CN102473930B - 燃料电池用隔离件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池用隔离件的制造方法，其特征在于，实施以下工序：将包含碳质粉末和热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压成型，制作致密质部形成用预成型片的工序；制作包含碳质粉末和热固化性树脂粘结剂的多孔质部形成用粉末的工序；在具有对应于气体流道形状的凹凸成型面的成型模中，以使该凹凸成型面与多孔质部形成用粉末相对的方式，填充致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末的工序；通过成型模，在上述多个热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下，将致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末热压成型的工序。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池用隔离件的制造方法。
背景技术
燃料电池是将燃料所具有的化学能直接转换为电能的设备，由于向电能的转换效率高，噪音、振动也少，因此作为便携设备、汽车、铁路、热电联产(cogeneration)等多个领域中的电源，对其今后的发展寄予厚望。
燃料电池中的固体高分子型燃料电池由层叠有数十～数百个电池的电池堆构成，所述电池是用担载铂等催化剂而成的阳极电极板及阴极电极板夹持具有离子传导性的高分子膜(离子交换膜)并在其两外侧配置板状隔离件而成的，作为其代表，有将作为氢等燃料气体及空气等氧化剂气体的流道的沟刻在各电极板的隔离件侧表面上的带凸缘电极方式、刻在各隔离件的表面上的带凸缘隔离件方式等(例如参考专利文献1)。
上述板状隔离件为了将燃料气体和氧化剂气体以完全分离的状态向电极供给，需要高度的不透气性，另外，为了提高发电效率，需要降低电池的内部电阻而具有高导电性。进而，在形成电池堆时，由于需要夹紧以使单电池彼此密合，所以要求具有高材质强度，并且在搭载于汽车上时等，要求抑制由于振动、冲击、温度变化等引起的伸缩而产生的破裂、破损的材质特性。
作为要求这种材质特性的隔离件，以往使用碳质系的材料，适合使用将热固化性树脂作为粘结剂粘结石墨等碳粉末而一体化的碳-树脂固化成型体。
但是，在上述燃料电池用隔离件中，由于在发电时产生的水，作为气体流道的沟容易堵塞，因此作为解决本技术问题的方法，以往，提出了在作为气体流道的沟表面设置具有拒水性的短纤维(例如参考专利文献2)、或者进行亲水化处理等方法，在这些方法中，存在在亲水化处理后需要后处理、或者由于隔离件的接触电阻上升而导致电池性能降低这样的技术问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-172957号公报
专利文献2：日本特开平8-130024号公报
发明内容
发明要解决的问题
在这种状况下，本发明的目的在于，提供在发电时难以发生由于产生的水而引起流道堵塞，抑制发电效率降低、接触电阻的上升，具有优异的强度及不透气性的燃料电池用隔离件的制造方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述技术问题，本发明的发明人经过深入的研究，发现：如果是气体流道壁面的至少一部分由多孔质部形成的具有多孔质部和致密质部的燃料电池用隔离件，则由于在发电时产生的水能够在多孔质部扩散，因此难以产生气体流道的堵塞，通过与多孔质部一起形成致密质部，能够通过致密质部来弥补随着多孔质部的形成而减弱的强度和不透气性，因此能够得到优异的燃料电池用隔离件。
但是，根据本发明的发明人的研究，发现在将致密质部形成用原料和多孔质部形成用原料放入同一模具而成型为隔离件 时，为了使致密质部具有不透气性功能，需要提高成型压力、或者增加作为致密质部原料的树脂添加量，此时，如果提高成型压力，则得到的隔离件的多孔质部中的孔隙率降低，导致在发电时产生的水难以扩散，如果增加作为致密质形成用原料的树脂，则伴随内部电阻的增加而电阻值上升，导致发电效率降低。
于是，考虑将致密质部形成用原料和多孔质部形成用原料分别预先压缩成型、热固化后，在模具中进行加热压缩的方法，但发现此时由于在得到的隔离件中，多孔质部和致密质部没有充分接合，因此接合强度低，导致在多孔质部和致密质部的界面产生接触电阻。
于是，本发明的发明人进一步进行研究，发现采用实施以下工序的方法可以解决上述技术问题：作为隔离件的制造工序，将包含致密质部形成用碳质粉末和致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压成型，制作致密质部形成用预成型片的工序；制作包含多孔质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的多孔质部形成用粉末的工序；在具有对应于气体流道形状的凹凸成型面的成型模中，以使该凹凸成型面与所述多孔质部形成用粉末相对的方式，填充所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末的工序；通过所述成型模，在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及所述多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下，将所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末热压成型的工序，从而完成了本发明。
即，本发明提供：
(1)一种燃料电池用隔离件的制造方法，其特征在于，其为制造气体流道壁面的至少一部分由多孔质部形成的具有多孔质部和致密质部的燃料电池用隔离件的方法，实施以下工序：
将包含致密质部形成用碳质粉末和致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下，以20～100MPa的成型压力加压成型，制作致密质部形成用预成型片的工序；
制作包含多孔质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的多孔质部形成用粉末的工序；
在具有对应于气体流道形状的凹凸成型面的成型模中，以使该凹凸成型面与所述多孔质部形成用粉末相对的方式填充所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末的工序；
通过所述成型模，在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及所述多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下，以1MPa以上且小于20MPa的成型压力将所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末热压成型的工序。
(2)根据上述(1)所述的燃料电池用隔离件的制造方法，其中，所述多孔质部形成用碳质粉末的体积平均粒径为50～500μm；
(3)根据上述(1)所述的燃料电池用隔离件的制造方法，其中，作为所述热压成型的工序的后续工序，实施亲水化处理的工序。
发明的效果
根据本发明，构成所得到的燃料电池用隔离件的气体流道 壁面的至少一部分由多孔质部形成，因此在发电时生成的水容易扩散，能够抑制气体流道的堵塞、发电效率降低，并且能够抑制接触电阻的上升。另外，根据本发明，得到的燃料电池用隔离件中，与上述多孔质部一起具有致密质部，能够得到优异的强度及不透气性。进而，根据本发明，将包含致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压成型，预先制作致密质部形成用预成型片，从而能够给构成隔离件的致密质部带来所期望的强度及不透气性，将致密质部形成用预成型片和多孔质部成型用粉末在成型模中、在致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度条件下进行热压成型，制作燃料电池用隔离件，从而能够抑制上述多孔质部的孔隙率降低，并且多孔质部与致密质部高强度地接合，能够抑制在界面产生的接触电阻的上升。
附图说明
图1是表示本发明所使用的致密质部形成用预成型片的制作例的图。
图2是表示本发明的燃料电池用隔离件的制造方法的例子的图。
图3是使用了用本发明的方法所得到的燃料电池用隔离件的燃料电池用单电池的说明图。
附图标记说明
1 燃料电池用隔离件
2 多孔质部
3 致密质部
4 气体流道
5 离子交换膜
6 阳极电极板
7 阴极电极板
21 多孔质部形成用粉末
31 致密质部形成用预成型片
31a 致密质主体部形成用生片
31b 致密质部缘部形成用生片
具体实施方式
首先，对本发明的燃料电池用隔离件的制造方法进行说明。
本发明的燃料电池用隔离件的制造方法的特征在于，
其为制造气体流道壁面的至少一部分由多孔质部形成的具有多孔质部和致密质部的燃料电池用隔离件的方法，实施以下工序：
将包含致密质部形成用碳质粉末和致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压成型，制作致密质部形成用预成型片的工序；
制作包含多孔质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的多孔质部形成用粉末的工序；
在具有对应于气体流道形状的凹凸成型面的成型模中，以使该凹凸成型面与所述多孔质部形成用粉末相对的方式填充所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末的工序；
通过所述成型模，在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及所述多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下，将所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末热压成型的工 序。
<致密质部形成用预成型片的制作>
在本发明的方法中，致密质部形成用预成型片如下制作而成：将包含致密质部形成用碳质粉末和致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压。
在本发明的方法中，作为制作致密质部形成用预成型片的具体方式，可以列举出实施以下工序的方法：将致密质部形成用热固化性树脂粘结剂与根据需要添加的酚醛树脂固化剂或固化促进剂一起溶解到有机溶剂中而制作粘结剂树脂液的工序(粘结剂树脂液制作工序)；使致密质部形成用碳质粉末分散于粘结剂树脂液而制作浆料的工序(浆料制作工序)；将该浆料涂布于薄膜上，在干燥后进行脱膜从而制作作为致密质部形成材的生片的工序(生片制作工序)；将得到的生片层叠于成型模内而在致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压成型的工序(加压成型工序)。
(1)粘结剂树脂液制作工序
粘结剂树脂液(致密质部形成用热固化性树脂粘结剂含有液)能够通过以下方法制作：将致密质部形成用热固化性树脂粘结剂与根据需要添加的酚醛树脂固化剂、固化促进剂一起搅拌、混合，进而根据需要将能够使后述的致密质部形成用碳质粉末分散的最小需要量的分散剂以所期望的质量比在适当的有机溶剂中搅拌、溶解。
作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂，只要是对磺酸等电解质具有耐酸性及具有能够耐受燃料电池的工作温度的耐热性的物质，则没有特别限定，例如可以列举出：以甲阶酚醛 型的酚醛树脂、酚醛清漆型的酚醛树脂为代表的酚醛树脂系、糠醇树脂、糠醇糠醛树脂、糠醇酚醛树脂等呋喃系树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳化二亚胺树脂、聚丙烯腈树脂、芘-菲树脂、聚氯乙烯树脂、2官能脂肪族醇醚型环氧树脂、多官能酚类环氧树脂等环氧树脂、脲醛树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺树脂等，它们可以单独使用或者组合两种以上使用。
作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂，优选的是，2官能脂肪族醇醚型环氧树脂、多官能酚类环氧树脂、将2官能脂肪族醇醚型环氧树脂与多官能酚类环氧树脂组合而成的混合树脂。
作为2官能脂肪族醇醚型环氧树脂，优选数平均分子量为1500～3500且数平均分子量/环氧当量为2以上的下述通式(I)所表示的2官能脂肪族醇醚型环氧树脂。
G-O-(R-O)k-G (I)
(其中，G为缩水甘油基，O为氧原子，R为碳原子数2～10的亚烷基，k为1以上的整数，在k为2以上的整数时，多个R可以相同也可以不同。)
在通式(I)所表示的环氧树脂中，如果存在于2个缩水甘油基G、G之间的k个亚烷基R中所包含的总碳原子数超过120，则由于树脂的柔软性变高，隔离件材料的断裂应变会变大，但弯曲强度降低为例如低于30MPa。另外，如果上述总碳原子数低于30，则由于2个缩水甘油基G、G之间的分子链过短，柔软性会降低。另外，k优选为8～30，更优选为15～25。
作为通式(I)所表示的2官能脂肪族醇醚型环氧树脂，例如可以列举出：己二醇型环氧树脂、聚乙二醇型环氧树脂、聚丙二醇型环氧树脂、聚氧四亚甲基二醇型环氧树脂等，在这些 树脂中，氧原子数的比例优选相对较低，如果氧原子数的比例变得相对较低，则耐水性提升，能够抑制得到的隔离件的吸水膨胀性。
由于通式(I)所表示的2官能脂肪族醇醚型环氧树脂为直链单键结构，因此具有分子链容易活动、具有柔软性、容易发挥橡胶弹性的结构，所以能够给予隔离件优异的可挠性、伸缩性、断裂应变特性。
另一方面，多官能酚类环氧树脂只要是在分子中具有酚骨架且具有2个以上环氧基的化合物则没有特别限制，例如可以列举出：双酚型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂、含萘骨架型环氧树脂等。
作为双酚型环氧树脂，可以列举出2官能酚型环氧树脂。
2官能酚型环氧树脂是在分子中具有2个环氧基的树脂，作为2官能酚型环氧树脂，例如可以列举出：通式(II)所表示的双酚A型环氧树脂。
[化学式1]
在通式(II)所表示的2官能酚型环氧树脂中，n优选为1～10的整数，更优选为1～5的整数，进一步优选为2～3的整数。
通式(II)所表示的双酚A型环氧树脂由于具有平面性的苯环，因此分子难以运动、柔软性低，但在其结构上能够给予隔离件高弯曲强度。
另外，作为多官能酚类环氧树脂，例如可以列举出具有3以上的官能基的多官能酚类环氧树脂。作为这样的多官能酚类环氧树脂，例如可以列举出通式(III)所表示的环氧树脂。
[化学式2]
在通式(III)所表示的多官能酚类环氧树脂中，m为3～8的整数，优选为4～8的整数，更优选为5～7的整数。
通式(III)所表示的多官能酚类环氧树脂中，例如5官能酚型环氧树脂(在通式(III)中，m为3的环氧树脂)是在分子中具有5个环氧基，并且在分子骨架中具有苯环的树脂，如果固化，则会形成三维结构而显示硬质且脆的性质，但在其结构上能够给予隔离件高弯曲强度。
在本发明的方法中，如果使用2官能脂肪族醇醚型环氧树脂与多官能酚类环氧树脂的混合树脂作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂，则即使在得到的隔离件薄壁化的情况下，也能够给予充分的可挠性(柔软性)和弯曲强度。
并且，在使用上述2官能脂肪族醇醚型环氧树脂与多官能酚类环氧树脂的混合树脂作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂时，为了能够得到使可挠性和强度平衡的隔离件，2官能脂肪族醇醚型环氧树脂量相对于该混合树脂及后述的酚醛树脂固化剂的总量的比率优选为25～50质量％，更优选为30～45质量％，进一步优选为35～40质量％。如果上述比率低于25质量％，则隔离件的断裂应变变小而容易破裂，如果超过50质量％，则隔离件的机械强度会变得不充分。另外，多官能酚类环氧树脂量相对于上述混合树脂及后述的酚醛树脂固化剂的总量的比率优选 为25～50质量％，更优选为30～45质量％，进一步优选为35～40质量％。
如果致密质部形成用热固化性树脂粘结剂量少，则得到的隔离件的强度降低，相反地，如果致密质部形成用热固化性树脂粘结剂量增多，则电阻升高。
作为构成粘结剂树脂液的酚醛树脂固化剂，只要是在分子中具有苯酚结构的物质就没有特别限定，可以列举出：苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、二甲苯型酚醛树脂、二聚环戊二烯型酚醛树脂、双酚型酚醛清漆树脂等酚醛清漆树脂、双酚A、双酚F、双酚S、四溴双酚A等双酚类、将该双酚类通过该双酚类的二缩水甘油醚高分子量化、或者使环氧氯丙烷和上述双酚类以后者过剩的比例反应而得到的双酚系树脂等。
酚醛树脂固化剂的含有比例在使用多官能酚类环氧树脂作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂时，酚醛树脂中的全酚性羟基相对于该环氧树脂中的全环氧基的当量比(酚醛树脂中的全酚性羟基/环氧树脂中的全环氧基)优选为0.7～1.5，更优选为0.9～1.1，进一步优选为1.0左右。如果上述当量比低于0.7或超过1.5，则由于未反应的混合树脂或者酚醛树脂固化剂的残存量变多，会导致效率降低。
另外，作为构成粘结剂树脂液的固化促进剂，可以列举出：选自磷系化合物、叔胺、咪唑、有机酸金属盐、路易斯酸、胺络盐等中的1种以上，在使用多官能酚类环氧树脂作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂时，通常能够在相对于100质量份树脂为0.05～3质量份的范围内添加。
另外，上述粘结剂树脂液中所包含的致密质部形成用热固化性树脂粘结剂、酚醛树脂固化剂、固化促进剂的总量优选相对于100质量份致密质部形成用碳质粉末为10～35质量份。
作为构成粘结剂树脂液的有机溶剂，只要是通常可以取得的物质、且能够使致密质部形成用热固化性树脂粘结剂溶解的物质，就没有特别限定，例如乙醇、异丙醇等醇类，丙酮、甲乙酮等酮类被广为使用，在这些有机溶剂中，如果考虑将后述的浆料进行刮刀成型而进行生片化时的浆料的稳定性或粘度、片的干燥速度等，则最优选甲乙酮。
如果有机溶剂量增多，则致密质部形成用碳质粉末的沉降变快，有时会在后述的生片的表里产生组织差从而发生翘曲。相反地，如果有机溶剂量减少，则后述的浆料的粘度上升，在形成生片时，刀片拖拽凝聚的碳质粉末而在表面产生凹凸，因此难以片状化。
作为构成粘结剂树脂液的分散剂，可以列举出：非离子性表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂等。
作为非离子性表面活性剂，例如可以列举出：由芳香族醚型、羧酸酯型、丙烯酸酯型、磷酸酯型、磺酸酯型、脂肪酸酯型、氨基甲酸脂型、氟型、氨基酰胺型(aminoamide-type)、丙烯酰胺型的各种聚合物形成的表面活性剂。
作为阳离子表面活性剂，可以列举出：由含有铵基、锍基、鏻(phosphonium)基的各种聚合物形成的表面活性剂。
作为阴离子表面活性剂，可以列举出：由羧酸型、磷酸型、磺酸型、羟基脂肪酸型、脂肪酸酰胺型的各种聚合物形成的表面活性剂。
对上述各表面活性剂的分子量而言，为了使致密质部形成用碳质粉末分散在上述有机溶剂中，理想的是，由凝胶渗透色谱法测定的用聚苯乙烯换算的重均分子量在2,000～100,000的范围内。如果上述重均分子量低于2,000，则分散剂在吸附于致密质部形成用碳质粉末表面上时聚合物成分不能形成充分的立 体排斥层从而引起分散粒子再凝聚，因此不优选。另外，如果上述重均分子量超过100,000，则制造再现性降低、或者有时会作为凝聚剂起作用。
这些表面活性剂可以单独使用或者混合2种以上使用。
分散剂优选相对于100质量份致密质部形成用碳质粉末添加0.1～5质量份。如果分散剂的添加量相对于100质量份致密质部形成用碳质粉末少于0.1质量份，则致密质部形成用碳质粉末会不分散而立刻沉降。另外，如果该添加量相对于100质量份致密质部形成用碳质粉末多于5质量份，则树脂特性降低，结果不仅会导致隔离件材料的机械特性劣化(强度降低)，还会导致耐化学药品性、特别是硫酸酸性液中的特性劣化。
另外，在粘结剂树脂液中除上述分散剂以外，在不妨碍本发明的目的的范围内，还可以根据需要适当含有例如湿润渗透剂、防腐剂、消泡剂、表面调整剂等添加剂。通过含有这些添加剂，能够制作稳定的浆料，得到表面光滑的生片。
粘结剂树脂液可以通过以下方法制作：向上述有机溶剂中添加致密质部形成用热固化性树脂粘结剂，并且根据需要一起添加酚醛树脂固化剂、固化促进剂、分散剂等，通过搅拌机进行搅拌、混合，从而制作。搅拌时间优选为1小时左右，搅拌机的转速优选为100～1000转/分钟左右。
(2)浆料制作工序
对在上述工序(1)中得到的粘结剂树脂液，添加致密质部形成用碳质粉末，制作分散有致密质部形成用碳质粉末的浆料。
作为致密质部形成用碳质粉末，可以列举出：人造石墨粉末、天然石墨粉末、膨胀石墨粉末、或者这些物质的混合物等石墨粉末，在这些物质之中，如果考虑弯曲强度、断裂应变等隔离件材料的机械特性，则优选单独的人造石墨粉末或者人造 石墨粉末与天然石墨粉末的混合粉末，另外，上述各石墨粉末优选适当通过粉碎机进行粉碎而筛分从而进行粒度调整后使用。致密质部形成用碳质粉末的体积平均粒径优选为1μm～100μm，最大粒径优选为150μm以下。
此外，在本申请材料中，上述体积平均粒径是指通过激光衍射式粒度分布测量仪测定而得到的值，上述最大粒径是指通过激光衍射式粒度分布测量仪测定而得到的粒径的最大值。
通过致密质部形成用碳质粉末的体积平均粒径及最大粒径在上述范围内，能够在形成浆料时减少溶剂量从而提升流动性，在制作片时能够较薄地展开，并且能够制作难以沉降的稳定的浆料。另外，通过致密质部形成用碳质粉末的粒度分布在上述范围内，在后述的通过刮刀而片状化后的干燥工序中，干燥收缩小而难以破裂。进而，通过致密质部形成用碳质粉末的粒度分布在上述范围内，利用微粒石墨粉进入粗粒石墨粉末的空隙中的填充效果，能够制作良好的浆料。
致密质部形成用碳质粉末特别优选以遵循安德瑞森(Andreasen)分布式的方式将体积平均粒径分别为30～70μm、5～10μm、1～3μm的3种石墨粉末配混而成的碳质粉末，如果使用这样配混的碳质粉末，则在制作后述的生片时，由于能够得到不破裂且致密的生片，因此得到的隔离件即使薄壁也能够发挥高不透气性。需要说明的是，在本申请文件中，上述体积平均粒径是指通过激光衍射式粒度分布测量仪测定而得到的值。
另外，作为致密质部形成用碳质粉末，优选压缩回弹率为120％以下的碳质粉末，更优选为100～115％的碳质粉末，进一步优选为100～110％的碳质粉末。压缩回弹率是指将碳质粉末在50MPa下加压压缩时的体积与解除压力后的体积的比例(解除压力后的体积/加压压缩时的体积)用百分率来表示的值。
将上述粘结剂树脂液与致密质部形成用碳质粉末混合，进行分散处理，从而制作浆料。
对致密质部形成用碳质粉末而言，优选的是，相对于致密质部形成用热固化性树脂粘结剂、酚醛树脂固化剂、固化促进剂的总量(树脂成分总量)，以质量比计使树脂成分总量∶致密质部形成用碳质粉末＝10∶90～35∶65的方式与粘结剂树脂液混合。如果树脂成分总量的质量比率低于10％、碳质粉末的质量比率超过90％，则热固化性树脂粘结剂量减少，成型时的流动性降低而难以均匀地混合，组成容易变得不均匀。另一方面，如果树脂成分总量的质量比率超过35％、碳质粉末的质量比率低于65％，则虽然成型性提升，但由碳质粉末和热固化性树脂粘结剂形成的成型体的电阻变大，在使用得到的隔离件制作燃料电池时，会导致燃料电池的性能降低。
粘结剂树脂液与碳质粉末的混合、分散处理优选使用万能搅拌机、超声波处理设备、切割搅拌机(cutter mixer)、三辊磨等分散机进行，使碳质粉末分散在粘结剂树脂液中，进而优选适当添加有机溶剂调整粘度至100～1000cP，从而浆料化。如果浆料的粘度小于100cP，则在制作生片时，原料浆料从刮刀流出，片展开，因此不能够形成厚度均匀的片。另外，如果浆料的粘度超过1000cP，则在制作生片时，由于刀片拖拽凝聚的碳质粉末而在表面产生凹凸，因此难以片状化。
此外，在制作生片时，有时由于上述混合、分散处理而卷入的空气在生片表面形成凹凸而降低均质性，因此理想的是，通过离心处理、真空脱气等手法对上述浆料中的空气进行脱气，从而制作生片。
(3)生片制作工序
将在上述工序(2)中所制备的浆料通过刮刀法涂布到聚酯 等的薄膜上。此时，在将刮刀与薄膜之间的间隙适当调整为0.2～0.8mm左右后，向刮刀的浆料料斗流入用搅拌机充分搅拌的浆料，优选以均等的厚度涂布在涂布有脱膜剂的薄膜上。
得到的生片的厚度能够通过调整刮刀与薄膜的间隙间隔、浆料浓度而进行调整，优选以使干燥后的厚度为0.1～0.5mm的方式进行控制。
得到的生片优选使其自然干燥、或者根据期望裁剪成某一程度的长度后用风机等送风干燥，使干燥进行至目测溶剂成分挥发为止。另外，溶剂成分挥发而成为表面干燥的状态，然后用切刀以规定的尺寸设置断开处、或者用冲裁模制成规定形状、尺寸，接着进一步以规定时间进行干燥或者冷却，从而使其容易从薄膜脱膜后，再剥离表面的薄膜而进行脱膜。
这样，刮刀法为如下方法：将由碳质粉末等原料粉末、热固化性树脂粘结剂类、分散剂、有机溶剂等形成的浆料用刮刀设备连续涂覆在载体膜上以形成一定的厚度，然后干燥使有机溶剂挥发/蒸发，从而得到生片，由于其是连续进行片成型、干燥、卷绕、冲裁加工等的生产方法，因此能够以高生产效率制作作为致密质部形成材的生片。
这样得到的生片由于是由致密的树脂膜构成的，因此能够提升得到的隔离件材料的不透气性。
这样得到的生片的厚度优选为0.1～1.0mm，更优选为0.15～0.8mm，进一步优选为0.2～0.6mm。
(4)加压成型工序
将在上述工序(3)中的得到的生片在构成生片的致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下加压成型，从而制作致密质部形成用预成型片。
在致密质部形成用热固化性树脂粘结剂为将多个热固化性 树脂混合而成的粘结剂时，以使成为构成致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的全部热固化性树脂的软化温度中最高的软化温度以上的温度、并且低于构成致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的全部热固化性树脂的固化温度中最低的固化温度的温度气氛的方式进行控制，从而进行热压成型。
上述加压成型例如能够通过以下方法进行：如图1的(a)所示那样，使用致密质主体部形成用生片31a和致密质部缘部形成用生片31b，以使该致密质主体部形成用生片31a与致密质部缘部形成用生片31b以如图1的(b)所示那样重叠的状态配置在模具内，使用加热板等对每个模具在上述温度气氛下进行预热，然后投入至冲压机，维持加压状态至温度达到低于致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度。这样，能够得到如图1的(c)所示那样的具有缘部的致密质部形成用预成型片31(图1的(c)的上图是致密质部形成用预成型片31的立体图，图1的(c)的下图是致密质部形成用预成型片31的相对于主表面的垂直剖面图)。致密质主体部形成用生片31a、致密质部缘部形成用生片31b等的层叠数可以根据想要得到的致密质部形成用预成型片的厚度进行适当改变。
致密质部形成用预成型片优选为将2～6张上述生片层叠而成的片，在致密质部形成用预成型片采用如图1的(c)所示的方式时，优选将1～3张致密质主体部形成用生片31a、1～3张致密质部缘部形成用生片31b层叠并加压成型而成的片。
加压成型时的压力优选为20～100MPa，更优选为20～80MPa，进一步优选为20～60MPa。另外，加压时间优选为1秒钟～600秒钟，更优选为1秒钟～300秒钟，进一步优选为1秒钟～30秒钟。另外，在上述加压时，还可以不连续地维持加压状态而适时地解除加压状态，进行气体排出。通过加压时的压力 在上述范围内，能够给予得到的隔离件所期望的强度及不透气性。
致密质部形成用预成型片的厚度优选为0.05～0.5mm，更优选为0.075～0.4mm，进一步优选为0.1～0.3mm。而且，在本说明书中，在致密质部形成用预成型片采用图1的(c)所示的形态时，在图1的(c)中用t表示的厚度相当于致密质部形成用预成型片的厚度。
由于得到的致密质部形成用预成型片是由具有上述致密结构的生片构成的预成型片，因此能够制作即使在厚度薄时也具有高度的不透气性的隔离件。
<多孔质部形成用粉末的制作工序>
在本发明的方法中，多孔质部形成用粉末由包含多孔质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的多孔质部形成用粉末形成。
在本发明的方法中，作为制作多孔质部形成用粉末的具体方式，可以列举出具有以下工序的方法：将多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂与根据需要添加的酚醛树脂固化剂、固化促进剂一起溶解到有机溶剂中而制作粘结剂树脂液的工序(粘结剂树脂液制作工序)；混炼粘结剂树脂液和多孔质部形成用碳质粉末的工序(混炼工序)；将得到的混炼物干燥、粉碎的工序(干燥·粉碎工序)。
(1)粘结剂树脂液制作工序
作为多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂，可以列举出与上述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂相同的物质，在使用多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂制作粘结剂树脂液时，根据需要使用的酚醛树脂固化剂、固化促进剂、分散剂、有机溶剂等也可以列举出与上述在使用致密质部形成用热固化性树脂 粘结剂制作粘结剂树脂液时根据需要使用的物质相同的物质。另外，构成粘结剂树脂液的各成分量、粘结剂树脂液的制备方法等也可以与上述使用致密质部形成用热固化性树脂粘结剂制备粘结剂树脂液的方法等相同。
(2)混炼工序
将在上述工序(1)中得到的粘结剂树脂液与多孔质部形成用碳质粉末混炼。
作为多孔质部形成用碳质粉末，可以列举出：人造石墨粉末、天然石墨粉末、膨胀石墨粉末、或者这些物质的混合物等石墨粉末，在它们当中，如果考虑弯曲强度、断裂应变等隔离件材料的机械特性，则优选单独的人造石墨粉末或者人造石墨粉末与天然石墨粉末的混合粉末，另外，上述各石墨粉末优选在适当使用粉碎机进行粉碎、筛分而进行粒度调整后使用。
多孔质部形成用碳质粉末的体积平均粒径优选平均粒径为50～500μm，更优选为50～400μm，进一步优选为50～300μm。如果上述体积平均粒径低于50μm，则容易由于在发电时产生的水而堵塞气体流道，如果超过500μm，则会导致多孔质部的厚度不必要地变厚。
需要说明的是，在本申请文件中，上述体积平均粒径是指通过激光衍射式粒度分布测量仪测定而得到的值。
混炼可以使用捏合机等公知的混炼设备等进行。
粘结剂树脂液和多孔质部形成用碳粉末的配混比例优选相对于100质量份多孔质部形成用碳粉末，以使上述粘结剂树脂液中所包含的多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂、酚醛树脂固化剂、固化促进剂的总量为10～35质量份的方式配混。
在使用捏合机作为混炼设备时，捏合机的转速优选为1～100转/分钟，更优选为5～75转/分钟，进一步优选为10～50转/ 分钟。搅拌时间优选为10～300分钟，更优选为15～180分钟，进一步优选为20～60分钟。
(3)干燥·粉碎工序
将在上述(2)中的得到的混炼物干燥处理，然后进行粉碎处理。
干燥处理可以是自然干燥，优选按照期望，使用风机等进行送风干燥，使干燥进行至目测溶剂成分挥发为止。另外，更优选通过进行真空干燥，尽可能地去除有机溶剂。
粉碎处理可以通过自由粉碎机、刀状的粉碎机等进行。
这样能够得到多孔质部形成用粉末。多孔质部形成用粉末的体积平均粒径优选为22～850μm，更优选为42～680μm，进一步优选为66～510μm。
需要说明的是，在本申请文件中，上述体积平均粒径是指通过激光衍射式粒度分布测量仪测定而得到的值。
在本发明的方法中，对制作致密质部形成用预成型片的工序、制作多孔质部形成用粉末的工序的实施顺序没有特别限制，可以先实施它们中的任一个工序，然后实施另一个工序，或者也可以同时实施这些工序。
<填充工序及热压成型工序>
在本发明的方法中，在具有对应于气体流道形状的凹凸成型面的成型模中，以使该凹凸成型面与所述多孔质部形成用粉末相对的方式，填充致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末。
作为成型模，可以列举出由一对上模和下模构成的成型模，还可以列举出在上模的成型面上形成对应于气体流道形状的凹凸成型面而成的成型模。可以对成型模的成型面适当涂布脱膜剂。
在填充工序中，例如将具有如图2的(a)所示那样的截面形状的致密质部形成用预成型片31填充到下模上，然后如图2的(b)所示，在致密质部形成用预成型片31上，填充规定量的多孔质部形成用粉末21，以形成所期望厚度的多孔质部，使多孔质部形成用粉末21与在成型面形成有对应于气体流道形状的凹凸的上模相对。
接着，在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及所述多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下，施加规定的压力而进行热压成型。
在致密质部形成用热固化性树脂粘结剂、多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂由多个热固化性树脂混合而成时，在构成致密质部形成用热固化性树脂粘结剂、多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的全部热固化性树脂的固化温度中最高的固化温度以上的温度气氛下进行热压成型。
热压成型时的温度优选为150～250℃左右，热压成型时的成型压力优选为1MPa以上且低于20MPa左右，更优选为1MPa～15MPa，进一步优选为1MPa～10MPa。如果成型压力低于1MPa，则有时得不到维持多孔质部的形状的程度的强度，如果为20MPa以上，则会导致气孔堵塞，有时多孔质部不能采取多孔质结构。
另外，可以将得到的热压成型物根据需要进一步进行机械加工，另外，根据需要还可以在150～250℃左右的温度下适当进行后固化。
得到的热压成型物优选适当实施亲水化处理。亲水化处理可以通过例如用臭氧气体处理等而进行。通过臭氧气体处理进行的亲水化处理优选通过如下方式进行：在0～100℃的温度气 氛下、在1000～50000ppm(mg/L)的浓度的臭氧气体中，暴露0.5～10小时。
通过上述热压成型，能够制造如下隔离件：使致密质部形成用热固化性树脂粘结剂及多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂固化，将致密质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用碳质粉末分别粘结而一体化，并且将致密质部和多孔质部坚固接合而一体化而使在两者的界面产生的接触电阻减弱的隔离件。
如图2的(c)所例示，在本发明的方法中得到的隔离件1由构成气体流道4的壁面的至少一部分由多孔质部2形成的具有多孔质部2和致密质部3的结构形成。
构成隔离件的多孔质部的厚度优选为0.1～2.0mm，更优选为0.2～1.5mm，进一步优选为0.3～1.0mm。另外，在隔离件采用图2的(c)所示的方式时，在图2的(c)中用h表示的厚度相当于多孔质部的厚度。上述多孔质部的气孔径优选为5～60μm，更优选为10～55μm，进一步优选为15～50μm。上述多孔质部的孔隙率优选为5～50％，更优选为12.5～50％，进一步优选为20～50％。需要说明的是，在本申请文件中，上述气孔径及孔隙率是指通过JIS R 1655所规定的汞压入法测定而得到的值。
构成隔离件的致密质部的厚度优选为0.15～0.5mm，更优选为0.15～0.4mm，进一步优选为0.15～0.3mm。另外，在隔离件采用如图2的(c)所示的方式时，在图2的(c)中用T表示的厚度相当于致密质部的厚度。另外，上述致密质部的透气系数优选为1×10-12～1×10-10mol·m·m-2·sec-1·MPa-1，更优选为1×10-12～5×10-11mol·m·m-2sec-1·MPa-1，进一步优选为1×10-12～1×10-11mol·m·m-2·sec-1·MPa-1。
在本申请材料中，上述透气系数可以通过测定用氮气施加0.2MPa的差压时的单位时间、单位截面积的气体透过量而求 得。
另外，构成隔离件的致密质部和多孔质部的接触电阻优选为1mΩ·cm2以下，更优选为0.5mΩ·cm2以下。
在本申请材料中，上述接触电阻是指边对将隔离件适当切割而成的试验片施加1MPa的压力边以通电量1A进行测定时的值。
用本发明的方法得到的隔离件能够适用于固体高分子型燃料电池用隔离件。
在本发明的方法中，首先对致密质部形成材加压而得到致密质部形成用预成型片、然后将该预成型片和多孔质部形成用粉末热压成型，而并非将形成致密质部的粉末材料和形成多孔质部的粉末材料放入同一成型模中进行一次热压成型、或者将预先分别热压成型而成的多孔质部和致密质部放入同一成型模进行加热压缩成型，从而制作隔离件。在本发明的方法中，预先以所期望的压力对致密质部形成材加压而制作致密质部形成用预成型片，因此最终能够给予致密质部所期望的不透气性，通过控制对上述预成型片和多孔质部形成用粉末进行热压成型的条件，可以形成具有所期望的孔隙率的多孔质部。并且，通过在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及所述多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下进行上述热压成型，能够使致密质部形成用热固化性树脂粘结剂及多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂固化从而更够将结致密质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用碳质粉末分别粘而一体化，并且将致密质部和多孔质部坚固接合而一体化从而使在两者的界面产生的接触电阻降低。
用本发明的方法得到的隔离件能够适用于固体高分子形燃料电池用隔离件。
使用通过本发明的方法得到的隔离件的燃料电池的单电池例如可以通过以下方法形成：如图3所示，将具有离子传导性的高分子膜(离子交换膜)5的两面用担载铂等催化剂的阳极电极板6及阴极电极板7夹持，在其两外侧配置具有多孔质部2及致密质部4的板状隔离件。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不因以下的实施例而受任何限定。
(实施例1)
1.致密质部形成用预成型片的制作
(1)粘结剂树脂液的制作工序
将作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的环氧树脂(多官能酚类环氧树脂，DIC CORPORATION制造，EPICLONN-680，软化点为85℃)和作为固化剂的酚醛清漆型酚醛树脂(Meiwa Plastic Industries，Ltd.制造，H-1，软化点为85℃)以DIC CORPORATION制造的EPICLON N-680与Meiwa Plastic Industries，Ltd.制造的H-1的重量比为2∶1的方式混合，以相对于100质量份后述的作为致密质部形成用碳质粉末的石墨粉末为20质量份的方式混合而得到混合树脂，并且相对于该混合树脂，进一步添加作为固化促进剂的2-乙基-4-甲基咪唑以使酚醛树脂中的全酚性羟基相对于环氧树脂中的全环氧基的当量比(酚醛树脂中的全酚性羟基/环氧树脂中的全环氧基)为1，并且添加作为溶剂的甲乙酮(MEK)以使相对于100质量份后述的石墨粉末为110质量份的比例，进一步添加作为分散剂的阴离子表面活性剂(聚羧酸型聚合物，Kao Corporation制造的Homogenol L-18)以使相对于100质量份后述的石墨粉末为1质量份的比例，从而制作了粘结剂树脂液。
得到的构成粘结剂树脂液的致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度可以视为120℃。
(2)浆料制作工序
向在工序(1)中得到的所期望量的粘结剂树脂液中投入以使最大粒径为150μm的方式进行粒度调整的所期望量的鳞片状天然石墨粉末，边适当添加甲乙酮(MEK)，边通过搅拌机进行充分地混炼而将粘度调整为200cP，通过离心法将卷入的空气脱气，由此得到以使相对于构成在工序(1)中得到的粘结剂树脂液的致密质部形成用热固化性树脂粘结剂、酚醛树脂固化剂、固化促进剂的总量(树脂成分总量)，以质量比计，树脂成分总量∶致密质部形成用碳质粉末＝17∶83的方式混合而成的原料浆料。
(3)生片制作工序
将在工序(2)中得到的原料浆料注入具有刮刀的生片成型设备内，通过刮刀法制作片状物，充分地干燥，从而成型厚度为0.3mm左右的生片。
(4)加压成型工序
将在工序(3)中得到的生片用冲裁模冲裁成规定形状，将生片从薄膜剥离，然后分别将2张具有图1的(a)所示的形态的致密质主体部形成用生片31a与2张致密质部缘部形成用生片31b层叠，从而得到以使其为规定厚度的方式调整的具有图1的(b)所示的形态的生片层叠物。
接着，向在成型面涂布有氟系的脱膜剂的、外部尺寸为270×270mm的成型模具中，插入上述生片层叠物，将成型模预热至100℃。在预热后，投入冲压机，以40MPa的压力进行30秒钟加压成型直至其成为作为致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的环氧树脂的软化点以下的温度，制作如图1的(c)所示的具 有长度为270mm、宽度为270mm、厚度为0.3mm的形状的致密质部形成用预成型片31。
2.多孔质部形成用粉末的制作
(1)粘结剂树脂液的制作工序
将作为多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的环氧树脂(多官能酚类环氧树脂，DIC CORPORATION制造，EPICLONN-680，软化点为85℃)和作为固化剂的酚醛清漆型酚醛树脂(Meiwa Plastic Industries，Ltd.制造，H-1，软化点为85℃)以使DIC CORPORATION制造的EPICLON N-680与Meiwa Plastic Industries，Ltd.制造的H-1的重量比为2∶1的方式混合，以使相对于100质量份后述的作为多孔质部形成用碳质粉末的石墨粉末为20质量份的方式混合而得到混合树脂，并且向该混合树脂中进一步添加作为固化促进剂的2-乙基-4-甲基咪唑以使酚醛树脂中的全酚性羟基相对于环氧树脂中的全环氧基的当量比(酚醛树脂中的全酚性羟基/环氧树脂中的全环氧基)为1，并且添加作为溶剂的甲乙酮(MEK)使得相对于100质量份后述的石墨粉末为110质量份的比例，进一步添加作为分散剂的阴离子表面活性剂(聚羧酸型聚合物，Kao Corporation制造的Homogenol L-18)使得相对于100质量份后述的石墨粉末为1质量份的比例，从而制作粘结剂树脂液。
得到的构成粘结剂树脂液的多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度可以视为120℃。
(2)混炼工序
作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为80μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，以使上述粘结剂树脂液中所包含的多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂、酚醛树脂固化剂、固化促进剂的总质量(树脂成分总质量)与人造石 墨粉末的质量之比(树脂成分总质量∶人造石墨粉末质量)为20∶80的方式混合，使用捏合机(株式会社井上制作所制造的KH-10-F)以转速30转/分钟混炼1小时，从而得到混炼物。
(3)干燥粉碎工序
将上述混炼物在室温下通气干燥24小时，进而进行真空干燥来挥发去除甲乙酮，然后通过奈良式粉碎机粉碎，得到体积平均粒径为110μm的多孔质部形成用粉末。
3.填充及热压成型
作为成型模，使用如下的成型模具：由一对上模和下模构成，在上模成型面上，在200×200mm的范围内雕刻有宽度为1mm、深度为0.6mm的沟形状，于表面涂布有氟系的脱膜剂，外部尺寸为270×270mm。
在上述成型模的下模上配置上述致密质部形成用预成型片以使具有缘部的主表面朝上，然后如图2的(b)所示，在由该致密质部形成用预成型片31的缘部包围的凹部中均等填充86.3g多孔质部形成用粉末21，以使上模成型面与多孔质部形成用粉末相对的方式配置，在180℃的温度气氛下、以5MPa的压力进行热压成型而得到热压成型物。
对得到的热压成型物，在25℃的温度气氛下，暴露于30000ppm(mg/L)的浓度的臭氧气体中5小时，从而实施亲水化处理(氧化处理)，得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件。
得到的燃料电池用隔离件1的长度为270mm，宽度为270mm，致密质部3的厚度T为0.3mm，多孔质部2的厚度h为0.5mm。
得到的燃料电池用隔离件1中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、在多孔质部2及致密质部3的界面上 的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过以下的方法进行测定。将结果表示于表1。
<多孔质部的气孔径(μm)及孔隙率(％)>
通过JIS R 1655所规定的汞压入法进行测定。
<隔离件的固有电阻率(mΩ·cm)>
通过JIS C 2525的规定进行测定。
<多孔质部及致密质部界面的接触电阻(mΩ·cm2)>
边施加1MPa的压力，边在通电量1A的条件下对将得到的隔离件切割为所期望的尺寸而得到的试验片进行测定。
<透气系数(10-12mol·m·m-2·sec-1·MPa-1)>
通过测定在用氮气施加了0.2MPa的差压时的单位时间、单位截面积的气体透过量而求出。
<排水性>
目测观察在发电时产生的水的状态，通过溢流(flooding)的有无，进行判断。
将杜邦公司制造的Nafion膜用担载铂的阳极电极板及阴极电极板夹持，在阳极侧及阴极分别配置在实施例1中得到的燃料电池用隔离件而形成电池，使用该电池发电1小时，然后分解电池，目测观察隔离件的沟部的水的滞留状况，通过溢流的有无进行判断。
(实施例2)
通过在180℃的温度气氛下、以1MPa加压的方式来进行致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末的热压成型，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的 接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例3)
作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为160μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，通过在180℃的温度气氛下、以10MPa加压方式来进行致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末的热压成型，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例4)
作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为160μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，通过在180℃的温度气氛下、以15MPa加压的方式来进行致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末的热压成型，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例5)
将制作致密质部形成用预成型片时的成型压力设为60MPa，作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为240μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用 隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例6)
将制作致密质部形成用预成型片时的成型压力设为90MPa，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例7)
作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为500μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例8)
作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为240μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，通过在180℃的温度气氛下、以20MPa加压的方式来进行致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末的热压成型，除此以外，与实施例1 同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(实施例9)
作为多孔质部形成用碳质粉末，使用以使体积平均粒径为50μm的方式进行粒度调整的人造石墨粉末，通过在180℃的温度气氛下、以1MPa加压的方式来进行致密质部形成用预成型片和多孔质部形成用粉末的热压成型，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件1。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部2的孔隙率及气孔径、隔离件1的固有电阻率、多孔质部2及致密质部3的界面上的接触电阻、隔离件1的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(比较例1)
在实施例1中，在制作致密质部形成用预成型片时，生片层叠物的加压成型是将成型模预热到超过致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度120℃的温度150℃后以40MPa进行10秒钟加压成型的，除此以外，与实施例1同样地得到具有图2的(c)所示的形状的燃料电池用隔离件。
得到的燃料电池用隔离件中的多孔质部的孔隙率及气孔径、隔离件的固有电阻率、多孔质部及致密质部界面上的接触电阻、隔离件的透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
(比较例2)
层叠经过实施例1的工序1.(1)～(3)而得到的生片而形 成层叠物(将2张图1的(a)所示的致密质主体部形成用生片31a层叠而得到的层叠物)，不对该层叠物进行加压成型，另外，不与多孔质形成用粉末层叠，以该状态，使用在实施例1的3.中使用的成型模，在40MPa的压力、180℃的温度下热压成型，得到燃料电池用隔离件。
在得到的燃料电池用隔离件中，隔离件的固有电阻率、透气系数、发电时的排水性通过与实施例1相同的方法进行测定。将结果表示于表1。
表1
根据表1的结果，在实施例1～实施例9中得到的燃料电池用隔离件是通过将形成致密质部的致密质部形成用预成型片预先进行加压成型而制作，并且将该致密质部形成用预成型片与多孔质部形成用粉末一起热压成型的，因此在制作隔离件时，对致密质部和多孔质部施加不同的压力而制作。因此，发现对在实施例1～实施例9中得到的燃料电池用隔离件而言，给予了致密质部高不透气性，并且多孔质部具有高孔隙率和气孔径，因此带来了优异的排水性。另外，发现由于使分别在多孔质部形成用粉末和致密质部形成用预成型片中含有的致密质部形成用 热固化性树脂粘结剂和多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂同时固化并形成致密质部和多孔质部，从而一体化，因此两界面上的接触电阻低。
另一方面，发现在比较例1中，在制作致密质部形成用预成型片时，由于在环氧树脂的固化点以上的温度的150℃下预热成型模，因此得到的燃料电池用隔离件的致密质部和多孔质部的界面上的接合强度低，接触电阻为8.9mΩ·cm2这样的高值。
另外，发现在比较例2中，由于隔离件不具有多孔质部，因此排水性低。
产业上的可利用性
根据本发明，可以提供难以发生由于在发电时产生的水而引起的流道堵塞，抑制发电效率的降低、接触电阻上升，具有优异的强度及不透气性的燃料电池用隔离件的制造方法。
Claims (3)
1.一种燃料电池用隔膜的制造方法，其特征在于，其为制造气体流道壁面的至少一部分由多孔质部形成的具有多孔质部和致密质部的燃料电池用隔膜的方法，实施以下工序：
将包含致密质部形成用碳质粉末和致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的致密质部形成材在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的软化温度以上且低于固化温度的温度气氛下，以20～100MPa的成型压力加压成型，制作致密质部形成用预成型片的工序；
制作包含多孔质部形成用碳质粉末和多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的多孔质部形成用粉末的工序；
在具有对应于气体流道形状的凹凸成型面的成型模中，以使该凹凸成型面与所述多孔质部形成用粉末相对的方式填充所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末的工序；
通过所述成型模，在所述致密质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度及所述多孔质部形成用热固化性树脂粘结剂的固化温度中的任一更高的温度以上的温度气氛下，以1MPa以上且小于20MPa的成型压力将所述致密质部形成用预成型片和所述多孔质部形成用粉末热压成型的工序。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔膜的制造方法，其中，所述多孔质部形成用碳质粉末的体积平均粒径为50～500μm。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用隔膜的制造方法，其中，作为所述热压成型的工序的后续工序，实施亲水化处理的工序。
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