JP2013058414A - 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
樹脂と導電材料とを含む樹脂組成物を成形する工程と、弾性体の母材に砥粒を分散させた研磨材を使用したブラスト加工を行うことにより、表面に形成されたスキン層を除去する工程と、を含み、スキン層除去後の表面粗さが、算術平均粗さRaが0.2〜0.8μm、最大高さRzが1.0〜4.0μmである燃料電池用セパレータの製造方法。
【選択図】なし
Description
しかも、本発明の燃料電池用セパレータは、通常のブラスト装置を使用して加工できるので、自動化も容易に実現可能である。
先ず、樹脂製の容器に、結晶性熱可塑性樹脂である3.0kgのホモポリプロピレン樹脂「ノバテック MA3U」(日本ポリプロ株式会社製商品名)、9.0kgの人造黒鉛「AT−No.5S」(オリエント産業社製商品名、平均粒径53.3μm)、撹拌媒体としてφ10mmのジルコニアボール3kgをそれぞれ投入して蓋を取り付け、この容器をタンブラーミキサーに装着して27℃、1時間の条件で回転させ、これらホモポリプロピレン樹脂、人造黒鉛、ジルコニアボールを分散混合させて分散混合物を調製した。こうして分散混合物を調製したら、この分散混合物からジルコニアボールを取り出してホモポリプロピレン樹脂と人造黒鉛の分散混合物を調製した。ホモポリプロピレン樹脂の融点を示差走査熱量測定したところ、ホモポリプロピレン樹脂の融点は169℃であった。また、ホモポリプロピレン樹脂は、結晶性熱可塑性樹脂であるので、融点を溶融開始温度とした。また、人造黒鉛の平均粒径をレーザ回折散乱法又はマイクロトラック法により測定し、累積重量が50%となる粒子径を平均粒径とした。示差走査熱量測定による溶融開始温度は、熱可塑性樹脂試料約10mgを精量し、示差走査熱量計にて10℃/分の昇温速度で昇温し、このときに得られる示差走査熱量曲線から求めた。ここで、融点は示差走査熱量曲線において最大吸熱ピークを示す温度とし、ガラス転移点は示差走査熱量曲線のベースラインと変曲点の接線の交点とした。示差走査熱量計は、PSC220(セイコー電子工業社製商品名)を使用した。次いで、分散混合物を200℃に加熱した10Lの加圧ニーダーに投入して30分間溶融混練し、加圧ニーダーから溶融混練物を取り出して50℃以下に冷却し、この溶融混練物をφ10mmのパンチングメタルを備えたハンマーミルに投入して粉砕した。こうして溶融混練物を粉砕したら、この粉砕した溶融混練物をふぁいφ0.3mmのパンチングメタルを取り付けたピンミルに再度投入して粉砕した。この粉砕した溶融混練物の平均粒径を測定したところ、85.5μmであった。なお、粉砕した溶融混練物の平均粒径については、レーザ回折散乱法又はマイクロトラック法により測定し、累積重量が50%となる粒子径を平均粒径とした。溶融混練物を粉砕したら、樹脂製の容器に、粉砕した8.0kgの溶融混練物、人造黒鉛の体積比率が69.0体積%となるよう、4.0kgの人造黒鉛「AT−No.5S」(オリエント産業社製商品名、平均粒径53.3μm)、撹拌媒体としてφ10mmのジルコニアボール3kgをそれぞれ投入して蓋を取り付けた。蓋を取り付けたら、容器をタンブラーミキサーに装着して27℃、1時間の条件で回転させ、これら溶融混練物、人造黒鉛、ジルコニアボールを分散混合させた後、ジルコニアボールを取り出して燃料電池用セパレータの成形材料を調製した。次いで、成形用金型である溝なしの平板成形用金型内に成形材料を均一に充填し、圧縮成形機の上下一対の熱板により、成形用金型の側面温度が200℃に達するまで加熱加圧して燃料電池用セパレータを圧縮成形した。成形用金型は、プリハードン鋼の表面を硬質クロムでメッキした金型を用いた。また、加熱加圧に際しては、熱板の温度を250℃とし、成形圧力を燃料電池用セパレータの面積に対して78.45MPaとした。成形用金型の側面温度が200℃に達したら、成形用金型を上下一対の熱板の温度が30℃の冷却用の圧縮成形機に直ちに移載し、成形用金型の側面温度が50℃以下になるまで加圧冷却し、成形用金型から210mm×297mm×3mmの外形を有する燃料電池用セパレータを脱型した。
研磨材の砥粒に番手#6000の炭化珪素砥粒を用いたこと以外は、実施例1と同様である。
研磨材の砥粒に番手#3000の炭化珪素砥粒を用いたこと以外は、実施例1と同様である。
ブラスト加工を行わなかったこと以外は、実施例1と同様である。
番手#800のアルミナの砥粒をそのまま研磨材として用いてブラスト加工を行ったこと以外は、実施例1と同様である。
ハンディサーフE−35B(東京精密株式会社製商品名)を用いて、JISB0601−2001に準じて、算術平均粗さRa,最大高さRzの測定を行った。
触針は、90°円錐、5μmRのダイヤモンドである。
DMs−200(協和界面科学株式会社製商品名)を用いて、2μLの液滴の接触角を測定した。
燃料電池用セパレータ同士の接触抵抗Aは、図2に示した配置の装置で測定した。50×50×3mmの燃料電池用セパレータ4を2枚、金メッキ処理したアルミ製プレートの電極3に挟み、1MPaの押圧で抵抗値を、ミリオームハイテスタ3540(日置電機株式会社製商品名)を用いて測定した。接触抵抗Aは、(1)式で求めた。
接触抵抗A=測定抵抗値×接触面積 ・・・・ (1)
燃料電池用セパレータとガス拡散層の接触抵抗Bは、図3に示した配置の装置で測定した。50×50×3mmの燃料電池用セパレータ4を1枚、金メッキ処理したアルミ製プレートの電極3にガス拡散層5「GDL24BC」(SGL社製商品名)を介して挟み、1MPaの押圧で抵抗値を、ミリオームハイテスタ3540(日置電機株式会社製商品名)を用いて測定した。接触抵抗Bは、(2)式で求めた。
接触抵抗B=(測定抵抗値×接触面積)/2 ・・・・ (2)
燃料電池用セパレータの体積抵抗は、図4に示した配置の装置を用いて、JISK7194に準じて、「ロレスタGP MCP−T610」(三菱化学アナリテック株式会社製商品名)を使用して測定した。
表2から、以下が確認された。
(a)実施例1〜3では、表面粗さが、算術平均粗さRa0.2〜0.8μm、及び最大高さ1.0〜4.0μmの範囲に入っており、かつRa/Rzが0.15より小さいことで、ブラスト加工を実施していない比較例1に比べ、接触抵抗A,接触抵抗Bをともに低減することができ、しかも水との接触角が小さくなっており、疎水性の増加は抑制された。
(b)比較例2では、表面粗さが、算術平均粗さRa0.2〜0.8μmの範囲にも、最大高さ1.0〜4.0μmの範囲にも入っておらず、ブラスト加工を実施していない比較例1に比べ、接触抵抗A、接触抵抗Bとも低減したものの、水との接触角は増加し、疎水性の増加を抑制することができなかった。
10 成形用金型
11 上型
12 成形部
13 下型
20 燃料電池用セパレータ
21 ベース板
22 溝
3 電極
4 試料
5 ガス拡散層
100 接触抵抗A測定装置
200 接触抵抗B測定装置
300 体積抵抗測定装置
Claims (8)
- 樹脂と導電材料とを含む樹脂組成物から成形された燃料電池用セパレータであって、
スキン層が除去されており、表面粗さが、算術平均粗さRaが0.2〜0.8μm、最大高さRzが1.0〜4.0μmであることを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 前記表面粗さのRa/Rzの値が0.15以下であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記樹脂は、ホモポリプロピレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニルサルホン樹脂を含む熱可塑性樹脂から選択される1つ又は複数であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記導電材料は、人造黒鉛粒子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータ。
- 樹脂と導電材料とを含む樹脂組成物を成形する工程と、
弾性体の母材に砥粒を分散させた研磨材を使用したブラスト加工を行うことにより、表面に形成されたスキン層を除去する工程と、
を含み、
前記スキン層除去後の表面粗さが、算術平均粗さRaが0.2〜0.8μm、最大高さRzが1.0〜4.0μmであることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 前記表面粗さのRa/Rzの値が0.15以下であることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記樹脂は、ホモポリプロピレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニルサルホン樹脂を含む熱可塑性樹脂から選択される1つ又は複数であることを特徴とする請求項5又は6に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 前記導電材料は、人造黒鉛粒子であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
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