JP4187530B2 - 導電性プラスチック成形材料、その使用及びそれから製造される成形品 - Google Patents
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Description
黒鉛の密度は2.24g/mlであるが、その機械的安定性は低いので、厚さの所望の減少を達成することは不可能である。さらに、層格子構造中へのガス浸透のために、他の問題が生じる。
本発明の成形材料は、有利には、さらに、内部又は外部潤滑作用を有する潤滑剤を含むことができ、これらはコンパウンディング(compounding)工程後に除去することもできる。
慣用的なカーボンブラック・コンパウンドと比較して、本発明の成形材料は、良好な電気伝導率及び熱伝導率を、改良された流動性及び改良された機械的性質と共に有する。黒鉛コンパウンドと比較して、本発明の成形材料は、同じ電気伝導率及び同様な熱伝導率を、減少した密度及び高い強度と共に有する。
用いる金属粉末は、有利には、1〜4g/ml、有利には2.7〜3.2g/ml、特に有利には2.8〜3.1g/mlの、ISO3923/1による見掛け密度を有する。
で示される半結晶質ポリマーである。
本発明によると、それ自体既知の液晶プラスチック(LCPs)を用いることもできる。用いる物質の種類に制限はないが、有利な物質は、熱可塑性加工が可能である物質である。特に適した物質は、1例として、Saechtling, Kunststoff-Taschenbuch [Plastics handbook], Hanser-Verlag, 27th edition, on pages 517-521に記載されており、この引例は、本明細書に援用される。用いることができる物質は、有利には、ポリテレフタレート、ポリイソフタレート、PET−LCP、PBT−LCP、ポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)、PMPI−LCP、ポリ(p−フェニレンフタルイミド)、PPTA−LCP、ポリアリーレート、PAR−LCP、ポリエステル・カーボネート、PEC−LCP、ポリアゾメチン、ポリチオエステル、ポリエステルアミド、ポリエステルイミドである。特に有利な物質は、p−ヒドロキシ安息香酸に基づく液晶プラスチック、例えば、コポリエステル又はコポリエステルアミドである。その使用が非常に特に有利である液晶プラスチックは、一般に、完全に芳香族であり、異方性メルトを形成するポリエステルであり、これは、2000〜200000g/mol、好ましくは3500〜50000g/mol、特に、4000〜30000g/molの平均分子質量(Mw=重量平均)を有する。液晶ポリマーの適当な群は、本明細書に援用されるUS−A−4161470に記載されている。これらは、式I及びII:
をも含有する。
液晶プラスチック又はポリアリーレンスルフィドのいずれも、慣用的な添加剤及び強化剤、例えば、繊維、特にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、鉱物繊維、加工助剤、ポリマー潤滑剤(polymeric lubricant)、内部及び/又は外部潤滑作用を有する潤滑剤、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)又は、オレフィンポリマーとアクリロニトリル−スチレン・コポリマーとからグラフト反応で製造された生成物であるグラフトコポリマー、酸化防止剤、定着剤(adhesion promoter)、ワックス、成核剤、離型剤、ガラスビーズ、無機充填材、例えばチョーク、炭酸カルシウム、珪灰石、二酸化ケイ素、タルク、マイカ、有機的に修飾された若しくは修飾されないモンモリロナイト、有機的に修飾された若しくは修飾されないフィロシリケート、液晶プラスチック若しくはポリアリーレンスルフィドとのナノコンポジット(nanocomposite)を形成する物質、若しくはナイロンナノコンポジット、又は上記物質の混合物を含むことができる。
実施例では、液晶プラスチック(Vectra A 950, Ticona GmbH, Frankfurt)から、成形材料を調製した。用いたカーボンブラックは、480〜150ml/100gのジブチルフタレート価、1000〜1150mg/gのヨウ素吸収価、及び100〜120kg/m3の見掛けの密度を有する、Akzo NobelからのKetjenblack EC-600JDであった。このカーボンブラックは、125μm未満の粒度の粒子7%を含む。用いた黒鉛は、ConocoからのThermocarb CF-300であった。用いた亜鉛粉末は、メジアン粒度20μm、見掛けの密度3.06g/ml、及び45μm未満の粒度の粒子0.8%(ISO4497に従って測定)を有する、Eckart Dornからの亜鉛粉末であった。比較例では、充填材量(filler load)は、充填材含量(filling content)と同じである。表1〜5からのカーボンブラック/黒鉛混合物又はカーボンブラック/亜鉛混合物中のカーボンブラック含量は7.5重量%であり、充填材量は、黒鉛又は亜鉛の割合を高めることによって達成された。
Collin社からの押込式金型付きP300P実験室用プレスを用いて、圧縮成形によって成形双極板を製造した。この板の面積は160x160mmであった。原料物質の混合物を金型内で300℃に加熱してから、100〜250barにおいて5分間圧縮し、次に50〜125barにおいて300℃から40℃に、即ち〜0.3℃/秒で900秒間冷却した。
プラスチック(LCP又はPPS)とカーボンブラック(CB)との重量割合の合計は、常に100%である。それ故、LCP/R−5/G−195は、95重量%のLCP、5重量%のカーボンブラック及び195重量%の黒鉛(G)の混合物を意味する。充填材量(重量)φMは、次のように算出する:φM=(カーボンブラック重量+黒鉛重量)/(プラスチック重量+カーボンブラック重量+黒鉛重量)。
Collin社からの押込式金型付きP300P実験室用プレスを用いて、圧縮成形によって成形双極板を製造した。これらの板の面積は160x160mmであった。原料物質の混合物を金型内で300℃に加熱してから、100〜250barにおいて5分間圧縮し、次に50〜125barにおいて40℃に、0.3℃/秒で冷却した。
Claims (13)
- ポリアリーレンスルフィド及び/又は液晶プラスチックに基づく導電性プラスチック成形材料を含む燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分であって、当該導電性プラスチック成形材料は導電性成分として、
(A)カーボンブラックと黒鉛、又は
(B)カーボンブッラクと金属粉末、又は
(C)カーボンブラックと黒鉛と金属粉末
を含み、該カーボンブラックが470〜700ml/100gのジブチルフタレート価を有する、燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。 - 導電性成分を有する充填材量(重量)が非ゼロ及び85未満である、請求項1記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。
- 充填材量(重量)が80以下である、請求項2記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。
- 成形材料のポリマーマトリックス中のカーボンブラック粒子の粒度が0.01〜2μmの範囲内である、請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。
- 用いる黒鉛の比表面積が1〜35m2/gである、請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。
- 用いる金属粉末の、ISO3923/1による見掛け密度が1〜4g/mlである、請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。
- 金属粉末が、45μmまでの粒度を有する画分5%を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分。
- 請求項1に記載の燃料電池の双極板、端板,又は端板の部分を製造する方法であって、圧縮成形による製造を含む方法。
- プラスチック成形材料が予備粉砕されており、1500〜50μmの粒度を有する、請求項8記載の方法。
- 請求項1に記載の燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分を製造する方法であって、導電性プラスチック成形材料の調製工程とシェイピング工程とを一緒にして一段法にすることを含む方法。
- 一段法が、射出−圧縮成形ユニットを用いる射出−成形コンパウンディングを含む、請求項10記載の方法。
- メルト適用圧縮成形を含む、請求項10記載の方法。
- 導電性成分として、
(A)カーボンブラックと黒鉛、又は
(B)カーボンブッラクと金属粉末、又は
(C)カーボンブラックと黒鉛と金属粉末
を含み、該カーボンブラックが470〜700ml/100gのジブチルフタレート価を有する、ポリアリーレンスルフィド及び/又は液晶プラスチックに基づく導電性プラスチック成形材料の成形品の、燃料電池の双極板、端板、又は端板の部分としての使用。
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