JP2001261967A - 熱硬化性樹脂成形材料及びそれを用いた成形体 - Google Patents
熱硬化性樹脂成形材料及びそれを用いた成形体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、成形性及び導電性に優れた熱硬化
性樹脂成形材料を提供することを目的とするものであ
る。更に詳しくは、成形性に優れ、導電性、機械的強
度、気体不透過性が良好である燃料電池セパレーター等
の成形品を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１
０〜３５重量％、黒鉛５０〜８５重量％及び平均粒子径
が黒鉛の平均粒子径の１／２０以下である球状シリカ３
〜１５重量％を含有してなることを特徴とする熱硬化性
樹脂成形材料。
性樹脂成形材料を提供することを目的とするものであ
る。更に詳しくは、成形性に優れ、導電性、機械的強
度、気体不透過性が良好である燃料電池セパレーター等
の成形品を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１
０〜３５重量％、黒鉛５０〜８５重量％及び平均粒子径
が黒鉛の平均粒子径の１／２０以下である球状シリカ３
〜１５重量％を含有してなることを特徴とする熱硬化性
樹脂成形材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱硬化性樹脂に黒
鉛とともに粒径の小さい球状シリカを混合してなる、成
形性に優れた高電導性の熱硬化性樹脂成形材料及びその
成形体に関するものである。この成形材料は水素、アル
コール等を燃料とする燃料電池のセパレーター等に好適
なものである。
鉛とともに粒径の小さい球状シリカを混合してなる、成
形性に優れた高電導性の熱硬化性樹脂成形材料及びその
成形体に関するものである。この成形材料は水素、アル
コール等を燃料とする燃料電池のセパレーター等に好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池のセパレーターは大型で薄肉の
成形品であり、従来この種の材料としては黒鉛粉末に熱
硬化性樹脂等の結合剤を加え、混練、成形、焼成し、さ
らに気体透過性、導電性を向上させるため前記結合剤を
含浸し、高温焼成したあと、切削加工して必要形状を得
ていた。このような炭素素材に２次加工を施す方法は高
温焼成しているため耐熱性が良好である利点はあるが、
その反面気孔が生じやすく、液状の熱硬化性樹脂等を含
浸する工程が必要となり、また切削加工工程が必須条件
であるため加工費が高くなる。
成形品であり、従来この種の材料としては黒鉛粉末に熱
硬化性樹脂等の結合剤を加え、混練、成形、焼成し、さ
らに気体透過性、導電性を向上させるため前記結合剤を
含浸し、高温焼成したあと、切削加工して必要形状を得
ていた。このような炭素素材に２次加工を施す方法は高
温焼成しているため耐熱性が良好である利点はあるが、
その反面気孔が生じやすく、液状の熱硬化性樹脂等を含
浸する工程が必要となり、また切削加工工程が必須条件
であるため加工費が高くなる。
【０００３】更に黒鉛粉末、熱硬化性樹脂、機械的強度
の補強材等を混練し、その成形体を製品とする方法も提
案されている。このように結合材として樹脂を用いる方
法では前記炭素素材に２次加工を施す方法に比べ加工費
を大幅に低減できるが、成形体の導電性が劣るという欠
点がある。そのため黒鉛粒度・形状を最適化することに
より黒鉛粉末の充填量を増やし、この成形体の導電性を
高める手法がとられている。しかし、黒鉛粒度・形状を
調整するために、黒鉛の粉砕、分級が必要となり工程が
複雑になるだけでなく、黒鉛粉末充填量の増加は成形材
料の流動性を低下させるため、燃料電池のセパレーター
のような大型かつ薄肉で複雑な形状を有した成形体を得
ることは難しくなる。従って、揮発性有機溶媒を混和し
材料をペースト化したり、樹脂の粘度、不揮発分を調整
したりして成形体を得る手法がとられている。これらの
手法は効果的ではあるが、成形体の硬化時に気泡が生じ
たり、硬化不足により形状保持が困難になったりするた
め、予熱工程や硬化時間の延長が必要になり、成形加工
性、生産性が悪い。
の補強材等を混練し、その成形体を製品とする方法も提
案されている。このように結合材として樹脂を用いる方
法では前記炭素素材に２次加工を施す方法に比べ加工費
を大幅に低減できるが、成形体の導電性が劣るという欠
点がある。そのため黒鉛粒度・形状を最適化することに
より黒鉛粉末の充填量を増やし、この成形体の導電性を
高める手法がとられている。しかし、黒鉛粒度・形状を
調整するために、黒鉛の粉砕、分級が必要となり工程が
複雑になるだけでなく、黒鉛粉末充填量の増加は成形材
料の流動性を低下させるため、燃料電池のセパレーター
のような大型かつ薄肉で複雑な形状を有した成形体を得
ることは難しくなる。従って、揮発性有機溶媒を混和し
材料をペースト化したり、樹脂の粘度、不揮発分を調整
したりして成形体を得る手法がとられている。これらの
手法は効果的ではあるが、成形体の硬化時に気泡が生じ
たり、硬化不足により形状保持が困難になったりするた
め、予熱工程や硬化時間の延長が必要になり、成形加工
性、生産性が悪い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な欠点を改良するものであり、成形性及び導電性に優れ
た熱硬化性樹脂成形材料を提供することを目的とするも
のである。更には、成形性に優れていることから、導電
性が良好である燃料電池のセパレーター等の成形品を提
供することを目的とするものである。具体例として燃料
電池のセパレーターでは、導電性を示す体積抵抗率が１
０-3〜１０-1Ω・ｃｍであり、複雑な形状を有す大型で
薄肉な成形体を良好に得ることを目的とするものであ
る。
な欠点を改良するものであり、成形性及び導電性に優れ
た熱硬化性樹脂成形材料を提供することを目的とするも
のである。更には、成形性に優れていることから、導電
性が良好である燃料電池のセパレーター等の成形品を提
供することを目的とするものである。具体例として燃料
電池のセパレーターでは、導電性を示す体積抵抗率が１
０-3〜１０-1Ω・ｃｍであり、複雑な形状を有す大型で
薄肉な成形体を良好に得ることを目的とするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明は、上記目的を達成すべ
く鋭意検討を行った結果、完成されたものであり、成形
材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜３５重量％、黒
鉛５０〜８５重量％及び平均粒子径が黒鉛の平均粒子径
の１／２０以下である球状シリカ３〜１５重量％を含有
してなることを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料に関す
るものであり、成形時の流動性に優れていることから、
成形性に優れた高電導性の熱硬化性樹脂成形材料に関す
るものである。
く鋭意検討を行った結果、完成されたものであり、成形
材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜３５重量％、黒
鉛５０〜８５重量％及び平均粒子径が黒鉛の平均粒子径
の１／２０以下である球状シリカ３〜１５重量％を含有
してなることを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料に関す
るものであり、成形時の流動性に優れていることから、
成形性に優れた高電導性の熱硬化性樹脂成形材料に関す
るものである。
【０００６】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明において、球状シリカは黒鉛の平均粒子径に対して
１／２０以下の平均粒子径であることを必要とする。黒
鉛粒子は通常アスペクト比（長径と短径の比）を持ち、
この異方性が黒鉛の流動を妨げ成形材料の成形性を阻害
する要因の一つとなっているが、上記範囲の平均粒子径
である球状シリカが存在すると、成形材料が溶融し流動
するとき、黒鉛粒子は球状シリカを支点とし球状シリカ
の流動に併せて滑るため、黒鉛粒子間の摩擦を押さえ、
黒鉛の流動を円滑にするため成形時の成形材料の流動性
が向上する。一方、成形後においては球状シリカは黒鉛
粒子間に形成される空隙に存在し、粒子間の接触面での
導電性を下げることがない。また、黒鉛のモース硬度
（１〜３）が球状シリカ（モース硬度５〜８）に比べて
低く、球状シリカの粒径が小さいため、球状シリカが黒
鉛粒子間の接触面に存在しても、黒鉛表面に埋没し黒鉛
粒子間の接触を阻害しないため導電性を著しく妨げるこ
とはない。球状シリカの平均粒子径が黒鉛の平均粒子径
に対して１／２０より大きいと黒鉛表面に球状シリカが
完全に埋没せず、また黒鉛粒子間の空隙に収まらず黒鉛
同士の接触を阻害するため導電性の維持が困難になる。
発明において、球状シリカは黒鉛の平均粒子径に対して
１／２０以下の平均粒子径であることを必要とする。黒
鉛粒子は通常アスペクト比（長径と短径の比）を持ち、
この異方性が黒鉛の流動を妨げ成形材料の成形性を阻害
する要因の一つとなっているが、上記範囲の平均粒子径
である球状シリカが存在すると、成形材料が溶融し流動
するとき、黒鉛粒子は球状シリカを支点とし球状シリカ
の流動に併せて滑るため、黒鉛粒子間の摩擦を押さえ、
黒鉛の流動を円滑にするため成形時の成形材料の流動性
が向上する。一方、成形後においては球状シリカは黒鉛
粒子間に形成される空隙に存在し、粒子間の接触面での
導電性を下げることがない。また、黒鉛のモース硬度
（１〜３）が球状シリカ（モース硬度５〜８）に比べて
低く、球状シリカの粒径が小さいため、球状シリカが黒
鉛粒子間の接触面に存在しても、黒鉛表面に埋没し黒鉛
粒子間の接触を阻害しないため導電性を著しく妨げるこ
とはない。球状シリカの平均粒子径が黒鉛の平均粒子径
に対して１／２０より大きいと黒鉛表面に球状シリカが
完全に埋没せず、また黒鉛粒子間の空隙に収まらず黒鉛
同士の接触を阻害するため導電性の維持が困難になる。
【０００７】組成物中の各成分の割合は、熱硬化性樹脂
１０〜３５重量％、黒鉛５０〜８５重量％及び球状シリ
カ３〜１５重量％である。熱硬化性樹脂が１０重量％未
満であると、流動性が低下するため成形加工性が厳しく
なり、３５重量％を超えると実用的な導電性を得られな
い。黒鉛が５０重量％未満では導電性に乏しく、８５重
量％を超えると流動性が低下するため成形加工性に難点
が生じる。また、球状シリカが３重量％未満では導電性
に影響は無いが流動性の向上に乏しく成形加工性が改善
されない。１５重量％を超えると黒鉛もしくは樹脂の配
合量が押さえられ、実用レベルの導電性と成形加工性が
維持できない。本発明においては、１０ -3 〜１０-1 Ω
・ｃｍの高伝導性と優れた成形加工性を得るために、黒
鉛と球状シリカとの合計配合量が成形材料全体の７０〜
９５重量％の範囲であることが好ましい。
１０〜３５重量％、黒鉛５０〜８５重量％及び球状シリ
カ３〜１５重量％である。熱硬化性樹脂が１０重量％未
満であると、流動性が低下するため成形加工性が厳しく
なり、３５重量％を超えると実用的な導電性を得られな
い。黒鉛が５０重量％未満では導電性に乏しく、８５重
量％を超えると流動性が低下するため成形加工性に難点
が生じる。また、球状シリカが３重量％未満では導電性
に影響は無いが流動性の向上に乏しく成形加工性が改善
されない。１５重量％を超えると黒鉛もしくは樹脂の配
合量が押さえられ、実用レベルの導電性と成形加工性が
維持できない。本発明においては、１０ -3 〜１０-1 Ω
・ｃｍの高伝導性と優れた成形加工性を得るために、黒
鉛と球状シリカとの合計配合量が成形材料全体の７０〜
９５重量％の範囲であることが好ましい。
【０００８】本発明で使用できる黒鉛としては特に限定
されない。例えば鱗片状、塊状、土状等の天然黒鉛や人
造黒鉛が使用できる。黒鉛の平均粒径は成形材料に必要
な性能に併せて選択可能であるが、通常１０〜４００μ
ｍのものが使用できる。球状シリカとしては黒鉛の平均
粒子径に対して１／２０以下の平均粒子径であれば使用
可能であるが、効果的に成形時の成形材料の流動性を向
上させ、且つ導電性を維持するために通常０．０１〜２
０μｍのものが使用できる。
されない。例えば鱗片状、塊状、土状等の天然黒鉛や人
造黒鉛が使用できる。黒鉛の平均粒径は成形材料に必要
な性能に併せて選択可能であるが、通常１０〜４００μ
ｍのものが使用できる。球状シリカとしては黒鉛の平均
粒子径に対して１／２０以下の平均粒子径であれば使用
可能であるが、効果的に成形時の成形材料の流動性を向
上させ、且つ導電性を維持するために通常０．０１〜２
０μｍのものが使用できる。
【０００９】本発明で使用できる熱硬化性樹脂として
は、常温で固体であるものが使用できる。液状である
と、例えば加圧ロールでの混練性が著しく低下し、均一
な分散が得られない。例えばフェノール樹脂、エポキシ
樹脂、不飽和ポリエルテル樹脂等が用いられる。特に耐
熱性のよいフェノール樹脂、エポキシ樹脂が好ましく、
フェノール樹脂では、成形時にアンモニアが発生せず成
形品中に残存しないという点でレゾール型フェノール樹
脂が好ましい。
は、常温で固体であるものが使用できる。液状である
と、例えば加圧ロールでの混練性が著しく低下し、均一
な分散が得られない。例えばフェノール樹脂、エポキシ
樹脂、不飽和ポリエルテル樹脂等が用いられる。特に耐
熱性のよいフェノール樹脂、エポキシ樹脂が好ましく、
フェノール樹脂では、成形時にアンモニアが発生せず成
形品中に残存しないという点でレゾール型フェノール樹
脂が好ましい。
【００１０】次に、本発明の熱硬化性樹脂成形材料を製
造する方法について、その一例を詳しく説明すると、黒
鉛、球状シリカ、微粉砕した熱硬化性樹脂、及び離型剤
をヘンシェルミキサーにて均一に混合する。この混合組
成物はこのままでも成形加工でき高導電性を有している
が、更に均一な導電性と実用的な機械的強度、気体不透
過性を付与すると同時に成形加工性を高めるために加熱
ロールで成形材料化し破砕する。必要により顆粒状にす
ることもできる。導電性、成形加工性を損なわない範囲
で、黒鉛の代わりにカーボンブラック、炭素繊維等の導
電性の充填材を一部使用することも可能であり、シリカ
以外の無機充填材も一部併用使用することができる。
造する方法について、その一例を詳しく説明すると、黒
鉛、球状シリカ、微粉砕した熱硬化性樹脂、及び離型剤
をヘンシェルミキサーにて均一に混合する。この混合組
成物はこのままでも成形加工でき高導電性を有している
が、更に均一な導電性と実用的な機械的強度、気体不透
過性を付与すると同時に成形加工性を高めるために加熱
ロールで成形材料化し破砕する。必要により顆粒状にす
ることもできる。導電性、成形加工性を損なわない範囲
で、黒鉛の代わりにカーボンブラック、炭素繊維等の導
電性の充填材を一部使用することも可能であり、シリカ
以外の無機充填材も一部併用使用することができる。
【００１１】このようにして得られた熱硬化性樹脂成形
材料は通常の熱硬化性樹脂の成形機で成形でき、例え
ば、金型温度１３０〜２００℃、成形圧力２００〜８０
０ｋｇ／ｃｍ2 、硬化時間５分の条件で、２２０×２２
０×２ｍｍの溝付き成形品を得ることができる。
材料は通常の熱硬化性樹脂の成形機で成形でき、例え
ば、金型温度１３０〜２００℃、成形圧力２００〜８０
０ｋｇ／ｃｍ2 、硬化時間５分の条件で、２２０×２２
０×２ｍｍの溝付き成形品を得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。
しかし本発明はこれらの実施例によって限定されるもの
ではない。また、実施例及び比較例に記載されている
「部」及び「％」は、すべて「重量部」及び「重量％」
を示す。
しかし本発明はこれらの実施例によって限定されるもの
ではない。また、実施例及び比較例に記載されている
「部」及び「％」は、すべて「重量部」及び「重量％」
を示す。
【００１３】実施例１，２、比較例１〜３ 表１に示した人造黒鉛と球状シリカ、離型剤としてステ
アリン酸及びフェノール樹脂としてジメチレンエーテル
型レゾールフェノール樹脂（数平均分子量７００、融点
８０℃）をヘンシェルミキサーにて混合して組成物を得
た。得られた組成物を８０℃の加熱ロールで溶融混練し
た後取り出し、顆粒状に粉砕してフェノール成形材料を
得た。この成形材料を金型温度１７０℃、成形圧力２０
０ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間３分で圧縮成形し２２０×２
２０×２ｍｍの大きさの溝付き成形品を得た。得られた
成形品の特性を表１下段に示す。
アリン酸及びフェノール樹脂としてジメチレンエーテル
型レゾールフェノール樹脂（数平均分子量７００、融点
８０℃）をヘンシェルミキサーにて混合して組成物を得
た。得られた組成物を８０℃の加熱ロールで溶融混練し
た後取り出し、顆粒状に粉砕してフェノール成形材料を
得た。この成形材料を金型温度１７０℃、成形圧力２０
０ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間３分で圧縮成形し２２０×２
２０×２ｍｍの大きさの溝付き成形品を得た。得られた
成形品の特性を表１下段に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】（測定方法） 体積固有抵抗：ＪＩＳ Ｋ ７１９４により測定した。 成形性：充填性及び外観が良好なものを○、外観にフク
レ・溝凸部の割れが生じるものを△、未充填部やフク
レ、溝凸部の割れがあるものを×とした。
レ・溝凸部の割れが生じるものを△、未充填部やフク
レ、溝凸部の割れがあるものを×とした。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の熱硬化性樹脂成形材料は、成形加工性に優れた高電導
性の熱硬化性樹脂成形材料であり、複雑な形状を有する
薄肉の成形体を得ることができる。従って、水素、アル
コール等を燃料とする燃料電池のセパレーター等の成形
品を容易に製造することが出来るため、工業的な導電性
樹脂成形材料として好適である。
の熱硬化性樹脂成形材料は、成形加工性に優れた高電導
性の熱硬化性樹脂成形材料であり、複雑な形状を有する
薄肉の成形体を得ることができる。従って、水素、アル
コール等を燃料とする燃料電池のセパレーター等の成形
品を容易に製造することが出来るため、工業的な導電性
樹脂成形材料として好適である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｂ 1/24 Ｈ０１Ｂ 1/24 Ｚ Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｙ Ｆターム(参考） 4F071 AA41 AA42 AA49 AB03 AB26 AD02 AD06 AH15 BB03 BC12 4J002 CC031 CD001 CF211 DA026 DJ017 FA087 GQ01 5G301 DA19 DA42 DA55 DD08 5H026 AA02 BB02 CC03 CX04 EE05 EE06 EE12 HH01 HH03 HH05
Claims (4)
- 【請求項１】 成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１
０〜３５重量％、黒鉛５０〜８５重量％及び平均粒子径
が黒鉛の平均粒子径の１／２０以下である球状シリカ３
〜１５重量％を含有してなることを特徴とする熱硬化性
樹脂成形材料。 - 【請求項２】 請求項１記載の成形材料を成形してな
り、成形体の厚みが０．５〜５．０ｍｍであることを特
徴とする導電性成形体。 - 【請求項３】 燃料電池セパレーター用である請求項１
記載の熱硬化性樹脂成形材料。 - 【請求項４】 請求項３記載の成形材料を成形してなる
燃料電池セパレーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069958A JP2001261967A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 熱硬化性樹脂成形材料及びそれを用いた成形体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069958A JP2001261967A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 熱硬化性樹脂成形材料及びそれを用いた成形体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001261967A true JP2001261967A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18588755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000069958A Pending JP2001261967A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 熱硬化性樹脂成形材料及びそれを用いた成形体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001261967A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007269884A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂成形材料、薄肉成形品および燃料電池用シールド部品 |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000069958A patent/JP2001261967A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007269884A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂成形材料、薄肉成形品および燃料電池用シールド部品 |
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