CN1898827A - 燃料电池隔离体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种其一侧或两侧上具有表面层的燃料电池隔离体。该表面层包括至少两层，其中该表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101－6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成该表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层。

Description

燃料电池隔离体及其制备方法
本申请要求基于美国临时申请顺序号No.60/534,988(申请日2004年1月9日)的申请的优先权。
技术领域
本发明涉及具有优异特性(例如接触电阻和贯穿电阻)的隔离体及其制备方法。
背景技术
考虑到环境问题和能源问题，燃料电池作为清洁发电设备已引起很多关注，因为它们利用氢气和氧气的电解逆反应发电，并且除了水，它们没有其它排放物。
燃料电池根据其使用的电解质的种类可以分成几种。在这些燃料电池中，固体聚合物电解质型燃料电池可以在低温下工作，因此它们在汽车或公用或民用中最有用。这种类型的燃料电池由层叠单元电池构成，每个单元电池包括例如聚合物电解质、气体扩散电极、催化剂和隔离体。该燃料电池可以高输出地发电。
在具有上述结构的燃料电池中，用于分隔单元电池的隔离体通常具有至少一个流动通道(或凹槽)；燃料气体(例如氢气)和氧化剂气体(例如氧气)供应到其中，所生成的水(水蒸汽)从其中排出。因此，要求隔离体具有能够完全隔开这些气体的高的不透气性，还要求它具有高的导电性以降低内部电阻。此外，要求隔离体具有优异的导热性、耐久性、强度等。
为了满足这些更求，迄今为止已经从用于它的金属材料和碳材料这两方面研究隔离体。在这些材料中，金属存在耐腐蚀性问题，因此已经尝试用贵金属或碳覆盖其表面。然而，即使在这种情况下，也不能获得足够高的耐久性；而且覆盖金属的成本也成问题。
另一方面，已经研究了大量作为构成燃料电池隔离体材料的碳材料，其例子包括将膨胀石墨片压模得到的模制品、用树脂浸渍碳烧结体并将该树脂固化(或硬化)而得到的模制品、焙烧热固性树脂得到的玻璃碳以及通过混合碳粉和树脂并且将所得混合物模制而得到的模制品。
例如，专利文件1公开了一种复杂的工艺：将粘合剂加到碳粉中，在加热下使其混合，对该混合物进行CIP(冷等压)压模、焙烧和石墨化，并用热固性树脂浸渍这样得到的各向同性石墨材料并对其进行固化处理，通过切割在其中刻出凹槽。专利文件2公开了一种技术：用热固性树脂浸渍含有碳粉或碳纤维的纸，将所得的纸堆叠并进行压力接合，焙烧堆叠体。专利文件3公开了一种技术：将酚树脂注射到隔离体形状的金属模子中进行模塑，并且焙烧该模制树脂。
如这些例子中经过焙烧处理的材料表现出高的导电性，但是焙烧花费了较长时间，产率低，而且这些材料存在一定问题，例如它们的挠曲强度差。此外，当切割工序必须时，大规模生产率低，成本变得更高，因此这些材料将来不可能普及。
另一方面，至于燃料电池隔离体的导电性，降低接触电阻是重要的，这是控制导电性的一个因素。已有一些降低接触电阻的尝试。例如，专利文件4公开了在隔离体表面覆盖高导电性的金属或碳的方法。专利文件5公开了在导电性树脂组合物模制品表面覆盖导电聚合物的方法。专利文件6公开了在隔离体表面覆盖导电材料的方法，或将导电材料嵌入隔离体内以使该导电材料沿隔离体长度方向设置的方法。
另一方面，专利文件7公开了通过研磨富含树脂的隔离体表面层(例如主要包含树脂的层)来提高碳粉面积比的方法。专利文件8公开了通过使用橡胶作为其粘合剂来改善隔离体接触表面的粘附的方法。
[专利文件1]JP-A(日本未审查专利公开)8-222241
[专利文件2]JP-A 60-161144
[专利文件3]JP-A 2001-68128
[专利文件4]JP-A 2001-196076
[专利文件5]JP-A 2002-8685
[专利文件6]JP-A 2001-52721
[专利文件7]JP-A 2003-282084
[专利文件8]JP-A 2001-216977
如上所述，特别要求燃料电池隔离体具有高的导电性，强的耐腐蚀性和低的制造成本。以这种观点，能够省略切割步骤的碳基材料模制成型的类型引起很多关注，它的开发也得以促进。然而，在这种碳基材料的情况下，有必要增加该模制品中所包含的导电性赋予材料的量，以赋予该模制品高的导电性。然而，在这种情况下，该模制品中所包含的树脂量的减少只能到一定程度，因为应该保留模塑性能。由此，不可能获得足够高的导电性。
另外，由于模制品中含有大量的导电性赋予材料，因此所得模制品的表面不可避免地具有低的光滑度和更高的硬度，以致由导电树脂组合物形成的模制品的接触电阻往往恶化，所得产品变得易碎。另外，当模制品表面覆有粘合剂树脂并且其接触电阻恶化时，有必要采用研磨模制品表面的方法。
此外，当生产工艺包括在1000-3000℃的高温下长时间加热模制品的焙烧步骤以获得高导电性时，生产模制品所需的时间变得更长，进而生产步骤变得复杂，生产成本成问题地变高。
另一方面，多层隔离体的问题是不同类别的层之间界面部分的粘附是主要问题。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种已解决现有技术中所遇到问题的燃料电池隔离体及其制备方法。
本发明的另一目标是提供一种具有低接触电阻和低贯穿电阻的燃料电池隔离体。
本发明人认真研究的结果是已发现具有低接触电阻和低贯穿电阻的燃料电池隔离体可以通过形成包括多个层的多层结构来实现，其中该结构的表面包括具有特定性质的低弹性模量层和除低弹性模量层以外的具有特定性质的高弹性模量层。本发明是基于这个发现的。
本发明人进一步研究的结果是还发现通过在构成各层的组合物中混入相同类型的聚合物或混入由一对相容(或互溶)聚合物构成的聚合物，可以进一步降低接触电阻和贯穿电阻。
本发明人还发现通过将包含低弹性模量粘合剂和含硼的含碳材料的组合物用于表面层，可以提供具有更高导电性和更低接触电阻的燃料电池隔离体。
更具体地，例如本发明可以包括下面的实施方式[1]-[18]。
[1]燃料电池隔离体在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，所述低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；所述高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层。
[2][1]所述的燃料电池隔离体，其中层(A)的厚度是0.5mm或更少，层(B)的厚度是0.05-2mm。
[3][1]或[2]所述的燃料电池隔离体，其具有层(A)/层(B)/层(A)的层结构，并且总厚度为0.2-3mm，厚度比(A/B)为0.001-1。
[4][1]-[3]任一项所述的燃料电池隔离体，其中层(A)和/或层(B)包含导电树脂复合材料，所述复合材料包含40-2质量％的树脂粘合剂(a)和60-98质量％的导电物质(b)。
[5][4]所述的燃料电池隔离体，其中层(A)包含的组分(a)包括至少两种组分的热塑性或热固性树脂组合物，并且其包含20-99质量％的弹性体；层(B)包含的组分(a)包括含有至少一种熔点为100℃或更高的晶态聚合物和/或玻璃化转变点为100℃或更高的无定形聚合物的热塑性或热固性树脂组合物。
[6][4]所述的燃料电池隔离体，其中构成层(A)的组分(a)和构成层(B)的组分(a)包括至少一种同类的聚合物，或提供相容聚合物对的组分c。
[7][4]或[5]所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂和1，2-聚丁二烯的组合物。
[8][4]或[5]所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自聚烯烃、聚苯硫醚、含氟树脂、聚酰胺和聚缩醛的组合物。
[9][4]所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)包括聚烯烃和至少一种选自氢化苯乙烯-丁二苯橡胶、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、结晶烯烃-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的组合物。
[10][4]所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)包含聚偏二氟乙烯和软丙烯酸树脂。
[11][4]-[10]任一项所述的燃料电池隔离体，其中组分(b)是至少一种选自金属、含碳材料、导电聚合物和涂有金属的填料的物质。
[12][4]-[10]任一项所述的燃料电池隔离体，其中组分(b)是含有0.05-5质量％硼的含碳材料。
[13][4]-[12]任一项所述的燃料电池隔离体，其中组分(b)含有0.1-50质量％的气相生长碳纤维和/或碳纳米管。
[14][13]所述的燃料电池隔离体，其中气相生长碳纤维或碳纳米管含有0.05-5质量％的硼。
[15]一种生产燃料电池隔离体的方法，其中燃料电池隔离体在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层；
所述方法包括：通过至少一种选自轧压、压缩成型和冲压的方法模塑低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，由此得到在其两侧上具有凹槽的层状体。
[16]一种生产燃料电池隔离体的方法，其中燃料电池隔离体在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层；
该方法包括：通过至少一种选自多层挤出、多层注射模塑、压缩成型或轧压的方法模塑低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，由此得到薄片形式的层状体；和
通过压缩成型或冲压在所述层状体的两侧上形成凹槽。
[17][15]或[16]所述的生产燃料电池隔离体的方法，其中层(A)的厚度为0.5mm或更少，层(B)的厚度为0.05-2mm。
[18][15]或[16]所述的生产燃料电池隔离体的方法，其中燃料电池隔离体具有层(A)/层(B)/层(A)的层结构，并且总厚度为0.2-3mm，厚度比(A/B)为0.001-1。
附图简述
图1是表示本发明隔离体一个实施例的示意性截面图。
图2是表示本发明隔离体另一实施例的示意性截面图。
图3是表示本发明隔离体又一实施例的示意性截面图。
图4是解释接触电阻测量方法的示意性截面图。
图5是解释贯穿电阻测量方法的示意性截面图。
在附图中，各标号的含义如下。
1：低弹性模量层
2：高弹性模量层
11：碳
12：测试片
13：镀金的黄铜
14：恒流发电机
15：电压表
21：测试片
22：镀金的黄铜
23：恒流发电机
24：电压表
发明的最佳实施方式
下面如果需要将参照附图来详细描述本发明。在下面的说明书中，除非另有具体说明，代表数量比例或比率的“％”和“份”是基于质量。
(燃料电池隔离体)
本发明的燃料电池隔离体包括至少两层作为其一侧的表面层，或作为其两侧的表面层，所述层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，其中低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa。本发明燃料电池隔离体的一些代表性实施方式示于图1、图2和图3的示意性截面图中。在这些图中，燃料电池隔离体具有包括至少两层的多层结构，并且所述的至少两层包括具有低弹性模量层1和高弹性模量层2的表面层。
(弯曲弹性模量)
在本发明中，低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa，优选为2.0×101-5.5×103MPa，更优选为3.0×101-5.0×103MPa。当弯曲弹性模量低于1.0×101MPa时，由于燃料电池中叠层的夹紧，低弹性模量层可能会变形，以致凹槽可能塌陷或破裂。另一方面，当弯曲弹性模量超过6.0×103MPa时，表面变硬，并且气体扩散电极、隔离体和集电体之间的接触电阻可能变大。
低弹性模量层(A)的弯曲应变为1％或更大，优选1.2％或更大，更优选1.4％或更大。当弯曲应变小于1％时，隔离体的表面可能破裂或产生裂纹。
在本发明中，高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，优选为6.5×103MPa或更高，更优选为7.0×103MPa或更高。当弯曲弹性模量为6.0×103MPa或更低时，燃料电池叠层的夹紧可能存在问题。
(各层的厚度)
在本发明中，层(A)的厚度可以优选为0.5mm或更少，更优选0.4mm或更少，还优选0.3mm或更少。当层(A)的厚度超过0.5mm时，由于叠层的夹紧，凹槽可能塌陷。
在本发明中，层(B)的厚度可以优选为0.05-2mm，更优选0.07-1.8mm或更少，还优选0.09-1.6mm。当层(B)的厚度小于0.05mm时，其阻气性能可能下降。另一方面，当层(B)的厚度超过2mm时，耐透气性可能增强。
该多层结构的总厚度可以优选为0.2-3mm，更优选0.2-2.8mm，还优选0.25-2.6mm。当该总厚度小于0.2mm时，不容易保证凹槽的深度。另一方面，当该总厚度超过3mm时，渗透方向的导电性可能降低。
低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)的厚度比(A/B)可以优选为0.001-1，更优选0.05-1，还优选0.05-0.8。当该厚度比(A/B)小于0.001时，低弹性模量层的厚度太小，降低接触电阻的效果可能下降。另一方面，当该厚度比(A/B)超过1时，可能出现蠕变现象。
为了测量厚度，例如可以将待测样品面分成20个部分，用能够精确到0.01mm的测微计测量这分成的20个部分的厚度，对测量值取平均。然而，本发明所用的测量方法不限于这种方法。
(低弹性模量层和/或高弹性模量层)
在本发明中，低弹性模量层和/或高弹性模量层可以优选含含有(a)树脂组合物粘合剂和(b)导电物质的导电树脂复合体。当不存在树脂组合物粘合剂时，难以进行模塑成型。当不存在导电物质时，隔离体难以发挥其功能。
至于本发明中组分(a)和组分(b)的组成比，优选地，组分(a)为40-2质量％，组分(b)为60-98质量％。更优选地，组分(a)为30-5质量％，组分(b)为70-95质量％。还优选地，组分(a)为25-5质量％，组分(b)为75-95质量％。当组分(a)的比例小于2质量％时，模塑性能可能差。另一方面，组分(a)的比例超过40质量％，体积电阻率可能达到1Ωcm或更大。
(组分(a))
在本发明中，组分(a)可以优选包括热固性树脂组合物和/或热塑性树脂组合物。特别优选地，低弹性模量层包含导电复合材料，该材料包含含有两种或更多种组分(包括弹性体组分)的树脂组合物粘合剂和已加入到该树脂组合物粘合剂中的导电物质。低弹性模量层可以优选包含20-99质量％、更优选25-95质量％、还优选30-95质量％的弹性体组分。
(弹性体)
在本发明中，弹性体指在标准温度附近具有类似橡胶弹性的聚合物。作为弹性体，可以使用选自下列聚合物的一种或至少两种的组合：例如丙烯腈-丁二烯橡胶、氢化腈橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯三聚橡胶、乙烯-丁二烯橡胶、含氟橡胶、异戊二烯橡胶、硅橡胶、丙烯酸弹性体、丁二烯橡胶、高苯乙烯橡胶、氯丁二烯像胶、聚氨酯橡胶、聚醚型特种橡胶、四氟乙烯-丙烯橡胶、表氯醇橡胶、降冰片烯橡胶、丁基橡胶、苯乙烯型热塑性弹性体、烯烃型热塑性弹性体、聚氨酯型热塑性弹性体、聚酯型热塑性弹性体、聚酰胺型热塑性弹性体、1，2-聚丁二烯型热塑性弹性体、含氟热塑性弹性体、软丙烯酸树脂等。
在这些聚合物中，考虑到耐水解性，优选使用丙烯腈-丁二烯橡胶、氢化腈橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯三聚橡胶、乙烯-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、丙烯酸弹性体、苯乙烯型热塑性弹性体、烯烃型热塑性弹性体、1，2-聚丁二烯型热塑性弹性体、含氟热塑性弹性体、软丙烯酸树脂作为弹性体。
(高弹性模量层)
另一方面，高弹性模量层可以优选包含树脂组合物粘合剂和大量已加入到该树脂组合物粘合剂中的导电物质，其中树脂组合物粘合剂包括至少一种玻璃化转变点为100℃或更高的无定形聚合物和/或熔点为100℃或更高的晶态聚合物。熔点和玻璃化转变点可以优选为105℃或更高，更优选110℃或更高。当熔点和玻璃化转变点低于100℃时，燃料电池的耐久性往往引起问题。
例如，可以根据JIS K7121中描述的DSC方法，使用Perkin-Elmer Co.制造的DSC-7型装置测量上面提到的熔点和玻璃化转变点。然而，用于此目的的测量方法不限于该方法。
(其它组分)
本发明的隔离体具有多层结构，其界面粘附特别重要。因此，优选地通过向构成低弹性模量层和高弹性模量层的各层的组分中加入同类聚合物或构成相容聚合物对的聚合物来加强界面强度和粘附性。
同类聚合物指一些具有同类基础分子结构的聚合物，以使这些聚合物分子可以互相缠绕。依据这种观点，本发明中优选的是层(A)和层(B)均包含相同的聚合物。另一方面，相容聚合物对指一些不同类的聚合物，这些聚合物分子可以部分地互相缠绕，以使部分第一类聚合物分子接收部分第二类聚合物分子，反之亦然。在本发明中，相容聚合物对也可以是聚合物的组合；这些聚合物分子可以在相容剂(或相容性赋予剂)的帮助下部分互相缠绕。例如，优选将两种具有相同分子结构的聚合物作为构成层的这些聚合物的一部分混入层(A)和层(B)中。当使用相容剂时，优选在层(A)和层(B)中都加入相同的相容剂。
(具有粘附赋予官能团的组分)
此外，为了增强界面强度，如果希望还可以向各层中加入具有粘附赋予官能团的组分，以使该组分通过化学反应促进各层间的粘附。具有粘附赋予官能团的组分的具体例子可以包括：具有例如羟基、羧基、氨基、环氧基、异氰酸酯基、甲基丙烯酸缩水甘油酯基、羰基、丙烯酸基、马来酸酐基、甲硅烷基和胺类官能团之类的官能团的单体和聚合物。然而，可用在本发明中的官能团不限于这些具体例子。当这些组分的其中之一包含在层中时，可以通过这种技术来提高界面强度，以更有效地抑制由于曾受热引起的界面分层或剥落。
(热固性树脂)
本发明中使用的热固性树脂的例子可以包括：酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、蜜胺树脂、二甲苯树脂、胍胺树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、烯丙酯树脂、呋喃树脂、亚氨树脂、聚氨酯树脂、尿素树脂等。其中更优选使用选自酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂和1，2-聚丁二烯的一种或多种树脂的组合。
在要求气密性的领域中，可以优选选择在固化反应时不产生气体的树脂。这种树脂的具体例子可以包括：环氧树脂和酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂、1，2-聚丁二烯的组合等。通过使用这种树脂，可以获得在固化产物中基本没有气孔并且具有高气密性的成型产物。
在要求耐热性、耐酸性等的领域中，具有诸如双酚A型、线型酚醛清漆型或甲酚线型酚醛清漆型分子骨架的树脂是优选的。例如，优选使用环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂或1，2-聚丁二烯等。
(热塑性树脂)
可用在本发明中的热塑性树脂的具体例子可以包括：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚酰亚胺、液晶聚合物、聚醚醚酮(polyether ether ketone)、含氟树脂、聚烯烃、聚缩醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚环烯烃、聚苯硫醚、聚醚砜、聚苯醚、聚苯砜等。
这些树脂中，优选使用选自含氟树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、液晶聚合物、聚醚醚酮、聚环烯烃和聚烯烃(熔点为100℃或更高)以及聚苯乙烯、聚苯醚和聚碳酸酯(玻璃化转变点为100℃或更高)的一种或多种树脂。
(热塑性树脂和弹性体的组合)
在本发明中，用于层(A)的组分(a)的热塑性树脂和弹性体组合的具体优选例子可以包括：聚苯乙烯和聚丁二烯的共聚物、聚苯乙烯和异戊二烯橡胶的共聚物、聚烯烃和苯乙烯型热塑性弹性体的混合物、聚偏二氟乙烯和丙烯酸树脂的混合物、聚苯硫醚和马来酸酐改性苯乙烯型热塑性弹性体的混合物等。
另外，也可以使用已通过使用相容性赋予剂或表面活性剂获得的聚合物合金，热塑性树脂和弹性体组分的共聚物，以使热塑性树脂和弹性体组分具有微相分离结构等。
其中，优选使用聚烯烃和苯乙烯型热塑性弹性体、聚偏二氟乙烯和丙烯酸树脂、以及聚苯硫醚和马来酸酐改性的苯乙烯型热塑性弹性体的组合。
(苯乙烯型热塑性弹性体)
本发明中的苯乙烯型热塑性弹性体的具体例子可以包括：氢化苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、结晶烯烃-乙烯丁烯结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等。其中，优选使用氢化苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物以及这些聚合物的改性产物。
这里，“聚烯烃”是烃类化合物的通用术语。聚烯烃的具体例子可以包括：聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯等。其中，优选使用聚丙烯或聚丁烯。
(其它组分)
另外，如果需要，组分(a)还可以含有各种添加剂。它们的具体例子可以包括选自例如单体、增塑剂、固化或硬化剂、硬化引发剂、硬化助剂、溶剂、紫外线稳定剂、抗氧化剂、热稳定剂、消泡剂、均化剂、模润滑剂或脱模剂、润滑剂、防水剂、增稠剂、抗收缩剂或亲水性赋予剂的组分。
(制造组分(a)的方法)
本发明制造组分(a)的方法没有特别限制。其具体例子可以包括：物理方法，例如溶液法、乳液法和熔融(fusion)法；化学方法，例如接枝聚合法、嵌段聚合法、IPN(互穿聚合物网络)等。
在使用不同类聚合物的共混物制备组分(a)的情况下，可以优选使用熔融法。该熔融法的具体技术没有特别限制。其具体例子可以包括使用诸如辊、捏和机、Banbury机和挤出机的任何捏和机器的混合方法。
(微相分离结构的控制)
另外，除了混合不同类的聚合物，也可以在相容性赋予剂的辅助下降低界面张力来获得希望的组分(a)，以控制微相分离结构。作为控制这种微相分离结构的方法，还优选利用反应性加工法的制备方法作为使用涉及聚合物反应的连续挤出机的方法之一。
(组分(b))
本发明的组分(b)没有特别限制，只要组分(b)是导电物质。组分(b)可以优选包括选自金属材料、碳或含碳材料、导电聚合物和涂有金属材料或金属氧化物的填料的一种或两种或更多种材料的组合。组分(b)可以更优选地包括碳或含碳材料和/或金属材料。
(金属材料)
金属材料可以优选地是选自Ni、Fe、Co、B、Pb、Cr、Cu、Al、Ti、Bi、Sn、W、P、Mo、Ag、Pt、Au、TiC、NbC、TiCN、TiN、CrN、TiB2、ZrB2和Fe2B的一种或两种或更多种的组合或复合材料。此外，也可以将这些金属材料加工成粉末或纤维形式。
(含碳材料)
用于本发明的含碳材料设有特别限制。优选使用例如选自碳黑、碳纤维、无定形碳、膨胀石墨、人造石墨、天然石墨、气相生长碳纤维、碳纳米管和富勒烯(fullerene)的至少一种或多种材料。
(含硼的含碳材料)
考虑到提高含碳材料的导电性，优选地，含碳材料可以优选地包含0.05-5质量％的硼。如果硼的量等于或小于0.05质量％，可能无法获得希望的高导电性石墨粉末。即使硼的量超过5质量％，提高碳材料导电性的效果趋于减弱。
测量含碳材料中硼含量的方法没有特别限制。可以用任何测量方法来测量硼的量。在本发明中，该值可以通过电感型(或电感耦合)等离子体发射光谱法(以后简写为“ICP”)或电感型(或电感耦合)等离子体发射光谱质谱法(以后简写为“ICP-MS”)确定。更具体地，在待测样品中加入硫酸和硝酸，并将所得混合物进行微波加热(230℃)以分解(蒸煮法)，再将高氯酸(HClO4)加到分解产物中，用水稀释所得产物。然后，将这样获得的样品经过ICP发射光谱仪，从而测得其中的硼含量。
(硼的加入方法)
硼可以通过这样的方法加到含碳材料中：例如将诸如元素形式的B、B4C、BN、B2O3或H3BO3的硼源加到天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、碳黑、碳纤维、气相生长碳纤维、碳纳米管等的单一物质或其一种或多种的混合物中，使硼源和含碳材料完全混合，然后使所得的混合物在约2,500-3,200℃下石墨化。
如果硼源的混合不均匀，则所得的石墨粉末不仅不均匀，而且在石墨化时可能高度烧结。为达到与硼源的均匀混合，硼源可以优选形成颗粒大小为50μm或更小、优选约20μm或更小的粉末，然后再与诸如焦炭的粉末混合。
如果含碳材料没有包含硼而被石墨化，那么石墨化程度(即结晶度)可能降低，并且其晶格间隔可能增加。结果，可能无法获得高导电性的石墨粉末。所含的硼的形式没有特别限制，只要硼和/或硼化合物混合在石墨中。然而，在优选的形式中，硼存在于石墨晶体层之间，或者构成石墨晶体的部分碳原子被硼原子取代。在部分碳原子被硼原子取代的情况下，硼原子和碳原子可以以任何键合形式键合，例如共价键合或离子键合。
(碳黑)
作为一种含碳材料的碳黑的具体例子可以包括：通过天然气等的不完全燃烧或者通过乙炔热分解得到的Ketjen黑和乙炔黑，通过烃油或天然气的不完全燃烧得到的出炉炭(furnace carbon)以及通过天然气热分解得到的热解炭等。
(碳纤维)
碳纤维的具体例子可以包括：从重油、副产物油或煤焦油获得的沥青型碳纤维和由聚丙烯腈获得的PAN型碳纤维。
(无定形碳)
上面的无定形碳可以利用如下方法得到：将酚醛树脂固化并进行焙烧处理，然后压碎成粉末的方法；或者将球状或不确定形状的粉末形式的酚醛树脂固化并进行焙烧处理的方法等。为了获得高导电性的无定形碳，适合在2000℃或更高的温度下热处理原料。
(膨胀石墨粉末)
膨胀石墨粉末可以是例如通过将诸如天然石墨和热解石墨之类的具有高度生长晶体结构的石墨浸在诸如浓硫酸和硝酸的混合溶液或浓硫酸和含水过氧化氢的混合溶液之类的强氧化性溶液中以生成石墨层间化合物，并用水洗涤生成的石墨层间化合物，快速加热以使C轴方向的石墨晶体膨胀而得到的粉末；或通过将上面得到的粉末一次性轧成片，然后粉碎该片而得到的粉末。
(人造石墨)
为了获得人造石墨，一般而言，首先要生产焦炭。焦炭的原料是石油沥青、煤沥青等，并将该原料碳化成焦炭。一般通过以下方法由焦炭获得石墨粉末：例如粉碎焦炭然后将其石墨化的方法；将焦炭本身石墨化然后粉碎石墨化的焦炭的方法；或在焦炭中加入粘合剂，形成混合物并焙烧所得混合物，再将焙烧产物(下文中，焦炭和焙烧产物统称为“焦炭和其类似物”)石墨化然后粉碎成粉末的方法。可以优选地阻止原料焦炭和其类似物的晶体生长，并且优选在2,000℃或更低、更优选在1,200℃或更低温度下对其进行热处理。
石墨化方法没有特别限制，但是可以通过例如使用艾奇逊电炉(其中粉末封入石墨坩锅中并且电流直接通过它)的方法，或借助石墨加热元件加热粉末的方法来进行石墨化。
(粉碎和分级方法)
可以使用高速旋转磨(例如锤磨机、针磨机、笼式磨机)、球磨(例如辊磨机、振动磨机、行星式磨机)或搅拌磨(例如珠磨机、attritor、流管型磨机(flowtube-type mill)、环形磨)粉碎诸如焦炭、人造石墨和天然石墨的含碳材料。另外，也可以通过选择条件而使用精细粉碎机，例如筛磨、涡轮磨、超微磨机和喷射磨。通过使用这种磨机并选择粉碎条件，粉碎诸如焦炭和天然石墨之类的含碳材料；如果需要，将粉末分级，由此可以控制平均粒径和粒径分布。
将诸如焦炭、人造石墨和天然石墨之类的含碳材料分级的方法可以是任何方法，只要可以实现分离。例如，可以使用筛分或空气分级机，例如强制漩涡式离心分级机(例如微分离器(micron separator)，turboplex超微细分级机，涡轮分级机、超分离器(super separator))和惯性分级机(例如改良的有效冲击机(reformed virtual impactor)、弯头喷射器)。也可以使用湿沉淀分离法、离心分级法或类似方法。
(组分(b)中的优选组分)
本发明的组分(b)可以优选包含0.1-50质量％、更优选0.1-45质量％、特别优选0.2-40质量％的气相生长碳纤维和/或碳纳米管。如果所述含量低于0.1质量％，则导电性的改善可能不足。另一方面，如果该含量超过50质量％，则所得模塑性质可能恶化。
气相生长碳纤维或碳纳米管可以优选包含0.05-5质量％、更优选0.06-4质量％、特别优选0.06-3质量％的硼。如果该含量低于0.05质量％，则硼的加入对导电性的提高效果可能较小。另一方面，如果硼的加入量超过5质量％，则所得杂质或外来物质的量变大，其它性质可能恶化。
(气相生长碳纤维)
气相生长碳纤维可以例如通过在诸如二茂铁的过渡金属材料催化剂的存在下，在800到1,300℃下，使用诸如苯、甲苯或天然气的原料有机化合物和氢气来引起热分解反应而获得。得到的气相生长碳纤维(例如纤维直径为0.5-10μm的碳纤维)可以优选还经历在约2,300-3,200℃下的石墨化处理，更优选经历在约2,300-3,200℃下还使用诸如硼、碳化硼、铍、铝或硅的石墨化催化剂的石墨化处理。
(碳纳米管)
近来碳纳米管已受到工业界关注，不但因其机械强度，而且因其场发射功能和氢气吸附功能以及其磁功能。这种类型的碳纳米管也称为石墨晶须、丝状碳、石墨纤维、超细碳管、碳管、碳纤维、碳微管或碳纳米纤维。碳纳米管的纤维直径一般可以为约0.5-100nm。
碳纳米管包括其中形成该管的石墨膜是单层的单层碳纳米管和其中石墨膜由多层组成的多层碳纳米管。在本发明中，可以使用单层碳纳米管或多层碳纳米管。单层碳纳米管是优选的，因为容易获得更高导电性或机械强度的固化产品。
碳纳米管可以通过例如电弧放电法、激光蒸发法或热分解法制备，这些方法描述在Corona-Sha Shuppan(1998)第23-57页中作者为Satio和Bando的“Carbon Nanotube no Kiso(Fundamental Study of Carbon Nanotube)”中。为了提高纯度，还可以通过水热法、离心分离法、超滤法、热分解法或类似方法纯化得到的碳纳米管。为了去除杂质，碳纳米管可以优选地经历在惰性气氛中在约2,300-3,200℃下的高温处理，更优选经历在惰性气氛下在约2,300-3,200℃下还使用诸如硼、碳化硼、铍、铝和硅的石墨化催化剂的高温处理。
(添加剂)
为了提高硬度、强度、导电性、模塑性、耐久性、耐天气性，耐水性等，根据本发明用于低弹性模量层和高弹性模量层的导电树脂组合物如果需要，还可以包含添加剂，例如玻璃纤维、晶须、金属氧化物、有机纤维、紫外线稳定剂、抗氧化剂、模润滑剂或脱模剂、润滑剂、防水剂、增稠剂、收缩减少剂、亲水性赋予剂等。
(组合物的生成方法)
根据本发明用于低弹性模量层和高弹性模量层的导电树脂组合物的生成方法没有特别限制。优选地，例如通过使用树脂领域一般使用的混合机或捏和机，例如辊、挤出机、捏和机、Banbury混合机、Henschel混合机和行星式混合机将上面提到的各组分尽可能均匀地混合。
此外，也可以使用其中先制备组分(a)，然后与组分(b)混合的方法，或者其中在组分(b)的存在下捏和组分(a)的方法。然而，可用于本发明的生成方法不限于这些具体实例。
在本发明中，导电树脂组合物通过混合或捏和，然后如果需要进行压碎或粒化以方便将原料供应到模塑机、模子或模具中而制得。在压碎的情况下，可以使用均化器、Wiley压碎机、高速旋转压碎机(例如锤磨、针磨、笼式磨机和搅拌器)。为防止各原料凝聚或结块，优选在冷却下压碎组合物。在粒化的情况下，可以使用其中挤出机、Luder、共捏和机(co-kneader)等用来将组合物形成小粒的方法，或其中使用盘式制粒机的方法。
(燃料电池隔离体)
生产燃料电池隔离体组合物的方法没有特别限制。在提供低弹性模量层和高弹性模量层的情况下，可以使用挤出成型机、辊式成型机、压延成型机、压缩成型机等将各层一次成型为片状。然后，可以将所得的低弹性模量层和高弹性模量层相互叠置或层压，以使通过使用至少一种选自辊压、压缩成型和冲压的成型方法，它们结合形成统一产品，由此得到在其两侧具有用于提供氢气和氧气的凹槽的隔离体。为了避免隔离体中出现气孔或空气，优选在真空下实施成型。
或者，在提供低弹性模量层和高弹性模量层的情况下，也可以通过使用至少一种选自辊压、多层挤出、多层注射成型、压缩成型或冲压的成型方法，使片状层压体成型；然后使所得的组合片经历压缩成型或冲压，以在隔离体两侧上形成用于提供氢气和氧气的凹槽。为了避免隔离体中出现气孔或空气，优选在真空下实施成型。
可以将这样得到的片进一步切割或冲压，以提供预期的尺寸，并将得到的片插入模具内，然后通过压缩成型机成型，由此获得模制品。在这种情况中，也可以将两个或更多个片插入模具中，以使这些片在模具中平行设置或彼此叠置。为了获得基本没有瑕疵的优良产品，优选在模槽内提供真空。
实施例
以下将参考实施例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于这些实施例。
按下面的方式测量模制品(层压体等)的各种性质。
(接触电阻)
通过图4所示的四探针法测量接触电阻，由此得到相对于碳纸(TGP-H-060，Toray Industries，Inc.生产的)的三个接触电阻值(Rc)，并利用下式(1)计算接触电阻(Rc)。
更具体地，使用样品片(20mm×20mm×1mm)、碳纸(20mm×20mm×0.19mm)和镀金黄铜片(20mm×20mm×0.5mm)。用碳纸夹住样品，然后用两块镀金黄铜片夹住得到的叠片。在这种情况下，向得到的叠片均匀施加2MPa的压力，并且1A的恒定电流沿黄铜片之间的穿透方向流过镀金黄铜片之间，从而测量黄铜片之间的所得电压。利用这些电流值和电压值(测量1)，计算第一电阻值(R1)。
除了用镀金黄铜片夹住三片碳纸(测量2)以外，以与测量第一电阻值(R1)的相同方式确定第二电阻值(R2)。此外，除了用镀金黄铜片夹住两片碳纸(测量3)以外，以与测量第一电阻值(R1)的相同方式确定第三电阻值(R3)。
基于这三个获得的电阻值，利用下式(1)计算接触电阻(Rc)。
Rc＝(R1+R2-2R3)×S/2                  (1)
Rc：接触电阻(Ωcm2)，
S：接触面积(cm2)，
R1：测量1得到的电阻值(Ω)，
R2：测量2得到的电阻值(Ω)，和
R3：测量3得到的电阻值(Ω)。
(贯穿电阻)
通过图5所示的四探针法测量贯穿电阻。
更具体地，将四个样品片(50mm×50mm×2mm)叠置，并用两个镀金黄铜片夹住。在这种情况下，向得到的叠片均匀施加2MPa的压力，并且1A的恒定电流沿黄铜片之间的穿透方向流过镀金黄铜片之间，从而测量黄铜片之间的所得电压。利用这些电流值和电压值(测量1)，计算第一电阻值(R1)。
除了叠置两个样品片并用两个镀金黄铜片夹住(测量2)以外，以与测量第一电阻值(R1)的相同方式确定第二电阻值(R2)。
基于这两个得到的电阻值，根据下式(2)计算贯穿电阻(Rt)。即，R1和R2的差乘以接触面积(S)，然后除以这两个样品片的厚度(t)，从而计算出贯穿电阻(Rt)。
Rt＝(R1-R2)×S/t                (2)
Rt：贯穿电阻(Ωcm)，
S：接触面积(cm2)，
R1：测量1中得到的电阻值(Ω)，
R2：测量2中得到的电阻值(Ω)，和
t：两个样品片的厚度。
(弯曲强度等)
使用Shimadzu Corporation生产的自动绘图仪(AG-10kNI)测量弯曲强度、弯曲弹性模量和弯曲应变。根据JIS K 6911，在间隔跨度为64mm、弯曲速率为1mm/min的条件下，在三点弯曲强度法中测量测试片(80mm×10mm×4mm)。
实施例中所用的材料如下。
组分(a)：使用如下表1中所示的各树脂组合物。在该表中，用质量％描述组成比。
作为聚丙烯，使用SunAllomer Ltd.生产的SunAllomer PX900N。作为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，使用Kraton Polymer Japan Co.，Ltd.生产的Kraton G1652。作为氢化苯乙烯-丁二烯橡胶(H-SBR)和乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)，使用JSR Co.，Ltd.生产的Dynaron 1320P和EP 57P。作为聚偏二氟乙烯(PVDF)，使用Daikin Industries，Ltd.生产的Neoflon VW-410。作为软丙烯酸树脂，使用Kuraray Co.，Ltd.生产的Parapet SA-FW001。
[表1]
                                                                  (单位：质量％)
  a1   a2   a3   a4   a5   a6
  聚丙烯  SunAllomer PX900N   60   50   20   100
  SEBS  Kraton G1652   40   80
  H-SBR  Dynaron 1320P   50
  PVDF  Neoflon VW-410   70   100
  软丙烯酸树脂  Parapet SA-FW001   30
<组分(b)>：导电物质
<b-1>：含硼的石墨细粉
用粉碎机(Hosokawa Micron K.K.生产)将MC Carbon K.K.生产的MC焦炭(非针型焦炭)粗粉碎到2至3mm或更细的尺寸。用喷射磨(IDS2UR，NipponPneumatic K.K.生产)将粗粉碎的产物精细粉碎。然后，将得到的粉末分级，以将其粒径调整到希望值。利用涡轮分级机(TC15N，Nisshin Engineering K.K.生产)通过空气分级除去5μm或更小的颗粒。
向部分(14.4kg)精细粉碎的产物中加入0.6kg碳化硼(B4C)，然后通过HenschelTM混合器将其在800rpm下混合5分钟。将得到的混合物密封于内径为40cm、容量为40l的有盖石墨坩锅中。密封坩锅，并将其置于使用石墨加热器的石墨化炉中。在2,900℃的温度下在氩气氛中使粉未石墨化。将所得产物冷却，并从坩锅中取出所得粉末，由此得到14kg石墨粉末。所得石墨粉末的平均粒径为20.5μm，硼含量为1.9质量％。
<b-2>：气相生长碳纤维
Showa Denko K.K.生产的气相生长碳纤维(下文称为“VGCF”(注册商标))和组分(b-1)，即石墨细粉的混合物。
使用Henschel混合器混合95质量％的组分(b-1)和5质量％的VGCF。所得碳材料混合物的平均粒径为12.4μm，硼含量为1.3质量％。
作为气相生长碳纤维，使用Showa Denko K.K.生产的VGCF-G(纤维直径0.1-0.3μm，纤维长度10-50μm)。
<b-3>：碳纳米管(下文称为“CNT”)和组分(b-1)，即石墨细粉的混合物
使用Henschel混合器混合95质量％的组分(b-1)和5质量％的CNT。所得碳材料混合物的平均粒径为9.2μm，硼含量为1.2质量％。
碳纳米管以下面方式获得。
在直径为6mm、长度为50mm的石墨棒中从其尖端沿中间轴钻一个直径为3mm、深30mm的孔，并将铑(Rh)∶铂(Pt)∶石墨(C)＝1∶1∶1(质量比)的混合粉末填满该孔，以形成阳极。另一方面，形成直径为13mm、长度为30mm的含有纯度达99.98质量％石墨的阴极。
将这些电极没置在反应容器中，以使它们彼此相对，并且电极与直流电源连接。将反应容器内部用纯度为99.9体积％或更高的氦气充满，进行直流电弧放电。随后，收集附着在反应容器内壁上的烟灰(室烟灰)和堆集在阴极上的烟灰(阴极烟灰)。反应容器内的压力为600Torr，电流为70A。在反应期间，操作阳极和阴极，以使阳极和阴极之间的间隔始终为1-2mm。
将收集的烟灰混入包含水和乙醇(混合质量比＝1∶1)的混合溶剂中，然后利用超声波使其分散。收集得到的分散体，并利用旋转蒸发仪去除溶剂。利用超声波将这样获得的样品分散在0.1％或更高的苯扎氯铵(作为阳离子表面活性剂)水溶液中，然后在5000rpm下进行30分钟的离心分离，并收集得到的分散体。此外，在空气中350℃下对分散体进行5小时的热处理以将其纯化，从而得到纤维直径为1-10nm、纤维长度为0.05-5μm的碳纳米管。
<A1-A6：低弹性模量组合物；B1，B2：高弹性模量组合物>
使用Labo-Plastomill(Toyo Seiki Seisakusho K.K.生产的，型号50C150)在200℃的温度下以45rpm将表1和2中所示的各原料捏和7分钟。将每种得到的捏和产物填入模具中，以形成100mm×100mm×1.5mm的薄板，并在230℃下对其加热3分钟作为预加热处理，然后使用50吨压缩成型机施加30MPa的压力过3分钟。然后，使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过两分钟来冷却得到的产品，由此获得固化产品。
这样获得的模制品的物理性质列于下表2中。
[表2]
低弹性模量组合物   高弹性模量组合物
  A1   A2   A3   A4   A5   A6   B1   B2
  树脂组合物   a1   15
  a2   15   15   15
  a3   15
  a4   25
  a5   15
  a6   25
  导电物质   b1   85   85   85   75   85   75
  b2   85
  b3   85
  体积电阻率 mΩcm 6.6 8.1 6.5 6.8 5.8 7.8 5.8 14
  接触电阻   mΩcm2   3.6   3.9   3.1   2.9   2.1   3.8   3.2   5.2
  贯穿电阻   mΩcm   12   9.8   9.5   9.3   8.7   9.6   40   34
  弯曲强度   MPa   26   21   18   23   26   23   49   52.2
  弯曲弹性模量 MPa 1790 1150 960 1210 1320 3200 10500 11200
  弯曲应变   ％   2   5   6.2   6.2   6.5   3   0.78   0.82
实施例1
使用40φ(直径)单螺杆挤出机(VS 40/26 Bent Type，Tanabe Plastic MachineCo.，Ltd.生产的)在250℃的温度下以40rpm将上表2中的组合物A1和组合物B1分别成型为宽100mm的薄片。使用辊在180℃下轧压每个所得的薄片，以使组合物A1的厚度调整到0.6mm，组合物B1的厚度调整到1.8mm。然后，按A1/B1/A1的顺序层压这些薄片，以得到具有这种结构的层压产品；将其填入能够形成尺寸为100mm×100mm×1.5mm的平板的模具中，在240℃下预热3分钟，然后使用50吨压缩成型机在15MPa压力下热压3分钟。然后使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过2分钟来冷却模具，由此得到模制品。这样得到的层压产品的物理性质的测量结果列于后面的表3中。
实施例2-5
使用40φ(直径)单螺杆挤出机(VS 40/26 Bent Type，Tanabe Plastic MachineCo.，Ltd.生产的)在250℃的温度下以40rpm将上表2中的组合物A2-A5和组合物B1分别成型为宽100mm的薄片。使用辊在180℃下轧压每个所得的薄片，以使组合物A2-A5中每个的厚度调整到0.4mm，组合物B1的厚度调整到2.2mm。然后，分别按A2/B1/A2、A3/B1/A3、A4/B1/A4、A5/B1/A5的顺序层压这些薄片，以得到分别具有以上每种结构的层压产品；将其填入能够形成尺寸为100mm×100mm×1.5mm的平板的模具中，在240℃下预热3分钟，然后使用50吨压缩成型机在15MPa压力下热压3分钟。然后使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过2分钟来冷却模具，由此得到模制品。这样得到的层压产品的物理性质的测量结果列于后面的表3中。
实施例6
使用40φ(直径)单螺杆挤出机(VS 40/26 Bent Type，Tanabe Plastic MachineCo.，Ltd.生产的)在220℃的温度下以40rpm将上表2中的组合物A6和组合物B2分别成型为宽100mm的薄片。使用辊在185℃下轧压每个所得的薄片，以使组合物A6的厚度调整到0.4mm，组合物B2的厚度调整到2.2mm。然后，按A6/B2/A6的顺序层压这些薄片，以得到具有这种结构的层压产品；将其填入能够形成尺寸为100mm×100mm×1.5mm的平板的模具中，在220℃下预热3分钟，然后使用50吨压缩成型机在15MPa压力下热压3分钟。然后使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过2分钟来冷却模具，由此得到模制品。这样得到的层压产品的物理性质的测量结果列于后面的表3中。
对比例1
使用40φ(直径)单螺杆挤出机(VS 40/26 Bent Type，Tanabe Plastic MachineCo.，Ltd.生产的)在250℃的温度下以40rpm将上表2中的组合物A1和组合物B1分别成型为宽100mm的薄片。使用辊在180℃下轧压每个所得的薄片，以使组合物A1的厚度调整到1.2mm，组合物B1的厚度调整到0.6mm。然后，按B1/A1/B1的顺序层压这些薄片，以得到具有这种结构的层压产品；将其填入能够形成尺寸为100mm×100mm×1.5mm的平板的模具中，在240℃下预热3分钟，然后使用50吨压缩成型机在15MPa压力下热压3分钟。然后使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过2分钟来冷却模具，由此得到模制品。这样得到的层压产品的物理性质的测量结果列于后面的表3中。
对比例2
使用40φ(直径)单螺杆挤出机(VS 40/26 Bent Type，Tanabe Plastic MachineCo.，Ltd.生产的)以40rpm分别将上表2中的组合物B1在250℃的温度下以及将组合物B2在220℃的温度下成型为宽100mm的薄片。使用辊在180℃下轧压每个所得的薄片，以使组合物B2的厚度调整到0.4mm，组合物B1的厚度调整到2.2mm。然后，按B2/B1/B2的顺序层压这些薄片，以得到具有这种结构的层压产品；将其填入能够形成尺寸为100mm×100mm×1.5mm的平板的模具中，在230℃下预热3分钟，然后使用50吨压缩成型机在15MPa压力下热压3分钟。然后使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过2分钟来冷却模具，由此得到模制品。这样得到的层压产品的物理性质的测量结果列于后面的表3中。
对比例3
使用40φ(直径)单螺杆挤出机(VS 40/26 Bent Type，Tanabe Plastic MachineCo.，Ltd.生产的)以40rpm分别将上表2中的组合物A2在250℃的温度下以及将组合物A6在220℃的温度下成型为宽100mm的薄片。使用辊在180℃下轧压每个所得的薄片，以使组合物A2的厚度调整到0.4mm，组合物的A6厚度调整到2.2mm。然后，按A2/A6/A2的顺序层压这些薄片，以得到具有这种结构的层压产品；将其填入能够形成尺寸为100mm×100mm×1.5mm的平板的模具中，在230℃下预热3分钟，然后使用50吨压缩成型机在15MPa压力下热压3分钟。然后使用冷却压力机在25℃的温度下施加15MPa的压力过2分钟来冷却模具，由此得到模制品。这样得到的层压产品的物理性质的测量结果列于后面的表3中。
[表3]
  层结构   表面层厚度   中间层厚度   厚度比   总厚度   体积电阻率   接触电阻   贯穿电阻   弯曲强度   弯曲弹性模量   弯曲应变
  表面/中间层/表面 mm mm   表面层/中间层 mm mΩcm mΩcm2 mΩcm MPa MPa ％
  实施例1   A1/B1/A1   0.3   0.9   0.33   1.5   6.8   3.4   10   53   9800   1.2
  实施例2   A2/B1/A2   0.2   1.1   0.18   1.5   7.2   3.6   8.1   52   9600   1.4
  实施例3   A3/B1/A3   0.2   1.1   0.18   1.5   6.2   3.1   7.5   50   9800   1.6
  实施例4   A4/B1/A4   0.2   1.1   0.18   1.5   6.9   2.9   6.9   53   10000   1.5
  实施例5   A5/B1/A5   0.2   1.1   0.18   1.5   5.9   2.1   6.7   56   10200   1.7
  实施例6   A6/B2/A6   0.2   1.1   0.18   1.5   7.4   3.7   12.2   58   10500   2.3
  对比例1   B1/A1/B1   0.6   0.3   2   1.5   6.7   8.4   43   46   9900   0.68
  对比例2   B2/B1/B2   0.2   1.1   0.18   1.5   15   12.8   64   44   10600   0.56
  对比例3   A2/A6/A2   0.2   1.1   0.18   1.5   5.6   4.5   52   18   1300   3.2
如以上表示上述实施例和对比例结果的表3中描述的，本发明的每个具有低弹性模量组合物表面层和高弹性模量组合物中间层的层压体都具有优异的导电性，特别是具有改善的贯穿电阻。
另一方面，当表面覆有厚而硬的层时，如对比例1中的情况，贯穿电阻差。
此外，如对比例2和3情况中包含不同材料的各层压体出现了剥离或分层，以致贯穿电阻恶化。
实施例7
将实施例5中得到的层压体填入能够形成尺寸为200×120×1.5mm的平板(平板两侧具有1mm凹槽宽度间距和0.5mm深度的凹槽)的模具中。使用380吨压缩成型机施加50MPa压力并在230℃下加热3分钟。然后将模具冷却到100℃，由此获得平板形式的两侧具有凹槽的燃料电池隔离体，其体积电导率为6.8mΩcm、贯穿电阻为7.2mΩcm、接触电阻为2.9mΩcm、导热率为19W/m·K、透气率为4.3×10-9cm2/sec。
工业实用性
如上所述，本发明的燃料电池隔离体具有作为隔离体的优异性质，使其具有低的接触电阻和低的贯穿电阻。由此，本发明的燃料电池隔离体非常有用。另外，本发明制备燃料电池隔离体的方法可以低成本地制备燃料电池隔离体，因为它可以生成薄片型层压体，然后可以通过压缩成型或冲压模塑等在层压体两侧上形成凹槽。

Claims (18)

1、一种燃料电池隔离体，在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，所述低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；所述高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层。
2、如权利要求1所述的燃料电池隔离体，其中层(A)的厚度是0.5mm或更小，层(B)的厚度是0.05-2mm。
3、如权利要求1或2所述的燃料电池隔离体，其具有层(A)/层(B)/层(A)的层结构，并且层结构的总厚度为0.2-3mm，厚度比(A/B)为0.001-1。
4、如权利要求1-3任一项所述的燃料电池隔离体，其中层(A)和/或层(B)包含导电树脂复合材料，所述复合材料包含40-2质量％的树脂粘合剂(a)和60-98质量％的导电物质(b)。
5、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其包含的组分(a)包括至少两种组分的热塑性或热固性树脂组合物，并且其包含20-99质量％的弹性体；层(B)包含的组分(a)包括含有至少一种熔点为100℃或更高的晶态聚合物和/或玻璃化转变点为100℃或更高的无定形聚合物的热塑性或热固性树脂组合物。
6、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其中构成层(A)的组分(a)和构成层(B)的组分(a)包括至少一种同类的聚合物，或提供相容聚合物对的组分c。
7、如权利要求4或5所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂和1，2-聚丁二烯的组合物。
8、如权利要求4或5所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自聚烯烃、聚苯硫醚、含氟树脂、聚酰胺和聚缩醛的组合物。
9、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)包括聚烯烃和至少一种选自氢化苯乙烯-丁二苯橡胶、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、结晶烯烃-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的组合物。
10、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)包含聚偏二氟乙烯和软丙烯酸树脂。
11、如权利要求4-10任一项所述的燃料电池隔离体，其中组分(b)是至少一种选自金属、含碳材料、导电聚合物和涂有金属的填料的物质。
12、如权利要求4-10任一项所述的燃料电池隔离体，其中组分(b)是含有0.05-5质量％硼的含碳材料。
13、如权利要求4-12任一项所述的燃料电池隔离体，其中组分(b)含有0.1-50质量％的气相生长碳纤维和/或碳纳米管。
14、如权利要求13所述的燃料电池隔离体，其中气相生长碳纤维或碳纳米管含有0.05-5质量％的硼。
15、一种生产燃料电池隔离体的方法，其中燃料电池隔离体在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层；
所述方法包括：通过至少一种选自轧压、压缩成型和冲压的方法模塑低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，由此得到在其两侧上具有凹槽的层状体。
16、一种生产燃料电池隔离体的方法，其中燃料电池隔离体在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层；
该方法包括：通过至少一种选自多层挤出、多层注射模塑、压缩成型或轧压的方法模塑低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，由此得到薄片形式的层状体；和
通过压缩成型或冲压在所述层状体的两侧上形成凹槽。
17、如权利要求15或16所述的生产燃料电池隔离体的方法，其中层(A)的厚度为0.5mm或更少，层(B)的厚度为0.05-2mm。
18、如权利要求15或16所述的生产燃料电池隔离体的方法，其中燃料电池隔离体具有层(A)/层(B)/层(A)的层结构，并且层结构的总厚度为0.2-3mm，厚度比(A/B)为0.001-1。
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