートの製造時の流れ方向)×10mm[幅方向(流れ方向と直交する方向)]の試験片(流れ方向試験片)を5枚と、50mm[幅方向]×10mm(導電性多孔シートの製造時の流れ方向)の試験片(幅方向試験片)を5枚採取する。
(2)先端が2±0.2mmの丸みを有する金属製棒状支点の間の距離が16mmとなるように、支点を配置する。
(3)支点間を跨ぐように、試験片を配置する。
(4)試験片の支点間の中央部(一方の支点から8mmの地点)に対して、先端が5±0.1mmの丸みを有する棒状の金属製加圧くさびを、速度1mm/min.で、試験片の上方から前記支点間へ、試験片の上面又は下面の初期位置と折れた位置との距離が4mmとなるまで押し込む。この時、押し込み長さと応力とを逐次測定し、応力が急激に降下した場合、この時の押し込み長さを曲げたわみ量(mm)とする。なお、4mmとなるまで押し込んでも、応力が急激に降下しなかった場合、曲げたわみ量は4mm超と判断する。(5)前記曲げたわみ量の測定を、流れ方向試験片5枚と幅方向試験片5枚のそれぞれについて行い、流れ方向試験片5枚のうち、最大値を示す曲げたわみ量と最小値を示す曲げたわみ量を除いた3枚の流れ方向試験片3枚の算術平均値と、幅方向試験片5枚のうち、最大値を示す曲げたわみ量と最小値を示す曲げたわみ量を除いた3枚の幅方向試験片3枚の算術平均値をそれぞれ算出する。その結果、曲げたわみ量の算術平均値のより大きい値を「曲げたわみ量」として採用する。
(6)前記曲げたわみ量が4mm超である場合、その試験片の導電性多孔シートを「破断しない」と判断する。
The conductive porous sheet of the present invention is mainly composed of the carbon fiber as described above, but has the flexibility not to be broken in the three-point bending test and is excellent in the handling property. The "three-point bending test" in the present invention is performed by the following procedure using a load-displacement measuring unit (made by Imada Co., Ltd., FSA-1KE-5N + GA-10N).
(1) The conductive porous sheet was cut, and 5 test pieces (flow direction test pieces) of 50 mm (flow direction during manufacturing of the conductive porous sheet) x 10 mm [width direction (direction orthogonal to the flow direction)] were cut. And 50 mm [width direction] × 10 mm (flow direction during production of the conductive porous sheet) test pieces (width direction test pieces) are sampled.
(2) The fulcrums are arranged so that the distance between the metal rod-shaped fulcrums having the rounded ends of 2 ± 0.2 mm is 16 mm.
(3) The test piece is arranged so as to straddle the fulcrums.
(4) A rod-shaped metallic pressure wedge having a roundness of 5 ± 0.1 mm at its tip was applied to the center portion between the fulcrums of the test piece (a point 8 mm from one fulcrum) at a speed of 1 mm / min. Then, it is pushed from above the test piece into the fulcrum until the distance between the initial position of the upper surface or the lower surface of the test piece and the bent position becomes 4 mm. At this time, the indentation length and the stress are sequentially measured, and when the stress drops rapidly, the indentation length at this time is defined as the bending deflection amount (mm). If the stress does not drop sharply even when pushed to 4 mm, the bending deflection amount is judged to be over 4 mm. (5) The bending deflection amount is measured for each of the five flow direction test pieces and the five width direction test pieces, and the maximum bending bending amount and the minimum value among the five flow direction test pieces are shown. The arithmetic mean value of the three flow direction test pieces excluding the bending deflection amount, and the three pieces excluding the bending deflection amount showing the maximum value and the bending deflection amount showing the minimum value among the five width direction test pieces The arithmetic mean value of the three widthwise test pieces is calculated. As a result, a larger value of the arithmetic mean value of the bending deflection amount is adopted as the "bending deflection amount".
(6) When the bending deflection amount exceeds 4 mm, it is determined that the conductive porous sheet of the test piece is “not broken”.

本発明の導電性多孔シートの目付は特に限定するものではないが、機械的強度、導電性に優れているように、目付は0.5〜500g/mであるのが好ましく、1〜400g/mであるのがより好ましく、5〜300g/mであるのが更に好ましく、5〜200g/mであるのが更に好ましい。また、厚さも特に限定するものではないが、1〜2000μmであるのが好ましく、3〜1000μmであるのがより好ましく、5〜500μmであるのが更に好ましく、10〜300μmが更に好ましい。なお、前記目付と厚さにおける、各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。本発明における「目付」は、導電性多孔シートを10cm角に切断して得た試料の質量を測定し、1mの大きさの質量に換算した値をいい、「厚さ」は、シックネスゲージ((株)ミツトヨ製:コードNo.547−401:測定力3.5N以下)を用いて測定した値をいう。The basis weight of the conductive porous sheet of the present invention is not particularly limited, but the basis weight is preferably 0.5 to 500 g / m 2 , and preferably 1 to 400 g so as to have excellent mechanical strength and conductivity. more preferably from / m 2, more preferably in the range of 5~300g / m 2, and even more preferably 5 to 200 g / m 2. The thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 2000 μm, more preferably 3 to 1000 μm, further preferably 5 to 500 μm, and further preferably 10 to 300 μm. In addition, each lower limit and each upper limit in the above basis weight and thickness can be arbitrarily combined as desired. The "unit weight" in the present invention is a value obtained by measuring the mass of a sample obtained by cutting a conductive porous sheet into 10 cm square pieces, and converting the mass into a mass of 1 m 2 , and "thickness" is a thickness gauge. (Manufactured by Mitutoyo Corporation: Code No. 547-401: measuring force of 3.5 N or less).

本発明の導電性多孔シートは導電性に優れるものであるが、その程度は電気抵抗が20mΩ・cm以下であるのが好ましく、15mΩ・cm以下であるのがより好ましく、10mΩ・cm以下であるのが更に好ましく、8mΩ・cm以下であるのが更に好ましく、6mΩ・cm以下であるのが更に好ましい。この「電気抵抗」は、5cm角に切断した導電性多孔シート(25cm)を、両面側から金メッキを施した金属プレートで挟み、金属プレートの積層方向に、2MPaで加圧下、1Aの電流(I)を印加した状態で、電圧(V)を計測する。続いて、抵抗(R=V/I)を算出し、更に、導電性多孔シートの面積(25cm)を乗じることによって得られる値である。Conductive porous sheet of the invention are excellent in electrical conductivity, the degree is preferably an electric resistance of 20 m [Omega · cm 2 or less, more preferably at 15mΩ · cm 2 or less, 10 m [Omega · cm 2 less more preferably in the range, further preferably at 8mΩ · cm 2 or less, and even more preferably 6mΩ · cm 2 or less. This "electrical resistance" is obtained by sandwiching a conductive porous sheet (25 cm 2 ) cut into 5 cm squares from both sides with gold-plated metal plates, and applying a current of 1 A (2 A) under pressure in the stacking direction of the metal plates at 2 MPa. The voltage (V) is measured while I) is applied. Subsequently, it is a value obtained by calculating the resistance (R = V / I) and further multiplying it by the area (25 cm 2 ) of the conductive porous sheet.

また、本発明の導電性多孔シートは機械的強度の優れるものであるが、その程度は破断強度が0.30MPa以上であるのが好ましく、0.40MPa以上であるのがより好ましく、0.50MPa以上であるのが更に好ましく、0.60MPa以上であるのが更に好ましい。この破断強度は破断荷重を導電性多孔シートの断面積で除した商であり、破断荷重は次の条件で測定した値であり、断面積は測定時の導電性多孔シート(試験片)の幅と厚さの積から得られる値である。なお、流れ方向試験片10枚と幅方向試験片10枚について破断荷重の測定を行ない、20枚の試験片の算術平均値を破断荷重とする。   Further, the conductive porous sheet of the present invention is excellent in mechanical strength, but the breaking strength thereof is preferably 0.30 MPa or more, more preferably 0.40 MPa or more, and 0.50 MPa. More preferably, it is more preferably 0.60 MPa or more. This breaking strength is the quotient obtained by dividing the breaking load by the cross-sectional area of the conductive porous sheet, the breaking load is the value measured under the following conditions, and the cross-sectional area is the width of the conductive porous sheet (test piece) at the time of measurement. And the value obtained from the product of thickness. The breaking load was measured for 10 flow direction test pieces and 10 width direction test pieces, and the arithmetic mean value of the 20 test pieces was taken as the breaking load.

試験片:50mm(試験片の製造時の流れ方向)×5mm[幅方向(流れ方向と直交する方向)]の試験片(流れ方向試験片)10枚、50mm[幅方向]×5mm(試験片の製造時の流れ方向)の試験片(幅方向試験片)10枚
製品名:小型引張試験機(型式:TSM−41−cre、サーチ株式会社製)
チャック間間隔:20mm
引張速度:20mm/min.
Test piece: 50 mm (flow direction at the time of manufacturing the test piece) x 5 mm [width direction (direction orthogonal to the flow direction)] 10 test pieces (flow direction test piece), 50 mm [width direction] x 5 mm (test piece Of 10 pieces in the flow direction at the time of manufacturing) (width-direction test piece)
Distance between chucks: 20 mm
Tensile speed: 20 mm / min.

本発明の導電性多孔シートは炭素繊維を主体としているが、比見掛ヤング率が100[MPa/(g/cm)]以上であるのが好ましい。この比見掛ヤング率が高いということは剛性が高いことを意味し、剛性の高い導電性多孔シートであることによって、寸法安定性に優れており、また、単独で取扱いやすく、ロール形状に巻き取って保管又は輸送できるという利点がある。例えば、このような比見掛ヤング率の高い導電性多孔シートを固体高分子形燃料電池の電極用基材として使用すると、固体高分子膜の膨潤及び収縮を抑制することができるため、固体高分子膜の膨潤及び収縮による亀裂を防止することができる。The conductive porous sheet of the present invention is mainly composed of carbon fiber, but it is preferable that the relative apparent Young's modulus is 100 [MPa / (g / cm 3 )] or more. High relative apparent Young's modulus means high rigidity, and since it is a conductive porous sheet with high rigidity, it has excellent dimensional stability, and it is easy to handle by itself and rolled into a roll shape. It has the advantage that it can be stored and transported. For example, when such a conductive porous sheet having a high relative Young's modulus is used as a base material for an electrode of a polymer electrolyte fuel cell, it is possible to suppress swelling and shrinkage of the polymer solid membrane, so that the solid polymer It is possible to prevent cracks due to swelling and contraction of the molecular film.

この比見掛ヤング率は後述の測定方法から理解できるように、導電性多孔シートの剛性の指標である見掛ヤング率を、導電性多孔シートの見掛密度で除して得られる値である。つまり、同じ見掛ヤング率であっても、見掛密度が高い場合と低い場合とでは、見掛密度が低い方が炭素繊維の量が少ないにも関わらず、同じ見掛ヤング率であるということは、それだけ1本1本の炭素繊維の剛性が高いことを意味しているため、導電性多孔シートの見掛ヤング率を見掛密度で除した値である比見掛ヤング率で表現している。この比見掛ヤング率が高い程、個々の炭素繊維の剛性が高いため、200[MPa/(g/cm)]以上であるのがより好ましく、300[MPa/(g/cm)]以上であるのが更に好ましく、400[MPa/(g/cm)]以上であるのが更に好ましく、500[MPa/(g/cm)]以上であるのが更に好ましく、550[MPa/(g/cm)]以上であるのが更に好ましく、600[MPa/(g/cm)]以上であるのが更に好ましい。一方で、比見掛ヤング率が高すぎると、炭素繊維の剛性が高すぎて、固体高分子膜を損傷するなど、悪影響を及ぼす場合があるため、2000[MPa/(g/cm)]以下であるのが好ましい。なお、前記の各下限と上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。The specific apparent Young's modulus is a value obtained by dividing the apparent Young's modulus, which is an index of the rigidity of the conductive porous sheet, by the apparent density of the conductive porous sheet, as can be understood from the measuring method described later. .. In other words, even if the apparent Young's modulus is the same, it is said that when the apparent density is high and when the apparent density is low, the lower apparent density has the same apparent Young's modulus even though the amount of carbon fibers is smaller. This means that the rigidity of each carbon fiber is high, and therefore, the apparent Young's modulus of the conductive porous sheet is expressed by the relative apparent Young's modulus which is a value obtained by dividing the apparent Young's modulus by the apparent density. ing. Since the higher the relative apparent Young's modulus is, the higher the rigidity of each carbon fiber is, the pressure is more preferably 200 [MPa / (g / cm 3 )] or more, and 300 [MPa / (g / cm 3 )]. More preferably, it is more preferably 400 [MPa / (g / cm 3 )] or more, still more preferably 500 [MPa / (g / cm 3 )] or more, 550 [MPa / (G / cm 3 )] or more, more preferably 600 [MPa / (g / cm 3 )] or more. On the other hand, when the relative apparent Young's modulus is too high, the rigidity of the carbon fiber is too high, which may have an adverse effect such as damage to the solid polymer membrane. Therefore, 2000 [MPa / (g / cm 3 )] The following is preferable. The above-mentioned lower and upper limits can be arbitrarily combined if desired.

この「比見掛ヤング率」は、次の手順により得られる値である。
(1)評価対象の導電性多孔シートの目付(g/cm)を厚さ(cm)で除して、見掛密度(g/cm)を算出する。
(2)導電性多孔シートを、導電性多孔シートの製造時の流れ方向に50mmで、幅方向(流れ方向と直交する方向)]に5mmの長方形状に裁断したたて方向試験片10枚、及び幅方向に50mmで、流れ方向に5mmの長方形状に裁断したよこ方向試験片10枚を、それぞれ採取する。
(3)前記各試験片の引張りせん断試験を、小型引張試験機(サーチ社製、TSM−41−cre)を用い、チャック間距離20mm、引張り速度20mm/min.の条件で実施し、各々荷重−伸び曲線を描く。
(4)前記各々の荷重−伸び曲線における原点近くで伸長変化に対する荷重変化の最大点(接線角の最大点)における荷重(N)を、引張りせん断試験をする前の試験片の断面積[厚さ(T)×5](単位:mm)で除して、引張り応力(MPa)を算出する。
(5)前記引張り応力を、最大点におけるひずみ(無次元)[試験片の伸び長さ(mm)÷初期試験片長さ(mm)]で除することで、見掛けヤング率を各々求める。
(6)20枚の試験片の見掛けヤング率の算術平均値を算出し、「平均見掛けヤング率」とする。
(7)前記平均見掛けヤング率を前記見掛密度で除して、「比見掛ヤング率」を算出する。
The "specific apparent Young's modulus" is a value obtained by the following procedure.
(1) The apparent density (g / cm 3 ) is calculated by dividing the basis weight (g / cm 2 ) of the conductive porous sheet to be evaluated by the thickness (cm).
(2) 10 pieces of vertical direction test pieces obtained by cutting the conductive porous sheet into a rectangular shape having a size of 50 mm in the flow direction at the time of manufacturing the conductive porous sheet and 5 mm in the width direction (direction orthogonal to the flow direction), Also, 10 transverse direction test pieces cut into a rectangular shape of 50 mm in the width direction and 5 mm in the flow direction are collected.
(3) The tensile shear test of each of the test pieces was performed by using a small tensile tester (TSM-41-cre manufactured by Search Co.) with a chuck distance of 20 mm and a pulling speed of 20 mm / min. Under the conditions of, draw a load-elongation curve for each.
(4) The load (N) at the maximum load change point (maximum tangent angle) near the origin in each load-elongation curve (the maximum point of the tangent angle) is taken as the cross-sectional area [thickness of the test piece before the tensile shear test. (T) × 5] (unit: mm 2 ) to calculate the tensile stress (MPa).
(5) The apparent Young's modulus is obtained by dividing the tensile stress by the strain (dimensionless) at the maximum point [extension length (mm) of test piece / initial test piece length (mm)].
(6) The arithmetic average value of the apparent Young's moduli of 20 test pieces is calculated to be the "average apparent Young's modulus".
(7) The "average apparent Young's modulus" is calculated by dividing the average apparent Young's modulus by the apparent density.

また、本発明の導電性多孔シートを固体高分子形燃料電池のガス拡散電極用基材として使用し、ガス拡散層を形成した場合のように、表面平滑性が低いと、導電性多孔シートと当接する他の材料(固体高分子形燃料電池の場合には、固体高分子膜)に導電性多孔シートが突き刺さり、他の材料を損傷させる可能性があり、また、他の材料(固体高分子形燃料電池の場合には、固体高分子膜及び/又はセパレータ)と導電性多孔シートとの間に隙間が生じて密着性が悪くなり、十分な性能(固体高分子形燃料電池の場合には、発電性能)を発揮しにくい傾向がある。そのため、他の材料を損傷しにくいように、また、十分な性能を発揮しやすいように、導電性多孔シートの表面は平滑であるのが好ましい。具体的には、導電性多孔シートの主面における「平均算術平均表面粗さ」は0.01μm〜20μmであるのが好ましく、0.1μm〜10μmであるのがより好ましく、0.1μm〜5μmであるのが更に好ましく、0.1〜4μmであるのが更に好ましい。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。この「平均算術平均表面粗さ」は、導電性多孔シートを5cm角に裁断して試料を用意し、ISO25178に準拠した粗さ(3次元)パラメーターを測定可能なレーザー顕微鏡(オリンパス製、OLS4100)を用いて、試料における5箇所の評価領域(260μm×260μm)について、それぞれ算術平均表面粗さ(Sa)を測定した後、各算術平均表面粗さ(Sa)の値を更に平均した値を意味する。   Further, when the conductive porous sheet of the present invention is used as a gas diffusion electrode substrate of a polymer electrolyte fuel cell and a gas diffusion layer is formed, when the surface smoothness is low, a conductive porous sheet is obtained. The conductive porous sheet may pierce the other material (in the case of a solid polymer fuel cell, a solid polymer membrane in the case of contact), which may damage the other material. In the case of a solid fuel cell, a gap is created between the solid polymer membrane and / or the separator) and the conductive porous sheet, resulting in poor adhesion. , Power generation performance) tends to be difficult to exert. Therefore, the surface of the conductive porous sheet is preferably smooth so that other materials are less likely to be damaged and sufficient performance can be easily exhibited. Specifically, the “average arithmetic average surface roughness” on the main surface of the conductive porous sheet is preferably 0.01 μm to 20 μm, more preferably 0.1 μm to 10 μm, and 0.1 μm to 5 μm. Is more preferable, and 0.1 to 4 μm is further preferable. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired. This "average arithmetic average surface roughness" is obtained by cutting a conductive porous sheet into 5 cm square pieces to prepare a sample, and measuring a roughness (three-dimensional) parameter according to ISO25178 with a laser microscope (Olympus OLS4100). After measuring the arithmetic mean surface roughness (Sa) for each of the five evaluation regions (260 μm × 260 μm) in the sample, the value obtained by further averaging the values of each arithmetic mean surface roughness (Sa) is meant. To do.

更に、本発明の導電性多孔シートは空隙を有効に活用できるように、空隙率が50%以上であるのが好ましい。このような空隙率の導電性多孔シートを、例えば、固体高分子形燃料電池の電極基材として使用すると、排水性およびガス拡散性に優れ、発電性能の高い燃料電池を作製することができる。空隙率が高い方が、空隙がより多く、空隙をより有効に活用できるため、空隙率は60%以上であるのがより好ましく、70%以上であるのが更に好ましく、80%以上であるのが更に好ましく、90%以上であるのが更に好ましい。一方で、99%を超えると、導電性多孔シートの形態安定性が極端に低下する傾向があるため、99%以下であるのが好ましい。なお、前記の各下限と上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   Further, the conductive porous sheet of the present invention preferably has a porosity of 50% or more so that the voids can be effectively utilized. When a conductive porous sheet having such a porosity is used as an electrode base material of a polymer electrolyte fuel cell, for example, a fuel cell having excellent drainage and gas diffusibility and high power generation performance can be manufactured. Since the higher the porosity is, the more the voids are, and the voids can be utilized more effectively, the porosity is more preferably 60% or more, further preferably 70% or more, and 80% or more. Is more preferable, and 90% or more is further preferable. On the other hand, if it exceeds 99%, the morphological stability of the conductive porous sheet tends to be extremely lowered, so that it is preferably 99% or less. The above-mentioned lower and upper limits can be arbitrarily combined if desired.

この空隙率P(単位:%)は、次の式から得られる値をいう。
P=100−(Fr1+Fr2+・・+Frn)
ここで、Frnは導電性多孔シートを構成する成分nの充填率(単位:%)を示し、次の式から得られる値をいう。
Frn=[M×Prn/(T×SGn)]×100
ここで、Mは導電性多孔シートの単位あたりの質量(単位:g/cm)、Tは導電性多孔シートの厚さ(cm)、Prnは導電性多孔シートにおける成分n(例えば、炭素繊維)の存在質量比率、SGnは成分nの比重(単位:g/cm)をそれぞれ意味する。
The porosity P (unit:%) is a value obtained from the following equation.
P = 100- (Fr1 + Fr2 + ... + Frn)
Here, Frn represents the filling rate (unit:%) of the component n that constitutes the conductive porous sheet, and is a value obtained from the following formula.
Frn = [M × Prn / (T × SGn)] × 100
Here, M is the mass per unit of the conductive porous sheet (unit: g / cm 2 ), T is the thickness of the conductive porous sheet (cm), Prn is the component n in the conductive porous sheet (for example, carbon fiber). ), SGn means the specific gravity (unit: g / cm 3 ) of the component n.

本発明の導電性多孔シートは機械的強度、導電性に優れているばかりでなく、柔軟でハンドリング性に優れるものであるため、電極用基材として好適に用いることができる。例えば、リチウムイオン二次電池又は電気二重層キャパシタの電極として用いた場合、容量の大きい二次電池又はキャパシタを作製できる。また、固体高分子形燃料電池のガス拡散電極用基材として用いた場合、優れた発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を作製できる。   Since the conductive porous sheet of the present invention is not only excellent in mechanical strength and conductivity, but also flexible and excellent in handleability, it can be suitably used as a substrate for electrodes. For example, when used as an electrode of a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor, a secondary battery or capacitor having a large capacity can be manufactured. Further, when used as a base material for a gas diffusion electrode of a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell capable of exhibiting excellent power generation performance can be produced.

このように固体高分子形燃料電池のガス拡散電極用基材として、本発明の導電性多孔シートを備えている場合、本発明の導電性多孔シートは多孔性であるため、炭素繊維間の空隙に何も充填されていなければ、ガス拡散電極用基材(導電性多孔シート)の厚さ方向及び面方向への排水性に優れているとともに、供給したガスの拡散性に優れている。   Thus, when the conductive porous sheet of the present invention is provided as a substrate for a gas diffusion electrode of a polymer electrolyte fuel cell, since the conductive porous sheet of the present invention is porous, voids between carbon fibers are present. If nothing is filled in, the material is excellent in the drainage property in the thickness direction and the surface direction of the gas diffusion electrode substrate (conductive porous sheet) and also in the diffusibility of the supplied gas.

なお、ガス拡散電極用基材(導電性多孔シート)の炭素繊維間の空隙に、フッ素系樹脂及び/又はカーボンを含んでいると、前者のフッ素系樹脂を含有していることによって、液水が押し出されやすいため、排水性に優れ、後者のカーボンを含有していることによって、導電性に優れている。   When the voids between the carbon fibers of the gas diffusion electrode substrate (conductive porous sheet) contain a fluororesin and / or carbon, the former fluororesin causes the liquid water to flow. Since it is easily extruded, it has excellent drainage properties, and since it contains the latter carbon, it has excellent conductivity.

このフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、及び前記樹脂を構成する各種モノマーの共重合体、などを挙げることができる。   Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), perfluoroalkoxy fluororesin (PFA), and tetrafluorine. Ethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoro Examples thereof include a propylene copolymer, and a copolymer of various monomers constituting the resin.

また、カーボンとしては、例えば、炭素繊維、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、気相成長カーボンファイバー、カーボンブラックなどを挙げることができる。   Examples of carbon include carbon fibers, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanohorns, graphite, graphene, vapor grown carbon fibers, and carbon black.

本発明の固体高分子形燃料電池は、前述の導電性多孔シートをガス拡散電極用基材として備えていること以外は、従来の固体高分子形燃料電池と全く同様であることができる。つまり、上述のようなガス拡散電極用基材(導電性多孔シート)の表面に触媒が担持されたガス拡散電極と、固体高分子膜との接合体を、1対のバイポーラプレートで挟んだセル単位を複数積層した構造からなる。   The polymer electrolyte fuel cell of the present invention can be exactly the same as the conventional polymer electrolyte fuel cell except that the above-mentioned conductive porous sheet is provided as the substrate for the gas diffusion electrode. That is, a cell in which a bonded body of a gas diffusion electrode having a catalyst supported on the surface of a gas diffusion electrode substrate (conductive porous sheet) as described above and a solid polymer membrane is sandwiched between a pair of bipolar plates. It has a structure in which a plurality of units are laminated.

このような本発明の導電性多孔シートは、例えば、第1炭化可能有機材料と、第1炭化可能有機材料とは異なる有機材料からなる第2炭化可能有機材料とを含む前駆繊維を形成する工程、前記前駆繊維の交差点を第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料で接合して、前駆繊維を主体とする前駆繊維シートを形成する工程、前記前駆繊維シートを構成する前駆繊維を、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維とする工程、により、三点曲げ試験で破断しない導電性多孔シートを製造することができる。この製造方法によると、前駆繊維同士の交差点を接合した後に、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維としているため、柔軟性、機械的強度、及び導電性の優れる導電性多孔シートを製造することができる。   Such a conductive porous sheet of the present invention is a step of forming a precursor fiber containing, for example, a first carbonizable organic material and a second carbonizable organic material composed of an organic material different from the first carbonizable organic material. A step of joining a cross point of the precursor fiber with a first carbonizable organic material or a second carbonizable organic material to form a precursor fiber sheet mainly composed of the precursor fiber, and a precursor fiber constituting the precursor fiber sheet, A conductive porous sheet that does not break in the three-point bending test can be manufactured by the step of carbonizing the bonded carbon fibers at the intersections to form curved carbon fibers. According to this manufacturing method, after joining the intersections of the precursor fibers, since the carbon fibers are carbonized in the joined state at the intersections to form curved carbon fibers, flexibility, mechanical strength, and excellent conductivity Perforated sheets can be manufactured.

より具体的には、まず、第1炭化可能有機材料と、第1炭化可能有機材料とは異なる有機材料からなる第2炭化可能有機材料とを用意する。この第1炭化可能有機材料、第2炭化可能有機材料としては特に限定するものではないが、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリアミド樹脂などの熱硬化性樹脂;ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ピッチ、ポリアミノ酸樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂などの熱可塑性樹脂;セルロース(多糖類)、タール;又はこれら樹脂のモノマーを成分とする共重合体(例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体など)などを挙げることができる。   More specifically, first, a first carbonizable organic material and a second carbonizable organic material made of an organic material different from the first carbonizable organic material are prepared. The first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material are not particularly limited, and examples thereof include phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, xylene resin, urethane resin, silicone. Resin, thermosetting polyimide resin, thermosetting polyimide resin, thermosetting resin such as thermosetting polyamide resin; polystyrene resin, polyester resin, polyolefin resin, polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyvinyl acetate resin, Thermoplastic resins such as vinyl chloride resin, fluororesin, polyacrylonitrile resin, acrylic resin, polyether resin, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, pitch, polyamino acid resin, polybenzimidazole resin; cellulose (polysaccharide), tar; Mention may be made of a copolymer of a monomer of the resin component (e.g., acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, acrylonitrile-styrene copolymer).

これらの中でも、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として、熱硬化性樹脂を含んでいるのが好ましい。熱硬化性樹脂を含んでいると、後述のように、第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料とを含む前駆繊維同士の交差点を熱硬化性樹脂によって接合し、炭化の際に、その接合状態を維持しやすいためである。特に、フェノール樹脂及び/又はエポキシ樹脂は前記作用に加えて、炭化後の導電性にも優れているため好適である。   Among these, it is preferable that the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material contains a thermosetting resin. When the thermosetting resin is contained, as described below, the intersections of the precursor fibers containing the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material are joined by the thermosetting resin, and at the time of carbonization, This is because it is easy to maintain the joined state. In particular, a phenol resin and / or an epoxy resin is preferable because it has excellent conductivity after carbonization in addition to the above-mentioned action.

また、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として、熱硬化性樹脂とは炭化過程又は炭化率の異なる炭化可能有機材料を使用するのが好ましい。つまり、炭化過程が異なる第1又は第2炭化可能有機材料を含んでいることによって、紡糸性が改善されるだけでなく、炭化過程における化学変化機構(最適温度、時間、分解等)が異なり、収縮率や流動性等の差が生じることによって、炭化時に湾曲し、湾曲した炭素繊維を形成しやすいためである。例えば、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として、フェノール樹脂及び/又はエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂と、第2炭化可能有機材料又は第1炭化可能有機材料として、ポリアクリロニトリル樹脂、ピッチなどの熱可塑性樹脂とを使用すると、炭化時における収縮率が異なることから、湾曲した炭素繊維を形成することができる。特に、ポリアクリロニトリル樹脂は炭化率が高く、繊維内部に空隙がない炭素繊維を形成しやすいことから、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として好適である。   Further, as the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material, it is preferable to use a carbonizable organic material having a carbonization process or a carbonization rate different from that of the thermosetting resin. That is, by including the first or second carbonizable organic material having a different carbonization process, not only the spinnability is improved, but also the chemical change mechanism (optimum temperature, time, decomposition, etc.) in the carbonization process is different, This is because a difference in contraction rate, fluidity and the like causes a curve at the time of carbonization to easily form a curved carbon fiber. For example, a thermosetting resin such as a phenol resin and / or an epoxy resin as the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material, and a polyacrylonitrile resin as the second carbonizable organic material or the first carbonizable organic material. When a thermoplastic resin such as pitch is used, since the shrinkage rate at the time of carbonization is different, curved carbon fibers can be formed. In particular, the polyacrylonitrile resin has a high carbonization rate and easily forms a carbon fiber having no voids inside the fiber, and thus is suitable as the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material.

なお、炭素繊維の導電性、機械的強度に優れているように、また、湾曲した炭素繊維を形成しやすいように、導電性材料を用意するのが好ましい。この導電性材料としては前述のような導電性材料であることができ、カーボンナノチューブであるのが好ましい。つまり、炭化する際における、カーボンナノチューブの存在する部分における収縮率と、カーボンナノチューブの存在しない部分における収縮率との間に差が生じ、湾曲した炭素繊維となりやすく、このような湾曲した炭素繊維は曲げても湾曲した部分が伸びやすいため、柔軟性に優れている。   In addition, it is preferable to prepare a conductive material so that the carbon fiber has excellent conductivity and mechanical strength, and that the carbon fiber can be easily formed. The conductive material may be the conductive material described above, and is preferably carbon nanotube. That is, at the time of carbonization, a difference occurs between the shrinkage rate in the portion where the carbon nanotubes are present and the shrinkage rate in the portion where the carbon nanotubes are not present, and it tends to become a curved carbon fiber. It has excellent flexibility because the curved part is easily stretched even when bent.

また、前述のような第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料に加えて、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーンや、金属アルコキシド(ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ホウ素、スズ、亜鉛などのメトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシドなど)が重合した無機ポリマーなど、公知の無機系化合物が重合してなるポリマーを併用することもできる。   In addition to the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material as described above, silicone such as polydimethylsiloxane or metal alkoxide (methoxide such as silicon, aluminum, titanium, zirconium, boron, tin or zinc). , Ethoxide, propoxide, butoxide, etc.) can be used in combination.

前述のような材料を準備した後、前駆繊維を形成するために、前述のような第1炭化可能有機材料及び第2炭化可能有機材料を含む紡糸液を調製する。好ましくは、導電性材料も含む紡糸液を調製する。場合によっては、シリコーンや無機ポリマーも含む紡糸液を調製する。   After preparing the materials as described above, a spinning solution containing the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material as described above is prepared to form a precursor fiber. Preferably, a spinning solution that also contains a conductive material is prepared. In some cases, a spinning solution containing silicone and an inorganic polymer is prepared.

紡糸液を構成する溶媒は、第1炭化可能有機材料及び第2炭化可能有機材料が溶解可能な溶媒であれば良く、特に限定するものではないが、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,4−ジオキサン、ピリジン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、アセトニトリル、ギ酸、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、水等を挙げることができ、これらの溶媒の単独溶媒、又は混合溶媒であることができる。なお、紡糸性に問題がない範囲で、貧溶媒を添加することもできる。   The solvent that constitutes the spinning solution is not particularly limited as long as it is a solvent that can dissolve the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material, and examples thereof include acetone, methanol, ethanol, propanol, and isopropanol. , Tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,4-dioxane, pyridine, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, acetonitrile, formic acid, toluene, benzene, cyclohexane, cyclohexanone, tetrachloride Carbon, methylene chloride, chloroform, trichloroethane, ethylene carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, water and the like can be mentioned, and they can be a single solvent or a mixed solvent of these solvents. In addition, a poor solvent can be added as long as the spinnability is not a problem.

なお、紡糸液における固形分濃度は特に限定するものではないが、1〜50mass%であるのが好ましく、5〜30mass%であるのがより好ましい。1mass%を下回ると、生産性が極端に低下し、50mass%を上回ると、紡糸が不安定になる傾向があるためである。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   The solid content concentration in the spinning solution is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 mass%, more preferably 5 to 30 mass%. This is because if it is less than 1 mass%, the productivity is extremely reduced, and if it exceeds 50 mass%, spinning tends to be unstable. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired.

また、紡糸液における第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料との固形分質量比は、第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料の組合せによって異なるため、特に限定するものではないが、例えば、第1炭化可能有機材料がポリアクリロニトリル樹脂のような炭化率の高い有機材料からなり、第2炭化可能有機材料がエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂からなる場合には、第1炭化可能有機材料による導電性に優れ、しかも第2炭化可能有機材料による接合による機械的強度、導電性、及び湾曲することによる柔軟性に優れているように、第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料との固形分比は40〜90:60〜10であるのが好ましく、50〜80:50〜20であるのがより好ましく、50〜70:50〜30であるのが更に好ましい。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   Further, since the solid content mass ratio of the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material in the spinning solution varies depending on the combination of the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material, it is not particularly limited. However, for example, when the first carbonizable organic material is a high carbonization organic material such as polyacrylonitrile resin and the second carbonizable organic material is a thermosetting resin such as epoxy resin, The first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material are excellent in electrical conductivity, and the second carbonizable organic material has excellent mechanical strength, electrical conductivity, and flexibility due to bending. The solid content ratio with the 2 carbonizable organic material is preferably 40 to 90:60 to 10, more preferably 50 to 80:50 to 20, and more preferably 50 to 70:50 to 30. There further preferred. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired.

なお、第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料に加えて、好適である導電性材料を含んでいる場合には、導電性に優れているように、第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料の固形分の総質量100に対して、1〜90の質量の導電性材料を含ませるのが好ましく、5〜50の質量の導電性材料を含ませるのがより好ましく、10〜40の質量の導電性材料を含ませるのが更に好ましい。なお、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   In addition to the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material, when a suitable conductive material is contained, the first carbonizable organic material and 2 It is preferable to include a conductive material in a mass of 1 to 90, more preferably to include a conductive material in a mass of 5 to 50, more preferably 10 to 100 based on the total mass of solid content of the carbonizable organic material. It is more preferred to include a mass of conductive material of -40. The above lower limits and the respective upper limits can be arbitrarily combined as desired.

次いで、上述のような第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料とを含む紡糸液を紡糸して前駆繊維を形成する。この前駆繊維を形成する方法として、例えば、乾式紡糸法、静電紡糸法、特開2009−287138号公報に開示されているような、液吐出部から吐出された紡糸液に対してガスを平行に吐出し、紡糸液に対して、1本の直線状に剪断力を作用させて繊維化する方法、を挙げることができる。これらの中でも、静電紡糸法、又は特開2009−287138号公報に開示された紡糸方法によれば、平均繊維径が3μm以下の繊維径の小さい前駆繊維を紡糸しやすいため好適である。また、乾式紡糸法又は静電紡糸法によれば、連続した前駆繊維を紡糸できるため好適である。特に、静電紡糸法によれば、繊維径が小さいことに加えて、連続した繊維長を有する前駆繊維を紡糸できるため好適である。なお、前述のような方法により紡糸した前駆繊維を直接、捕集体で捕集することによって、シート状に集積した前駆繊維を形成することができる。   Then, a spinning solution containing the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material as described above is spun to form a precursor fiber. As a method for forming this precursor fiber, for example, a dry spinning method, an electrostatic spinning method, and a gas parallel to a spinning solution discharged from a liquid discharging section as disclosed in JP-A-2009-287138. And a spinning solution is applied with a linear shearing force to form a fiber. Among these, the electrostatic spinning method or the spinning method disclosed in JP-A-2009-287138 is preferable because it is easy to spin a precursor fiber having an average fiber diameter of 3 μm or less and a small fiber diameter. Further, the dry spinning method or the electrostatic spinning method is preferable because continuous precursor fibers can be spun. In particular, the electrospinning method is suitable because the precursor fiber having a continuous fiber length can be spun in addition to the small fiber diameter. The precursor fiber spun by the above-described method can be directly collected by the collector to form a sheet-shaped precursor fiber.

なお、本発明における「前駆繊維」とは、第1炭化可能有機材料、第2炭化可能有機材料のいずれもが炭化していない状態の繊維を意味し、第1炭化可能有機材料、第2炭化可能有機材料のいずれもが炭化して炭素繊維を構成するため、炭素繊維の素となる繊維という意味で、前駆繊維と表現している。   The “precursor fiber” in the present invention means a fiber in a state where neither the first carbonizable organic material nor the second carbonizable organic material is carbonized, and the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material. Since all of the possible organic materials are carbonized to form carbon fibers, they are referred to as precursor fibers in the sense of fibers that are the basis of carbon fibers.

このように前駆繊維を形成した後に、前駆繊維の交差点を第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料で接合して、前駆繊維を主体とする前駆繊維シートを形成する。そのため、まず、前駆繊維が集合したシートを形成する。この前駆繊維が集合したシートは、例えば、紡糸した前駆繊維を直接、捕集体で捕集することによって形成することができるし、紡糸した前駆繊維を連続繊維として巻き取り、次いで所望繊維長に切断して短繊維とした後、カード法、エアレイ法などの乾式法、又は湿式法により形成することができるし、連続した前駆繊維を用いて、常法により織ったり、編んだりして形成することもできる。これらの中でも、紡糸した前駆繊維を直接、捕集体で捕集する方法は、連続した繊維長を有する前駆繊維であることができ、生産性にも優れているため好適である。   After forming the precursor fibers in this way, the intersections of the precursor fibers are joined with the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material to form a precursor fiber sheet mainly composed of the precursor fibers. Therefore, first, a sheet in which precursor fibers are assembled is formed. The sheet in which the precursor fibers are gathered can be formed, for example, by directly collecting the spun precursor fibers with a collector, and the spun precursor fibers are wound as continuous fibers and then cut into a desired fiber length. After forming into short fibers, it can be formed by a dry method such as a card method, an air-laying method, or a wet method, or can be formed by weaving or knitting by a conventional method using continuous precursor fibers. You can also Among these, the method of directly collecting the spun precursor fiber with a collector is preferable because it can be a precursor fiber having a continuous fiber length and is excellent in productivity.

このような前駆繊維が集合したシートを構成する前駆繊維同士の交差点を、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料で接合する。この接合方法は特に限定するものではないが、例えば、前述のように、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として、熱硬化性樹脂を含んでいる場合は、熱硬化性樹脂が硬化するように、熱硬化性樹脂が熱硬化する温度で熱処理を実施して接合することができる。この熱処理温度、時間等の熱硬化条件は、熱硬化性樹脂によって異なるため、熱硬化性樹脂に応じて、適宜調整する。また、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料を溶解させることのできる溶媒を前駆繊維が集合したシートに付与し、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料を溶解させた後に、前記溶媒を乾燥除去することによって接合することができる。この溶媒の種類、溶媒付与量、溶媒温度、乾燥温度、乾燥時間等の可塑化接合条件は、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料によって異なるため、第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料に応じて、適宜調整する。   The intersections of the precursor fibers forming the sheet in which the precursor fibers are assembled are joined with the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material. This joining method is not particularly limited. For example, as described above, when the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material contains a thermosetting resin, the thermosetting resin is To cure, a heat treatment can be performed at the temperature at which the thermosetting resin is thermoset to bond. Since the thermosetting conditions such as the heat treatment temperature and the time vary depending on the thermosetting resin, they are appropriately adjusted according to the thermosetting resin. Further, a solvent capable of dissolving the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material was applied to the sheet in which the precursor fibers were assembled to dissolve the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material. After that, the solvent can be dried and removed to bond. Since the plasticizing joining conditions such as the kind of the solvent, the amount of the solvent applied, the solvent temperature, the drying temperature, and the drying time are different depending on the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material, 2 It is appropriately adjusted depending on the carbonizable organic material.

なお、前駆繊維同士の交差点の接合を、バインダにより実施することも考えられるが、バインダを使用した場合、バインダが前駆繊維によって形成される空隙を埋めたり、バインダが前駆繊維同士の交差点周辺を必要以上に覆ってしまい、結果として得られる導電性多孔シートの空隙を十分に利用できなくなる場合があるため、前駆繊維を構成する第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料によって接合するのが好ましい。例えば、導電性多孔シートをガス拡散電極用基材として使用する場合、ガス又は液水の透過性が低下する傾向がある。   Although it is possible to bond the intersections of the precursor fibers with a binder, when the binder is used, the binder fills the voids formed by the precursor fibers, or the binder needs to be around the intersections of the precursor fibers. Since there is a case in which the voids of the conductive porous sheet obtained as a result are covered with the above, and the resulting voids cannot be fully utilized, it is preferable to bond them by the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material forming the precursor fiber. preferable. For example, when a conductive porous sheet is used as a substrate for a gas diffusion electrode, gas or liquid water permeability tends to decrease.

なお、前駆繊維を主体とする前駆繊維シートは、上述のような方法により形成することができるが、前駆繊維以外の材料を含む場合には、前駆繊維を紡糸する際、前駆繊維の集合したシートを形成する際、或いは前駆繊維の集合したシートを形成した後に、前駆繊維以外の材料を付与することができる。例えば、カーボンナノチューブを、紡糸した前駆繊維の流れに対して噴霧することにより、カーボンナノチューブの混在する前駆繊維シートを形成することができる。   The precursor fiber sheet mainly composed of the precursor fiber can be formed by the method as described above. However, when a material other than the precursor fiber is contained, when the precursor fiber is spun, a sheet in which the precursor fiber is assembled is formed. A material other than the precursor fibers can be applied when forming the sheet or after forming the sheet in which the precursor fibers are assembled. For example, a carbon fiber nanotube-mixed precursor fiber sheet can be formed by spraying carbon nanotubes onto a stream of spun precursor fibers.

そして、前駆繊維シートを構成する前駆繊維を、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維として、三点曲げ試験で破断しない導電性多孔シートを製造する。本発明においては、前駆繊維の交差点を接合した後に、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維としているため、柔軟性、機械的強度、及び導電性の優れる導電性多孔シートを製造することができる。つまり、前駆繊維は第1炭化可能有機材料と第2炭化可能有機材料を含んでおり、炭化する際の収縮率が異なるため、湾曲した炭素繊維となる。   Then, the precursor fibers constituting the precursor fiber sheet are carbonized in the state of being bonded at the intersections thereof to produce curved conductive carbon fibers, and a conductive porous sheet that does not break in a three-point bending test is manufactured. In the present invention, after joining the intersections of the precursor fibers, carbonized in the state of being joined at the intersections to form a curved carbon fiber, so that the conductive porous sheet has excellent flexibility, mechanical strength, and conductivity. Can be manufactured. That is, the precursor fiber contains the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material, and has different contraction rates when carbonized, so that the precursor fiber becomes a curved carbon fiber.

この炭化は第1炭化可能有機材料及び第2炭化可能有機樹脂を炭化できれば良く、特に限定するものではないが、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性気体雰囲気中、最高温度800〜3000℃で加熱して行うことができる。なお、昇温速度は5〜100000℃/分であるのが好ましく、5〜1000℃/分であるのがより好ましい。また、最高温度での保持時間は、3時間以内であるのが好ましく、1〜120分間であるのがより好ましい。なお、これらの各パラメータにおいて、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   This carbonization is not particularly limited as long as it can carbonize the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic resin, and is not particularly limited. For example, in an inert gas atmosphere of nitrogen, helium, argon or the like, the maximum temperature is 800 to 3000 ° C. It can be performed by heating. The rate of temperature increase is preferably 5 to 100,000 ° C./min, more preferably 5 to 1000 ° C./min. Further, the holding time at the maximum temperature is preferably 3 hours or less, more preferably 1 to 120 minutes. In addition, in each of these parameters, the above-mentioned respective lower limits and respective upper limits can be arbitrarily combined as desired.

以上のような方法により、本発明の導電性多孔シートを製造することができるが、前駆繊維を構成する第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として、ポリアクリロニトリル樹脂を含んでいる場合には、炭化処理後も繊維形状を維持できるように、炭化処理の前に不融化工程を実施してもよい。この不融化は、酸化雰囲気中、温度200〜300℃で10〜120分間加熱して実施できる。なお、不融化の加熱は2回以上、温度又は時間の異なる条件で実施することができる。   The conductive porous sheet of the present invention can be produced by the method as described above, but in the case of containing a polyacrylonitrile resin as the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material constituting the precursor fiber. In order to maintain the fiber shape after the carbonization treatment, the infusibilizing step may be performed before the carbonization treatment. This infusibilization can be carried out by heating in an oxidizing atmosphere at a temperature of 200 to 300 ° C. for 10 to 120 minutes. The heating for infusibilization can be performed twice or more under the condition of different temperature or time.

なお、本発明の導電性多孔シートは空隙率が50%以上と空隙が多いのが好ましいが、このような空隙率の高い導電性多孔シートは、平均繊維径が0.1μm〜50μmの炭素繊維を主体としていると、前記空隙率を満たしやすい。このような平均繊維径の炭素繊維の素となる前駆繊維は、例えば、静電紡糸法又は特開2009−287138号公報に開示されている紡糸方法により製造しやすい。また、前駆繊維同士の交差点を接合するためにバインダを使用すると、バインダが前駆繊維間の空隙を埋めたり、前駆繊維同士の交差点の周辺を必要以上に覆ってしまい、空隙率が低くなる傾向があるため、バインダを使用することなく、前駆繊維を構成する第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料で接合させると、前記空隙率を満たしやすい。   The conductive porous sheet of the present invention preferably has many voids with a porosity of 50% or more, but such a conductive porous sheet with high porosity has carbon fibers having an average fiber diameter of 0.1 μm to 50 μm. If it is mainly composed of, it is easy to satisfy the porosity. Precursor fibers, which are the basis of carbon fibers having such an average fiber diameter, can be easily manufactured by, for example, an electrostatic spinning method or a spinning method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-287138. Further, when a binder is used to bond the intersections of the precursor fibers, the binder fills the voids between the precursor fibers or covers the periphery of the intersections of the precursor fibers more than necessary, and the porosity tends to be low. Therefore, if the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material forming the precursor fiber is used for bonding without using a binder, the porosity can be easily satisfied.

また、本発明の導電性多孔シートは、各種後加工により、各用途に適合する物性を付与又は向上させることができる。例えば、本発明の導電性多孔シートを固体高分子形燃料電池のガス拡散電極用基材として使用する場合、導電性多孔シートの撥水性を高め、排水性及びガス拡散性を高めるために、ポリテトラフルオロエチレンディスパージョンなどのフッ素系ディスパージョン中に、導電性多孔シートを浸漬して、フッ素系樹脂を付与した後、温度300〜350℃で焼結することができる。   In addition, the conductive porous sheet of the present invention can be imparted or improved with physical properties suitable for each application by various post-processing. For example, when the conductive porous sheet of the present invention is used as a base material for a gas diffusion electrode of a polymer electrolyte fuel cell, in order to enhance the water repellency of the conductive porous sheet and enhance the drainage property and the gas diffusion property, The conductive porous sheet may be dipped in a fluorine-based dispersion such as tetrafluoroethylene dispersion to give a fluorine-based resin, and then sintered at a temperature of 300 to 350 ° C.

更に、内部に空隙のない炭素繊維は、第1炭化可能有機材料、第2炭化可能有機材料のいずれも炭化率の高い有機材料を使用することによって製造しやすい。つまり、炭化時に消失する有機材料が少ないため、内部に空隙のない炭素繊維を製造しやすい。この炭化率の高い第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料として、例えば、ポリアクリロニトリル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを挙げることができる。   Furthermore, the carbon fiber having no voids inside is easily manufactured by using an organic material having a high carbonization rate for both the first carbonizable organic material and the second carbonizable organic material. In other words, since the amount of organic material that disappears during carbonization is small, it is easy to manufacture carbon fibers having no voids inside. Examples of the first carbonizable organic material or the second carbonizable organic material having a high carbonization rate include polyacrylonitrile, epoxy resin, and phenol resin.

更に、比見掛ヤング率が100MPa/(g/cm)以上の剛性のある導電性多孔シートは、炭素繊維を剛性のある材料から形成することによって製造しやすい。つまり、第1炭化可能有機材料及び/又は第2炭化可能有機材料として、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、フェノール樹脂を使用することによって、製造しやすい。Furthermore, the conductive conductive porous sheet having a specific apparent Young's modulus of 100 MPa / (g / cm 3 ) or more is easily manufactured by forming the carbon fiber from a rigid material. That is, it is easy to manufacture by using a thermosetting resin, particularly an epoxy resin or a phenol resin, as the first carbonizable organic material and / or the second carbonizable organic material.

更に、主面における平均算術平均表面粗さが0.01μm〜20μm(0.1μm〜10μmであるのが好ましく、0.1μm〜5μmであるのがより好ましく、0.1〜4μmであるのが更に好ましい)である導電性多孔シートは、例えば、平均繊維径が20μm以下の炭素繊維を使用することにより、導電性多孔シートの形態を不織布とすることにより、及び/又は導電性多孔シートを静電紡糸法、特開2009−287138号公報に開示されているような方法により直接製造することによって、製造しやすい。なお、前記平均算術平均表面粗さにおける、前記の各下限と各上限は、所望により、任意に組み合わせることができる。   Further, the average arithmetic average surface roughness on the main surface is 0.01 μm to 20 μm (preferably 0.1 μm to 10 μm, more preferably 0.1 μm to 5 μm, and 0.1 to 4 μm). More preferably), the conductive porous sheet is, for example, by using carbon fibers having an average fiber diameter of 20 μm or less, making the conductive porous sheet a non-woven fabric, and / or keeping the conductive porous sheet static. Direct production by the electrospinning method or the method disclosed in JP-A-2009-287138 facilitates production. The lower limit and the upper limit in the average arithmetic average surface roughness can be arbitrarily combined as desired.

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

<第1紡糸液の調製>
ポリアクリロニトリル(=PAN、第1炭化可能有機材料)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、固形分濃度20mass%の溶液を得た。
<Preparation of first spinning solution>
Polyacrylonitrile (= PAN, first carbonizable organic material) was added to N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved using a rocking mill to obtain a solution having a solid content concentration of 20 mass%.

次いで、前記溶液に、クレゾールノボラックエポキシ樹脂を主剤とし、ノボラック型フェノール樹脂を硬化剤とする第2炭化可能有機材料(=EP)を加えて混合し、攪拌した後、さらにDMFを加えて希釈して、PAN:EPの固形分質量比が70:30で、固形分濃度が25mass%の第1紡糸液を調製した。   Then, a second carbonizable organic material (= EP) containing cresol novolac epoxy resin as a main component and novolac type phenolic resin as a curing agent is added to the solution and mixed, and after stirring, DMF is further added to dilute. Then, the first spinning solution having a solid content mass ratio of PAN: EP of 70:30 and a solid content concentration of 25 mass% was prepared.

<第2紡糸液の調製>
ポリアクリロニトリル(=PAN、第1炭化可能有機材料)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、固形分濃度20mass%の溶液を得た。
<Preparation of second spinning solution>
Polyacrylonitrile (= PAN, first carbonizable organic material) was added to N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved using a rocking mill to obtain a solution having a solid content concentration of 20 mass%.

次いで、導電性材料として、CVD法で合成されたカーボンナノチューブ[=CNT、商品名:VGCF−H(昭和電工(株)製)、繊維径:150nm、アスペクト比:40、多層カーボンナノチューブ]を前記溶液に混合して分散液を調製した。   Then, as a conductive material, carbon nanotubes synthesized by a CVD method [= CNT, trade name: VGCF-H (manufactured by Showa Denko KK), fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 40, multi-walled carbon nanotube] are described above. A dispersion was prepared by mixing with the solution.

そして、前記分散液にクレゾールノボラックエポキシ樹脂を主剤とし、ノボラック型フェノール樹脂を硬化剤とする第2炭化可能有機材料(=EP)を加えて混合し、攪拌した後、さらにDMFを加えて希釈して、CNT:PAN:EPの固形分質量比が10:60:30で、固形分濃度が25mass%の第2紡糸液を調製した。   Then, a second carbonizable organic material (= EP) having cresol novolac epoxy resin as a main component and novolac type phenolic resin as a curing agent is added to the dispersion liquid and mixed, and after stirring, DMF is further added to dilute. Then, a second spinning solution having a solid content mass ratio of CNT: PAN: EP of 10:60:30 and a solid content concentration of 25 mass% was prepared.

<第3紡糸液の調製>
カーボンナノチューブ(CNT)に替えて、カーボンブラック(=CB、電気化学工業(株)製、商品名:デンカブラック粒状品、平均粒径:35nm)を使用したこと以外は、第2紡糸液と同様に調製して、CB:PAN:EPの固形分質量比が10:60:30で、固形分濃度が20mass%の第3紡糸液を調製した。
<Preparation of third spinning solution>
Similar to the second spinning solution, except that carbon black (= CB, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., trade name: Denka Black granular product, average particle size: 35 nm) is used instead of the carbon nanotube (CNT). To prepare a third spinning solution having a solid content mass ratio of CB: PAN: EP of 10:60:30 and a solid content concentration of 20 mass%.

<第4紡糸液の調製>
ポリアクリロニトリルをN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、固形分濃度が16ass%の第4紡糸液を調製した。
<Preparation of Fourth Spinning Liquid>
Polyacrylonitrile was added to N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved using a rocking mill to prepare a fourth spinning solution having a solid content concentration of 16 ass%.

<第5紡糸液の調製>
ポリアクリロニトリル(=PAN)、フェノール樹脂(=PH、群栄化学工業製、PSK−2320)、Titanium(IV)butoxide(=TI、アルドリッチ社製)を、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解させ、PAN:PH:TIの固形分質量比が44:44:12で、固形分濃度が25mass%の第5紡糸液を調製した。
<Preparation of fifth spinning solution>
Polyacrylonitrile (= PAN), phenol resin (= PH, Gunei Chemical Industry PSK-2320), Titanium (IV) butoxide (= TI, manufactured by Aldrich) are dissolved in N, N-dimethylformamide (DMF). Then, a fifth spinning solution having a solid content mass ratio of PAN: PH: TI of 44:44:12 and a solid content concentration of 25 mass% was prepared.

<第6紡糸液の調製>
フッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合物(=THV、第1炭化可能有機材料)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、固形分濃度10mass%の溶液を得た。
<Preparation of sixth spinning solution>
Vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (= THV, first carbonizable organic material) was added to N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved using a rocking mill to obtain a solid content concentration of 10 mass. % Solution was obtained.

次いで、導電性材料として、CVD法で合成されたカーボンナノチューブ(CNT)[商品名:VGCF−H(昭和電工(株)製)、繊維径:150nm、アスペクト比:40、多層カーボンナノチューブ]を前記溶液に混合し、撹拌した後、更にDMFを加えて希釈し、カーボンナノチューブを分散させた分散溶液を得た。   Then, as a conductive material, carbon nanotubes (CNT) synthesized by a CVD method [trade name: VGCF-H (manufactured by Showa Denko KK), fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 40, multi-walled carbon nanotubes] are described above. After mixing with the solution and stirring, DMF was further added for dilution to obtain a dispersion solution in which carbon nanotubes were dispersed.

そして、前記分散溶液に、クレゾールノボラックエポキシ樹脂を主剤とし、ノボラック型フェノール樹脂を硬化剤とする第2炭化可能有機材料(=EP)を加え、CNT:THV:EPの固形分質量比が40:30:30で、固形分濃度が20mass%の第6紡糸液を調製した。   Then, a second carbonizable organic material (= EP) having a cresol novolac epoxy resin as a main component and a novolac type phenolic resin as a curing agent is added to the dispersion solution, and a solid content mass ratio of CNT: THV: EP is 40 :. At 30:30, a sixth spinning solution having a solid content concentration of 20 mass% was prepared.

<第7紡糸液の調製>
ポリアクリロニトリル(=PAN)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、固形分濃度18mass%の溶液を得た。
<Preparation of seventh spinning solution>
Polyacrylonitrile (= PAN) was added to N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved using a rocking mill to obtain a solution having a solid content concentration of 18 mass%.

次いで、導電性材料として、CVD法で合成されたカーボンナノチューブ(CNT)[商品名:VGCF−H(昭和電工(株)製)、繊維径:150nm、アスペクト比:40、多層カーボンナノチューブ]を前記溶液に混合し、撹拌した後、更にDMFを加えて希釈し、カーボンナノチューブを分散させた分散溶液を得た。   Then, as a conductive material, carbon nanotubes (CNT) synthesized by a CVD method [trade name: VGCF-H (manufactured by Showa Denko KK), fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 40, multi-walled carbon nanotubes] are described above. After mixing with the solution and stirring, DMF was further added for dilution to obtain a dispersion solution in which carbon nanotubes were dispersed.

そして、前記分散溶液に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を主剤とし、ノボラック型フェノール樹脂を硬化剤とする第2炭化可能有機材料(=EP)を加え、CNT:PAN:EPの固形分質量比が10:60:30で、固形分濃度が25mass%の第7紡糸液を調製した。   Then, a second carbonizable organic material (= EP) having a bisphenol A type epoxy resin as a main agent and a novolac type phenol resin as a curing agent is added to the dispersion solution, and a solid content mass ratio of CNT: PAN: EP is 10. : 60:30, a seventh spinning solution having a solid content concentration of 25 mass% was prepared.

(実施例1)
前記第1紡糸液を静電紡糸法により次の条件で前駆連続繊維を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に、直接、集積させて、前駆連続繊維のみからなり、繊維同士の交差点が接合していない不織布形態の前駆繊維集合シートを形成した。
(Example 1)
Precursor continuous fibers are spun by the electrostatic spinning method under the following conditions and directly accumulated on a stainless steel drum, which is a counter electrode, consisting of only the precursor continuous fibers, and the intersections of the fibers are joined together. A non-woven fabric type precursor fiber aggregate sheet was formed.

(静電紡糸条件)
電極:金属性ノズル(内径:0.33mm)とステンレスドラム
吐出量:5g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:10cm
印加電圧:10kV
温度/湿度:25℃/30%RH
(Electrostatic spinning conditions)
Electrode: Metal nozzle (inner diameter: 0.33 mm) and stainless steel drum Discharge rate: 5 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 10 cm
Applied voltage: 10kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 30% RH

次いで、前記前駆繊維集合シートを、温度150℃の熱風乾燥機で1時間熱処理してエポキシ樹脂を硬化させ、繊維同士の交差点を接合した前駆繊維シートを得た。   Next, the precursor fiber aggregated sheet was heat-treated in a hot air dryer at a temperature of 150 ° C. for 1 hour to cure the epoxy resin, and a precursor fiber sheet in which the intersections of the fibers were joined was obtained.

続いて、前記前駆繊維シートに対して、空気中、温度220℃で30分、及び温度260℃で1時間の酸化処理を行い、前駆連続繊維を構成するPANを不融化し、不融化前駆繊維シートとした。   Subsequently, the precursor fiber sheet is subjected to an oxidation treatment in air at a temperature of 220 ° C. for 30 minutes and at a temperature of 260 ° C. for 1 hour to infusibilize the PAN forming the precursor continuous fiber, thereby making the infusible precursor fiber. It was a sheet.

そして、不融化前駆繊維シートを、真空置換式電気炉を用い、窒素ガス雰囲気下、温度1300℃で1時間の炭化焼成処理(昇温速度:10℃/分)を実施して、前駆連続繊維を構成するPANおよびEPを炭化して炭素連続繊維とし、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点で接合した導電性多孔シート(目付:6.5g/m、厚さ:65μm、繊維径:1.1μm、空隙率:91%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図1に示すように、炭素連続繊維は繊維同士の交差点間においても湾曲した状態にあった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあった。Then, the infusibilized precursor fiber sheet is subjected to carbonization and firing treatment (temperature rising rate: 10 ° C./min) for 1 hour at a temperature of 1300 ° C. in a nitrogen gas atmosphere using a vacuum displacement type electric furnace to obtain a precursor continuous fiber. The PAN and EP constituting the above are carbonized into continuous carbon fibers, and the conductive porous sheet is formed of only continuous carbon fibers and has a non-woven structure and is bonded at the intersections of continuous carbon fibers (weight: 6.5 g / m 2 , thickness: 65 μm, fiber diameter: 1.1 μm, porosity: 91%). An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed. As a result, as shown in FIG. 1, the continuous carbon fibers were in a curved state even between the intersections of the fibers. In addition, the continuous carbon fiber was in a state in which the inside of the fiber was solid without voids.

(実施例2)
紡糸液として第2紡糸液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点で接合した導電性多孔シート(目付:10g/m、厚さ:84μm、繊維径:0.7μm、空隙率:94%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図2に示すように、炭素連続繊維は繊維同士の交差点間においても湾曲した状態にあった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあり、また、炭素連続繊維におけるCNTの質量比率は12mass%であった。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1 except that the second spinning solution was used as the spinning solution, a conductive porous sheet having a monolayer structure consisting of only continuous carbon fibers and having a nonwoven fabric structure, which was joined at the intersection of the continuous carbon fibers ( A fabric weight: 10 g / m 2 , thickness: 84 μm, fiber diameter: 0.7 μm, porosity: 94%) was produced. An electron micrograph (magnification: 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed. As shown in FIG. 2, the continuous carbon fibers were in a curved state even between the intersections of the fibers. In addition, the continuous carbon fiber was in a solid state without voids inside the fiber, and the mass ratio of CNT in the continuous carbon fiber was 12 mass%.

(実施例3)
酸化処理を行わず、前駆連続繊維を構成するPANを不融化しなかったこと以外は、実施例2と同様にして、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点で接合した導電性多孔シート(目付:10g/m、厚さ:84μm、繊維径:0.7μm、空隙率:94%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図3に示すように、炭素連続繊維は繊維同士の交差点間においても湾曲した状態にあった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあり、また、炭素連続繊維におけるCNTの質量比率は12mass%であった。
(Example 3)
Except that the PAN constituting the precursor continuous fiber was not infusibilized without performing an oxidation treatment, in the same manner as in Example 2, one-layer carbon continuous fibers composed of only continuous carbon fibers and having a nonwoven fabric structure A conductive porous sheet (unit weight: 10 g / m 2 , thickness: 84 μm, fiber diameter: 0.7 μm, porosity: 94%) joined at the intersection of was prepared. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed, and as shown in FIG. 3, the continuous carbon fibers were in a curved state even between the intersections of the fibers. In addition, the continuous carbon fiber was in a solid state without voids inside the fiber, and the mass ratio of CNT in the continuous carbon fiber was 12 mass%.

(実施例4)
紡糸液として第3紡糸液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点で接合した導電性多孔シート(目付:5.6g/m、厚さ:34μm、繊維径:0.8μm、空隙率:91%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図4に示すように、炭素連続繊維は繊維同士の交差点間においても湾曲した状態にあった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあり、また、炭素連続繊維におけるカーボンブラックの質量比率は12mass%であった。
(Example 4)
In the same manner as in Example 1 except that the third spinning solution was used as the spinning solution, a conductive porous sheet having a monolayer structure composed of only continuous carbon fibers and having a nonwoven fabric structure, which was joined at the intersection of continuous carbon fibers ( A fabric weight: 5.6 g / m 2 , thickness: 34 μm, fiber diameter: 0.8 μm, porosity: 91%) was produced. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed, and as shown in FIG. 4, the continuous carbon fibers were in a curved state even between the intersections of the fibers. In addition, the continuous carbon fiber was in a state in which the inside of the fiber was solid without voids, and the mass ratio of carbon black in the continuous carbon fiber was 12 mass%.

(比較例1)
紡糸液として第4紡糸液を用い、次の静電紡糸条件で紡糸したこと以外は実施例1と同様にして、PAN前駆連続繊維のみからなり、繊維同士の交差点が接合していない不織布形態の前駆繊維集合シートを形成した。
(Comparative Example 1)
Using a fourth spinning solution as the spinning solution and spinning under the following electrostatic spinning conditions, in the same manner as in Example 1, consisting of only PAN precursor continuous fibers and having a non-woven fabric form in which the intersections of the fibers were not joined. A precursor fiber aggregated sheet was formed.

(静電紡糸条件)
電極:金属性ノズル(内径:0.33mm)とステンレスドラム
吐出量:1g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:8cm
印加電圧:10kV
温度/湿度:25℃/30%RH
(Electrostatic spinning conditions)
Electrode: Metal nozzle (inner diameter: 0.33 mm) and stainless steel drum Discharge rate: 1 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 8 cm
Applied voltage: 10kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 30% RH

次いで、前記前駆繊維集合シートに対して、空気中、温度220℃で30分、及び温度260℃で1時間の酸化処理を行い、前駆連続繊維を構成するPANを不融化した後、真空置換式電気炉を用い、窒素ガス雰囲気下、温度1300℃で1時間の炭化焼成処理(昇温速度:10℃/分)を実施し、前駆連続繊維を構成するPANを炭化して炭素連続繊維とし、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点が接合していない導電性多孔シート(目付:5g/m、厚さ:20μm、繊維径:0.3μm、空隙率:86%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図5に示すように、炭素連続繊維は直線状であった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあった。Next, the precursor fiber aggregated sheet is subjected to an oxidation treatment in air at a temperature of 220 ° C. for 30 minutes and at a temperature of 260 ° C. for 1 hour to infusibilize the PAN constituting the precursor continuous fiber, and then the vacuum substitution type Using an electric furnace, under a nitrogen gas atmosphere, a carbonization and calcination treatment (temperature rising rate: 10 ° C./min) at a temperature of 1300 ° C. for 1 hour was carried out to carbonize PAN constituting the precursor continuous fiber into a carbon continuous fiber, A conductive porous sheet made of only continuous carbon fibers and having a non-woven fabric structure, in which the intersections of continuous carbon fibers are not joined (unit weight: 5 g / m 2 , thickness: 20 μm, fiber diameter: 0.3 μm, Porosity: 86%) was produced. An electron micrograph (× 2000) of the principal surface of this conductive porous sheet was taken and observed, and as shown in FIG. 5, the continuous carbon fibers were linear. In addition, the continuous carbon fiber was in a state in which the inside of the fiber was solid without voids.

(比較例2)
酸化処理を実施する前に、濃度7mass%に調整したDMF/水の混合溶液に、前駆繊維集合シートを浸漬し、一対のロール間で絞った後、温度80℃に設定したオーブン中で10分間、続いて温度160℃に設定したオーブンで加熱処理することによって混合溶媒を除去して、PAN前駆連続繊維同士の交差点を接着させたこと以外は、比較例1と同様にして、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点が接合した導電性多孔シート(目付:5g/m、厚さ:18μm、繊維径:0.3μm、空隙率:85%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図6に示すように、炭素連続繊維は直線状であった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあった。
(Comparative example 2)
Before carrying out the oxidation treatment, the precursor fiber assembly sheet is dipped in a DMF / water mixed solution adjusted to a concentration of 7 mass% and squeezed between a pair of rolls, and then in an oven set to a temperature of 80 ° C. for 10 minutes. Then, only the carbon continuous fiber was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the mixed solvent was removed by subsequent heat treatment in an oven set to a temperature of 160 ° C. to bond the intersections of the PAN precursor continuous fibers. Consisting of a single layer structure having a non-woven fabric, a conductive porous sheet in which the intersections of continuous carbon fibers are joined (unit weight: 5 g / m 2 , thickness: 18 μm, fiber diameter: 0.3 μm, porosity: 85%) Was produced. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed. As shown in FIG. 6, the continuous carbon fibers were linear. In addition, the continuous carbon fiber was in a state in which the inside of the fiber was solid without voids.

(比較例3)
紡糸液として第5紡糸液を用い、次の静電紡糸条件で紡糸したこと以外は、実施例1と同様にして、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点が接合していない導電性多孔シート(目付:8g/m、厚さ:62μm、繊維径:0.6μm、空隙率:93%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図7に示すように、炭素連続繊維は直線状であった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあった。
(Comparative example 3)
Using a fifth spinning solution as the spinning solution and spinning under the following electrostatic spinning conditions, the same procedure as in Example 1 was repeated except that carbon continuous fibers alone were formed, and continuous carbon fibers having a single-layer structure and having a nonwoven fabric structure were used. A conductive porous sheet (unit weight: 8 g / m 2 , thickness: 62 μm, fiber diameter: 0.6 μm, porosity: 93%) in which the intersection points of No. were not joined was produced. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed, and as shown in FIG. 7, the continuous carbon fibers were linear. In addition, the continuous carbon fiber was in a state in which the inside of the fiber was solid without voids.

(静電紡糸条件)
電極:金属性ノズル(内径:0.33mm)とステンレスドラム
吐出量:1g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:8cm
印加電圧:10kV
温度/湿度:25℃/40%RH
(Electrostatic spinning conditions)
Electrode: Metal nozzle (inner diameter: 0.33 mm) and stainless steel drum Discharge rate: 1 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 8 cm
Applied voltage: 10kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 40% RH

(比較例4)
酸化処理を行わず、前駆連続繊維を構成するPANを不融化しなかったこと以外は、比較例3と同様にして、炭素連続繊維のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維同士の交差点が接合していない導電性多孔シート(目付:8g/m、厚さ:62μm、繊維径:0.6μm、空隙率:93%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図8に示すように、炭素連続繊維は直線状であった。なお、炭素連続繊維は繊維内部に空隙のない内部充実した状態にあった。
(Comparative example 4)
In the same manner as in Comparative Example 3 except that the PAN constituting the precursor continuous fiber was not infusibilized without performing an oxidation treatment, carbon continuous fibers composed of only continuous carbon fibers and having a non-woven fabric structure, having continuous carbon fibers A conductive porous sheet (unit weight: 8 g / m 2 , thickness: 62 μm, fiber diameter: 0.6 μm, porosity: 93%) in which the intersection points of No. were not joined was produced. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed, and as shown in FIG. 8, the continuous carbon fibers were linear. In addition, the continuous carbon fiber was in a state in which the inside of the fiber was solid without voids.

(比較例5)
前記第6紡糸液を静電紡糸法により次の条件で前駆連続繊維を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に、直接、集積して、前駆連続繊維のみからなり、繊維同士の交差点が接合していない不織布形態の前駆繊維集合シートを形成した。
(Comparative example 5)
Precursor continuous fibers are spun by the electrospinning method using the sixth spinning solution under the following conditions and directly accumulated on a stainless steel drum which is a counter electrode to consist of only the precursor continuous fibers, and the intersections of the fibers are joined. A non-woven fabric type precursor fiber aggregate sheet was formed.

(静電紡糸条件)
電極:金属性ノズル(内径:0.33mm)とステンレスドラム
吐出量:4g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:14cm
印加電圧:10kV
温度/湿度:25℃/30%RH
(Electrostatic spinning conditions)
Electrode: Metal nozzle (inner diameter: 0.33 mm) and stainless steel drum Discharge rate: 4 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 14 cm
Applied voltage: 10kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 30% RH

次いで、前記前駆繊維集合シートを、温度150℃の熱風乾燥機で1時間熱処理して、エポキシ樹脂を硬化させ、繊維同士の交差点を接合した前駆繊維シートを得た。   Next, the precursor fiber aggregated sheet was heat-treated in a hot air dryer at a temperature of 150 ° C. for 1 hour to cure the epoxy resin and obtain a precursor fiber sheet in which the intersections of the fibers were joined.

そして、前記前駆繊維シートを、管状炉を用いる、アルゴンガス雰囲気下、温度800℃で1時間の炭化焼成処理(昇温速度:10℃/分)を実施し、前駆連続繊維を構成するTHVおよびEPを炭化させるとともに、THVの大部分を消失させて炭素連続繊維状物とし、炭素連続繊維状物(CNT:EP炭化物とTHV炭化物の総量の質量比=52:48)のみからなり、不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維状物同士の交差点で接合した導電性多孔シート(目付:20g/m、厚さ:40μm、平均繊維径:1.3μm、空隙率:73%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図9に示すように、炭素連続繊維状物の長さ方向に配向したCNTが全体に分散しており、これらCNT間がEP炭化物とTHVの炭化物で部分的に繋がって結合した、多孔性で連続した状態の炭素連続繊維状物からなり、炭素連続繊維状物同士の交差点がEP炭化物及びTHVの炭化物で結合した状態にあった。Then, the precursor fiber sheet is subjected to carbonization and firing treatment (temperature rising rate: 10 ° C./minute) for 1 hour at a temperature of 800 ° C. in an argon gas atmosphere using a tubular furnace, and THV constituting the precursor continuous fiber and While carbonizing EP, most of THV is eliminated to form a carbon continuous fibrous material, which is composed of only carbon continuous fibrous material (CNT: mass ratio of total amount of EP carbide and THV carbide = 52:48). A conductive porous sheet (unit weight: 20 g / m 2 , thickness: 40 μm, average fiber diameter: 1.3 μm, porosity: 73%) having a single-layer structure and having continuous carbon fibrous materials joined together at an intersection did. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this conductive porous sheet was taken and observed, and as shown in FIG. 9, CNTs oriented in the length direction of the continuous carbon fibrous material were dispersed throughout. The carbonaceous continuous fibrous material in a porous and continuous state in which the CNTs are partially connected and bonded with EP carbide and THV carbide, and the crossing points of the continuous carbonaceous fibrous materials are EP carbide and THV. It was in a state of being bonded by carbide.

(比較例6)
前記第7紡糸液を静電紡糸法により次の条件で前駆連続繊維を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に、直接、集積して、前駆連続繊維のみからなり、繊維同士の交差点が接合していない不織布形態の前駆繊維集合シートを形成した。
(Comparative example 6)
Precursor continuous fibers are spun by the electrostatic spinning method under the following conditions by the seventh spinning solution and directly accumulated on a stainless steel drum which is a counter electrode, and only the precursor continuous fibers are formed. A non-woven fabric type precursor fiber aggregate sheet was formed.

(静電紡糸条件)
電極:金属性ノズル(内径:0.33mm)とステンレスドラム
吐出量:4g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:14cm
印加電圧:17kV
温度/湿度:25℃/35%RH
(Electrostatic spinning conditions)
Electrode: Metal nozzle (inner diameter: 0.33 mm) and stainless steel drum Discharge rate: 4 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 14 cm
Applied voltage: 17kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 35% RH

次いで、前記前駆繊維集合シートを、温度150℃の熱風乾燥機で1時間熱処理して、エポキシ樹脂を硬化させ、繊維同士の交差点を接合した前駆繊維シートを得た。   Next, the precursor fiber aggregated sheet was heat-treated in a hot air dryer at a temperature of 150 ° C. for 1 hour to cure the epoxy resin and obtain a precursor fiber sheet in which the intersections of the fibers were joined.

続いて、前記前駆繊維シートに対して、空気中、温度220℃で30分、及び温度260℃で1時間の酸化処理を行い、前駆連続繊維を構成するPANを不融化およびEPの一部を流動させた不融化前駆繊維シートとした。   Subsequently, the precursor fiber sheet is subjected to an oxidation treatment in air at a temperature of 220 ° C. for 30 minutes and at a temperature of 260 ° C. for 1 hour to infusibilize the PAN forming the precursor continuous fiber and to partially remove EP. A fluidized infusible precursor fiber sheet was obtained.

そして、前記不融化前駆繊維シートを、管状炉を用い、窒素雰囲気下、温度800℃で1時間の炭化焼成処理(昇温速度:10℃/分)を実施し、前駆連続繊維を構成するPANおよびEPを炭化させ、(CNT:PAN炭化物とEP炭化物の総量の質量比=14:86)不織布構造を有する一層構造の、炭素連続繊維状物同士の交差点で接合した導電性多孔シート(目付:5g/m、厚さ:15μm、平均繊維径:0.8μm、空隙率:82%)を作製した。この導電性多孔シートの主面における電子顕微鏡写真(2000倍)を撮影し、観察したところ、図10に示すように、炭化の際に、樹脂の流動および炭化過程の違いから多孔化したPAN炭化物とEP炭化物からなる炭素連続繊維状物が見られた。Then, the infusible precursor fiber sheet is subjected to carbonization and firing treatment (temperature rising rate: 10 ° C./min) at a temperature of 800 ° C. for 1 hour in a tubular furnace in a nitrogen atmosphere to form a PAN constituting a precursor continuous fiber. And EP are carbonized (the mass ratio of the total amount of CNT: PAN carbide and EP carbide = 14: 86), and the conductive porous sheet having a one-layer structure having a non-woven fabric structure and joined at the intersection of continuous carbon fibrous materials (weight: 5 g / m 2 , thickness: 15 μm, average fiber diameter: 0.8 μm, porosity: 82%) were produced. An electron micrograph (× 2000) of the main surface of this electrically conductive porous sheet was taken and observed. As shown in FIG. 10, when carbonized, the PAN carbide that had become porous due to the difference in resin flow and carbonization process. A continuous carbon fibrous material composed of EP carbide was observed.

(導電性多孔シートの評価)
実施例1〜4及び比較例1〜6の導電性多孔シートに関して、前述の方法により、三点曲げ試験(曲げたわみ量)、電気抵抗、破断強度、及び比見掛ヤング率の測定を行なった。この結果は表1に示す通りであった。
(Evaluation of conductive porous sheet)
With respect to the conductive porous sheets of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6, the three-point bending test (bending flexure amount), the electrical resistance, the breaking strength, and the relative apparent Young's modulus were measured by the methods described above. .. The results are shown in Table 1.

比較例1〜2の導電性多孔シートは加圧くさびを1.5mm押し込むと応力が急激に降下し、破断するものであった。これは炭素繊維が湾曲していないためであると考えられた。また、比較例1の導電性多孔シートは比較的電気抵抗の高いものであった。これは炭素繊維の交差点で接合していないためであると考えられた。   In the conductive porous sheets of Comparative Examples 1 and 2, when the pressure wedge was pushed in by 1.5 mm, the stress dropped sharply and ruptured. It was considered that this is because the carbon fibers were not curved. Further, the conductive porous sheet of Comparative Example 1 had a relatively high electric resistance. It was considered that this was because the carbon fibers were not joined at the intersections.

また、比較例3〜4の導電性多孔シートは比較的電気抵抗が高く、機械的強度も低いものであった。これは、炭素繊維同士の交差点が接合していないためであると考えられた。   Further, the conductive porous sheets of Comparative Examples 3 to 4 had relatively high electric resistance and low mechanical strength. This was considered to be because the intersections of carbon fibers were not joined.

更に、比較例5の導電性多孔シートは加圧くさびを3.0mm押し込むと応力が急激に降下し、破断するものであった。これは炭素繊維が多孔質であり、また、導電性材料の含有割合が高いためであると考えられた。   Further, in the conductive porous sheet of Comparative Example 5, when the pressure wedge was pushed in by 3.0 mm, the stress drastically dropped and was broken. It was considered that this is because the carbon fibers were porous and the content ratio of the conductive material was high.

比較例6の導電性多孔シートは繊維状物が多孔性のため、繊維が脆く、加圧くさびを2.6mm以上押し込むと応力が急激に低下し、破断するものであった。   In the conductive porous sheet of Comparative Example 6, the fibrous material was porous, so the fibers were brittle, and when the pressure wedge was pressed by 2.6 mm or more, the stress was sharply reduced and the sheet was broken.

これに対して、実施例1〜4の結果から、本発明の導電性多孔シートは剛直な炭素繊維から構成されているにも関わらず、柔軟性に優れ、しかも機械的強度及び導電性の優れるものであった。柔軟性に優れているのは、炭素繊維同士が接合した交差点間において、炭素繊維が湾曲しているため曲げに対する応力を分散できるためであり、また、機械的強度及び導電性に優れているのは、炭素繊維同士の交差点が接合しているためであると考えられた。   On the other hand, the results of Examples 1 to 4 show that the conductive porous sheet of the present invention is excellent in flexibility and mechanical strength and conductivity even though it is made of rigid carbon fiber. It was a thing. The excellent flexibility is due to the fact that the carbon fibers are curved between the intersections where the carbon fibers are joined, so that the stress against bending can be dispersed, and the mechanical strength and the electrical conductivity are excellent. Was thought to be because the intersections of the carbon fibers were joined together.

本発明の導電性多孔シートは機械的強度、導電性、及び柔軟性の優れるものであり、電極用基材として好適に用いることができる。例えば、リチウムイオン二次電池又は電気二重層キャパシタの電極として、また、固体高分子形燃料電池のガス拡散電極用基材として有用である。
以上、本発明を特定の態様に沿って説明したが、当業者に自明の変法や改良は本発明の範囲に含まれる。
The conductive porous sheet of the present invention is excellent in mechanical strength, conductivity, and flexibility, and can be suitably used as a base material for electrodes. For example, it is useful as an electrode of a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor, and as a base material for a gas diffusion electrode of a polymer electrolyte fuel cell.
Although the present invention has been described above according to the specific embodiments, modifications and improvements obvious to those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

Claims (6)

炭素繊維を主体とし、炭素繊維同士が交差点で接合した導電性多孔シートであり、前記導電性多孔シートが三点曲げ試験において破断しないことを特徴とする、導電性多孔シート。   A conductive porous sheet, which is mainly composed of carbon fibers, and in which the carbon fibers are bonded at intersections, and the conductive porous sheet does not break in a three-point bending test. 炭素繊維が湾曲していることを特徴とする、請求項1記載の導電性多孔シート。   The conductive porous sheet according to claim 1, wherein the carbon fiber is curved. 破断強度が0.30MPa以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導電性多孔シート。   Breaking strength is 0.30 MPa or more, The electroconductive porous sheet according to claim 1 or 2 characterized by things. 電極用基材として用いる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性多孔シート。   The conductive porous sheet according to claim 1, which is used as a base material for electrodes. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性多孔シートを、ガス拡散電極用基材として備えていることを特徴とする、固体高分子形燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell, comprising the conductive porous sheet according to any one of claims 1 to 4 as a substrate for a gas diffusion electrode. 第1炭化可能有機材料と、第1炭化可能有機材料とは異なる有機材料からなる第2炭化可能有機材料とを含む前駆繊維を形成する工程、
前記前駆繊維の交差点を第1炭化可能有機材料又は第2炭化可能有機材料で接合して、前駆繊維を主体とする前駆繊維シートを形成する工程、
前記前駆繊維シートを構成する前駆繊維を、その交差点で接合した状態のまま炭化して、湾曲した炭素繊維とする工程、
を備えている、三点曲げ試験で破断しない導電性多孔シートの製造方法。
Forming a precursor fiber comprising a first carbonizable organic material and a second carbonizable organic material composed of an organic material different from the first carbonizable organic material;
Bonding the intersections of the precursor fibers with a first carbonizable organic material or a second carbonizable organic material to form a precursor fiber sheet mainly composed of precursor fibers;
A step of carbonizing the precursor fibers constituting the precursor fiber sheet in a state of being bonded at the intersections thereof to form curved carbon fibers,
And a method for producing a conductive porous sheet which does not break in a three-point bending test.
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