JP2004235137A - Method of manufacturing fuel cell separator and molding - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気、電子、半導体の分野等で使用される燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、板形の成形品40Aを製造する場合には、図19に示す所定の材料60を金型61に充填して圧縮加熱(図20参照)し、板形の成形品40Aを成形して取り出す(図21参照)ようにしている。
しかしながら、板形の成形品40Aを単に成形するだけでは、品質の不安定化を招くという問題がある。すなわち、成形品40Aが横長の断面略U字形でその周縁部と非周縁部との断面が相違する場合等には、例え成形品40Aの肉厚が同一でも、密度が一定しないので、品質が安定しないこととなる。この問題を解消する手段として、成形品40Aの厚みに応じて材料60を充填する技術が提案されている(特許文献1参照)。
また、板形の成形品40Aが燃料電池用セパレータの場合には、様々な製造方法により製造されている(特許文献2、3参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−192393号公報
【0004】
【特許文献2】
特開2002−294024号公報
【0005】
【特許文献3】
特開2002−231261号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記文献の技術を採用する場合、材料60が飛散して金型61の接合部等にバリの生じるおそれが少なくない。また、特許文献2の製造方法により、燃料電池用セパレータからなる板形の成形品40Aを製造する場合、実用に耐えることのできる電気的特性を得ることができない。さらに、特許文献3の製造方法を採用する場合、実用に耐える電気的特性を得るには、炭化焼成が必要となるので、価格の増大を招くという問題がある。
【0007】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、金型の接合部等にバリの生じるおそれがなく、実用の電気的特性を得ることのできる安価な燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意研究した結果、特定の分子量、粒子形状、粒子径を有するフェノール樹脂に着目し、このフェノール樹脂と黒鉛との混合物を融点(DSCにおける吸熱ピーク温度をいう)以下の温度で圧縮成形して中間品を予備成形し、この中間品を融点以上の温度で本成形すれば、上記課題を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明においては、上記課題を達成するため、フェノール樹脂100質量部に対して黒鉛900〜2000質量部が添加された混合成形材料により略板体に成形され、両面に複数の凹凸がそれぞれ配列されていることを特徴としている。
なお、フェノール樹脂を、自己硬化性を有するフェノール・ホルムアルデヒド系樹脂とすることができる。
【0009】
また、本発明においては、上記課題を達成するため、熱硬化性樹脂と導電性材料とからなる混合成形材料を使用して成形品を製造するものの製造方法であって、
混合成形材料を使用して成形品と略同様の外形を有する中間品を成形する予備成形工程と、この中間品を成形してその成形品の少なくとも一面に複数の溝を配列する本成形工程とを含んでなることを特徴としている。
なお、フェノール樹脂100質量部に対して黒鉛900〜2000質量部を添加して混合成形材料とし、成形品を燃料電池用セパレータとすることができる。
【0010】
また、成形品を板体としてその両面には複数の溝をそれぞれ所定のピッチで並べ設け、成形品の一面における溝の位置と、成形品の他面における溝の位置とを配列方向にずらして相互に相違させることができる。
また、予備成形時に用いる予備成形金型、及び又は本成形時に用いる本成形金型の一の型の形成部を分割して開閉方向にスライド可能とすることができる。
また、本成形金型を熱硬化性樹脂の硬化温度に保持することができる。
また、成形品における溝無し領域の単位面積当たりの質量に対する溝領域の単位面積当たりの質量の比率をR0、中間品における溝無し予定領域の単位面積当たりの質量に対する溝予定領域の単位面積当たりの質量の比率をR1とし、R1/R0の値を0.8〜1.2の範囲とすることができる。
【0011】
また、成形品における溝領域の密度/溝無し予定領域の密度を0.8〜1.2の範囲とすることができる。
また、本成形金型の形成部における立面壁の少なくとも開口側を外側に傾斜させると良い。
さらに、予備成形時に融点以下の温度で成形品の95〜100%以下の面積を有する中間品を成形し、本成形時に中間品を融点以上の温度で加熱加圧成形することが好ましい。
さらにまた、本成形時に、本成形金型に中間品をガス抜きせずにセットすることが好ましい。
【0012】
ここで特許請求の範囲における混合成形材料は、粉末の熱硬化性樹脂と導電性材料とからなり、金型内での材料移動がきわめて少ないものが主ではあるが、特に限定されるものではない。この混合成形材料は、例えば導電性材料と熱硬化性樹脂とが混合・混練されることにより調製される。具体的には、例えばカーボンや黒鉛等の無機材料からなる導電性材料と、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の粉末からなり、バインダー機能を有する熱硬化性樹脂とが混合・混練されることにより所定質量部(例えば50質量部以上、好ましくは80質量部以上)調製される。混合成形材料は、その粘性や流動性が高くても低くても良い。また、成形品は、その両面に複数の溝を並べ備えたものが主ではあるが、一面に複数の溝を並べ備えたものでも良い。成形品と略同様の外形には、成形品と同一の外形の他、成形品とおおよそ同一と認められる類似の外形が含まれる。
【0013】
成形品は、その一面における溝の位置と他面における溝の位置とが配列方向にずれて相互に相違するのが主ではあるが、一面における溝の位置と他面における溝の位置とが配列方向にずれていなくても良い。成形品の一面の溝と他面の溝とは、形状、間隔、方向等が同一でもそうでなくても良い。また、成形品に単数複数の孔を成形により設ける場合、貫通孔部分がその周辺と表面が連なるものとして、換言すれば、貫通孔が存在しないものとして、領域の質量、密度を算出するものとする。さらに、本発明に係る成形品は、少なくとも電気、電子、電池、精密部品、自動車等の分野で利用することが可能である。
【0014】
本発明によれば、フェノール樹脂に黒鉛を混合した混合成形材料を使用し、成形するだけで燃料電池用セパレータを得ることができるから、燃料電池用セパレータの抵抗値を低下させることができる。
また、フェノール樹脂を、自己硬化性を有するフェノール・ホルムアルデヒド系樹脂とすれば、硬化剤の分散性が不安定になるのを抑制することができる。すなわち、燃料電池用セパレータを製造する場合には、通常、硬化剤を混合する必要があるが、この硬化剤の量はフェノール樹脂よりも少ないので、黒鉛を含めた全体量に対して少ない量を混合することになり、硬化剤の分散性が不安定になる。しかしながら、フェノール樹脂を、自己硬化性のフェノール・ホルムアルデヒド系樹脂とすれば、硬化剤が不要となり、分散性が安定する。
【0015】
また、本発明によれば、飛び散りやすい材料を使用して成形品を直ちに製造するのではなく、混合成形材料を使用して固形の中間品を予め成形し、この飛び散らない中間品に外力を加えて変形させ、成形品を製造するので、材料の飛び散りに伴うバリの発生を抑制することができる。
また、中間品と成形品の投影面積当たりの容積比率を略同等とするので、成形品の各部分の密度がおおよそ一定する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における燃料電池用セパレータの製造方法は、図1ないし図7に示すように、混合成形材料1を予備成形金型10に充填・圧縮して燃料電池用セパレータの中間品20を予備成形する工程と、この中間品20を本成形金型30で加熱加圧して複数の溝41を並設する工程とを備え、燃料電池用セパレータである成形品40の溝領域と溝無し領域とを同一の材料とし、成形品40における溝無し領域の単位面積当たりの質量に対する溝領域の単位面積当たりの質量の比率をR0、中間品20における溝無し予定領域の単位面積当たりの質量に対する溝予定領域の単位面積当たりの質量の比率をR1とした場合に、R1/R0の値を0.8以上1.2以下の値とするようにしている。
【0017】
混合成形材料1は、フェノール樹脂100質量部に対して黒鉛が900〜2000質量部添加され、タンブラーミキサー、ヘンシルミキサー、リボンブレンダー、ナウタミキサー等の攪拌機により混合調製される。フェノール樹脂としては、レゾール型、ノボラック型、フェノール類とホルムアルデヒドとの反応により生成されるフェノール樹脂、フェノール類とホルムアルデヒドとを少なくとも含窒素系化合物の存在下で反応させて得られる縮合物に親水性高分子化合物を添加し、反応させて得られるフェノール樹脂、及びフェノールとホルムアルデヒドとを塩基性水溶液中で反応させて得られるプレポリマーを保護コロイドと混合し、酸性下で不活性固形ビーズ状に凝固させて得られるもの等があげられる。
【0018】
特に、特公昭62−30211号公報記載の方法により得られるフェノール樹脂は、レゾール型、ノボラック型のフェノール樹脂と比較して粒子形状が球状で高分子量であり、黒鉛の高充填化が可能であるとともに、成形時の溶融温度が高いので、黒鉛粒子の表面被覆が他のフェノール樹脂と比較して小さく、硬化反応も緩やかであるので最適である。
【0019】
フェノール樹脂は、平均粒径が5〜100μm以下の球状が好ましい。これは、平均粒径が5μm未満の場合には、フェノール樹脂が黒鉛との混合時に舞い上がり、作業環境が悪化するからである。逆に、平均粒径が100μmを超える場合には、黒鉛との混合の均一化が困難になり、成形した燃料電池用セパレータの表面に凹凸模様が生じて好ましくないからである。また、フェノール樹脂の分子量は、3,000〜20,000以下、好ましくは4,000〜15,000以下、より好ましくは5,000〜10,000以下が良い。フェノール樹脂の分子量が3,000以上を要するのは、分子量が3,000未満の場合には、黒鉛の高充填化が困難となり、溶融温度が低下するので黒鉛粒子の表面被覆が大きくなり、電気的特性が低下して燃料電池用セパレータの電気的特性に問題が生じるからである。
【0020】
黒鉛としては、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土壌黒鉛等の天然黒鉛あるいは天然コークス等を原料として成形、焼成し、さらに2500℃以上の高温で黒鉛化した人造黒鉛、鱗片状黒鉛を濃硫酸と過酸化水素、過塩素酸塩、過マンガン酸塩等の強酸化剤で処理し黒鉛層間化合物を生成した後、水洗、乾燥して製造される膨張黒鉛、膨張黒鉛を950〜1100℃の高温下で急激に加熱して得られる膨張化黒鉛等の人造黒鉛等、特に限定されるものではないが、かさ比重が0.1g/cc以上の黒鉛が好ましい。かさ比重が0.1g/cc以上を要するのは、かさ比重が0.1g/cc未満の場合、中間品20の成形が困難になったり、フェノール樹脂との均一な混合に問題が生じるからである。
【0021】
黒鉛は、単独あるいは2種以上の混合物を使用することができる。この黒鉛は、平均粒径が5〜100μm以下、好ましくは平均粒径が10〜70μm以下の鱗片状が好適である。これは、平均粒径が5μm未満の場合には、電気的特性の低下を招く他、フェノール樹脂との混合時に黒鉛が舞い上がり、作業環境が悪化するという理由に基づく。逆に、平均粒径が100μmを超える場合には、フェノール樹脂との混合の均一化が困難になり、成形した燃料電池用セパレータの機械的特性が低下するという理由に基づく。黒鉛は、平均粒径が同一のものでも良いし、異なるものを使用することも可能である。
【0022】
なお、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等のアルミネート系カップリング剤、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、ビス(ジオクチルバイロホスフェート)オキシアセテート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート等のチタネート系カップリング剤、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤等の表面改質剤、あるいはアセチレンアルコール、アセチレングリコール、グリセリン脂肪族エステル、ソルビタン脂肪族エステル、ポリグリセリン脂肪族エステル、プロピレングリコール脂肪族エステル、高吸アルコール脂肪族エステル等の各種界面活性剤で表面処理された黒鉛も本発明の特性を失わない範囲で使用可能である。
【0023】
フェノール樹脂と黒鉛との配合は、フェノール樹脂100質量部に対して黒鉛が900〜2000質量部、好ましくはフェノール樹脂100質量部に対して黒鉛1100〜1900質量部、より好ましくはフェノール樹脂100質量部に対して黒鉛1200〜1700質量部が良い。これは、黒鉛の添加量がフェノール樹脂100質量部に対して900質量部未満の場合には、燃料電池用セパレータの電気的特性に支障を来たすからである。逆に、黒鉛の添加量がフェノール樹脂100質量部に対して2000質量部を超える場合には、実用に耐える燃料電池用セパレータの機械的特性を得ることができないからである。
【0024】
混合成形材料1には、燃料電池用セパレータの特性を失わせない範囲において、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、珪藻土、天然あるいは合成シリカ、ウォラストナイト、ベントナイト、セビオライト、マイカ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、ガラスビーズ、ガラスバルーン、活性炭、木炭、竹炭、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維等の充填剤、導電性オイルファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、PAN系カーボン繊維、ピッチ系カーボン繊維等のカーボン系導電性充填剤、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム、ステンレス等の金属粉末を添加することができる。
【0025】
予備成形金型10は、図1等に示すように、相対向する凹字形の固定型11とスライド可能な凸字形の可動型12とを備える。固定型11は、その凹んだ形成部13が複数に分割されてその中央の一部が開閉方向(本実施形態では上下方向)に適宜スライド可能とされ、図3に示す底部の浅い横長で断面略U字形の中間品20を予備成形したり、ハンドリング等に資するよう機能する。また、可動型12の対向面周縁部には、略枠形の段差14が切り欠かれる。
【0026】
本成形金型30は、図4や図5等に示すように、相対向する凹字形の固定型31と凸字形の可動型32とを備え、これら固定型31とスライド可能な可動型32との対向面には、中間品20に製品形状を転写する複数の凹凸33が略等間隔に並べて形成される。固定型31の凹んだ形成部34の各立面壁35は、その開口側が徐々に外側に傾斜形成され、製造した成形品40の脱型等を容易化する。
【0027】
上記において、燃料電池用セパレータを製造する場合には、先ず、粉末状のフェノール樹脂と黒鉛とを混合・攪拌して混合成形材料1を調製し、この混合成形材料1を予備成形金型10に充填(図1参照)して5〜120秒、好ましくは10〜100秒加圧(図2参照)し、成形品40と略同様の外形寸法(厚さ寸法除く)を有する横長で断面略凹字形の中間品20を略平板に予備成形(図3参照)し、その後、予備成形金型10を型開きして固形物と化した中間品20を取り出す。
【0028】
混合成形材料1の充填に際しては、混合成形材料1の密度や深さ(高さ)を成形品40の単位面積当たりの質量に応じて充填すると、密度にムラの少ない中間品20を得ることができる。また、加圧時間が5〜120秒なのは、加圧時間が5秒未満の場合には中間品20の成形が困難となり、逆に加圧時間が120秒を超える場合には成形サイクルが長くなり、成形効率の低下を招くからである。
【0029】
成形温度は、混合成形材料1の融点以下であることが必要となる。これは、融点を超える場合には、フェノール樹脂が溶融し、予備成形金型10から中間品20を取り出す場合に中間品20にそりが生じたり、変形や電気的特性の低下を招くからである。成形に要する成形圧力は0.1〜2MPaの範囲が好ましい。これは、成形圧力が0.1MPa未満の場合には、中間品20の成形が困難化し、予備成形金型10から中間品20を取り出す場合に中間品20の破損するおそれがあるからである。逆に、成形圧力が2MPaを超える場合には、フェノール樹脂が黒鉛の表面を覆い、電気的特性が低下するという理由に基づく。また、中間品20は、融点以下の温度で成形品40の95〜100%以下の面積を有するように成形される。
【0030】
中間品20を予備成形したら、この中間品20を本成形金型30にインサート(図4参照)して加熱加圧(図5参照)し、中間品20の表裏両面に複数の溝41をそれぞれ略等間隔のピッチで平行に並設して成形品40を成形した後、加圧状態で硬化させて本成形金型30を型開きし、硬化した成形品40を取り出せば(図6参照)、燃料電池用セパレータである成形品40を製造することができる。
なお、本実施形態においては、成形品40の表面における溝41の位置と裏面における溝41の位置とは、図6に示すように、左右配列方向にずれて相互に相違する。
【0031】
本成形に際しては、中間品20と成形品40の断面寸法が以下の関係となるよう留意するのが好ましい。すなわち、図3や図7において、成形品40の幅寸法をwO、中間品20の相対的に突出した周縁部の幅寸法をwA、中間品20の周縁部以外の幅寸法をwC、成形品40の表面端部から直近の溝41の上端部までの寸法をm1,m2、成形品40の裏面端部から直近の溝41の下端部までの寸法をn1,n2とすると、中間品20と成形品40とが、wA=(m1+n1)/2、wC=(m2+n2)/2の関係にあれば、良質の成形品40を得ることができる。
【0032】
本成形の加熱加圧時間は、1〜60分以下、好ましくは3〜40分以下、より好ましくは3〜30分以下が良い。これは、1分未満の場合には、硬化が不十分になるので機械的特性が劣化したり、使用中に成形品40にそりが発生するからである。逆に、60分を超える場合には、成形サイクルの遅延化を来たすからである。成形温度は、混合成形材料1の融点〜350℃以下、好ましくは150℃〜250℃以下、より好ましくは150℃〜200℃以下が良い。これは、成形温度が融点以下の場合には、フェノール樹脂が溶融硬化しないので成形品40を得ることができなくなるという理由に基づく。逆に、成形温度が350℃を超える場合には、フェノール樹脂が分解するので、成形品40の機械的特性が低下するという理由に基づく。
【0033】
成形に要する成形圧力は、3〜20MPaの範囲、好ましくは5〜20MPaの範囲、換言すれば、10〜200kg/cm2、好ましくは30〜150kg/cm2、より好ましくは50〜100kg/cm2が良い。これは、成形圧力が3MPa未満の場合には、充填密度が低下するので、機械的、電気的特性が低下するからである。逆に、成形圧力が20MPaを超える場合には、フェノール樹脂が黒鉛の表面を覆い、電気的特性が低下するからである。
【0034】
なお、中間品20は、予備成形の段階で圧縮され、僅かな空気しか含有されていないので、一般的なプレス成形で必要なガス抜きが不要となる。したがって、本成形金型30の型締め後にガス抜きすることなく、成形時間を短縮することができる。また、本成形した成形品40には、180℃〜250℃以下の温度で必要に応じ、熱処理することもできる。
【0035】
上記によれば、粉末状の混合成形材料1を用いて成形品40を直ちに製造するのではなく、先ず、混合成形材料1を用いて一次成形し、この予め処理され、比較的簡単に崩れる中間品20を本成形金型30で二次成形して崩し、溝41付きの成形品40を得るので、作業時間を大幅に短縮することができ、本成形金型30の稼働率を著しく向上させることができる。すなわち、精密な成形品40を製造するためには、金型内の必要個所に混合成形材料1を過不足なく充填するのが必要不可欠となるが、この充填作業には、長時間を要することが少なくない。この点、本実施形態によれば、本成形金型30に取り扱いの容易な中間品20をインサートするだけで良い。したがって、準備時間を短縮(所定の条件下では、半分以下の時間となる)して本成形金型30の稼働率を向上させることができる。
【0036】
また、粒径が10μmに満たない微細の粉末を含む混合成形材料1を金型内に充填する場合には、高温加熱された金型に上昇気流が生じている関係上、混合成形材料1が飛散して形成部13以外の個所に付着硬化し、バリの原因となって金型の寿命を縮める等の不具合を招くことが少なくない。また、金型内に粉末の混合成形材料1を充填すると、最初に金型に接触した混合成形材料1の硬化反応が始まるので、成形品40の部分毎に硬化反応の進み方が異なり、加圧(圧縮)に基づく製品形状の転写にも悪影響を及ぼすこととなる。これに対し、本実施形態によれば、本成形金型30に固形の中間品20をインサートするので、バリの原因となることがなく、長期に亘り金型を使用することができ、しかも、加圧に基づく製品形状の転写にもなんら悪影響を及ぼすことがない。
【0037】
また、肉厚が一定ではない成形品40を成形する場合には、その肉厚に応じた材料を充填する必要があるが、粉末からなる混合成形材料1では肉厚に応じた充填が実に困難である。これに対し、本実施形態によれば、中間品20を単なる平板に成形するのではなく、横長の断面略U字形に予備成形し、しかも、成形品40における溝無し領域の単位面積当たりの質量に対する溝領域の単位面積当たりの質量の比率をR0、中間品20における溝無し予定領域の単位面積当たりの質量に対する溝予定領域の単位面積当たりの質量の比率をR1とした場合に、R1/R0≒1とする。
【0038】
換言すれば、成形品40における溝領域の密度/溝無し予定領域の密度を0.8〜1.2の範囲とするので、部位毎に適正量の混合成形材料1を供給することができる。この結果、混合成形材料1の流動性にかかわりなく、成形品40の密度が一定化し、良質の成形品40を容易に得ることが可能となる。また、フェノール樹脂に黒鉛を混練溶融して粉砕し、これを予備成形、本成形するのではなく、フェノール樹脂に黒鉛を混練するだけで、実用的な燃料電池用セパレータを得ることができるから、燃料電池用セパレータの抵抗値の大幅な低下が期待できる。さらに、曲げ特性、電気的特性、厚み精度、優れた表面状態を得ることができ、しかも、製造コストを著しく削減することができる。
【0039】
さらにまた、本成形金型30を構成する固定型31の形成部34における各立面壁35の開口側が徐々に外側に傾斜して中間品20の周縁部との間にクリアランスを形成するので、図8のように脆い中間品20が引っかかったり、破損する等、インサートに支障を来たすことがない。
【0040】
次に、図9、図10は本発明における第2の実施形態を示すもので、この場合には、予備成形金型10を構成する可動型12の段差14を省略して平坦な成形面とし、この可動型12を用いて面が平らな中間品20を予備成形するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、平坦な中間品20を予備成形するので、溝41を有しない複数の中間品20同士の積層がきわめて容易となるのは明らかである。
【0041】
次に、図11は本発明における第3の実施形態を示すもので、この場合には、本成形金型30を構成する固定型31の形成部34における各立面壁35を徐々に外側に傾斜させて成形品40の周縁部との間にクリアランスを形成し、中間品20のインサートと成形品40の離型とを容易化するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、各立面壁35の開口側だけではなく、開口側以外の領域をも一律に外側に傾斜させるので、固定型31の設計・製造が容易化するのは明らかである。
【0042】
次に、図12ないし図16は本発明における第4の実施形態を示すもので、この場合には、燃料電池セパレータの中間品20を本成形金型30に中間品用供給具50により供給するようにしている。
本成形金型30は、図12等に示すように、中間品用供給具50の開放された開口52より中間品20が落下して供給される固定型31と、この固定型31に対して開閉する可動型32とを備えている。
【0043】
固定型31と可動型32との対向面には、複数の凹凸33が所定のピッチ・方向で並設され、この複数の凹凸33が中間品20の表裏面に複数の溝41を所定のピッチ・方向で転写する。固定型31は、中間品20を囲む枠形の周壁36と、この周壁36の内底に嵌合されて可動型32の開閉方向(本実施形態では上下方向)に往復動する底部37と、これら周壁36と底部37とを搭載するベース板38とに分割され、可動型32の下方に位置する。固定型31の周壁36は、内周面下部が垂直に形成され、内周の立面壁35が徐々に外方向に傾斜形成されており、この立面壁35が成形品40の脱型を容易化するよう機能する。この固定型31の周壁36の上部には、中間品用供給具50を位置決めしたり、ガイドする機構(図示せず)が配設される。
【0044】
中間品用供給具50は、図15や図16に示すように、一対のガイドレール51と、この一対のガイドレール51の間の開口52を開閉する搭載板57とを備え、一対のガイドレール51の間に搭載板57を挿入し、一対のガイドレール51の両端部間に連結板54・54Aをそれぞれ架設するとともに、連結板54Aを着脱自在とするようにしている。
【0045】
一対のガイドレール51、搭載板57、一対の連結板54・54Aは、少なくとも中間品20と接触する90%以上の領域が繊維系、発泡プラスチック系、ガラスウール等の断熱材により形成され、中間品20が本成形金型30に供給される前に中間品20に熱が伝わるのを抑制するよう機能する。一対のガイドレール51は、図15や図16に示すように、それぞれ細長い薄板に形成され、間隔をおいて相互に対向して中間品20よりも大きい平面矩形の開口52を形成しており、この開口52が中間品20を落下させるよう機能する。各ガイドレール51の対向面には、断面U字形の嵌合ガイド溝53が長手方向に切り欠かれる。
【0046】
一対のガイドレール51の一端部間には連結板54が一体形成され、この連結板54の内周面には、ガイドレール51の嵌合ガイド溝53に連通する断面U字形の嵌合ガイド溝53が切り欠かれる。また、一対のガイドレール51の他端部間には、接続板55が一体形成されるとともに、この接続板55上に隙間を介して対向する連結板54Aがガイドレール51内側の取付溝56を介し着脱自在に装着され、この連結板54Aが搭載板57の表面に接触し、かつ中間品20のずれや損傷等を規制する。
【0047】
搭載板57は、ポリイミドフィルム等を使用して中間品20よりも大きい平面矩形の薄板に形成される。そして、一対のガイドレール51の間に嵌合ガイド溝53を介しスライド可能・着脱可能に挿入支持され、開口52を開閉するとともに、中間品20を搭載するよう機能する。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0048】
上記において、燃料電池セパレータの成形品40を本成形する場合には、先ず、混合成形材料1を調製し、この混合成形材料1を予備成形金型10に充填して圧縮し、成形品40と略同様の外形寸法を有する中間品20を予備成形して脱型する。溝41無しの中間品20を成形したら、この取り扱いが容易になった単一の中間品20を略枠形を呈した中間品用供給具50の搭載板57に載せ、この搭載板57を一対のガイドレール51間に嵌合ガイド溝53を介し挿入して開口52を閉塞し、連結板54Aをガイドレール51の取付溝56に嵌入して搭載板57に接触させ、中間品20の位置ずれや損傷等を規制するようにする。この際、一対のガイドレール51上に、中間品20を覆う蓋体(図示せず)をセットして本成形金型30の可動型32の輻射熱を防ぐようにしても良い。
【0049】
次いで、予め加熱しておいた本成形金型30を型開きしてその固定型31と可動型32との間に中間品用供給具50を介在するとともに、固定型31の周壁36の上部に中間品用供給具50を機構を介して位置決め固定(図12参照)し、中間品用供給具50の搭載板57を引き抜いて開口52を開放し、固定型31内に中間品20を落下供給(図13参照)し、固定型31から中間品用供給具50を取り外す(図14参照)。こうして中間品用供給具50を取り外したら、固定型31と可動型32とを型締めして所定時間加熱加圧し、インサートされた中間品20の表裏両面にそれぞれ複数の溝41を転写して加圧状態で硬化させ、成形品40を成形する。
【0050】
この際、中間品20は、予備成形の段階で圧縮され、僅かな空気しか含有されていないので、一般的なプレス成形で必要なガス抜きが不要となる。したがって、本成形金型30の型締め後にガス抜きすることなく、成形時間を短縮することができる。
【0051】
次いで、本成形金型30を型開きして成形品40を搭載した固定型31の底部37を上昇させ、固定型31の周壁36の内周面下部から成形品40の周縁部を離隔させ、固定型31の内周面中央付近に成形品40の周縁部を支持させ、成形品40から離れた固定型31の底部37を元の位置に下降復帰させる。成形品40は、残留する内圧で外寸法が少々膨張拡大するので、固定型31の周壁36の内周面下部から立面壁35の下端との境界付近まで移動すると、傾斜した立面壁35に摩擦により支持されることとなる。また、固定型31の底部37の上下動に際しては、エジェクタロッドの駆動を利用することができる。その後、固定型31の底部37が元の位置に復帰したら、硬化した成形品40を取り出し、成形品40を得ることができる。
【0052】
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、中間品用供給具50を利用して固定型31内に中間品20を供給するので、材料の投入から加圧開始までの時間を著しく短縮(所定の条件下では10秒以下)することができ、セパレータとしての特性(体積抵抗率の減少)を大幅に向上させることができる。また、中間品用供給具50の入る隙間があれば良いから、本成形金型30の型開きストロークが僅かな量で済み、作業時間の大幅な短縮を図ることができる。
【0053】
また、連結板54Aをガイドレール51の取付溝56に嵌入して搭載板57に接触させるので、引き抜きに伴う搭載板57上の中間品20の移動できる範囲が制限され、位置ずれや損傷等を規制することができる。これにより、中間品20の投入時間を短縮するため、例え水平方向に加速度を加えても、中間品20の変形や損傷を抑制防止して安定した取り扱いが可能になる。また、成形品40を搭載した固定型31の底部37を上昇させ、固定型31の立面壁35に成形品40の周縁部を支持させるので、成形品40の脱型が容易になり、自動化が可能になる。さらに、成形品40の取り出しに必要な型開き量が減少し、成形の高速化が可能になる。
【0054】
なお、上記各実施形態における成形品40の各溝41は、その立面が垂直でも良いが、図17のように斜めに傾斜していても良い。また、成形品40の複数の溝41のピッチは、小さくても良いが、図18のように大きくても良い。
【0055】
【実施例】
以下、本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施例について比較例と共に説明する。
実施例1〜3、比較例1〜3で燃料電池用セパレータの成形品をそれぞれ成形し、この成形品の曲げ特性、電気的特性、厚み精度の測定を行い、成形品の表面状態を目視観察してその結果を表1にまとめた。
実施例1
先ず、重合度10000,平均粒径20μmのフェノール樹脂〔カネボウ株式会社製 商品名ベルパールS890〕100質量部に対して平均粒径50μmの黒鉛〔中越黒鉛工業所製 商品名HG−50A〕1000質量部をタンブラーミキサーにより30分間混合して混合成形材料を調製し、この混合成形材料を15×15cmの予備成形金型に77g投入し、厚さ2mmの中間品を圧縮成形した。中間品は、成形温度30℃、加圧時間10秒の条件で予備成形した。
【0056】
中間品を予備成形したら、この中間品を150℃の温度に加熱した15×15cmの本成形金型にインサートし、圧縮成形して成形品である燃料電池用セパレータを得た。成形品は、成形温度150℃、成形圧力5MPa、加熱加圧時間30分間の条件で本成形した。成形品を得たら、この成形品の曲げ特性、電気的特性、厚み精度の測定を行い、成形品の表面状態を目視観察してその結果を表1にまとめた。成形品の電気的特性は、体積抵抗率により評価することとした。
【0057】
実施例2
先ず、フェノール樹脂〔カネボウ株式会社製 商品名ベルパールS870〕100質量部に対して黒鉛〔中越黒鉛工業所製 商品名HG−30A〕1500質量部をタンブラーミキサーにより30分間混合して混合成形材料を調製し、この混合成形材料を15×15cmの予備成形金型に77g投入し、厚さ2mmの中間品を圧縮成形した。中間品は、成形温度30℃、加熱加圧時間10秒の条件で予備成形した。
【0058】
中間品を予備成形したら、この中間品を190℃の温度に加熱した15×15cmの本成形金型にインサートし、圧縮成形して成形品である燃料電池用セパレータを得た。成形品は、成形温度190℃、成形圧力9MPa、加熱加圧時間5分間の条件で本成形した。成形品を得たら、この成形品の曲げ特性、電気的特性、厚み精度の測定を行い、成形品の表面状態を目視観察してその結果を表1にまとめた。
【0059】
実施例3
先ず、フェノール樹脂〔カネボウ株式会社製 商品名ベルパールS99W〕100質量部に対して黒鉛〔中越黒鉛工業所製 商品名HG−30A〕1800質量部をタンブラーミキサーにより30分間混合して混合成形材料を調製し、この混合成形材料を15×15cmの予備成形金型に77g投入し、厚さ2mmの中間品を圧縮成形した。中間品は、成形温度30℃、加熱加圧時間10秒の条件で予備成形した。
【0060】
中間品を予備成形したら、この中間品を200℃の温度に加熱した15×15cmの本成形金型にインサートし、圧縮成形して成形品である燃料電池用セパレータを得た。成形品は、成形温度200℃、成形圧力12MPa、成形時間3分間の条件で本成形した。成形品を得たら、この成形品の曲げ特性、電気的特性、厚み精度の測定を行い、成形品の表面状態を目視観察してその結果を表1にまとめた。
【0061】
比較例1
実施例1のフェノール樹脂100質量部に対して実施例1の黒鉛700質量部をタンブラーミキサーにより30分間混合して混合成形材料を調製し、この混合成形材料を15×15cmの予備成形金型に77g投入し、厚さ2mmの中間品を圧縮成形した。その他は実施例1と同様とした。
比較例2
実施例2のフェノール樹脂100質量部に対して実施例2の黒鉛2200質量部をタンブラーミキサーにより30分間混合して混合成形材料を調製し、この混合成形材料を15×15cmの予備成形金型に77g投入し、厚さ2mmの中間品を圧縮成形した。その他は実施例1と同様とした。
【0062】
比較例3
実施例3の混合成形材料を中間品に成形することなく、190℃の温度に加熱した15×15cmの本成形金型に投入し、圧縮成形して厚さ2mmで板状の成形品からなる燃料電池用セパレータを得た。成形品は、成形温度200℃、成形圧力12MPa、成形時間3分間の条件で本成形した。成形品を得たら、この成形品の曲げ特性、電気的特性、厚み精度の測定を行い、成形品の表面状態を目視観察してその結果を表1にまとめた。
【0063】
・成形品の曲げ特性の測定方法
曲げ特性の測定方法は、JIS K 7171に準じて測定した。
・体積抵抗率の測定方法
15×15cmの成形品を5×5cmのサイズに4枚切り出し、この成形品の厚みを測定して四探針法により体積抵抗率を測定した。測定器としては、LORESTA・HP MCP−T410〔三菱化学株式会社製 商品名〕を使用した。
・厚み精度の測定
成形品の縦横方向共、2.5cm間隔で25箇所の厚みを測定し、レンジにより評価した。
【0064】
【表1】
【0065】
結 果
実施例1〜3によれば、曲げ特性、電気的特性、厚み精度、表面状態に優れた成形品を得ることができた。
【0066】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金型の接合部等にバリの生じるおそれがなく、実用の電気的特性を得ることのできる安価な燃料電池用セパレータ、及び成形品の製造方法を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施形態における混合成形材料を予備成形金型に充填する状態を示す模式断面説明図である。
【図2】図1の予備成形金型を型締めして圧縮する状態を示す断面説明図である。
【図3】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施形態における成形品と略同様の外形寸法を有する中間品を示す模式断面説明図である。
【図4】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施形態における本成形金型を示す模式断面説明図である。
【図5】図4の本成形金型を型締めする状態を示す模式断面説明図である。
【図6】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施形態における成形品を示す模式断面説明図である。
【図7】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施形態における中間品と成形品の寸法関係を示す模式説明図である。
【図8】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の実施形態における立面壁の傾斜しない本成形金型の問題点を示す模式断面説明図である。
【図9】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の第2の実施形態における予備成形金型を示す模式断面説明図である。
【図10】図9の予備成形金型を型締めして圧縮する状態を示す断面説明図である。
【図11】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の第3の実施形態における本成形金型を示す模式断面説明図である。
【図12】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の第4の実施形態における本成形金型を型開きしてその固定型と可動型との間に中間品用供給具を介在した状態を示す断面説明図である。
【図13】図12の中間品用供給具の搭載板を引き抜いて固定型内に予備成形品を供給する状態を示す断面説明図である。
【図14】図13の固定型から中間品用供給具を取り外した状態を示す断面説明図である。
【図15】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の第4の実施形態における中間品用供給具を示す斜視説明図である。
【図16】図15の分解斜視説明図である。
【図17】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の他の実施形態における成形品を示す部分拡大断面図である。
【図18】本発明に係る燃料電池用セパレータ及び成形品の製造方法の他の実施形態における成形品を示す部分拡大断面図である。
【図19】所定の材料を金型に充填する状態を示す模式断面説明図である。
【図20】図19の金型を型締めして加熱加圧した状態を示す模式断面説明図である。
【図21】図20の金型から脱型した薄い平板の成形品を示す模式断面説明図である。
【符号の説明】
1 混合成形材料
10 予備成形金型
11 固定型(一の型)
12 可動型
13 形成部
20 中間品
30 本成形金型
31 固定型(一の型)
32 可動型
33 凹凸
34 形成部
35 立面壁
40 成形品
41 溝
50 中間品用供給具[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell separator used in the fields of electricity, electronics, semiconductors, and the like, and a method for producing a molded article.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when manufacturing a plate-shaped molded
However, there is a problem in that simply molding the plate-shaped molded
When the plate-shaped molded
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-192393 A
[0004]
[Patent Document 2]
JP-A-2002-294024
[0005]
[Patent Document 3]
JP-A-2002-231261
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the technique of the above-mentioned document is adopted, there is not a small possibility that the
[0007]
The present invention has been made in view of the above, and provides an inexpensive fuel cell separator and a method of manufacturing a molded product that can obtain practical electric characteristics without the risk of generating burrs at a joint portion of a mold or the like. It is intended to be.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventors have focused on a phenol resin having a specific molecular weight, particle shape, and particle diameter, and set a mixture of the phenol resin and graphite at a temperature below the melting point (referred to as an endothermic peak temperature in DSC). It was found that if the intermediate product was preformed by compression molding at a temperature higher than the melting point, the above object could be achieved, and the present invention was completed.
That is, in the present invention, in order to achieve the above object, a substantially plate body is formed from a mixed molding material in which 900 to 2,000 parts by mass of graphite is added to 100 parts by mass of a phenol resin, and a plurality of irregularities are formed on both surfaces. It is characterized by being arranged.
Note that the phenol resin can be a phenol / formaldehyde resin having self-curability.
[0009]
Further, in the present invention, in order to achieve the above object, a method for manufacturing a molded article using a mixed molding material consisting of a thermosetting resin and a conductive material,
A preforming step of forming an intermediate product having substantially the same outer shape as the molded product using the mixed molding material, and a main forming process of forming the intermediate product and arranging a plurality of grooves on at least one surface of the molded product; .
In addition, 900 to 2000 parts by mass of graphite is added to 100 parts by mass of the phenol resin to form a mixed molding material, and the molded product can be used as a fuel cell separator.
[0010]
Further, the molded article is a plate body, and a plurality of grooves are provided on both surfaces thereof at a predetermined pitch, and the position of the groove on one surface of the molded article and the position of the groove on the other surface of the molded article are shifted in the arrangement direction. They can be different from each other.
In addition, the forming part of the preforming die used in the preforming and / or the one forming part of the main forming die used in the main forming can be divided so as to be slidable in the opening and closing direction.
Further, the molding die can be maintained at the curing temperature of the thermosetting resin.
Further, the ratio of the mass per unit area of the groove region to the mass per unit area of the non-groove region in the molded product is R0, and the ratio per unit area of the planned groove region to the mass per unit area of the planned non-groove region in the intermediate product is R0. The mass ratio can be R1, and the value of R1 / R0 can be in the range of 0.8 to 1.2.
[0011]
In addition, the density of the groove area / the density of the non-groove scheduled area in the molded product can be in the range of 0.8 to 1.2.
Further, it is preferable that at least the opening side of the vertical wall in the forming portion of the main mold is inclined outward.
Further, it is preferable to mold an intermediate product having an area of 95 to 100% or less of the molded product at a temperature lower than the melting point at the time of preforming, and to heat and press mold the intermediate product at a temperature higher than the melting point at the time of main molding.
Furthermore, it is preferable to set the intermediate product in the main molding die without degassing during the main molding.
[0012]
Here, the mixed molding material in the claims is composed of a powdery thermosetting resin and a conductive material, and is mainly one in which material movement in the mold is extremely small, but is not particularly limited. . This mixed molding material is prepared, for example, by mixing and kneading a conductive material and a thermosetting resin. Specifically, for example, a predetermined mass is obtained by mixing and kneading a conductive material made of an inorganic material such as carbon or graphite, and a thermosetting resin made of a powder such as a phenol resin or an epoxy resin and having a binder function. Parts (for example, 50 parts by mass or more, preferably 80 parts by mass or more). The mixed molding material may have high or low viscosity or fluidity. Further, the molded product is mainly provided with a plurality of grooves arranged on both surfaces thereof, but may be provided with a plurality of grooves arranged on one surface. The outer shape substantially similar to the molded product includes, in addition to the same outer shape as the molded product, a similar outer shape recognized to be approximately the same as the molded product.
[0013]
In the molded product, the position of the groove on one surface and the position of the groove on the other surface are mainly different from each other because they are displaced in the arrangement direction, but the position of the groove on one surface and the position of the groove on the other surface are arranged. It does not have to be displaced in the direction. The grooves on one surface and the grooves on the other surface of the molded product may or may not have the same shape, interval, direction, and the like. In addition, when providing a plurality of holes in the molded product by molding, assuming that the through-hole portion is continuous with the periphery and the surface, in other words, assuming that there is no through-hole, the mass and density of the region are calculated. I do. Further, the molded article according to the present invention can be used at least in the fields of electricity, electronics, batteries, precision parts, automobiles and the like.
[0014]
According to the present invention, a separator for a fuel cell can be obtained only by molding using a mixed molding material in which graphite is mixed with a phenolic resin, so that the resistance value of the separator for a fuel cell can be reduced.
Further, when the phenol resin is a phenol-formaldehyde resin having self-curability, it is possible to suppress the dispersibility of the curing agent from becoming unstable. That is, when manufacturing a fuel cell separator, it is usually necessary to mix a curing agent, but since the amount of this curing agent is smaller than that of the phenolic resin, a smaller amount is required relative to the total amount including graphite. As a result, the dispersibility of the curing agent becomes unstable. However, if the phenol resin is a self-curing phenol-formaldehyde resin, a curing agent is not required and the dispersibility is stabilized.
[0015]
Further, according to the present invention, instead of immediately manufacturing a molded article using a material which is easily scattered, a solid intermediate product is preliminarily formed using a mixed molding material, and an external force is applied to the intermediate product which is not scattered. To produce a molded product, thereby suppressing the generation of burrs due to scattering of the material.
Further, since the volume ratio per projected area of the intermediate product and the molded product is substantially equal, the density of each part of the molded product is substantially constant.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A method of manufacturing a fuel cell separator according to the present embodiment comprises, as shown in FIGS. And a step of preforming the
[0017]
The mixed molding material 1 is prepared by adding 900 to 2,000 parts by mass of graphite to 100 parts by mass of the phenol resin, and mixing and preparing the mixture with a stirrer such as a tumbler mixer, a Hensyl mixer, a ribbon blender, and a Nauta mixer. Phenol resins include resol type, novolak type, phenolic resin produced by the reaction of phenols and formaldehyde, and hydrophilicity to condensates obtained by reacting phenols and formaldehyde in the presence of at least a nitrogen-containing compound. Phenol resin obtained by adding and reacting a polymer compound, and prepolymer obtained by reacting phenol and formaldehyde in a basic aqueous solution are mixed with a protective colloid, and coagulated into inert solid beads under acidic conditions. And the like.
[0018]
In particular, the phenolic resin obtained by the method described in JP-B-62-30212 has a spherical particle shape and a high molecular weight as compared with resol-type and novolak-type phenolic resins, and can be highly filled with graphite. At the same time, since the melting temperature at the time of molding is high, the surface coating of the graphite particles is smaller than other phenolic resins, and the curing reaction is slow, which is optimal.
[0019]
The phenol resin is preferably spherical having an average particle size of 5 to 100 μm or less. This is because, when the average particle size is less than 5 μm, the phenolic resin flies up when mixed with graphite, and the working environment deteriorates. Conversely, if the average particle size exceeds 100 μm, it is difficult to make the mixture with graphite uniform, and an uneven pattern is formed on the surface of the formed fuel cell separator, which is not preferable. The molecular weight of the phenol resin is preferably 3,000 to 20,000 or less, preferably 4,000 to 15,000 or less, and more preferably 5,000 to 10,000 or less. The reason why the molecular weight of the phenol resin is required to be 3,000 or more is that if the molecular weight is less than 3,000, it becomes difficult to highly fill the graphite, and the melting temperature is lowered, so that the surface coating of the graphite particles becomes large, This is because the electrical characteristics of the fuel cell separator deteriorate, causing a problem in the electrical characteristics of the fuel cell separator.
[0020]
As the graphite, natural graphite such as flaky graphite, flaky graphite, soil graphite or natural coke is molded and calcined, and then artificial graphite and flaky graphite graphitized at a high temperature of 2500 ° C. or more are mixed with concentrated sulfuric acid. After being treated with a strong oxidizing agent such as hydrogen oxide, perchlorate, or permanganate to produce a graphite intercalation compound, it is washed with water and dried to produce expanded graphite and expanded graphite at a high temperature of 950 to 1100 ° C. There is no particular limitation on artificial graphite such as expanded graphite obtained by rapid heating, but graphite having a bulk specific gravity of 0.1 g / cc or more is preferred. The reason why the bulk specific gravity is required to be 0.1 g / cc or more is that if the bulk specific gravity is less than 0.1 g / cc, it becomes difficult to mold the
[0021]
Graphite can be used alone or in combination of two or more. This graphite is preferably in the form of a flake having an average particle size of 5 to 100 μm or less, preferably 10 to 70 μm or less. This is based on the reason that, when the average particle size is less than 5 μm, the electrical properties are lowered and the graphite soars when mixed with the phenol resin, thereby deteriorating the working environment. On the other hand, when the average particle size exceeds 100 μm, it is difficult to make the mixture with the phenol resin uniform, and the mechanical properties of the molded fuel cell separator deteriorate. The graphite may have the same average particle size, or may have different average particle sizes.
[0022]
Note that aluminate-based coupling agents such as acetoalkoxyaluminum diisopropylate, titanate-based coupling agents such as isopropyltriisostearoyl titanate, bis (dioctylbylphosphate) oxyacetate, and isopropyltridecylbenzenesulfonyl titanate; Surface modifiers such as silane coupling agents such as xypropylmethyldiethoxysilane, β- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, or acetylene Alcohol, acetylene glycol, glycerin aliphatic ester, sorbitan aliphatic ester, polyglycerin aliphatic ester, propylene glycol aliphatic ester, superabsorbent alcohol aliphatic Surface-treated graphite with various surfactants such as Le can be used within a range which does not impair the characteristics of the present invention.
[0023]
The compounding of the phenolic resin and the graphite is such that the graphite is 900 to 2,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phenolic resin, preferably 1100 to 1900 parts by mass of graphite with respect to 100 parts by mass of the phenolic resin, more preferably 100 parts by mass of the phenolic resin The amount of graphite is preferably 1200 to 1700 parts by mass. This is because if the added amount of graphite is less than 900 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phenol resin, the electrical characteristics of the fuel cell separator will be impaired. Conversely, if the amount of graphite exceeds 2,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phenol resin, mechanical properties of a fuel cell separator that can be practically used cannot be obtained.
[0024]
The mixed molding material 1 includes calcium carbonate, talc, kaolin, diatomaceous earth, natural or synthetic silica, wollastonite, bentonite, sebiolite, mica, aluminum hydroxide, and titanium oxide as long as the properties of the fuel cell separator are not lost. Filler such as glass beads, glass beads, activated carbon, charcoal, bamboo charcoal, glass fiber, aramid fiber, metal fiber, conductive oil furnace black, acetylene black, thermal black, PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, etc. A metal powder such as a system conductive filler, gold, silver, copper, palladium, aluminum, and stainless steel can be added.
[0025]
As shown in FIG. 1 and the like, the preforming
[0026]
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the main molding die 30 includes a concave fixed
[0027]
In the above, when producing a fuel cell separator, first, a powdered phenol resin and graphite are mixed and stirred to prepare a mixed molding material 1, and this mixed molding material 1 is placed in a preforming
[0028]
When filling the mixed molding material 1 with the density and the depth (height) of the mixed molding material 1 according to the mass per unit area of the molded
[0029]
The molding temperature needs to be lower than the melting point of the mixed molding material 1. This is because, if the melting point is exceeded, the phenolic resin is melted, and when the
[0030]
When the
In the present embodiment, the position of the
[0031]
At the time of the main molding, it is preferable to take care that the cross-sectional dimensions of the
[0032]
The heating and pressurizing time of the main molding is 1 to 60 minutes or less, preferably 3 to 40 minutes or less, and more preferably 3 to 30 minutes or less. This is because if the time is less than 1 minute, the curing is insufficient, so that the mechanical properties are degraded and the molded
[0033]
The molding pressure required for molding is in the range of 3 to 20 MPa, preferably in the range of 5 to 20 MPa, in other words, 10 to 200 kg / cm. 2 , Preferably 30 to 150 kg / cm 2 , More preferably 50-100 kg / cm 2 Is good. This is because if the molding pressure is less than 3 MPa, the packing density is reduced, and the mechanical and electrical properties are reduced. Conversely, if the molding pressure exceeds 20 MPa, the phenolic resin covers the surface of the graphite, and the electrical characteristics deteriorate.
[0034]
Since the
[0035]
According to the above, instead of immediately manufacturing the molded
[0036]
When the mixed molding material 1 containing a fine powder having a particle size of less than 10 μm is filled in a mold, the mixed molding material 1 is filled in due to an ascending air current generated in the high-temperature heated mold. It often scatters and adheres to and hardens at locations other than the
[0037]
Further, when molding a molded
[0038]
In other words, since the density of the groove region / the density of the non-groove scheduled region in the molded
[0039]
Furthermore, since the opening side of each
[0040]
Next, FIG. 9 and FIG. 10 show a second embodiment of the present invention. In this case, the
In this embodiment, the same operation and effect as the above embodiment can be expected, and since the flat
[0041]
Next, FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention. In this case, each
In this embodiment, the same operation and effect as those of the above embodiment can be expected. Further, not only the opening side of each raised
[0042]
Next, FIGS. 12 to 16 show a fourth embodiment of the present invention. In this case, the
As shown in FIG. 12 and the like, the molding die 30 includes a fixed
[0043]
On the opposing surface of the fixed
[0044]
As shown in FIGS. 15 and 16, the intermediate
[0045]
In the pair of
[0046]
A connecting
[0047]
The mounting
[0048]
In the above, when the molded
[0049]
Next, the pre-heated main molding die 30 is opened, the intermediate
[0050]
At this time, the
[0051]
Next, the
[0052]
In this embodiment, the same operation and effect as those in the above embodiment can be expected. Further, since the
[0053]
Further, since the connecting
[0054]
In addition, although each
[0055]
【Example】
Hereinafter, examples of the method for producing a fuel cell separator and a molded article according to the present invention will be described together with comparative examples.
In each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, molded products of the fuel cell separator were molded, and the bending characteristics, electrical characteristics, and thickness accuracy of the molded products were measured, and the surface state of the molded products was visually observed. The results are summarized in Table 1.
Example 1
First, 100 parts by mass of a phenol resin having a degree of polymerization of 10,000 and an average particle size of 20 μm (trade name: Bellpearl S890, manufactured by Kanebo Co., Ltd.): 1000 parts by mass of graphite having an average particle size of 50 μm (trade name, HG-50A, manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd.) Was mixed by a tumbler mixer for 30 minutes to prepare a mixed molding material. 77 g of the mixed molding material was put into a 15 × 15 cm preforming mold, and an intermediate product having a thickness of 2 mm was compression-molded. The intermediate product was preformed under the conditions of a molding temperature of 30 ° C. and a pressing time of 10 seconds.
[0056]
After the intermediate product was preformed, the intermediate product was inserted into a 15 × 15 cm main molding die heated to a temperature of 150 ° C., and compression molded to obtain a molded fuel cell separator. The molded article was fully molded under the conditions of a molding temperature of 150 ° C., a molding pressure of 5 MPa, and a heating and pressing time of 30 minutes. After obtaining the molded product, the bending characteristics, electrical characteristics, and thickness accuracy of the molded product were measured, and the surface state of the molded product was visually observed. The results are shown in Table 1. The electrical characteristics of the molded article were evaluated based on volume resistivity.
[0057]
Example 2
First, 1500 parts by mass of graphite (trade name: HG-30A, manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd.) is mixed with 100 parts by mass of a phenol resin (trade name: Bellpearl S870, manufactured by Kanebo Co., Ltd.) by a tumbler mixer for 30 minutes to prepare a mixed molding material. Then, 77 g of this mixed molding material was put into a 15 × 15 cm preforming mold, and an intermediate product having a thickness of 2 mm was compression-molded. The intermediate product was preformed under the conditions of a molding temperature of 30 ° C. and a heating and pressing time of 10 seconds.
[0058]
After the intermediate product was preformed, the intermediate product was inserted into a 15 × 15 cm main molding die heated to a temperature of 190 ° C., and compression molded to obtain a molded fuel cell separator. The molded article was fully molded under the conditions of a molding temperature of 190 ° C., a molding pressure of 9 MPa, and a heating and pressing time of 5 minutes. After obtaining the molded product, the bending characteristics, electrical characteristics, and thickness accuracy of the molded product were measured, and the surface state of the molded product was visually observed. The results are shown in Table 1.
[0059]
Example 3
First, 100 parts by mass of a phenolic resin (trade name: Bellpearl S99W manufactured by Kanebo Co., Ltd.) is mixed with 1800 parts by mass of graphite (trade name: HG-30A manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd.) using a tumbler mixer for 30 minutes to prepare a mixed molding material. Then, 77 g of this mixed molding material was put into a 15 × 15 cm preforming mold, and an intermediate product having a thickness of 2 mm was compression-molded. The intermediate product was preformed under the conditions of a molding temperature of 30 ° C. and a heating and pressing time of 10 seconds.
[0060]
After the intermediate product was preformed, the intermediate product was inserted into a 15 × 15 cm main molding die heated to a temperature of 200 ° C., and compression molded to obtain a molded fuel cell separator. The molded article was fully molded at a molding temperature of 200 ° C., a molding pressure of 12 MPa, and a molding time of 3 minutes. After obtaining the molded product, the bending characteristics, electrical characteristics, and thickness accuracy of the molded product were measured, and the surface state of the molded product was visually observed. The results are shown in Table 1.
[0061]
Comparative Example 1
700 parts by mass of the graphite of Example 1 was mixed with 100 parts by mass of the phenolic resin of Example 1 for 30 minutes using a tumbler mixer to prepare a mixed molding material, and this mixed molding material was placed in a 15 × 15 cm preforming mold. 77 g was charged, and an intermediate product having a thickness of 2 mm was compression-molded. Others were the same as Example 1.
Comparative Example 2
100 parts by mass of the phenolic resin of Example 2 was mixed with 2200 parts by mass of the graphite of Example 2 using a tumbler mixer for 30 minutes to prepare a mixed molding material, and this mixed molding material was placed in a 15 × 15 cm preforming mold. 77 g was charged, and an intermediate product having a thickness of 2 mm was compression-molded. Others were the same as Example 1.
[0062]
Comparative Example 3
Instead of molding the mixed molding material of Example 3 into an intermediate product, it was put into a 15 × 15 cm main molding die heated to a temperature of 190 ° C., compression-molded and formed into a plate-like molded product having a thickness of 2 mm. A fuel cell separator was obtained. The molded article was fully molded at a molding temperature of 200 ° C., a molding pressure of 12 MPa, and a molding time of 3 minutes. After obtaining the molded product, the bending characteristics, electrical characteristics, and thickness accuracy of the molded product were measured, and the surface state of the molded product was visually observed. The results are shown in Table 1.
[0063]
・ Measuring method of bending characteristics of molded products
The bending characteristics were measured according to JIS K7171.
・ Method of measuring volume resistivity
Four molded articles of 15 × 15 cm were cut out to a size of 5 × 5 cm, the thickness of the molded articles was measured, and the volume resistivity was measured by a four probe method. As a measuring device, LORESTA HP MCP-T410 (trade name, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used.
・ Measuring thickness accuracy
The thickness of the molded article was measured at 25 locations at 2.5 cm intervals in both the vertical and horizontal directions, and evaluated by the range.
[0064]
[Table 1]
[0065]
Result
According to Examples 1 to 3, molded products excellent in bending characteristics, electrical characteristics, thickness accuracy, and surface condition could be obtained.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided an inexpensive fuel cell separator capable of obtaining practical electric characteristics without the risk of generating burrs at a joint portion of a mold and the like, and a method of manufacturing a molded product. There is an effect that can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a state in which a mixed molding material is filled in a preforming mold in an embodiment of a method for producing a fuel cell separator and a molded product according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which the preforming mold of FIG. 1 is clamped and compressed.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an intermediate product having substantially the same outer dimensions as a molded product in an embodiment of a method for manufacturing a fuel cell separator and a molded product according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a molding die according to an embodiment of the fuel cell separator and the method for producing a molded product according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a state in which the main molding die of FIG. 4 is clamped.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a molded product in a fuel cell separator and a method for producing a molded product according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a dimensional relationship between an intermediate product and a molded product in the embodiment of the fuel cell separator and the method for producing a molded product according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a problem of the present molding die in which the vertical wall does not tilt in the embodiment of the fuel cell separator and the method of manufacturing a molded product according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic sectional explanatory view showing a preforming die according to a second embodiment of the method for producing a fuel cell separator and a molded product according to the present invention.
10 is an explanatory sectional view showing a state in which the preforming mold of FIG. 9 is clamped and compressed.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a molding die according to a third embodiment of the method for producing a fuel cell separator and a molded product according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a fourth embodiment of the method for producing a fuel cell separator and a molded product according to the present invention, in which the molding die is opened and an intermediate product supply tool is provided between the fixed mold and the movable mold. It is sectional explanatory drawing which shows the state which interposed.
13 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which the mounting plate of the intermediate product supply tool of FIG. 12 is pulled out and a preform is supplied into the fixed mold.
FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which an intermediate product supply tool is removed from the fixed mold shown in FIG. 13;
FIG. 15 is an explanatory perspective view showing a supply device for an intermediate product in a fourth embodiment of the method for producing a fuel cell separator and a molded product according to the present invention.
16 is an exploded perspective view of FIG.
FIG. 17 is a partially enlarged cross-sectional view showing a molded product according to another embodiment of the fuel cell separator and the method for producing a molded product according to the present invention.
FIG. 18 is a partially enlarged cross-sectional view showing a molded article according to another embodiment of the fuel cell separator and the method for producing a molded article according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a state in which a mold is filled with a predetermined material.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a state where the mold of FIG. 19 is clamped and heated and pressed.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a thin flat molded product removed from the mold of FIG. 20;
[Explanation of symbols]
1 Mixed molding materials
10 Preforming mold
11 fixed type (one type)
12 Movable type
13 Formation
20 Intermediate products
30 Molds
31 Fixed type (one type)
32 movable type
33 irregularities
34 Formation
35 Elevated Wall
40 Molded product
41 grooves
50 Supplies for intermediate products
Claims (11)
混合成形材料を使用して成形品と略同様の外形を有する中間品を成形する予備成形工程と、この中間品を成形してその成形品の少なくとも一面に複数の溝を配列する本成形工程とを含んでなることを特徴とする成形品の製造方法。A method for producing a molded article using a mixed molding material composed of a thermosetting resin and a conductive material, the method comprising:
A preforming step of forming an intermediate product having substantially the same outer shape as the molded product using the mixed molding material, and a main forming process of forming the intermediate product and arranging a plurality of grooves on at least one surface of the molded product; A method for producing a molded article, characterized by comprising:
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