JP2007179945A - Separator for fuel cell, and method of manufacturing same - Google Patents

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村上  淳
Takayoshi Shimizu
貴良 清水
Kojiro Otani
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell, free from blisters, moldable in a short time, and excellent in conductivity and fluidity. <P>SOLUTION: A composition for molding the separator for the fuel cell contains (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, (C) a hardening accelerator comprising a tertiary amine compound having a molecular weight of 120-1,000, and (D) a carbon material containing expanded graphite, and the separator for the fuel cell is manufactured by applying injection molding to the composition. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator and a method for producing the same.

例えば図1に概略斜視図で示すように、燃料電池用セパレータ10は、平板部11の両面に所定間隔で複数の隔壁12を立設して形成されている。燃料電池とするには、多数の燃料電池用セパレータ10を、隔壁12の突出方法(図中、上下方向)に積層する。そして、この積層により、隣接する一対の隔壁12で形成されるチャネル13に反応ガス(水素や酸素)を流通させる構成となっている。   For example, as shown in a schematic perspective view in FIG. 1, the fuel cell separator 10 is formed by standing a plurality of partition walls 12 at predetermined intervals on both surfaces of a flat plate portion 11. In order to obtain a fuel cell, a large number of fuel cell separators 10 are stacked in a protruding manner of the partition wall 12 (vertical direction in the figure). And by this lamination | stacking, it has the structure which distribute | circulates reaction gas (hydrogen and oxygen) to the channel 13 formed of a pair of adjacent partition 12.

燃料電池用セパレータは、樹脂材料と、黒鉛等の炭素材料とを含む成形用組成物を上述したような形状に成形して製造されるが、樹脂材料をフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とする成形用組成物を、ガスや冷却水の流路を設けた金型に入れ、これを熱間でプレスする熱圧縮成形により成形することが一般的である。また、近年では、生産性の向上のために、熱圧縮成形に代わり射出成形することが試みられている(特許文献1〜3参照)。この方法では、成形用組成物からなるコンパウンドをシリンダーから金型内に射出し、金型内で所望の燃料電池用セパレータの形状に成形する。このとき、コンパウンドはランナーと呼ばれる狭い流路を通じて金型のキャビティに移送され、また、このとき金型は閉じた状態であり、金型に完全に充填させ、寸法精度の高い成形体を得るためには、コンパウンドは高い流動性が必要となる。   A fuel cell separator is manufactured by molding a molding composition containing a resin material and a carbon material such as graphite into the shape described above. The resin material is thermosetting such as phenol resin or epoxy resin. In general, a molding composition used as a resin is put into a mold provided with a flow path of gas or cooling water, and is molded by hot compression molding in which this is pressed hot. In recent years, in order to improve productivity, it has been attempted to perform injection molding instead of hot compression molding (see Patent Documents 1 to 3). In this method, a compound composed of a molding composition is injected from a cylinder into a mold and molded into a desired fuel cell separator shape in the mold. At this time, the compound is transferred to the mold cavity through a narrow channel called a runner, and at this time, the mold is in a closed state so that the mold is completely filled to obtain a molded article with high dimensional accuracy. For this, the compound needs to have high fluidity.

エポキシ樹脂と炭素材料を用いた成形用組成物では、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン等の有機ホスフィンを使用することが一般的である。しかし、エポキシ樹脂を用いた配合系で有機ホスフィンを溶融混練した場合は、導電性が低いものしか得られなくなる。特に炭素材料として膨張黒鉛を用いた場合、溶融混練により膨張黒鉛が破砕されて導電性が悪化する。一方で、炭素材料として人造黒鉛や天然黒鉛を用いた場合は、炭素材料を多量に添加することが必要となり、得られた組成物は粘度が高くなる。粘度を低くするためには炭素材料を減らす必要があり、導電性が悪化する。   In a molding composition using an epoxy resin and a carbon material, an organic phosphine such as triphenylphosphine is generally used as a curing accelerator. However, when an organic phosphine is melt-kneaded in a blending system using an epoxy resin, only those having low conductivity can be obtained. In particular, when expanded graphite is used as the carbon material, the expanded graphite is crushed by melt-kneading and the conductivity is deteriorated. On the other hand, when artificial graphite or natural graphite is used as the carbon material, it is necessary to add a large amount of the carbon material, and the resulting composition has a high viscosity. In order to lower the viscosity, it is necessary to reduce the carbon material, and the conductivity deteriorates.

また、結晶性エポキシ樹脂、硬化剤、膨張黒鉛に加え、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィンを配合し、膨張黒鉛粒子が破砕されない混練方法であるドライミックスによって成形用組成物を得ることも提案されている(特許文献4参照)。しかしながら、ドライミックスで得られた成形用組成物は、導電性に優れる反面、ほとんど流動しないほど粘度が高く、射出成形では金型に充填することができない。   In addition to crystalline epoxy resin, curing agent and expanded graphite, triphenylphosphine is blended as a curing accelerator, and it is also proposed to obtain a molding composition by dry mixing, which is a kneading method in which expanded graphite particles are not crushed. (See Patent Document 4). However, the molding composition obtained by dry mix is excellent in conductivity, but has a viscosity so high that it hardly flows, and cannot be filled in a mold by injection molding.

また、硬化促進剤として、ジウロン((3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチルウレア)等のウレア化合物を用いることも提案されている(特許文献5参照)。ウレア系の硬化促進剤を用いた場合は、熱安定性に優れるため、成形材料製造時に増粘が起こらないといったメリットがあるものの、硬化成形時にウレア化合物の分解に伴い発生するガスのため膨れが発生する場合がある。特に膨張黒鉛を導電材料として使用した場合は、膨れが発生しやすくなる。また、ウレア化合物を用いた場合に短時間で硬化させた場合は、硬化が不十分であるがために膨れが発生しやすくなる。ウレア化合物を多量に添加することで、短時間で硬化するが、分解ガスが多量に生成するため、かえって膨れが多量に発生することがある。成形体に膨れが発生した場合は、反応ガスのシール性が悪化し、燃料電池スタックの発電性能が低下する。   It has also been proposed to use a urea compound such as diuron ((3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea) as a curing accelerator (see Patent Document 5). When urea-based curing accelerators are used, they have excellent thermal stability, so there is a merit that thickening does not occur at the time of molding material production, but swelling occurs due to the gas generated by decomposition of the urea compound during curing molding. May occur. In particular, when expanded graphite is used as a conductive material, swelling tends to occur. In addition, when a urea compound is used, if it is cured in a short time, swelling is likely to occur due to insufficient curing. By adding a large amount of a urea compound, the composition hardens in a short time. However, since a large amount of decomposition gas is generated, a large amount of swelling may occur. When swelling occurs in the molded body, the sealing property of the reaction gas is deteriorated, and the power generation performance of the fuel cell stack is deteriorated.

特開2003−338294号公報JP 2003-338294 A 特開2003−297386号公報JP 2003-297386 A 特開2003−242994号公報JP 2003-242994 A 特開2003−257447号公報JP 2003-257447 A 特開2002−201257号公報JP 2002-201257 A

本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、膨れの発生が無く、短時間で成形が可能であり、導電性と流動性に優れた燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a fuel cell separator that is free from blistering, can be molded in a short time, and has excellent conductivity and fluidity. .

本発明は、上記目的を達成するために、下記に示す燃料電池用セパレータ成形用組成物及びその製造方法、並びに燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供する。
(1)(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)分子量120〜1000の3級アミン化合物からなる硬化促進剤及び(D)膨張黒鉛を含む炭素材料を含有することを特徴とする燃料電池用セパレータ成形用組成物。
(2)(D)炭素材料の含有率が組成物全量の35〜85質量%であり、かつ、(D)炭素材料の5〜100質量%が膨張黒鉛であることを特徴とする上記(1)記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。
(3)(C)硬化促進剤の含有量が(B)硬化剤100重量部に対し0.1〜20重量部であることを特徴とする上記(1)または(2)記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。
(4)(C)硬化促進剤が下記に示されるアミン化合物であることを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following composition for molding a fuel cell separator and a method for producing the same, and a fuel cell separator and a method for producing the same.
(1) It contains (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, (C) a curing accelerator composed of a tertiary amine compound having a molecular weight of 120 to 1000, and (D) a carbon material containing expanded graphite. A fuel cell separator molding composition.
(2) (D) The content of the carbon material is 35 to 85% by mass of the total amount of the composition, and (D) 5 to 100% by mass of the carbon material is expanded graphite. The composition for forming a separator for a fuel cell as described in the above).
(3) The content of (C) curing accelerator is 0.1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of (B) curing agent, for fuel cell according to (1) or (2) above Separator molding composition.
(4) The composition for molding a fuel cell separator according to any one of (1) to (3) above, wherein the (C) curing accelerator is an amine compound shown below.

Figure 2007179945
Figure 2007179945

(5)(B)硬化剤が分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有することを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。
(6)(A)エポキシ樹脂が多官能エポキシ樹脂であることを特徴とする上記(1)〜(5)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。
(7)(A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度以上の温度で、各成分を溶融混練することを特徴とする上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物の製造方法。
(8)上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用組成物を用いて燃料電池用セパレータを製造する方法であって、(A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度以上の温度で各成分を溶融混練し、得られた混練物を射出成形することを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
(9)上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物からなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
(5) The composition for molding a fuel cell separator according to any one of (1) to (4), wherein the (B) curing agent has two or more phenolic hydroxyl groups in the molecule. .
(6) The composition for molding a fuel cell separator according to any one of (1) to (5) above, wherein the epoxy resin (A) is a polyfunctional epoxy resin.
(7) The fuel as described in any one of (1) to (6) above, wherein each component is melt-kneaded at a temperature equal to or higher than the softening temperature of (A) the epoxy resin or (B) the curing agent. A method for producing a battery separator molding composition.
(8) A method for producing a fuel cell separator using the fuel cell separator composition according to any one of (1) to (6) above, wherein (A) an epoxy resin or (B) A method for producing a fuel cell separator, comprising melting and kneading each component at a temperature equal to or higher than a softening temperature of a curing agent, and injection-molding the obtained kneaded product.
(9) A fuel cell separator comprising the composition for molding a fuel cell separator according to any one of (1) to (6) above.

本発明によれば、膨れの発生が無く、短時間で成形が可能であり、導電性と流動性に優れた燃料電池用セパレータが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a fuel cell separator that is free from blistering, can be molded in a short time, and has excellent conductivity and fluidity.

以下、本発明に関して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の燃料電池用セパレータ成形用組成物(以下、単に「成形用組成物」ともいう)は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)分子量120〜1000の3級アミン化合物からなる硬化促進剤及び(D)炭素材料を必須成分とする。   The fuel cell separator molding composition of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “molding composition”) includes (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, and (C) a tertiary amine compound having a molecular weight of 120 to 1,000. And (D) a carbon material as essential components.

エポキシ樹脂は、エポキシ基を2個以上有する化合物であり、従来公知のものを利用することが出来る。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールA型エポキシ樹脂等のビスフェノール型のエポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、トリス・ヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシンエポサイド、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂;脂環式エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂;ナフタレン型エポキシ樹脂;グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂が挙げられるが挙げられるがこれらに限定されない。上述したエポキシ樹脂のなかでは、耐熱性と強度の高い成形体が得られるため、多官能型エポキシ樹脂が本発明においては好適に使用される。尚、エポキシ当量は好ましくは50〜500であり、さらに好ましくは100〜300である。エポキシ当量が低すぎる場合は、得られる燃料電池用セパレータが脆くなる。一方、エポキシ当量が高すぎる場合は耐熱性と強度の低い燃料電池用セパレータしか得られなくなる。また、エポシキ樹脂の配合量は、特に制限されるものではないが、成形用組成物が射出成形に適した流動性を有し、得られる燃料電池用セパレータの強度や寸法精度等を考慮すると、成形用組成物全量の15〜65質量%とすることが好ましく、より好ましくは20〜40質量%である。   The epoxy resin is a compound having two or more epoxy groups, and conventionally known ones can be used. Examples of the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AF type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, halogenated bisphenol A type epoxy resin, and the like. Epoxy resin; phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, bisphenol A novolak type epoxy resin, tris-hydroxyphenylmethane type epoxy resin, phenol dicyclopentadiene type epoxy resin, halogenated phenol novolak type epoxy resin, naphthol novolak Type epoxy resin, resorcinol epoxide, tetraphenylol ethane type epoxy resin, etc .; alicyclic epoxy resin; Eniru type epoxy resin; naphthalene type epoxy resins; glycidyl ester type epoxy resin, including but include glycidylamine type epoxy resins are not limited thereto. Among the above-mentioned epoxy resins, since a molded product having high heat resistance and strength is obtained, a polyfunctional epoxy resin is preferably used in the present invention. The epoxy equivalent is preferably 50 to 500, more preferably 100 to 300. When the epoxy equivalent is too low, the resulting fuel cell separator becomes brittle. On the other hand, when the epoxy equivalent is too high, only a fuel cell separator having low heat resistance and strength can be obtained. Further, the amount of the epoxy resin is not particularly limited, but the molding composition has fluidity suitable for injection molding, and considering the strength and dimensional accuracy of the resulting fuel cell separator, It is preferable to set it as 15-65 mass% of the molding composition whole quantity, More preferably, it is 20-40 mass%.

エポキシ樹脂は、硬化剤と反応することによって、エポキシ硬化物を生成する。硬化剤も各種公知の化合物を使用することができる。例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、m−キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等の脂肪族、脂環式、芳香族のポリアミンまたはその炭酸塩;無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ドデシル無水コハク酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、ポリアゼライン酸無水物等の酸無水物;フェノールノボラック、クレゾールノボラックのようなポリフェノール;ポリメルカプタンが挙げられるが、これらに限定されない。複数の硬化剤を併用することもできる。上記の内、ポリアミンやその炭酸塩、酸無水物、ポリフェノール、ポリメルカプタン等の硬化剤は、自身がエポキシ化合物と重付加反応してエポキシ硬化物を構成するので、重付加型硬化剤と呼ばれる。重付加型硬化剤の過不足は未反応官能基の残存につながる故、添加量には適正域が存在する。一般に、エポキシ樹脂前駆体のエポキシ基1個当たり0.7〜1.2当量の、特に0.8〜1.1当量の重付加型硬化剤を使用するのが好ましい。これら硬化剤の種類、量と熱硬化性樹脂樹脂の種類、硬化促進剤の種類、量を種々に選択することにより、熱硬化性樹脂樹脂の硬化速度を任意に変化させることができる。当業者であれば、所望の硬化条件に合わせ、熱硬化性樹脂や硬化剤や硬化促進剤の種類及び使用量を決定することは容易であろう。   An epoxy resin produces | generates an epoxy hardened | cured material by reacting with a hardening | curing agent. Various known compounds can also be used as the curing agent. For example, aliphatic, cycloaliphatic, aromatic polyamines or carbonates thereof such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, mensendiamine, isophoronediamine, N-aminoethylpiperazine, m-xylenediamine, diaminodiphenylmethane; Phthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, dodecyl succinic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, trimellitic anhydride, polyazeline acid anhydride, etc. Acid anhydrides; polyphenols such as phenol novolac and cresol novolac; polymer captans, but not limited thereto. A plurality of curing agents can be used in combination. Among the above, curing agents such as polyamines, carbonates thereof, acid anhydrides, polyphenols, and polymercaptans are called polyaddition type curing agents because they themselves form an epoxy cured product by a polyaddition reaction with an epoxy compound. Since excess and deficiency of the polyaddition type curing agent leads to residual unreacted functional groups, there is an appropriate range for the amount added. In general, it is preferred to use 0.7 to 1.2 equivalents, particularly 0.8 to 1.1 equivalents of a polyaddition type curing agent per epoxy group of the epoxy resin precursor. The curing rate of the thermosetting resin can be arbitrarily changed by variously selecting the type and amount of the curing agent, the type of the thermosetting resin, the type and the amount of the curing accelerator. Those skilled in the art will be able to easily determine the type and amount of thermosetting resin, curing agent and curing accelerator according to the desired curing conditions.

本発明では、硬化剤としてはフェノール性水酸基を2個以上有する化合物が好ましい。このような化合物としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、アラルキル型フェノールノボラック、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、ナフトールノボラック、フェノールジシクロペンタジエン樹脂のような上述したポリフェノールやビスフェノールAが挙げられる。これらフェノール性水酸基を2個以上有する硬化剤は、耐熱性の高い燃料電池用セパレータを得ることが出来る。   In the present invention, the curing agent is preferably a compound having two or more phenolic hydroxyl groups. Examples of such compounds include phenol novolak, cresol novolak, bisphenol A novolak, aralkyl type phenol novolak, triphenylmethane type phenol resin, terpene phenol resin, naphthol novolak, and phenol dicyclopentadiene resin as described above. Is mentioned. A curing agent having two or more phenolic hydroxyl groups can provide a fuel cell separator with high heat resistance.

本発明では、硬化促進剤として分子量120〜1000の3級アミン化合物を使用する。このような3級アミン化合物としては特に制限はないが、例えばトリスジメチルアミノメチルフェノール(分子量265)、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン(分子量127)、トリ−n−ブチルアミン(分子量185)、ビス(p−アミノヘキシル)メタン(分子量210)、テトラメチル−1,3−ジアミノプロパン(分子量130)、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン(分子量127)、N−エチル(シクロヘキシル)アミン(分子量127)、3−ジメチルアミノフェノール(分子量137)、トリフェニルアミン(分子量245)、トリデシルアミン (分子量522)、ビス〔(2−ジメチルアミノ)エチル〕エーテル(分子量160)、ベンジルジメチルアミン(分子量137)、N,N−ジメチルベンジルアミン(分子量135)等を挙げることが出来るがこれらに限定されない。また、ジアルキルアミン等のアミン化合物とエポキシ樹脂の付加反応を利用してプレポリマー化したエポキシアミンアダクト等、アミン化合物をアダクト化(プレポリマー化)したものを使用することも出来る。   In the present invention, a tertiary amine compound having a molecular weight of 120 to 1000 is used as a curing accelerator. The tertiary amine compound is not particularly limited, and examples thereof include trisdimethylaminomethylphenol (molecular weight 265), N, N-dimethylcyclohexylamine (molecular weight 127), tri-n-butylamine (molecular weight 185), bis ( p-aminohexyl) methane (molecular weight 210), tetramethyl-1,3-diaminopropane (molecular weight 130), N, N-dimethylcyclohexylamine (molecular weight 127), N-ethyl (cyclohexyl) amine (molecular weight 127), 3 -Dimethylaminophenol (molecular weight 137), triphenylamine (molecular weight 245), tridecylamine (molecular weight 522), bis [(2-dimethylamino) ethyl] ether (molecular weight 160), benzyldimethylamine (molecular weight 137), N , N-dimethylbenzylamine (molecular weight 135) and the like, but are not limited thereto. In addition, an amine compound adducted (prepolymerized) such as an epoxyamine adduct prepolymerized using an addition reaction between an amine compound such as dialkylamine and an epoxy resin can also be used.

アミン化合物は窒素原子上に非共有電子対を有し、これがエポキシ樹脂と硬化剤ろの反応を促進させる。ここで、窒素原子に結合した炭化水素または炭化水素誘導体の数が多いほど、窒素原子の電子密度が高くなるため、硬化促進剤としての作用が強くなる。窒素原子に結合した炭化水素の数がアミンの級数である。よって、3級アミンが全アミン化合物中で硬化促進剤としての作用は最も強力である。   The amine compound has an unshared electron pair on the nitrogen atom, which accelerates the reaction between the epoxy resin and the curing agent. Here, the larger the number of hydrocarbons or hydrocarbon derivatives bonded to the nitrogen atom, the higher the electron density of the nitrogen atom, and thus the stronger the action as a curing accelerator. The number of hydrocarbons bonded to the nitrogen atom is the amine series. Therefore, the action of a tertiary amine as a curing accelerator is the strongest among all amine compounds.

分子量が大きい3級アミン化合物を使用すると、熱安定性の高い燃料電池用セパレータを得ることが出来るが、極端に分子量が高いと硬化反応が遅くなったり、高温で硬化反応を行う必要が生じ、成形サイクルの低下や硬化反応時のエポキシ樹脂や硬化剤の熱分解といった問題がある。また、分子量が低すぎると、熱安定性に問題が生じたり、揮発して消失する等の不具合が生じることがある。そこで、本発明では使用する3級アミン化合物の分子量には好ましい範囲が存在する。本発明においては使用する3級アミン化合物の分子量は120〜1000、好ましくは200〜500、さらに好ましくは250〜400である。   When a tertiary amine compound having a large molecular weight is used, a fuel cell separator with high thermal stability can be obtained. However, if the molecular weight is extremely high, the curing reaction becomes slow or the curing reaction needs to be performed at a high temperature. There are problems such as a reduction in the molding cycle and thermal decomposition of the epoxy resin and curing agent during the curing reaction. On the other hand, if the molecular weight is too low, there may be a problem such as a problem in thermal stability or a problem of volatilization and disappearance. Thus, in the present invention, there is a preferred range for the molecular weight of the tertiary amine compound used. In the present invention, the molecular weight of the tertiary amine compound used is 120 to 1000, preferably 200 to 500, and more preferably 250 to 400.

3級アミン化合物の中でも、分子中に芳香環を含むものが、熱安定性が高い割に特定温度以上での反応速度も速いため特に好ましい。この条件を満たす3級アミン化合物としては、下記に示されるトリスジメチルアミノメチルフェノールは入手が容易であり、熱安定性が高い燃料電池用セパレータが得られるため、本発明では特に好ましい。   Among the tertiary amine compounds, those containing an aromatic ring in the molecule are particularly preferred because of their high thermal stability and a high reaction rate at a specific temperature or higher. As a tertiary amine compound satisfying this condition, trisdimethylaminomethylphenol shown below is easily available, and a fuel cell separator having high thermal stability can be obtained, so that it is particularly preferable in the present invention.

Figure 2007179945
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硬化促進剤は、硬化剤100重量部に対し0.1〜20重量部、好ましくは1〜10重量部配合される。硬化促進剤が0.1重量部未満では硬化反応の促進効果が十分ではなく、20重量部超では成形用組成物の流動性が低下し、膨張黒鉛が破砕する等の不具合が起こり、得られる燃料電池用セパレータも導電性が低く、強度が低いものとなる。   A hardening accelerator is 0.1-20 weight part with respect to 100 weight part of hardening | curing agents, Preferably 1-10 weight part is mix | blended. If the curing accelerator is less than 0.1 part by weight, the effect of promoting the curing reaction is not sufficient, and if it exceeds 20 parts by weight, the fluidity of the molding composition is lowered, resulting in problems such as crushing of expanded graphite. The fuel cell separator also has low conductivity and low strength.

本発明における炭素材料とは、主成分を炭素原子とする導電性材料であり、具体的には膨張黒鉛、鱗辺状人造黒鉛、球状人造黒鉛、天然の鱗辺状黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノホーン等を指すがこれらに限定されない。   The carbon material in the present invention is a conductive material whose main component is a carbon atom, specifically, expanded graphite, scaly artificial graphite, spherical artificial graphite, natural scaly graphite, carbon black, carbon fiber. , Carbon nanofiber, carbon nanotube, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanohorn, and the like, but not limited thereto.

通常の鱗辺状黒鉛は、薄板状の結晶が積層されたものである。これに対して、膨張黒鉛とは、鱗片状黒鉛を濃硫酸や硝酸や過酸化水素水等で処理し、薄板状結晶の隙間にこれら薬液をインターカレートさせ、さらに加熱してインターカレートされた薬液が気化する際に薄板状結晶の隙間を広げることによって得られる黒鉛を指す。膨張黒鉛は、鱗片状黒鉛や球状黒鉛と比較して嵩密度が低く、表面積が大きく、粒子はより薄い薄板状となっている。このため、樹脂と混合した際に容易に導電パスを形成し、高導電性の燃料電池セパレータを得ることが出来る。また、膨張黒鉛は薄板状となっているため、人造黒鉛や天然黒鉛と比較して柔軟であり、これを使用する燃料電池用セパレータも柔軟なものとなる。   Normal scale-like graphite is a laminate of thin plate crystals. In contrast, expanded graphite is obtained by treating scaly graphite with concentrated sulfuric acid, nitric acid, hydrogen peroxide, etc., intercalating these chemicals into the gaps between the thin plate crystals, and further intercalating by heating. Refers to graphite obtained by widening the gaps between the thin plate crystals when the chemical solution is vaporized. Expanded graphite has a lower bulk density, a larger surface area, and a thinner thin plate than scale-like graphite and spherical graphite. For this reason, a conductive path can be easily formed when mixed with a resin, and a highly conductive fuel cell separator can be obtained. In addition, since expanded graphite has a thin plate shape, it is more flexible than artificial graphite and natural graphite, and a fuel cell separator using the expanded graphite is also flexible.

炭素材料として膨張黒鉛は必須の成分である。炭素材料の全てを膨張黒鉛としてもよく、一部を膨張黒鉛とし、それ以外を上述した他の炭素材料としても良い。このときに全炭素材料に占める膨張黒鉛の割合は好ましくは10〜100質量%、より好ましくは20〜80質量%、さらに好ましくは30〜70質量%、特に好ましくは40〜60質量%である。膨張黒鉛の比率が低い場合は、接触抵抗が高くなる。また、膨張黒鉛は嵩密度が低いため、膨張黒鉛の比率が高い場合はコンパウンド作製の混練時の材料ハンドリング性が悪く、作業環境を汚す懸念がある。   Expanded graphite is an essential component as a carbon material. All of the carbon material may be expanded graphite, some may be expanded graphite, and the others may be other carbon materials described above. At this time, the ratio of the expanded graphite to the total carbon material is preferably 10 to 100% by mass, more preferably 20 to 80% by mass, still more preferably 30 to 70% by mass, and particularly preferably 40 to 60% by mass. When the ratio of expanded graphite is low, the contact resistance is high. In addition, since expanded graphite has a low bulk density, when the ratio of expanded graphite is high, material handling properties during kneading for compound production are poor, and there is a concern that the working environment may be contaminated.

また、炭素材料は、成形用組成物全量の35〜85質量%とする必要がある。炭素材料の比率が低すぎる場合は導電性が低下する。一方で、炭素材料の比率が高すぎる場合は強度が低くなり、また、コンパウンドの流動性が低くなるため、熱圧縮成形や射出成形の際に金型内に射出した再に金型内で成形材料の圧力分布が大きくなり、成形する燃料電池セパレータの寸法精度が悪くなるため問題である。   Further, the carbon material needs to be 35 to 85% by mass of the total amount of the molding composition. When the ratio of the carbon material is too low, the conductivity is lowered. On the other hand, if the ratio of carbon material is too high, the strength will be low, and the fluidity of the compound will be low, so that it will be molded in the mold after being injected into the mold during hot compression molding or injection molding. This is a problem because the pressure distribution of the material becomes large and the dimensional accuracy of the fuel cell separator to be molded deteriorates.

上記成形用組成物には、必要に応じて、他の添加剤を配合してもよい。例えば、カルナバワックス等の滑剤を添加して、成形加工時に金型や混練機への貼りつきを防止することも可能である。滑剤としてはステアリン酸やモンタン酸ワックスやこれらの金属塩等の使用も可能である。また、導電性を低下させない範囲で、ガラス繊維、シリカ、タルク、クレー、炭酸カルシウム等の無機充填材や、木粉等の有機充填材、可塑剤を添加することも可能である。   You may mix | blend another additive with the said molding composition as needed. For example, a lubricant such as carnauba wax can be added to prevent sticking to a mold or a kneader during molding. As the lubricant, stearic acid, montanic acid wax, and metal salts thereof can be used. In addition, an inorganic filler such as glass fiber, silica, talc, clay, calcium carbonate, an organic filler such as wood powder, and a plasticizer can be added as long as the conductivity is not lowered.

本発明の成形用組成物は、溶融混合によって得られる。成形用組成物のうち、エポキシ樹脂や硬化剤はある温度以上で軟化する。この軟化する温度は軟化点と呼ばれるが、本発明においては、エポキシ樹脂または硬化剤の何れかが軟化温度以上となるように調整した装置で各成分を混合(溶融混練)すればよい。エポキシ樹脂または硬化剤のいずれかが常温で液状である場合は、常温で混合してもよい。混合に使用する装置としては種々の慣用の装置を使用することが可能であり、例えば無圧ニーダー、加圧ニーダー、二軸押出機、単軸押出機、バンバリーミキサー、インターミックス、二本ロールミル、三本ロールミル等が挙げられるがこれらに限定されない。また、ドライミックスによって予備混合を行った材料を溶融混合してもよい。   The molding composition of the present invention is obtained by melt mixing. Of the molding composition, the epoxy resin and the curing agent soften at a certain temperature or higher. This softening temperature is called the softening point. In the present invention, each component may be mixed (melt kneaded) with an apparatus adjusted so that either the epoxy resin or the curing agent is equal to or higher than the softening temperature. When either the epoxy resin or the curing agent is liquid at room temperature, it may be mixed at room temperature. As a device used for mixing, various conventional devices can be used, for example, a pressureless kneader, a pressure kneader, a twin screw extruder, a single screw extruder, a Banbury mixer, an intermix, a two roll mill, A three-roll mill or the like can be mentioned, but the invention is not limited to these. Moreover, you may melt-mix the material which performed the preliminary mixing by the dry mix.

こうして得られた成形用組成物は従来公知の熱硬化性樹脂成形材料の成形方法で成形することで、本発明の燃料電池用セパレータが得られる。成形方法としては、圧縮成形も可能であるが、本発明の成形性組成物は流動性に優れることから、生産性に優れる射出成形を行うことが好ましい。また、必要に応じて二次架橋を実施しても良い。必要に応じて、成形後に切削加工を施すことも可能である。   The fuel cell separator of the present invention is obtained by molding the molding composition thus obtained by a conventionally known molding method for thermosetting resin molding materials. As a molding method, compression molding is also possible, but since the moldable composition of the present invention is excellent in fluidity, it is preferable to perform injection molding excellent in productivity. Moreover, you may implement secondary bridge | crosslinking as needed. If necessary, it is also possible to perform cutting after forming.

本発明の重要な点は、膨張黒鉛と特定分子量の3級アミン化合物とを併用し、これを溶融混合することにある。特定分子量の3級アミン化合物を用いても、天然黒鉛や人造黒鉛等の一般的な黒鉛を用いた場合、溶融混練時やスクリュー内で硬化しない熱安定性に優れた成形用組成物は得られるが、膨張黒鉛を用いたときと同様の導電性を得るためには、黒鉛を大量に添加する必要がある。即ち、成形用組成物の流動性を向上させる樹脂量が減り,流動性を低下させる炭素材料の使用量が増す。このため、成形用組成物は流動性が低下し、成形性が大幅に低下する。また、膨張黒鉛を用いても、一般的な硬化促進剤であるトリフェニルホスフィン等を用いた場合、成形用組成物の溶融混合時もしくは射出成形のスクリュー内で硬化反応が進行する。このため、硬化反応進行に伴い粘度が急激し、溶融混合時もしくは射出成形のスクリュー内で膨張黒鉛が砕かれてしまう。その結果、得られる燃料電池用セパレータの強度も低下し、導電性も大幅に低下する。また、低温で硬化させる場合は、硬化促進剤を多量に添加する必要があるが、硬化促進剤を多量に添加した場合は上述したように膨張黒鉛破砕により強度と導電性がさらに悪化し、また、流動性低下により成形性も悪化する。これに対し、特定分子量の3級アミン化合物と膨張黒鉛の両方を併用するとこれらの問題は解決されるが、その理由として以下が考えられる。   The important point of the present invention is to use expanded graphite and a tertiary amine compound having a specific molecular weight in combination and melt-mix them. Even when a tertiary amine compound having a specific molecular weight is used, when general graphite such as natural graphite or artificial graphite is used, a molding composition having excellent thermal stability that does not cure during melt kneading or in a screw can be obtained. However, in order to obtain the same conductivity as when expanded graphite is used, it is necessary to add a large amount of graphite. That is, the amount of resin that improves the fluidity of the molding composition decreases, and the amount of carbon material that decreases the fluidity increases. For this reason, fluidity | liquidity falls and the moldability falls significantly for the composition for shaping | molding. Even when expanded graphite is used, when triphenylphosphine or the like, which is a general curing accelerator, is used, the curing reaction proceeds during the melt mixing of the molding composition or in an injection molding screw. For this reason, the viscosity rapidly increases as the curing reaction proceeds, and the expanded graphite is crushed during melt mixing or in an injection-molded screw. As a result, the strength of the resulting fuel cell separator is also reduced, and the conductivity is also greatly reduced. In addition, when curing at a low temperature, it is necessary to add a large amount of curing accelerator, but when a large amount of curing accelerator is added, the strength and conductivity are further deteriorated due to expanded graphite crushing as described above, Also, the moldability deteriorates due to the decrease in fluidity. On the other hand, when both the tertiary amine compound having a specific molecular weight and the expanded graphite are used in combination, these problems can be solved.

特定分子量の3級アミン化合物は、成形用組成物が混練時や射出成形のシリンダー内で想定される程度の100℃以下の低温では硬化反応が進行し難く、混練により負荷される剪断力を抑えることが可能となる。そして、剪断力が抑制される結果、成形用組成物中の膨張黒鉛の粉砕が最小限に抑えられる。鱗片状黒鉛や球状黒鉛と比較して嵩密度が低く、表面積が大きく、粒子はより薄い薄板状となっている膨張黒鉛が,樹脂と混合した際に容易に導電パスを形成し、かつ十分に成形材料が流動する適度な粉砕状態となる。即ち、硬化促進剤として従来の有機ホスフィンを用いたときは膨張黒鉛が粉砕され導電パスが形成されにくいが、3級アミン化合物を用いることにより、膨張黒鉛は粉砕されず導電パスが形成されやすい。膨張黒鉛と3級アミン化合物を併用することで、高導電性を有する膨張黒鉛の粉砕を抑制できることで、樹脂量を増しても成形用組成物の導電性が確保できるようになり、成形用組成物の流動性が上昇し、得られる燃料電池用セパレータの寸法精度が大幅に向上する。3級アミン化合物は、加熱により活性が発現して硬化反応を促進させるが、軟化温度や粘度はアミン化合物の分子量に比例し、分子量が低いと低温で活性が発現し、分子量が大きいと高温で活性が発現する。前述した好ましい範囲の分子量を有する3級アミン化合物は、混練工程中では分散しがたく、硬化成形時に金型温度に加熱されると急激に分散して硬化促進剤としての活性が発現する。混練中や射出成形機のシリンダー内で硬化反応進行による増粘が起こり難いため、成形用組成物の粘度を低く保つことが可能であり、低圧で金型に充填可能となる。また、充填中に金型が変形し難くなり、寸法精度に優れるというメリットもある。   A tertiary amine compound having a specific molecular weight hardly suppresses the shearing force applied by kneading because the molding reaction is difficult to proceed at a low temperature of 100 ° C. or less as expected when the molding composition is kneaded or in an injection molding cylinder. It becomes possible. As a result of the suppression of the shearing force, the pulverization of the expanded graphite in the molding composition is minimized. Expanded graphite, which has a lower bulk density, larger surface area, and thinner particles compared to flaky graphite and spherical graphite, forms a conductive path easily when mixed with resin, and sufficiently It becomes an appropriate pulverized state in which the molding material flows. That is, when a conventional organic phosphine is used as a curing accelerator, expanded graphite is pulverized and a conductive path is hardly formed, but by using a tertiary amine compound, expanded graphite is not pulverized and a conductive path is easily formed. By using the expanded graphite and the tertiary amine compound in combination, the pulverization of the expanded graphite having high conductivity can be suppressed, so that the conductivity of the molding composition can be secured even when the amount of the resin is increased. The fluidity of the material is increased, and the dimensional accuracy of the obtained fuel cell separator is greatly improved. Tertiary amine compounds exhibit activity by heating and promote the curing reaction, but the softening temperature and viscosity are proportional to the molecular weight of the amine compound, and the activity appears at low temperatures when the molecular weight is low, and at high temperatures when the molecular weight is large. Activity is expressed. The above-described tertiary amine compound having a molecular weight in the preferred range is difficult to disperse during the kneading step, and rapidly disperses when heated to the mold temperature during curing and exhibits activity as a curing accelerator. During the kneading or in the cylinder of the injection molding machine, it is difficult for the viscosity to increase due to the progress of the curing reaction. Therefore, the viscosity of the molding composition can be kept low, and the mold can be filled at a low pressure. In addition, there is an advantage that the mold is hardly deformed during filling, and the dimensional accuracy is excellent.

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明に更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1〜6、比較例1〜5>
(成形用組成物の調製)
表1に示す配合に従い、材料合計500gを10Lのヘンシェルミキサーで予備混合した後、1Lの加圧ニーダーを用い、チャンバー温度100℃で5分間溶融混練した。混練物を自然冷却した後、粉砕機で粒径約2mmの粒子状に粉砕してペレット化した。尚、表1の配合の単位は、質量%である。
<Examples 1-6, Comparative Examples 1-5>
(Preparation of molding composition)
In accordance with the formulation shown in Table 1, 500 g of the total material was premixed with a 10 L Henschel mixer, and then melt kneaded for 5 minutes at a chamber temperature of 100 ° C. using a 1 L pressure kneader. After the kneaded product was naturally cooled, it was pulverized into pellets having a particle diameter of about 2 mm by a pulverizer and pelletized. In addition, the unit of the mixing | blending of Table 1 is the mass%.

(試験体の作製)
上記のペレットを用い、射出成形により一辺100mm、厚さ2mmの正方形薄板状の成形体とし、切断加工を施して試験体とした。射出成形機は型締め力80tの熱硬化性樹脂用成形機(菱屋精工製)を用い、シリンダー温度はホッパ下50℃、ノズルは90℃とし、金型温度は170℃とし、射出速度20mm/sec、硬化時間は60〜180秒とした。成形圧力は30〜70MPaの範囲で適宜設定した。尚、成形体に膨れが生じた場合は、膨れ以外の部位をサンプリングして試験体とした。
(Preparation of test specimen)
Using the above pellets, a molded body having a square thin plate shape with a side of 100 mm and a thickness of 2 mm was formed by injection molding, and cut to obtain a test body. The injection molding machine uses a thermosetting resin molding machine (manufactured by Ryoya Seiko) with a clamping force of 80 t, the cylinder temperature is 50 ° C. under the hopper, the nozzle is 90 ° C., the mold temperature is 170 ° C., and the injection speed is 20 mm / sec, the curing time was 60 to 180 seconds. The molding pressure was appropriately set in the range of 30 to 70 MPa. In the case where the molded body was swollen, a part other than the swollen was sampled to obtain a test body.

(導電性の評価)
図2に示す方法で貫通方向の抵抗を測定し、導電性の評価を行った。試験体21を、カーボンペーパー22を介して電極23にセットし、電極間に流した電流(電流計24で測定)とカーボンペーパー間の電圧(電圧計25で測定)から、電気抵抗を計算し、さらにこれに試料面積を掛けて貫通方向の抵抗率とした。結果を表1に示す。
(Evaluation of conductivity)
The resistance in the penetration direction was measured by the method shown in FIG. 2 and the conductivity was evaluated. The test body 21 is set on the electrode 23 via the carbon paper 22, and the electric resistance is calculated from the current (measured with the ammeter 24) passed between the electrodes and the voltage between the carbon paper (measured with the voltmeter 25). Further, this was multiplied by the sample area to obtain the resistivity in the penetration direction. The results are shown in Table 1.

(熱間曲げ強さの測定)
JIS K7171 プラスチック−曲げ特性の試験方法に準じて求めた。試験は恒温槽付きのインストロン型万能試験機を使用し、試験雰囲気100℃で行った。結果を表1に示す。
(Measurement of hot bending strength)
It was determined in accordance with JIS K7171 Plastics-Test method for bending properties. The test was performed at 100 ° C. in a test atmosphere using an Instron universal testing machine with a thermostatic bath. The results are shown in Table 1.

(膨れ発生有無の確認)
上記の成形に際して膨れの発生した成形体の数をカウントし、脹れ発生個数(膨れの発生した成形体数/全成形体数)を求めた。結果を表1に示す。
(Confirmation of occurrence of swelling)
The number of formed bodies that swelled during the above molding was counted to determine the number of swelled parts (number of swelled compacts / total number of compacts). The results are shown in Table 1.

(流動性の評価)
上記のペレットをJIS−K−6911 熱硬化性プラスチック一般試験方法「押出式流れ、フェノール樹脂の流れの良いもの」に準じて流出量を求め、流動性の指標とした。結果を表1に示す。
(Evaluation of liquidity)
The above-mentioned pellets were determined in accordance with JIS-K-6911 general thermosetting plastic test method “extruded flow, good phenol resin flow” and used as an index of fluidity. The results are shown in Table 1.

(硬化反応進行の測定)
ムービングダイレオメータを用いて、上記ペレットの100℃または170℃における硬化反応の進行に伴うトルク変化を測定した。測定時間は15分とした。トルクが上昇したものは硬化が進行したことを表す。100℃におけるトルク変化を図3〜図6に、170℃におけるトルク変化を図7〜図10にグラフ化して示す。
(Measurement of curing reaction progress)
Using a moving die rheometer, the torque change accompanying the progress of the curing reaction at 100 ° C. or 170 ° C. of the pellets was measured. The measurement time was 15 minutes. An increase in torque indicates that curing has proceeded. The torque change at 100 ° C. is shown in FIGS. 3 to 6 and the torque change at 170 ° C. is shown in graphs in FIGS.

Figure 2007179945
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表1に示すように、実施例及び比較例は、何れもビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂と、硬化剤としてフェノールノボラックを使用している。また、実施例は何れも特定分子量の3級級アミン化合物が硬化促進剤として添加されており、炭素材料として膨張黒鉛と人造黒鉛とを用いている。実施例1、2ではトリスジメチルアミノメチルフェノール(分子量265)を、実施例3、4ではトリフェニルアミン(分子量245)を、実施例5、6ではトリ−n−ブチルアミン(分子量185)を添加している。トリスジメチルアミノメチルフェノールとトリフェニルアミンは分子内に芳香環を含むが、トリ−n−ブチルアミンは芳香環を含まない。これに対し、比較例1では硬化促進剤として3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素を、比較例2では分子量120未満の3級アミンであるトリエチレンジアミン(分子量112)を、比較例3ではトリフェニルホスフィンを、比較例4では2−メチルイミダゾールを用いている。比較例5では硬化促進剤として分子量120以上の3級アミン化合物であるトリスジメチルアミノメチルフェノールを用いているが、炭素材料として膨張黒鉛を使用せずに人造黒鉛のみを使用している。   As shown in Table 1, all of the examples and comparative examples use bisphenol A novolac type epoxy resin and phenol novolac as a curing agent. In each of the examples, a tertiary amine compound having a specific molecular weight is added as a curing accelerator, and expanded graphite and artificial graphite are used as the carbon material. In Examples 1 and 2, trisdimethylaminomethylphenol (molecular weight 265) was added, in Examples 3 and 4, triphenylamine (molecular weight 245) was added, and in Examples 5 and 6, tri-n-butylamine (molecular weight 185) was added. ing. Trisdimethylaminomethylphenol and triphenylamine contain an aromatic ring in the molecule, but tri-n-butylamine does not contain an aromatic ring. In contrast, in Comparative Example 1, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea was used as a curing accelerator, and in Comparative Example 2, triethylenediamine (molecular weight 112), which is a tertiary amine having a molecular weight of less than 120, was used. In Comparative Example 3, triphenylphosphine is used, and in Comparative Example 4, 2-methylimidazole is used. In Comparative Example 5, trisdimethylaminomethylphenol which is a tertiary amine compound having a molecular weight of 120 or more is used as a curing accelerator, but only artificial graphite is used as a carbon material without using expanded graphite.

このような配合の違いに由来し、試験の結果、各実施例は何れも成形体に膨れは確認されず、外観上の問題は生じなかった。流動性も良好であり、射出成形しやすい材料である。また、各実施例とも成形温度である170℃で一定の誘導期間をおいてからトルクが上昇するため、硬化反応開始までの間の流動性が高い状態で金型に充填可能である。また、トルクが上昇開始してからの上昇速度が速いため、硬化反応を速やかに完了させることが出来き、成形サイクルの短縮が可能である。また、100℃におけるトルク変化は、少なくとも5分以内はほとんど発生していないことから、100℃で硬化反応の進行が非常に遅く、熱安定性に優れる。しかも、各実施例は、15分経過後も100℃における硬化がほとんど確認されず、熱安定性に非常に優れている。   Due to such a difference in blending, as a result of the test, in each example, no swelling was observed in the molded body, and no problem in appearance occurred. It has good fluidity and is easy to injection mold. In each example, the torque rises after a certain induction period at 170 ° C., which is the molding temperature, so that the mold can be filled with high fluidity until the start of the curing reaction. Further, since the rate of increase after the torque starts increasing is high, the curing reaction can be completed quickly, and the molding cycle can be shortened. Further, since the torque change at 100 ° C. hardly occurs within at least 5 minutes, the progress of the curing reaction at 100 ° C. is very slow and the thermal stability is excellent. In addition, in each Example, curing at 100 ° C. is hardly confirmed even after 15 minutes, and the thermal stability is very excellent.

一方で、硬化促進剤としてジメチルウレア化合物を使用した比較例1は、熱安定性は非常に優れ、高強度で電気抵抗の低い成形体が得られたが、成形体に膨れが見られる場合があった。比較例2、3、4は何れも熱安定性に問題があり、強度、電気抵抗とも実施例と比較して劣っている。また、比較例2、3、4は170℃においては加熱開始からトルク上昇までの誘導期間が短く、金型への充填途中で硬化してショートショットとなったり、成形圧上昇により金型破損・寸法精度低下の懸念がある。比較例5は、電気抵抗が非常に高く問題である。   On the other hand, Comparative Example 1 using a dimethylurea compound as a curing accelerator obtained a molded article having excellent thermal stability, high strength and low electrical resistance, but the molded article sometimes shows swelling. there were. Each of Comparative Examples 2, 3, and 4 has a problem in thermal stability, and both strength and electrical resistance are inferior to those of the examples. In Comparative Examples 2, 3, and 4, at 170 ° C., the induction period from the start of heating to the increase in torque is short, and curing occurs in the middle of filling the mold, resulting in a short shot. There is concern about dimensional accuracy degradation. Comparative Example 5 has a problem in that the electrical resistance is very high.

上記のように各実施例は、何れも高強度で電気抵抗の低い成形体となっている。これは、熱安定性が高く、混練温度やシリンダー温度で硬化反応進行に伴う増粘が起こりにくく、導電フィラーである膨張黒鉛の混練工程や成形工程での破砕が防がれたためと思われる。また、実施例同士を比較すると、分子内に芳香環を有する3級アミンを使用した実施例2は、芳香環を有しない3級アミンを使用した実施例6と170℃における硬化挙動は同等であるが、100℃においては実施例2はトルク上昇がほとんど見られないのに対して実施例6は約10分でトルク上昇を開始しており、実施例2の方が熱安定性に優れている。よって、芳香環を有する3級アミンを用いる方が、熱安定性と硬化速度とのバランスに優れることから好ましいといえる。   As described above, each example is a molded body having high strength and low electrical resistance. This is presumably because the heat stability is high, the thickening accompanying the progress of the curing reaction does not easily occur at the kneading temperature and the cylinder temperature, and crushing in the kneading process and the molding process of the expanded graphite as the conductive filler is prevented. Moreover, when Examples are compared, Example 2 using a tertiary amine having an aromatic ring in the molecule is equivalent to Example 6 using a tertiary amine not having an aromatic ring at 170 ° C. However, at 100 ° C., Example 2 shows almost no increase in torque, whereas Example 6 starts increasing torque in about 10 minutes, and Example 2 has better thermal stability. Yes. Therefore, it can be said that it is preferable to use a tertiary amine having an aromatic ring because of excellent balance between thermal stability and curing rate.

以上より、本発明により、膨れの発生が無く、導電性と寸法精度と強度に優れた燃料電池セパレータが得られることは明らかである。   From the above, it is apparent that the present invention provides a fuel cell separator that is free from blistering and has excellent conductivity, dimensional accuracy, and strength.

燃料電池用セパレータの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the separator for fuel cells. 貫通方向導電率の測定に用いた装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the apparatus used for the measurement of penetration direction conductivity. 実施例1〜3のペレットの100℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 100 degreeC of the pellet of Examples 1-3. 実施例4〜6のペレットの100℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 100 degreeC of the pellet of Examples 4-6. 比較例1〜3のペレットの100℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 100 degreeC of the pellet of Comparative Examples 1-3. 比較例4〜5のペレットの100℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 100 degreeC of the pellet of Comparative Examples 4-5. 実施例1〜3のペレットの170℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 170 degreeC of the pellet of Examples 1-3. 実施例4〜6のペレットの170℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 170 degreeC of the pellet of Examples 4-6. 比較例1〜3のペレットの170℃におけるトルク変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 170 degreeC of the pellet of Comparative Examples 1-3. 比較例4〜5のペレットの170℃におけるトルク変化を測定した結果示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the torque change in 170 degreeC of the pellet of Comparative Examples 4-5.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池用セパレータ
11 平板部
12 隔壁
13 チャネル
10 Fuel Cell Separator 11 Flat Plate 12 Bulkhead 13 Channel

Claims (9)

(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)分子量120〜1000の3級アミン化合物からなる硬化促進剤及び(D)膨張黒鉛を含む炭素材料を含有することを特徴とする燃料電池用セパレータ成形用組成物。   (A) An epoxy resin, (B) a curing agent, (C) a curing accelerator composed of a tertiary amine compound having a molecular weight of 120 to 1000, and (D) a carbon material containing expanded graphite. Separator molding composition. (D)炭素材料の含有率が組成物全量の35〜85質量%であり、かつ、(D)炭素材料の5〜100質量%が膨張黒鉛であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。   2. The fuel according to claim 1, wherein the content ratio of (D) the carbon material is 35 to 85 mass% of the total amount of the composition, and (D) 5 to 100 mass% of the carbon material is expanded graphite. Composition for battery separator molding. (C)硬化促進剤の含有量が(B)硬化剤100重量部に対し0.1〜20重量部であることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。   3. The composition for molding a separator for a fuel cell according to claim 1, wherein the content of (C) the curing accelerator is 0.1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of (B) the curing agent. (C)硬化促進剤が下記に示されるアミン化合物であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。
Figure 2007179945
(C) The composition for molding a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the curing accelerator is an amine compound shown below.
Figure 2007179945
(B)硬化剤が分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。   (B) The composition for molding a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 4, wherein the curing agent has two or more phenolic hydroxyl groups in the molecule. (A)エポキシ樹脂が多官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物。   (A) Epoxy resin is polyfunctional epoxy resin, The composition for fuel cell separator shaping | molding of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. (A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度以上の温度で、各成分を溶融混練することを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物の製造方法。   7. The fuel cell separator molding according to claim 1, wherein each component is melt-kneaded at a temperature equal to or higher than the softening temperature of (A) the epoxy resin or (B) the curing agent. A method for producing the composition. 請求項1〜6の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用組成物を用いて燃料電池用セパレータを製造する方法であって、(A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度以上の温度で各成分を溶融混練し、得られた混練物を射出成形することを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。   A method for producing a fuel cell separator using the fuel cell separator composition according to any one of claims 1 to 6, wherein (A) an epoxy resin or (B) a curing agent has a softening temperature or higher. A method for producing a fuel cell separator, comprising melting and kneading each component at a temperature of, and injection molding the obtained kneaded product. 請求項1〜6の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ成形用組成物からなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。   A fuel cell separator comprising the composition for molding a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013740A1 (en) * 2008-08-01 2010-02-04 ニチアス株式会社 Resin composition for fuel cell separator, process for producing same, and fuel cell separator
KR101336326B1 (en) 2011-07-29 2013-12-03 한국타이어 주식회사 Resin composition comprising crystalline epoxy resin and composite material composition for fuel cell bipolar plate using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000311695A (en) * 1999-02-23 2000-11-07 Hitachi Chem Co Ltd Fuel cell separator, its manufacture and fuel cell using fuel cell separator
JP2001329049A (en) * 2000-05-19 2001-11-27 Nippon Kayaku Co Ltd Epoxy resin composition
JP2005302594A (en) * 2004-04-14 2005-10-27 Nichias Corp Separator for fuel cell, and manufacturing method therefor
JP2006152170A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Nichias Corp Conductive epoxy resin composition and preparation process of the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000311695A (en) * 1999-02-23 2000-11-07 Hitachi Chem Co Ltd Fuel cell separator, its manufacture and fuel cell using fuel cell separator
JP2001329049A (en) * 2000-05-19 2001-11-27 Nippon Kayaku Co Ltd Epoxy resin composition
JP2005302594A (en) * 2004-04-14 2005-10-27 Nichias Corp Separator for fuel cell, and manufacturing method therefor
JP2006152170A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Nichias Corp Conductive epoxy resin composition and preparation process of the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013740A1 (en) * 2008-08-01 2010-02-04 ニチアス株式会社 Resin composition for fuel cell separator, process for producing same, and fuel cell separator
US8663871B2 (en) 2008-08-01 2014-03-04 Nichias Corporation Resin composition for fuel cell separator, process for producing same, and fuel cell separator
KR101336326B1 (en) 2011-07-29 2013-12-03 한국타이어 주식회사 Resin composition comprising crystalline epoxy resin and composite material composition for fuel cell bipolar plate using the same

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