JP4192525B2

JP4192525B2 - Manufacturing method of fuel cell separator

Info

Publication number: JP4192525B2
Application number: JP2002241462A
Authority: JP
Inventors: 誉晃清野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2004079456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池（たとえば、固体高分子電解質型燃料電池）用セパレータの製造方法に関し、とくに黒鉛、カーボン等の導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料の成形体からなる燃料電池用セパレータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８、図９に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとの積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層１２からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層１５からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。セパレータ１８にはアノード１４、カソード１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するためのガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）および／または冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセルを構成し、少なくとも１つのセルからモジュール１９を構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
セパレータ１８は燃料ガス、酸化ガス、冷媒を区画するため不透過性でなければならず、また隣接セル間の電子通路となるため導電性をもたなければならない。そのために、セパレータ１８は、通常、カーボンプレート（カーボン、黒鉛等の導電材料と樹脂との混合材料の成形プレート）、導電性樹脂に流体流路を形成したもの、あるいはメタルプレートに流体流路を形成したもの、あるいはメタルプレートに流体流路を形成したものと樹脂フレームとの組み合わせ、等からなる。本発明はこのうちカーボンセパレータに係るもので、その製造方法に係るものである。
特開２００１−３１３０４５号は、黒鉛と熱可塑性樹脂（バインダ）との混合材料をキャビティに低速射出成形し、キャビティ内でそのまま硬化させて、燃料電池用セパレータを製造することを開示している。射出成形条件は、たとえばつぎの通りである。
射出時間：５〜１５秒
硬化時間：１５〜９０秒
射出成形、あるいは押出成形等でいったんセパレータの成形予備体（プリフォーム）を成形し、プリフォームに別のプレス機で反応ガス流路や冷却水流路を構成する溝をプレス成形する場合には、たとえば特開２００１−１２２６７７号が開示しているように、混合材料あるいはプリフォームと、プレス金型との何れかを熱可塑性樹脂の融点以上とし、プレスを実行していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池用セパレータの製造には、つぎの課題があった。
射出成形では、射出時間が５〜１５秒の低速射出であり、飴状の混合材料がキャビティに射出された時に塊状になってキャビティ壁面に付着後すぐに硬化し、キャビティ内での分散性、流動性が悪く、製品が均一密度になりにくく、かつ、複雑な溝形状を出しにくい（形状成形性が悪い）。セパレータの導電性を満足させるために黒鉛材料を高配合（６０ｗｔ％以上）させると流動性が著しく低下し、形状成形性が益々低下する。また、射出時間、硬化時間が、ともに長く、短サイクルで成形できず、量産性に欠ける。
また、形状付与のためにプレスする場合、材料、プリフォームとプレス金型の一方を熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）以上に加熱する必要があり、加熱に時間がかかる。また、冷却にも時間がかかり、プリフォームを融点以上に加熱した場合は冷却にたとえば１分以上、型温を熱可塑性樹脂の融点以上に上げた場合は冷却にたとえば約１０分を要し、短サイクルを実現することができない。
本発明の第１の目的（各実施例に共通の目的でもある）は、短サイクル成形を可能にする燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的（本発明の実施例１、２の特有の目的でもある）は、分散性と形状成形性を満足させることができる、燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的（本発明の実施例３の特有の目的でもある）は、プレス型の加熱、冷却時間を短縮できる燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）６０ｗｔ％以上配合した黒鉛系材料からなる導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料を製品形状より大きな形状のキャビティに３００ｃｍ ³ ／ｓｅｃ以上の射出速度で高速射出し、
前記高速射出による充填の途中または後にキャビティ内の混合材料を製品形状にプレスする、
燃料電池用セパレータの製造方法。
（２）導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料をキャビティに高速射出する工程を有する燃料電池用セパレータを製造方法であって、射出ゲートがセパレータの表裏面のうち溝形状が簡素な方の面に形成されている（１）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（３）前記溝形状が簡素な方の面は冷媒流路が形成されている面である（２）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（４）導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料あるいはその成形予備体を、前記熱可塑性樹脂の融点以下の温度で温間プレスすることによりセパレータを成形する（１）〜（３）の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（５）前記温間プレスは、前記混合材料あるいはその成形予備体を前記熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することなく、前記混合材料あるいはその成形予備体を前記熱可塑性樹脂の融点以下で保持した金型に入れて行う（４）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【０００５】
上記（１）、（２）、（３）の燃料電池用セパレータの製造方法では、材料をキャビティに高速射出（ジェッティング）するので、低速射出に比べて射出時間を短縮でき、短サイクル成形が達成される（第１の目的の達成）。
また、キャビティへの材料の高速射出時に、材料が粉々になり、キャビティに材料を高い流動性で充填できる。これによって、導電材料を高配合させているにかかわらず、材料の分散性と溝等の形状出し性との両方が得られる（第２の目的の達成）。ただし、高速射出では製品がポーラスとなるので、材料が固化する前にキャビティ内材料をプレスして製品の密度コントロールをはかる。
上記（２）、（３）の燃料電池用セパレータの製造方法では、射出ゲートを溝形状が簡素な方の面に設けたので、成形後のゲート切断の、後加工が容易である。
上記（４）、（５）の燃料電池用セパレータの製造方法では、プレスが温間プレスのため、短サイクル成形が達成される（第１の目的の達成）。
また、温間プレスでは、型温は熱可塑性樹脂の融点以下（たとえば２５０℃）に加熱され、冷却されるので、熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）以上に加熱し、冷却する場合（熱間プレス）に比べて、プレス型の加熱、冷却時間を短縮できる（第３の目的の達成）。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池用セパレータ製造方法を図１〜図７を参照して説明する。図８、図９と図８、図９を参照して述べた、燃料電池の一般構成は、本発明の燃料電池にも適用される。
本発明の燃料電池用セパレータ製造方法で製造されたセパレータが組み付けられる燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
燃料電池用セパレータ１８は、黒鉛（カーボンを含む）等の導電材料と熱可塑性樹脂（バインダ）との混合材料を成形して製造したセパレータである。
セパレータ１８の表面には、反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路、酸化ガス流路）、冷媒流路２６の、少なくとも１種類の流路が形成される。
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータ１８の製造方法の各実施例を説明する。
【０００７】
〔本発明の第１実施例〕
図１に示すように、本発明の第１実施例に係る燃料電池用セパレータ１８の製造方法は、導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料３０を製品形状より大きな形状のキャビティ３１に高速射出する第１の工程と、高速射出による充填の途中または後にキャビティ内の混合材料３０を製品形状にプレスする第２の工程とを、有する。
【０００８】
導電材料は黒鉛（カーボンを含む）などである。混合材料は、バインダとしての熱可塑性樹脂に、導電材料、たとえば黒鉛系材料を高配合（５０ｗｔ％以上、望ましくは、６０ｗｔ％以上）させたものである。導電材料を高配合させるのは、セパレータの導電性を上げるとともに、ＭＥＡとの接触抵抗を下げるためである。ただし、導電材料、たとえば黒鉛系材料を高配合させると、著しく流動性が低下し、キャビティ内における材料の分散性が悪くなり、セパレータの形状出し成形が困難になる。
【０００９】
射出した材料がキャビティの全域へ均一に流動して溝等の複雑な形状も得ることができるようにするために、射出ゲート３２を通過する前には飴状となっている材料３０を、ゲート３２からキャビティ３１内に射出した途端に粉々になり粉状で充填されるようにする。そのために、従来行われていなかった材料３０の高速充填（ジェッティング）を行う。ジェッティングの射出率は、たとえば２００ｃｍ³／ｓｅｃ以上、望ましくは３００ｃｍ³／ｓｅｃ以上である。射出時間にすれば０．１秒のオーダであり、低速射出の場合の射出時間の５〜１５秒に比べてはるかに短時間である。高速射出の場合、材料３０が粉々になって流動するので、製品はポーラス状となり、反応ガスのリークや強度上問題となるので、従来ジェッティングによる製品製造は避けられていたが、本発明では均一充填と溝等の形状出し成形のために故意にジェッティングを利用する。そして、ポーラス状の問題は、第２の工程を設け、プレスによる製品密度調整を行うことによって、解決する。
【００１０】
第２の工程におけるプレスを可能とする（プレス代を得る）ために、第１の工程では、キャビティ３１の大きさを、製品の厚さ方向に、製品形状より大きな形状としておく。すなわち、第１の工程では、金型３３を型開き状態（図１のδを０より大、たとえば５ｍｍにした状態）にして、キャビティ３１に材料を射出する。その場合の空孔率（（開いた金型内体積−セパレータ体積）／開いた金型内体積）は５０％程度がよいが、材料３０の粘度や成形機の能力で変更が可能である。そして、第２の工程でポーラス状の充填物を硬化する前にプレスして必要な所定密度を得るようにする。同時に、プレスにより製品の溝等の形状をより精確に出すようにする。粉状充填のため、プレス後の製品にはウエルド（多点ゲートの場合の粉状充填物の衝突部等の強度が弱い部分）等の発生も抑制される。
【００１１】
図３は、３５０ｔ成形機（３５０トンの型締め力が出せる横型電動射出成形機）での射出率と空孔率との関係の一例を示す。斜線領域は成形可能領域を示す。この特性をもつ成形機では、３００ｃｍ³／ｓｅｃ以下の領域では空孔率を５０％以上にしても粉にならず、ポーラス成形ができないこと、また、空孔率を５０％以下では、空孔率が小さくなるほど、射出率を上げる必要があること、空孔率が０％に近づくと射出率を上げても成形ポーラス成形ができないこと、を意味している。
【００１２】
セパレータ製品の密度は、プレスタイミングと金型温度とプレス圧力でコントロールされる。
プレスタイミングについては、第２の工程のプレスは、高速射出による充填の途中または後に開始され、型締め（図１のδを０にして、図１の右半分の状態にする）を行うことにより充填物がプレスされセパレータ製品とされる。充填の途中から行ってもよい理由は、型を締め始めても型が充填物を押すまでに時間を要し、早くプレスしないと充填物が硬化して密度を上げることができなくなるからである。型閉じは高速で行われる必要がある。プレスは充填物が硬化完了する前に行わなければならない。型閉じ開始からプレス完了まで、約５秒で行う。この時間は従来の低速射出の材料硬化時間５〜１５秒に比べて短時間である。
【００１３】
金型温度は熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）より低いが、低すぎると充填物が必要密度になるまでプレスされる前に硬化してしまい必要なセパレータ密度が得られなくなるので、所定温度以上の温間にあることがよく、たとえば２５０℃程度に維持される。図４は、型温とセパレータ密度との関係を示しており、型温が所定温度以上であれば、所定密度がコンスタントに得られるが、型温が所定温度以下の時は密度が低下していき所定密度が得られなくなることを示している。
図５は、第２の工程のプレス圧とセパレータ密度の関係を示している。プレス圧が所定圧力以上で所定密度がコンスタントに得られ、所定圧力以下では、圧力が低くなるにつれて密度が低下することを示している。
【００１４】
本発明の実施例１の作用・効果を説明する。
まず、黒鉛等の導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料３０をキャビティ３１に高速射出（ジェッティング）するので（従来はジェッティングは避けなければならない方法とされていたが、本発明の方法ではジェッティングを故意に使うので）、低速射出の場合の射出時間５〜１５秒に比べて射出時間をたとえば０．１秒に短縮でき（射出率にして３００ｃｍ³／ｓｅｃ）、その分、短サイクル成形が達成される。
【００１５】
また、高速射出（ジェッティング）では、キャビティ３１への材料３０の射出時に、それまで飴状であった材料３０が粉々になり、キャビティ３１に材料３０を高い流動性で充填できる。導電材料を高配合させた樹脂は粘度が高く低速射出では粉々にすることができず、塊状で噴射されてキャビティ壁面に付着して冷却され固化しそれ以後に噴射されてくる材料の流れを阻害する。本発明の方法ではジェッティングによって、導電材料を高配合させているにかかわらず、材料の分散性と溝等の形状出し性との両方が得られる。その結果、均一密度で、かつ、溝等の複雑な形状も精度よく出された製品セパレータ１８が得られる。
【００１６】
ただし、高速射出では材料が粉々になるため、製品セパレータ１８がポーラスとなるので、第２の工程において、材料３０が固化する前にキャビティ内に射出された材料３０をプレスして、製品セパレータ１８の密度コントロールをはかる。プレスは材料３０が固化する前の行われなければならないので、時間約５秒で行われる。これを、従来の低速射出における硬化時間（プレスは伴わない）の１５〜９０秒に比べると大幅に短かく、本発明方法の射出＋プレス時間を、従来の低速射出の射出＋硬化時間と比べると、大幅に短かくなり、短サイクル成形が達成される。
【００１７】
本発明の第１実施例の製造例を説明する。
図１に示す高速射出（ジェッティング）射出プレス横型成形機にて、つぎの仕様で、セパレータ１８を製造した。
・導電材料としての人造黒鉛７５ｗｔ％と熱可塑性樹脂としての液晶ポリマー２５ｗｔ％を、二軸押出機にて混練したものを、混合材料３０として使用した。
・１２５ｍｍ四角の面積１５６ｃｍ²、板厚２ｍｍの平板成形品のセパレータ１８を製造することとした。
・３５ｔｏｎ横型電動射出成形機（３５００ｋＮの型締め力を出せる成形機）を使用した。
・初期型開きδを５ｍｍ（空孔率６０％）とし、射出時間０．１秒（射出率３００ｃｍ³／ｓｅｃ）、金型温度２５０℃にて、高速射出をおこなった。射出完了後直ちにプレス開始、プレス厚２０００ｋＮ、プレス時間５秒でプレスを行い、製品セパレータ１８を得た。
射出ゲート３２はセンター１点ダイレクトと、４点ダイレクト（縦横２分割で合計４分割としそれぞれび区域の中心にダイレクトを配置した）の２種類の例で行った。
結果は表１に示す通りであり、何れも外観、密度とも合格品であった。
【００１８】
【表１】

【００１９】
〔本発明の第２実施例〕
図２に示すように、本発明の第２実施例に係る燃料電池用セパレータ１８の製造方法は、導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料３０をキャビティ３１に高速射出する工程を有する燃料電池用セパレータを製造方法（本発明の実施例１の方法であってもよい）であって、射出ゲート３２がセパレータ１８の表裏面のうち溝形状が簡素な方の面に形成されている方法である。図２は、センター１点ダイレクトの場合を示しいるが複数点ダイレクトの場合も同じである。
セパレータ１８の一面に冷媒流路２６が、他面に反応ガス流路２７または２８が形成されている場合、冷媒流路２６の溝形状は、反応ガス流路２７、２８の溝形状に比べて簡素であるため、溝形状が簡素な方の面は、冷媒流路２６が形成されている側の面となる。
【００２０】
本発明の第２実施例の作用・効果を説明する。
射出ゲート３２を、セパレータ１８の、溝形状が簡素な方の面に設けたので、成形後のゲート切断の、後加工が容易である。図２に示すように、射出成形・プレス後、セパレータ１８に射出ゲート３２が残るので、後加工によりゲート３２を切断・除去しなければならないが、まわりのセパレータ面部分の溝形状が比較的簡素なため、ゲート除去加工時にセパレータや溝を損傷することなくゲート３２を除去することができる。
【００２１】
〔本発明の第３実施例〕
図６に示すように、本発明の第３実施例に係る燃料電池用セパレータ１８の製造方法は、導電材料と熱可塑性樹脂との混合材料３０あるいはその成形予備体（プリフォーム）３４を、金型に挿入する工程（図６の左半分の工程）と、ついで、温間プレスすることによりセパレータ１８を成形する第２の工程（図６の右半分の工程）と、を有する。
温間プレスは、混合材料３０あるいはその成形予備体３４を、熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）以上に加熱することなく、混合材料３０あるいはその成形予備体３４を、熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）以下で保持した金型３５に入れて行う。
ここで、プリフォームとは、理論密度値以下に成形し、形状としては、実形状を考慮し多少の凹凸がある比較的平板に近い形状の予備成形体である。
【００２２】
金型３５は、成形予備体（プリフォーム）３４に溝形状を付与するための金型である。金型３５は、図６の例では竪型の場合を示したが、横型でもよい。
金型３５は、図１の金型３３とは別の金型であってもよいし、あるいは図１の金型３３と同じ金型であってもよい。また、成形予備体（プリフォーム）３４を形成するのに図１の射出成形機の金型３３、またはそれとは別の押出成形機を用い、それによって形成した成形予備体（プリフォーム）３４に溝形状を付与するのに図１の金型３３とは別の金型３５を用いてもよい。図６がその場合を示す。
図７は、金型温度とセパレータ密度との関係を示す。金型温度が樹脂の融点以下の温度であっても所定温度以上であれば、正規の密度が得られ、その所定温度と樹脂の融点以下の金型温度領域が温間プレス域（図７で斜線を施した領域）となることを示している。
【００２３】
本発明の第３実施例の作用・効果を説明する。
比較的大きく薄いセパレータ（たとえば、１５０ｃｍ²以上で、最大板厚部位が２ｍｍ以下）の場合は、樹脂の流動距離に限界があり（金型の溝形状による流動抵抗大）射出成形できない場合がある。本発明では、プリフォーム３４を温間プレスすることとしたので、溝形状を付与する程度の成形でセパレータ１８を製造でき、容易にセパレータ１８を成形できる。
【００２４】
従来の熱プレス成形は熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）以上の成形であり、予熱および冷却に多くの時間を要し、サイクルタイムが大となるが、本発明のような温間プレス（たとえば、２５０℃でのプレス）では、熱可塑性樹脂の融点（たとえば、３１５℃）以下でのプレスであり、樹脂を必要以上には溶融させないので、そして黒鉛との摩擦溶融がある場合でも微小の溶融であるため、プレス時間（冷却時間）を大幅に短縮でき（たとえば、約５秒で済み）、サイクルタイムを短縮できる。
【００２５】
本発明の第３実施例の製造例を説明する。
図１に示す射出成形機でプリフォーム３４を成形し、図６に示すプリフォーム＋温間プレス成形にて、つぎの仕様で、セパレータ１８を製造した。
〔プリフォームの成形〕
・導電材料としての人造黒鉛（５０μｍ）７５ｗｔ％と熱可塑性樹脂としての液晶ポリエステル（融点３１５℃）２５ｗｔ％を、二軸混練機にて混練したものを、材料３０として使用した。
・プリフォーム形状は、セパレータ溝形状を考慮した多少の凹凸のある平板形状（面積５００ｃｍ²）とした。
・プリフォーム成形には３５０ｔｏｎ横型電動射出機を使用した。
・初期型開き量δは５ｍｍ、射出時間０．１７秒（射出率は３００ｃｍ³／ｓｅｃ）、射出完了後プレス（第１実施例の第２工程のプレス）開始、プレス圧２０００ｋＮ、プレス時間５秒、金型温度１８０℃（第１実施例の射出成形機の金型）、にて成形し、成形中は真空引きを行った結果、外観良好で、密度９８％のプリフォーム３４を得た。
【００２６】
〔温間プレス成形〕
・上記のプリフォーム３４を、セパレータ溝形状が加工してある、温間温度（たとえば、２５０℃）に設定した、図６の金型３５（図１の金型とは別の金型）にセットし、プレス圧５０００ｋＮ（プレス中は真空引き）で温間プレス成形した。その結果、形状（溝の転写性）も良好で、密度も良好なセパレータ１８（表２中に本発明として示したもの）を得た。
比較例１として、プリフォームを樹脂の融点以上、たとえば３３０℃とし、金型温度を温間温度２５０℃としてセパレータを製造し、
比較例２として、プリフォームの予熱を無しとし、金型温度を樹脂の融点以上、たとえば３３０℃としてセパレータを製造して、
本発明品と比較した。
結果を表２に示す。比較例１、２に比べて、本発明では、プレス（冷却）時間が大幅に短縮され、サイクルタイムを短縮できることがわかる。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【発明の効果】
請求項１、２、３の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、材料をキャビティに高速射出（ジェッティング）するので、低速射出に比べて射出時間を短縮でき、短サイクル成形が達成される。
また、キャビティへの材料の高速射出時に、材料が粉々になり、キャビティに材料を高い流動性で充填できる。これによって、導電材料を高配合させているにかかわらず、材料の分散性と溝等の形状出し性との両方が得られる。
請求項２、３の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、射出ゲートを溝形状が簡素な方の面に設けたので、成形後のゲート切断の、後加工が容易である。
請求項４、５の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、プレスが温間プレスのため、短サイクル成形が達成される。
また、温間プレスでは、型温は熱可塑性樹脂の融点以下に加熱され、冷却されるので、熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、冷却する熱間プレス（熱プレス）に比べて、プレス型の加熱、冷却時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施例の燃料電池用セパレータの製造方法の工程図である。
【図２】本発明の第２実施例の燃料電池用セパレータの製造方法における、セパレータと射出ゲートの斜視図である。
【図３】本発明の第１実施例の燃料電池用セパレータの製造方法における、グラフ中に成形可能範囲を示した、射出率対空孔率のグラフである。
【図４】本発明の第１実施例の燃料電池用セパレータの製造方法における、セパレータ密度対金型温度のグラフ（傾向を示すグラフ）である。
【図５】本発明の第１実施例の燃料電池用セパレータの製造方法における、セパレータ密度対プレス圧（第１実施例の第２の工程のプレス圧）のグラフ（傾向を示すグラフ）である。
【図６】本発明の第３実施例の燃料電池用セパレータの製造方法の工程図である。
【図７】本発明の第３実施例の燃料電池用セパレータの製造方法における、セパレータ密度対金型温度（第３実施例の金型の温度）のグラフ（傾向を示すグラフ）である。
【図８】一般の燃料電池（本発明にも適用可能）の全体側面図である。
【図９】図８の燃料電池の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０（固体高分子電解質型）燃料電池
１１電解質膜
１２触媒層
１３拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１５触媒層
１６拡散層
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１９モジュール
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３スタック
２４締結部材（テンションプレート）
２５ボルト
２６冷媒流路
２７燃料ガス流路
２８酸化ガス流路
３０混合材料（材料）
３１キャビティ
３２射出ゲート
３３金型
３４成形予備体
３５金型[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a separator for a fuel cell (for example, a solid polymer electrolyte fuel cell), and in particular, production of a separator for a fuel cell comprising a molded material of a mixed material of a conductive material such as graphite and carbon and a thermoplastic resin. Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIGS. 8 and 9, the solid polymer electrolyte fuel cell 10 is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator. The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) 14 made up of a catalyst layer 12 arranged on one surface of the electrolyte membrane, and a catalyst layer 15 arranged on the other surface of the electrolyte membrane. Electrode (cathode, air electrode) 17. Between the membrane-electrode assembly and the separator 18, diffusion layers 13 and 16 are provided on the anode side and the cathode side, respectively. Gas flow paths 27 and 28 (fuel gas flow path 27, oxidation gas flow path 28) for supplying fuel gas (hydrogen) and oxidation gas (oxygen, usually air) to the anode 14 and cathode 17 to the separator 18 and A refrigerant flow path 26 for flowing a refrigerant (usually cooling water) is formed. A cell is formed by stacking a membrane-electrode assembly and a separator 18, a module 19 is formed from at least one cell, the modules are stacked to form a cell stack, and terminals 20 and insulators are formed at both ends of the cell stack in the cell stacking direction. 21, end plate 22 is arranged, the cell stack is clamped in the cell stacking direction, and is fixed with a fastening member (for example, tension plate 24) extending in the cell stacking direction outside the cell stack, bolts and nuts 25, The stack 23 is configured.
In each cell, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode side, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side. On the cathode side, oxygen, hydrogen ions, and electrons (neighboring MEA) The electrons generated at the anode of the first electrode come through the separator, or the electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction come to the cathode of the other end cell through an external circuit). Done.
Anode side: H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻
Cathode side: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O
The separator 18 must be impermeable in order to partition fuel gas, oxidizing gas, and refrigerant, and must have conductivity because it serves as an electron path between adjacent cells. Therefore, the separator 18 is usually a carbon plate (molded plate of a mixed material of a conductive material such as carbon or graphite and a resin), a conductive resin formed with a fluid channel, or a metal plate with a fluid channel. It consists of a combination of a resin frame with a formed plate or a fluid plate formed on a metal plate. The present invention relates to a carbon separator, and relates to a manufacturing method thereof.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313045 discloses that a fuel cell separator is manufactured by low-speed injection molding a mixed material of graphite and a thermoplastic resin (binder) into a cavity and curing it in the cavity as it is. The injection molding conditions are as follows, for example.
Injection time: 5 to 15 seconds Curing time: 15 to 90 seconds A molding preform (preform) is once formed by injection molding or extrusion molding, and the reaction gas flow path or cooling is performed on the preform by another press. When the grooves constituting the water flow path are press-molded, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-122777, either the mixed material or the preform and the press mold are not less than the melting point of the thermoplastic resin. And the press was executed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the production of a conventional fuel cell separator has the following problems.
In injection molding, the injection time is a low-speed injection of 5 to 15 seconds. The fluidity is poor, the product is less likely to have a uniform density, and complex groove shapes are difficult to form (the shape moldability is poor). In order to satisfy the conductivity of the separator, if the graphite material is highly blended (60 wt% or more), the fluidity is remarkably lowered and the shape moldability is further lowered. In addition, both the injection time and the curing time are long and cannot be molded in a short cycle, resulting in lack of mass productivity.
Moreover, when pressing for shape provision, it is necessary to heat one of a material, a preform, and a press die to the melting point (for example, 315 ° C.) or higher of the thermoplastic resin, and heating takes time. In addition, it takes time for cooling, and when the preform is heated to the melting point or more, it takes 1 minute or more for cooling, and when the mold temperature is raised to the melting point or more of the thermoplastic resin, it takes about 10 minutes for cooling. A short cycle cannot be realized.
A first object of the present invention (which is also an object common to the embodiments) is to provide a method for producing a fuel cell separator that enables short cycle molding.
A second object of the present invention (which is also a specific object of Examples 1 and 2 of the present invention) is to provide a method for producing a fuel cell separator that can satisfy dispersibility and shape moldability. is there.
A third object of the present invention (which is also a specific object of Example 3 of the present invention) is to provide a method for producing a separator for a fuel cell that can shorten the heating and cooling time of a press die.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) High-speed injection of a mixed material of a conductive material composed of a graphite-based material blended with 60 wt% or more and a thermoplastic resin into a cavity having a shape larger than the product shape at an injection speed of 300 cm ³ / sec or more ,
Pressing the mixed material in the cavity into a product shape during or after filling by the high-speed injection,
A method for producing a separator for a fuel cell.
(2) A method for producing a fuel cell separator having a step of rapidly injecting a mixed material of a conductive material and a thermoplastic resin into a cavity, wherein the injection gate has a simple groove shape on the front and back surfaces of the separator (1) The manufacturing method of the separator for fuel cells described in (1) .
(3) The method for manufacturing a fuel cell separator according to (2), wherein the surface having the simpler groove shape is a surface on which a refrigerant flow path is formed.
(4) Any of (1) to (3), wherein a separator is molded by warm pressing a mixed material of a conductive material and a thermoplastic resin or a molding preform thereof at a temperature not higher than the melting point of the thermoplastic resin . The manufacturing method of the separator for fuel cells as described in any one of.
(5) The warm press keeps the mixed material or the molding preform below the melting point of the thermoplastic resin without heating the mixed material or the molding preform above the melting point of the thermoplastic resin. (4) The manufacturing method of the separator for fuel cells as described in (4) performed in a metal mold | die.
[0005]
In the fuel cell separator manufacturing method of the above (1), (2), (3), since the material is injected into the cavity at a high speed (jetting), the injection time can be shortened compared to the low speed injection, and the short cycle molding can be performed. Achieved (achievement of the first objective).
Further, when the material is injected into the cavity at a high speed, the material is shattered, and the cavity can be filled with the material with high fluidity. This makes it possible to obtain both dispersibility of the material and formability of the grooves and the like (achievement of the second object) regardless of the high blending of the conductive material. However, since the product becomes porous in high-speed injection, the material in the cavity is pressed before the material solidifies to control the density of the product.
In the fuel cell separator manufacturing method of the above (2) and (3), since the injection gate is provided on the surface having a simple groove shape, post-processing of gate cutting after molding is easy.
In the fuel cell separator manufacturing method of the above (4) and (5), since the press is a warm press , short cycle molding is achieved (achievement of the first object).
Further, in the warm press, the mold temperature is heated to the melting point of the thermoplastic resin or lower (for example, 250 ° C.) and cooled, so that the mold temperature is heated to the melting point of the thermoplastic resin (for example, 315 ° C.) or higher for cooling ( Compared with hot pressing), heating and cooling time of the press die can be shortened (achievement of the third object).
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the separator manufacturing method for fuel cells of this invention is demonstrated with reference to FIGS. The general structure of the fuel cell described with reference to FIGS. 8, 9, 8 and 9 is also applied to the fuel cell of the present invention.
The fuel cell to which the separator manufactured by the method for manufacturing a fuel cell separator of the present invention is assembled is a solid polymer electrolyte fuel cell 10. The fuel cell 10 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.
The fuel cell separator 18 is a separator manufactured by molding a mixed material of a conductive material such as graphite (including carbon) and a thermoplastic resin (binder).
On the surface of the separator 18, at least one kind of flow path, that is, a reaction gas flow path 27, 28 (fuel gas flow path, oxidizing gas flow path) and a refrigerant flow path 26 is formed.
Next, each embodiment of the method for producing the fuel cell separator 18 of the present invention will be described.
[0007]
[First embodiment of the present invention]
As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the fuel cell separator 18 according to the first embodiment of the present invention rapidly injects a mixed material 30 of a conductive material and a thermoplastic resin into a cavity 31 having a shape larger than the product shape. A first step and a second step of pressing the mixed material 30 in the cavity into a product shape during or after filling by high-speed injection.
[0008]
The conductive material is graphite (including carbon). The mixed material is obtained by highly blending (50 wt% or more, preferably 60 wt% or more) a conductive material such as a graphite-based material with a thermoplastic resin as a binder. The reason why the conductive material is highly blended is to increase the conductivity of the separator and reduce the contact resistance with the MEA. However, when a highly conductive material, for example, a graphite-based material is blended, the fluidity is remarkably lowered, the dispersibility of the material in the cavity is deteriorated, and it is difficult to shape the separator.
[0009]
In order to allow the injected material to flow uniformly over the entire cavity and to obtain a complicated shape such as a groove, the material 30 that has a bowl-like shape before passing through the injection gate 32 is replaced with a gate. As soon as it is injected into the cavity 31 from 32, it is shattered and filled with powder. Therefore, high-speed filling (jetting) of the material 30 which has not been performed conventionally is performed. The jetting rate of jetting is, for example, 200 cm ³ / sec or more, preferably 300 cm ³ / sec or more. The injection time is on the order of 0.1 second, which is much shorter than the injection time of 5 to 15 seconds in the case of low speed injection. In the case of high-speed injection, since the material 30 is shattered and flows, the product becomes porous, which causes a problem of reaction gas leakage and strength. Thus, in the present invention, product production by jetting has been avoided. Deliberate use of jetting for uniform filling and shaping of grooves, etc. The porous problem is solved by providing a second step and adjusting the product density by pressing.
[0010]
In order to enable pressing in the second step (to obtain a press fee), in the first step, the size of the cavity 31 is set larger than the product shape in the thickness direction of the product. That is, in the first step, the mold 33 is opened (in FIG. 1, δ is larger than 0, for example, 5 mm), and the material is injected into the cavity 31. In this case, the porosity ((open mold volume−separator volume) / open mold volume) is preferably about 50%, but can be changed depending on the viscosity of the material 30 and the capacity of the molding machine. Then, before the porous filling is cured in the second step, it is pressed to obtain a required predetermined density. At the same time, the shape of the groove of the product is more accurately brought out by pressing. Due to the powder filling, generation of welds (parts having weak strength such as a collision portion of the powder filling in the case of a multi-point gate) is suppressed in the product after pressing.
[0011]
FIG. 3 shows an example of the relationship between the injection rate and the porosity in a 350t molding machine (a horizontal electric injection molding machine capable of producing a clamping force of 350 tons). The hatched area indicates the moldable area. In the molding machine having the characteristics, 300 cm ³ / sec in the following areas not to flour to the porosity 50% or more, it can not porous molding, also the porosity of 50% or less, voids This means that as the rate decreases, it is necessary to increase the injection rate, and when the porosity approaches 0%, it is impossible to perform porous molding even if the injection rate is increased.
[0012]
The density of the separator product is controlled by pressing timing, mold temperature and pressing pressure.
Regarding the press timing, the press in the second step is started during or after filling by high-speed injection, and the mold is clamped (δ in FIG. 1 is set to 0 and the state in the right half of FIG. 1 is performed). The filling is pressed into a separator product. The reason why the filling may be performed in the middle is that it takes time for the mold to press the filling even if the mold starts to be tightened, and if the pressing is not performed quickly, the filling is hardened and the density cannot be increased. Mold closing needs to be done at high speed. The pressing must be done before the filling is fully cured. It takes about 5 seconds from the start of mold closing to the completion of pressing. This time is shorter than the material curing time of 5 to 15 seconds of the conventional low speed injection.
[0013]
The mold temperature is lower than the melting point of the thermoplastic resin (for example, 315 ° C.), but if it is too low, the filler will harden before being pressed until it reaches the required density, and the required separator density cannot be obtained. The temperature is preferably higher than the temperature, for example, maintained at about 250 ° C. FIG. 4 shows the relationship between the mold temperature and the separator density. When the mold temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the predetermined density is constantly obtained. When the mold temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the density decreases. This shows that the predetermined density cannot be obtained.
FIG. 5 shows the relationship between the pressing pressure and the separator density in the second step. When the pressing pressure is equal to or higher than the predetermined pressure, the predetermined density is constantly obtained. When the pressing pressure is equal to or lower than the predetermined pressure, the density decreases as the pressure decreases.
[0014]
The operation and effect of the first embodiment of the present invention will be described.
First, since a mixed material 30 of a conductive material such as graphite and a thermoplastic resin is injected (jetted) into the cavity 31 at a high speed (previously, jetting was a method that had to be avoided, but in the method of the present invention, Since jetting is used deliberately, the injection time can be reduced to 0.1 seconds, for example, compared to the injection time of 5 to 15 seconds in the case of low-speed injection (300 cm ³ / sec as the injection rate). Molding is achieved.
[0015]
Further, in the high-speed injection (jetting), when the material 30 is injected into the cavity 31, the material 30 that has been in the form of a bowl until then becomes shattered, and the material 30 can be filled into the cavity 31 with high fluidity. Resin with high blending of conductive material has high viscosity and cannot be shattered at low speed injection. It is injected as a lump, adheres to the cavity wall surface, cools and solidifies, and inhibits the flow of the injected material thereafter. To do. In the method of the present invention, both the dispersibility of the material and the formability of the grooves and the like can be obtained by jetting, regardless of the high blending of the conductive material. As a result, the product separator 18 having a uniform density and a complicated shape such as a groove can be obtained with high accuracy.
[0016]
However, since the material is shattered during high-speed injection, the product separator 18 becomes porous. Therefore, in the second step, the material 30 injected into the cavity is pressed before the material 30 is solidified, and the product separator 18 is pressed. Measure density of Since the pressing must be done before the material 30 solidifies, it takes about 5 seconds. This is much shorter than the curing time (without pressing) of 15 to 90 seconds in the conventional low-speed injection, and the injection + pressing time of the method of the present invention is compared with the injection + curing time of the conventional low-speed injection. As a result, the length is significantly shortened and short cycle molding is achieved.
[0017]
The manufacture example of 1st Example of this invention is demonstrated.
A separator 18 was manufactured with the following specifications using a high speed injection (jetting) injection press horizontal molding machine shown in FIG.
A material obtained by kneading 75 wt% of artificial graphite as a conductive material and 25 wt% of a liquid crystal polymer as a thermoplastic resin with a twin screw extruder was used as the mixed material 30.
-The separator 18 of the flat plate molded product of 125mm square area 156cm < ² >, plate | board thickness 2mm was decided to be manufactured.
-A 35 ton horizontal electric injection molding machine (a molding machine capable of producing a clamping force of 3500 kN) was used.
-Initial mold opening δ was 5 mm (porosity 60%), injection time was 0.1 second (injection rate 300 cm ³ / sec), and mold temperature was 250 ° C., and high-speed injection was performed. Immediately after completion of injection, pressing was started, pressing was performed at a press thickness of 2000 kN, and a pressing time of 5 seconds to obtain a product separator 18.
The injection gate 32 was performed in two types of examples: a center one-point direct and a four-point direct (a total of four divisions in two vertical and horizontal divisions, each direct being arranged at the center of the area).
The results are as shown in Table 1, and both the appearance and density were acceptable.
[0018]
[Table 1]

[0019]
[Second embodiment of the present invention]
As shown in FIG. 2, the method for manufacturing the fuel cell separator 18 according to the second embodiment of the present invention includes a step of rapidly injecting a mixed material 30 of a conductive material and a thermoplastic resin into a cavity 31. A method for manufacturing a separator (which may be the method according to the first embodiment of the present invention), in which the injection gate 32 is formed on the surface of the front and back surfaces of the separator 18 that has a simpler groove shape. . FIG. 2 shows the case of the center one-point direct, but the same applies to the case of the multipoint direct.
When the refrigerant flow path 26 is formed on one side of the separator 18 and the reaction

gas flow path

27 or 28 is formed on the other side, the groove shape of the refrigerant flow path 26 is compared with the groove shape of the reaction

gas flow paths

27 and 28. Since it is simple, the surface with the simpler groove shape is the surface on the side where the refrigerant flow path 26 is formed.
[0020]
The operation and effect of the second embodiment of the present invention will be described.
Since the injection gate 32 is provided on the surface of the separator 18 having a simple groove shape, post-processing of gate cutting after molding is easy. As shown in FIG. 2, since the injection gate 32 remains in the separator 18 after injection molding and pressing, the gate 32 must be cut and removed by post-processing, but the groove shape of the surrounding separator surface portion is relatively simple. Therefore, the gate 32 can be removed without damaging the separator or the groove during the gate removal process.
[0021]
[Third embodiment of the present invention]
As shown in FIG. 6, the manufacturing method of the fuel cell separator 18 according to the third embodiment of the present invention includes a mixed material 30 of a conductive material and a thermoplastic resin, or a molding preform (preform) 34 thereof. There are a step of inserting into the mold (step in the left half of FIG. 6) and a second step of forming the separator 18 by warm pressing (step in the right half of FIG. 6).
In the warm press, the mixed material 30 or its molding preliminary body 34 is heated to the melting point (for example, 315 ° C.) or higher of the thermoplastic resin without heating the mixed material 30 or its molding preliminary body 34 to the melting point of the thermoplastic resin. (For example, at 315 ° C.) It is carried out in a mold 35 held at a temperature below.
Here, the preform is a preform that is molded to a theoretical density value or less and has a shape that is relatively close to a flat plate with some irregularities in consideration of the actual shape.
[0022]
The mold 35 is a mold for imparting a groove shape to the molding preform (preform) 34. The mold 35 is a vertical type in the example of FIG. 6, but may be a horizontal type.
The mold 35 may be a mold different from the mold 33 in FIG. 1, or may be the same mold as the mold 33 in FIG. 1. Further, the mold 33 of the injection molding machine shown in FIG. 1 or an extrusion molding machine different from the mold 33 shown in FIG. 1 is used to form the molding preform (preform) 34, and the molding preform (preform) 34 formed thereby is used. A mold 35 different from the mold 33 in FIG. 1 may be used to provide the groove shape. FIG. 6 shows such a case.
FIG. 7 shows the relationship between mold temperature and separator density. Even if the mold temperature is equal to or lower than the melting point of the resin, if the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, a normal density is obtained, and the mold temperature range below the predetermined temperature and the melting point of the resin is the warm press range (in FIG. 7). It is shown that the region is shaded.
[0023]
The operation and effect of the third embodiment of the present invention will be described.
In the case of a relatively large and thin separator (for example, 150 cm ² or more and the maximum plate thickness portion is 2 mm or less), there is a limit to the resin flow distance (large flow resistance due to the groove shape of the mold), and injection molding may not be possible. . In the present invention, since the preform 34 is warm-pressed, the separator 18 can be manufactured by molding that gives a groove shape, and the separator 18 can be easily molded.
[0024]
Conventional hot press molding is molding at a melting point (for example, 315 ° C.) or higher of a thermoplastic resin and requires a lot of time for preheating and cooling, and the cycle time becomes long. (For example, press at 250 ° C.) is a press at a melting point of the thermoplastic resin (for example, 315 ° C.) or lower, and does not melt the resin more than necessary, and even if there is frictional melting with graphite Therefore, the press time (cooling time) can be greatly shortened (for example, only about 5 seconds), and the cycle time can be shortened.
[0025]
A manufacturing example of the third embodiment of the present invention will be described.
The preform 34 was molded by the injection molding machine shown in FIG. 1, and the separator 18 was manufactured with the following specifications by the preform + warm press molding shown in FIG.
[Preform molding]
A material 30 was prepared by kneading 75 wt% of artificial graphite (50 μm) as a conductive material and 25 wt% of liquid crystal polyester (melting point: 315 ° C.) as a thermoplastic resin in a biaxial kneader.
The preform shape was a flat plate shape (area 500 cm ² ) with some unevenness considering the separator groove shape.
-A 350 ton horizontal electric injection machine was used for preform molding.
Initial mold opening amount δ is 5 mm, injection time is 0.17 seconds (injection rate is 300 cm ³ / sec), press after completion of injection (press in the second step of the first embodiment), press pressure 2000 kN, press time 5 Second, the mold temperature was 180 ° C. (the mold of the injection molding machine of the first example), and vacuuming was performed during the molding. As a result, a preform 34 having a good appearance and a density of 98% was obtained. .
[0026]
[Warm press forming]
-The above-described preform 34 is set to a mold 35 shown in FIG. 6 (a mold different from the mold shown in FIG. 1) set to a warm temperature (for example, 250 ° C.) in which the separator groove shape is processed. This was set and warm press-molded at a press pressure of 5000 kN (evacuated during pressing). As a result, a separator 18 (shown as the present invention in Table 2) having a good shape (groove transferability) and good density was obtained.
As Comparative Example 1, a separator was manufactured with a preform having a temperature equal to or higher than the melting point of the resin, for example, 330 ° C. and a mold temperature of 250 ° C.,
As Comparative Example 2, the preform is not preheated, the mold temperature is equal to or higher than the melting point of the resin, for example, 330 ° C., and the separator is manufactured.
Compared to the product of the present invention.
The results are shown in Table 2. Compared with Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that in the present invention, the press (cooling) time is greatly shortened and the cycle time can be shortened.
[0027]
[Table 2]

[0028]
【The invention's effect】
According to the fuel cell separator manufacturing method of the first, second, and third aspects, since the material is injected into the cavity at a high speed (jetting), the injection time can be shortened compared to the low-speed injection, and short cycle molding is achieved. .
Further, when the material is injected into the cavity at a high speed, the material is shattered, and the cavity can be filled with the material with high fluidity. This makes it possible to obtain both dispersibility of the material and formability such as grooves regardless of the high blending of the conductive material.
According to the fuel cell separator manufacturing method of the second and third aspects, since the injection gate is provided on the surface having a simple groove shape, post-processing of the gate cutting after molding is easy.
According to the fuel cell separator manufacturing method of the fourth and fifth aspects, since the press is a warm press , short cycle molding is achieved.
Also, in the warm press, the mold temperature is heated below the melting point of the thermoplastic resin and cooled, so that compared to the hot press (hot press) that heats and cools above the melting point of the thermoplastic resin, the press mold Heating and cooling time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram of a method for manufacturing a fuel cell separator according to first and second embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a separator and an injection gate in a method of manufacturing a fuel cell separator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph of injection rate vs. porosity, showing the moldable range in the graph in the method for producing a fuel cell separator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph (separation graph) of separator density versus mold temperature in the method for manufacturing a fuel cell separator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph (separation graph) of separator density versus pressing pressure (pressing pressure in the second step of the first embodiment) in the method for manufacturing a fuel cell separator according to the first embodiment of the present invention. .
FIG. 6 is a process diagram of a method of manufacturing a fuel cell separator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph (a graph showing a tendency) of separator density versus mold temperature (mold temperature of the third embodiment) in the method for manufacturing a fuel cell separator according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an overall side view of a general fuel cell (which can also be applied to the present invention).
9 is a partially enlarged cross-sectional view of the fuel cell of FIG.
[Explanation of symbols]
10 (solid polymer electrolyte type) fuel cell 11 electrolyte membrane 12 catalyst layer 13 diffusion layer 14 electrode (anode, fuel electrode)
15 Catalyst layer 16 Diffusion layer 17 Electrode (cathode, air electrode)
18 Separator 19 Module 20 Terminal 21 Insulator 22 End plate 23 Stack 24 Fastening member (tension plate)
25 Bolt 26 Refrigerant channel 27 Fuel gas channel 28 Oxidizing gas channel 30 Mixed material (material)
31 Cavity 32 Injection gate 33 Mold 34 Molding preform 35 Mold

Claims

And high speed injection with the cavity to 300 cm ³ / sec or more injection speed of the mixed material shape larger than the product shape of the conductive material and thermoplastic resin comprising 60 wt% or more compounded graphite material,
Pressing the mixed material in the cavity into a product shape during or after filling by the high-speed injection,
A method for producing a separator for a fuel cell.

A method for manufacturing a separator for a fuel cell having a step of rapidly injecting a mixed material of a conductive material and a thermoplastic resin into a cavity, wherein an injection gate is formed on a surface having a simple groove shape on the front and back surfaces of the separator. The method for producing a fuel cell separator according to claim 1 .

The method for producing a fuel cell separator according to claim 2, wherein the surface having the simpler groove shape is a surface on which a refrigerant flow path is formed.

The separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the separator is molded by warm pressing a mixed material of a conductive material and a thermoplastic resin or a molding preform thereof at a temperature not higher than the melting point of the thermoplastic resin. The manufacturing method of the separator for fuel cells of description.

The warm press is performed on a mold that holds the mixed material or the molding preliminary body below the melting point of the thermoplastic resin without heating the mixed material or the molding preliminary body above the melting point of the thermoplastic resin. The manufacturing method of the separator for fuel cells of Claim 4 performed by putting.