JP5766106B2 - 撥水性燃料電池用セパレータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池に使用される燃料電池用セパレータに関する。

燃料電池は、水素と酸素の化学反応で生じるエネルギーを電力として取り出す装置で、発電効率が高く、また従来の発電方式と比較して窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量が少ない極めてクリーンな発電システムであり（排出物のほとんどが水である）、使用されている電解質の種類により、固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、アルカリ型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池あるいは固体酸化物型燃料電池等に分類することができる。

燃料電池の１種である固体高分子型燃料電池は、電解質が固体、作動温度が低温（常温〜１００℃）で取り扱いやすく、高出力、小型・軽量化が容易である等の特性を有するため、家庭用電源あるいは自動車・自転車用電源として提案され、またすでに実用化されている。

固体高分子型燃料電池は、燃料電池用セパレータ、電極（ガス拡散層と触媒の２層構造）及び高分子電解質膜より構成されている。

燃料電池用セパレータは、通常、板状で水素（燃料ガス）と酸素あるいは酸素を含む空気（酸化剤ガス）を高分子電解質膜に供給したり、発電時に生成した生成水を外部へ排出するための流路（または溝）が形成されている。

燃料電池用セパレータには、例えば燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に供給するための高いガスバリアー性、発電効率を高くするための高導電性、優れた機械的強度、長期耐久性の確保のための耐腐食性あるいは溶出特性および生成水を外部へ排出させるための高い撥水性等の特性が要求される。

燃料電池用セパレータに要求される特性の中で撥水性は、特に重要な特性である。燃料電池用セパレータは、発電時に生成した生成水を流路より速やかに排出しなければならない。発電時に生成した生成水が、流路内に溜まり、流路が塞がれてしまうと高分子電解質膜への燃料ガスと酸化剤ガスの供給が低下するため、燃料電池の発電効率が低下したり、発電不能となってしまう問題が生じる。また、生成水が０℃以下の温度で凍結することにより燃料電池用セパレータが破損してしまうおそれがある。

発電時に生成した生成水を流路より速やかに排出させる方法として、燃料電池用セパレータ表面に撥水性を付与させる方法が提案され、実施されてきた。燃料電池用セパレータ表面に撥水性を付与させる方法としては、例えば、セパレータのガス流路溝に、シランカップリング剤を用いた撥水層を形成する方法（例えば、特許文献１参照）、セパレータ表面にセパレータ表面にＣ−Ｆ結合を有する撥水性のフッ素含有カーボン層を形成させる方法（例えば、特許文献２参照）、表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの溝内面に樹脂層を形成させる方法（例えば、特許文献３参照）が開示されている。

特開平１１−３３９８２７号公報 特開２００３−１２３７８０号公報 特開２００５−１９７１６２号公報

特許文献１の方法は、一旦、セパレータの流路溝をプラズマ処理して活性水素を含む水酸基を付与し、次いでフッ化炭素基を含むアルコキシシラン界面活性剤を塗布し、焼成し撥水層を形成する方法である。この方法による撥水層の形成は、プラズマ処理工程と焼成工程を必要とするため、撥水層の形成工程が煩雑なものとなり、得られるセパレータが高価なものとなってしまう。また、高温高湿環境で使用した場合、加水分解により撥水層が剥離してしまうため耐久性に問題がある。

特許文献２の方法は、燃料電池用セパレータにブラスト処理を行ってそのガス流路面に凹凸を形成した後、フッ素含有ガスのプラズマ照射を施すことでフッ素含有カーボン層を形成した後、ガス流路面以外のフッ素含有カーボン層を除去する方法である。この方法は、セパレータ製造工程が煩雑なものとなり、得られるセパレータが高価なものとなってしまう。

特許文献３の方法は、固体高分子型燃料電池用セパレータの溝内面に、ポリスルフォン／ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶液や、ポリエーテルケトン／ＴＨＦ溶液や、耐酸性を有するエンジニアリングプラスチック等を塗布する方法である。この方法は、高温高湿環境下で使用した場合、樹脂層の剥離が剥離してしまうため耐久性に問題がある。また、セパレータ表面に樹脂層を形成されるため、導電性が低下する問題が生じる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、燃料電池用セパレータとして必要な導電性と機械的強度には何ら影響を与えることなく、高い撥水性を長期間に渡って維持し、簡素な製造工程で製造可能な水の排出性能に優れる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、トレリナ（登録商標）の化学構造を有するＰＰＳ樹脂と、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂及びＦＥＰ樹脂のうちの１種のフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、人造黒鉛及び鱗状黒鉛のうちの１種の黒鉛と、を少なくとも含み、その熱可塑性樹脂組成物のＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の組成質量比率はＰＰＳ樹脂／フッ素樹脂＝９５／５〜７５／２５であり、黒鉛の含有量は、熱可塑性樹脂組成物１００質量部に対して３００〜９００質量部であって、曲げ強度が４０ＭＰａ以上、体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍ以下、水の接触角が８０°以上である燃料電池用セパレータであることを要旨とする。

本発明の第１の特徴において、曲げ強度が４０ＭＰａ未満であると、燃料電池用セパレータは強度不足になって破損したり、ひび（クラック）の発生するおそれがある。体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍを超えると、燃料電池の内部抵抗が増大するおそれがある。水の接触角が８０°未満であると、発電時に生成した生成水が、燃料電池用セパレータ表面に付着して、排水性能が低下するおそれがある。

本発明の第２の特徴は、トレリナ（登録商標）の化学構造を有するＰＰＳ樹脂と、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂及びＦＥＰ樹脂のうちの１種のフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、人造黒鉛及び鱗状黒鉛のうちの１種の黒鉛と、を少なくとも含む成形材料を、その熱可塑性樹脂組成物のＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の組成質量比率をＰＰＳ樹脂／フッ素樹脂＝９５／５〜７５／２５とし、黒鉛の含有量を、熱可塑性樹脂組成物１００質量部に対して３００〜９００質量部として調製する工程と、ＰＰＳ樹脂の融点又は前記フッ素樹脂の融点の高い方の温度以上で、４００℃以下の温度に加熱した金型に、成形材料を充填する工程と、金型を加圧して、黒鉛の間に熱可塑性樹脂組成物を流入させる工程と、金型を加圧冷却して、前記成形材料を脱型する工程と、を含む、曲げ強度が４０ＭＰａ以上、体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍ以下、水の接触角が８０°以上である燃料電池用セパレータの製造方法であることを要旨とする。

本発明の第２の特徴において、黒鉛の平均粒子径は、０.５〜５００μｍであることが好ましい。

金型の加熱温度が４００℃を超えると、フッ素樹脂が激しく分解するため好ましくない。

熱可塑性樹脂組成物は、融点が２００℃以上の結晶性熱可塑性樹脂又はガラス転移点が２００℃以上の非晶性熱可塑性樹脂を、さらに含むことが好ましい。

燃料電池用セパレータは、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は炭素繊維のいずれかの炭素系導電材料をさらに含むことが好ましい。

燃料電池用セパレータは、結晶核剤、耐衝撃改良剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、耐電防止剤、耐熱向上剤、無機充填剤、及び有機充填剤を含む添加剤のうちの１種又は２種以上をさらに含むことが好ましい。

本発明によれば、燃料電池用セパレータとして必要な導電性と機械的強度には何ら影響を与えることなく、高い撥水性を長期間に渡って維持し、簡素な製造工程で製造可能な水の排出性能に優れる燃料電池用セパレータを提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について詳細に説明する。

本発明の実施形態の燃料電池用セパレータは、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ樹脂）とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、黒鉛と、を少なくとも含み、曲げ強度が４０ＭＰａ以上、体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍ以下、水の接触角が８０°以上である。

黒鉛含有量は、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物１００質量部に対し、２５０〜１０００質量部が好ましい。熱可塑性樹脂組成物におけるＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の組成質量比率は、ＰＰＳ樹脂／フッ素樹脂＝９９／１〜７０／３０が好ましい。

ＰＰＳ樹脂は、機械的強度が高く、融点が２８０℃で耐熱性に優れ、化学的に安定でしかも安価なため最適である。ＰＰＳ樹脂は、繰返し単位−(Ａｒ−Ｓ−)− で構成された重合体である。アリーレン基としては、例えば、ｐ−フェニレン基、ｍ−フェニレン基、ｏ−フェニレン基、置換フェニレン基、ｐ，ｐ'−ジフェニレンスルホン基、ｐ，ｐ'−ビフェニレン基、ｐ，ｐ'−ジフェニレンエーテル基、ｐ，ｐ'−ジフェニレンカルボニル基、ナフタレン基などが使用できる。このなかで、ｐ−フェニレンスルフィド基を７０モル％以上、好ましくは８０モル％以上含むものが、耐熱性、成形性、機械的特性等の物性上の点から好適である。ＰＰＳ樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、１種単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても良く、他の共重合可能な化合物とのブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体あるいは各種の置換基等の導入された変性体も使用することができる。また、ＰＰＳ樹脂は、部分的に分岐又は架橋構造を形成させたＰＰＳ樹脂も好ましく使用でき、また、比較的低分子量のＰＰＳ樹脂を酸素存在下、高温で加熱して架橋反応を行い溶融粘度を上昇させ、成形加工性を改良したＰＰＳ樹脂も使用可能である。また、本発明に用いられるＰＰＳ樹脂は変性ＰＰＳ樹脂であってもよい。

更に本発明において使用するＰＰＳ樹脂は、成形加工性の点から上記した２種類以上のＰＰＳ樹脂を併用しても構わない。具体的なＰＰＳ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えばトレリナ（東レ社製：商品名）、フォートロン（ポリプラスチックス社製：商品名）、ＤＩＣ．ＰＰＳ（ＤＩＣ社製：商品名）等が挙げられる。ＰＰＳ樹脂のＭＦＲ（荷重：４９Ｎ、温度：３１６℃）は、５ｇ／１０ｍｉｎ．以上１５０ｇ／１０ｍｉｎ．以下である。

フッ素樹脂としては、通常、融点未満の温度では固体状が好ましい。例えば、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（四フッ化エチレン樹脂、融点：３２７℃、水に対する接触角：１１０°、以下、ＰＴＦＥ樹脂と略）、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（四フッ化エチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体樹脂、融点：３０２〜３１０℃、水に対する接触角：１１５°、以下、ＰＦＡ樹脂と略）、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体（四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合体樹脂、融点２７０℃、水に対する接触角：１１４°、以下、ＦＥＰ樹脂と略）、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体（四フッ化エチレン-エチレン共重合体樹脂、融点：２６０℃、水に対する接触角：９６°）、ポリビニリデンフルオライド（フッ化ビニリデン樹脂、融点：１７３〜１７５℃、水に対する接触角：８２°）、ポリクロロトリフルオロエチレン（三フッ化塩化エチレン樹脂、融点：２１０〜２１２℃、水に対する接触角：８４°）等を挙げることができる。フッ素樹脂の融点と水に対する接触角は、ダイキン工業（株）ホームページ参照。これらフッ素樹脂の中では、融点が２７０℃と耐熱性に優れ、水との接触角が１１０°以上と撥水性が高く、入手しやすさあるいは取り扱いやすさの点からＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂あるいはＦＥＰ樹脂が好ましい。ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂あるいはＦＥＰ樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で１種単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても良い。

本発明の燃料電池用セパレータには本発明の効果を損なわない範囲で他の熱可塑性樹脂を添加することができる。熱可塑性樹脂としては、融点が２００℃以上の結晶性熱可塑性樹脂あるいはガラス転移点が２００℃以上の非晶性熱可塑性樹脂が挙げることができる。

熱可塑性樹脂の具体例としては例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ樹脂）あるいはポリエーテルケトンエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＫＥＫＫ樹脂）等のポリアリーレンケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂（ＰＩ樹脂）あるいはポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ樹脂）等の熱可塑性イミド系樹脂、ポリスルホン樹脂（ＰＳＵ樹脂）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ樹脂）、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド４Ｔ樹脂あるいはポリアミド９Ｔ樹脂等のポリアミド樹脂あるいは液晶ポリマー等の樹脂を挙げることができる。

黒鉛は、加工性、機械的強度と導電性に優れ、化学的に安定で安価であるため導電性材料としては最適である。黒鉛には、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛及び土状黒鉛等からなる天然黒鉛、鱗片状黒鉛を濃硫酸等で化学的処理した後に加熱して得られる膨張黒鉛、膨張黒鉛を高温で加熱処理することで得られる膨張化黒鉛、人造黒鉛等が該当する。この黒鉛の中では、不純物や溶出性が少なく、高い純度で優れた導電性が得られる人造黒鉛が最適である。黒鉛は、１種単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても良い。

黒鉛は、粒子径の異なる２種類以上を併用することができ、この併用する場合には、高充填化が可能になるので、高導電性の燃料電池用セパレータを得ることができる。

黒鉛は、本発明の効果を損なわない範囲で、例えばシランカップリング剤（３-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３-アミノプロピルエトキシシラン、イミダゾールシラン等）、チタネート系カップリング剤〔イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、テトラオクチルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート等〕、アルミネート系カップリング剤（アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等）等からなる各種のカップリング剤で処理を施しても構わない。

本発明の燃料電池用セパレータは本発明の効果を損わない範囲で導電性材料を添加することができる。導電性材料としては、炭素系材料あるいは金属系材料を挙げることができるが、金属系材料は燃料電池作動中に腐食する問題が生じるため、炭素系材料が好ましい。炭素系材料としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、炭素繊維等が挙げられる。

成形用材料には、ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂、黒鉛の他、所定の添加剤を選択的に添加することができる。この所定の添加剤としては、結晶核剤、耐衝撃改良剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、耐熱向上剤、無機充填剤、有機充填剤等が挙げられる。

本発明の実施形態における燃料電池用セパレータは、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、黒鉛と、を含む成形用材料を調製した後、圧縮成形、射出成形、トランスファー成形、射出圧縮成形等の公知の成形方法により製造することができるが、これらの製造方法に限定するわけでない。

成形用材料は、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、黒鉛とから調製される。ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の組成質量比率はＰＰＳ樹脂／フッ素＝９９／１〜７０／３０、好ましくは９５／５〜７５／２５が好適である。フッ素樹脂の組成質量比率が３質量％未満の場合は、撥水性を付与することが困難であり、３０質量％を超える場合には、機械的強度の低下を招くからである。

ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と黒鉛とから調製された成形用材料は、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、黒鉛が２５０質量部以上１０００質量部以下、好ましくは３００質量部以上９００質量部以下である。黒鉛の添加量が２５０質量部未満の場合は、燃料電池用セパレータとして必要な導電性が得られない。黒鉛の添加量が１０００質量部を超える場合は、燃料電池用セパレータとして必要な機械的強度が得られない。

成形用材料の調製方法は、（Ａ）まず、最初にＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂から樹脂組成物を作製した後、この樹脂組成物に黒鉛を添加し、成形用材料を調製する方法、（Ｂ）ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂および黒鉛を同時に混合し、成形用材料を調製する方法等の方法が挙げられるが、これら方法に限定されない。（Ａ）と（Ｂ）の方法は、（Ａ）の方法の方が、ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂および黒鉛が均一に分散するため、撥水性のバラツキが小さく好ましい。以下、（Ａ）の方法に関して、説明する。

（Ａ）の方法には、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂をこれら樹脂の融点未満の温度で混合した後、更にＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の融点未満の温度で黒鉛を添加し、混合し調製する方法（Ａ−１）とフッ素樹脂とＰＰＳ樹脂を融点未満の温度で混合し、この混合物をフッ素樹脂とＰＰＳ樹脂の融点以上の温度で溶融混練し、粉砕し、フッ素樹脂とＰＰＳ樹脂の融点未満の温度で黒鉛を添加し、調製する方法（Ａ−２）がある。

（Ａ−１）の方法は、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂をこれら樹脂の融点未満の温度で混合した後、更にＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂との融点未満の温度で黒鉛を添加し、混合し調製する方法である。

ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂及び黒鉛の形状は、粉体状、顆粒状、塊状、フレーク状、繊維状、あるいはペレット状を特に問うものではないが、機械的強度の異方性が少なく、成形性に優れる粉体状が最適である。

ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂および黒鉛の平均粒子径は、０.５〜５００μｍ、好ましくは５〜３００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍの範囲が好適である。これは、０．５μｍ未満の場合には、作業時にＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂および黒鉛が舞い上がって作業環境が悪化したり、黒鉛に過剰密着し燃料電池用セパレータの導電性が低下するという理由に基づく。また、成形材料の溶融流動性が低下するので、薄肉の燃料電池用セパレータを成形することが困難になるという理由に基づく。これに対し、導電性材料の平均粒子径が５００μｍを超える場合には、導電性粒子間の隙間が大きくなるので高充填化が困難となり、所定の樹脂との接触面積が低下して機械的強度が低下するからである。

成形用材料を調製は、ナウターミキサー、タンブラーミキサー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、Ｖ型混合機等の公知の攪拌機あるいはボールミル等を使用しておこなうことができる。

（Ａ−２）の方法は、まずＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とをこれら樹脂の融点未満の温度で混合した後、これら樹脂の融点以上の温度で溶融混練した後、粉砕し、これら樹脂の融点未満温度で黒鉛を添加し混合し、調製する方法である。ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂のこれら樹脂の融点未満の温度での混合は、ナウターミキサー、タンブラーミキサー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、Ｖ型混合機等の公知の攪拌機あるいはボールミル等を使用して行うことができる。

ＰＰＳ樹脂及び黒鉛の形状は、粉体状、顆粒状、塊状、フレーク状、繊維状、あるいはペレット状を特に問うものではない。

ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂との溶融混練は、加圧ニーダー、フラッシングニーダー、ケーエックスニーダー等の各種ニーダー、単軸押出機、二軸押出機、三軸押出機、四軸押出機等の各種押出機、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー等の公知の溶融混練機で行うことができる。

ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂との熱可塑性樹脂組成物を調製する場合の溶融混練機の温度は、ＰＰＳ樹脂の融点あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点以上４００℃以下、好ましくはＰＰＳ樹脂の融点あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点＋２０℃以上３８０℃以下である。ＰＰＳ樹脂の融点あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点未満の場合は、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを溶融混練することができない。４００℃を越えるとフッ素樹脂が激しく分解するため好ましくない。

ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂との溶融混練物は、塊状、棒状、糸状、シート状で得られ、裁断あるいは粉砕され、粉体状に加工され、熱可塑性樹脂組成物が調製される。

ここで、溶融混練前にＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを融点未満の温度でナウターミキサー、タンブラーミキサー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、Ｖ型混合機等の公知の攪拌機あるいはボールミル等を使用して混合した方が、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の均一分散性に優れる成形用材料が調製されるため好ましい。

熱可塑性樹脂組成物の粉砕は、例えばせん断粉砕法、衝撃粉砕法、衝突粉砕法、冷凍粉砕法、溶液粉砕法等公知の方法により粉砕することができる。具体的な粉砕に際しては、ハンマーミル、カッターミル、フェザーミル、フレーククラッシャー、ピンミル、インパクトミル、ビクトリミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機、解砕機、裁断機等を用いることができる。

粉砕後の熱可塑性樹脂組成物は、篩網、振動篩、振動スクリーン、超音波篩、ミクロセパレータ、ミクロンセパレータ、ターボクラシフィア等の公知の分級機で分級しても構わない。

ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性組成物に黒鉛を添加して調製した成形用材料の調製方法は、（ａ）熱可塑性樹脂組成物と黒鉛とを熱可塑性樹脂の融点未満の温度で混合し、調製する方法。（ｂ）熱可塑性樹脂と黒鉛とを熱可塑性樹脂の融点以上の温度で溶融混練する方法が挙げられる。

（ｂ）の調製方法は、熱可塑性樹脂と黒鉛を熱可塑性樹脂の融点以上温度で溶融混練するため、熱可塑性樹脂が黒鉛の周辺に過剰に密着するため導電性が低下するため（ａ）の調製方法の方が好ましい。

成形用材料の最適形状は、燃料電池用セパレータの成形法により異なる。例えば、圧縮成形法では、機械的強度と導電性の異方性が少なくすることができ、また燃料電池セパレータ内での機械的強度と導電性の局部的なバラツキを小さくすることができ、さらに加工性に優れるため粉体が好ましい。

ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と黒鉛の平均粒子径は、０.５〜５００μｍ、好ましくは５〜３００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍの範囲が好適である。これは、０．５μｍ未満の場合には、作業時に熱可塑性樹脂組成物および黒鉛が舞い上がって作業環境が悪化するという理由に基づく。また、成形材料の溶融流動性が低下するので、薄肉の燃料電池用セパレータを成形することが困難になるという理由に基づく。これに対し、平均粒子径が５００μｍを超える場合には、所定の樹脂と黒鉛の接触面積が低下して機械的強度が低下するからである。

燃料電池用セパレータの製造方法は、圧縮成形法、射出成形法、圧縮射出成形法、トランスファー成形法等のいずれの成形法でも良いが、機械的強度と黒鉛の異方性が少なく、寸法精度の向上を図ることができるため圧縮成形法が好ましい。また、圧縮成形によれば熱可塑性樹脂組成物量を多く、黒鉛量を削減することができるので、少ない黒鉛で良好な導電性を得ることができる。圧縮成形法による燃料電池用セパレータの成形方法を以下に記載する。

成形用材料を調製したら、この成形材料を予備成形することなく、所定量を金型に充填して、スクレバー等で均一に成形用材料をならして上型と下型を型締めして、金型を加熱加圧して燃料電池用セパレータを圧縮成形する。

成形用材料の金型への充填に際しては、金型の温度をＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂からなる熱可塑性樹脂組成物の融点未満の温度にしておくことが好ましい。より好ましくは常温である。また、金型の加熱加圧に際しては、成形用材料の充填された金型を圧縮成形機の所定温度まで加熱した一対の熱板にセットして加熱加圧する。金型温度は、ＰＰＳ樹脂あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点以上４００℃以下、好ましく３３０℃以上３８０℃以下、更に好ましくは３３０℃以上３６０℃以下である。ＰＰＳ樹脂の融点あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点未満の場合は、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを溶融混練することができない。４００℃を越えるとフッ素樹脂が激しく分解するため好ましくない。

金型の加熱加圧時間としては、複数の黒鉛の間に熱可塑性樹脂組成物が流入するのに要する時間であれば良い。すなわち、金型温度は、ＰＰＳ樹脂あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点以上の温度に達するのに有する時間であれば良い。具体的には、ＰＰＳ樹脂あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか高い方の融点以上、加圧圧力３９．２ＭＰａ（燃料電池用セパレータの投影面積に対して）の条件で５〜１００秒である。

そしてその後、金型を加圧冷却して燃料電池用セパレータを脱型すれば、燃料電池用セパレータを製造することができる。金型を加圧冷却する方法としては、（イ）金型を取り出して冷却された別の成形機の一対の熱板間にセットし、加圧冷却する方法、（ロ）金型を成形機の一対の熱板間にセットしたままで加圧冷却する方法等が挙げられる。金型の冷却温度はＰＰＳ樹脂あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか低い方の融点未満、好ましくは金型の冷却温度はＰＰＳ樹脂あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか低い方の融点未満かつ１００℃以下、更に好ましくは金型の冷却温度はＰＰＳ樹脂あるいはフッ素樹脂の融点のどちらか低い方の融点未満かつ２００℃以下である。これは係る温度まで金型を冷却すれば、燃料電池用セパレータの導電性が向上したり、そり、曲がりを低減するのに資するからである。但し、冷却温度の低下に伴い生産性が悪化するので、導電性を満足する範囲の高温で燃料電池用セパレータを脱型し、ＰＰＳ樹脂のガラス転移点±３０℃の温度でアニーリングして燃料電池用セパレータのそり、曲がりを矯正しても良い。アニーリングは、燃料電池用セパレータを積層して４９０３Ｐａの錘を載せることにより実施することができる。

なお、成形用材料を金型に充填して加熱加圧する際に加熱機構を使用したり、加圧冷却する際に冷却機構を使用しても良い。こうすれば、設備費用が若干増加するものの、エネルギーコスト対策で有利である。具体的には、金型に電気ヒータからなる加熱機構を設置したり、冷却水用の流路からなる冷却機構を内蔵することができる。この蒸気を使用する際、過熱蒸気を使用すれば、常温で高温を得ることができる。

燃料電池用セパレータの表裏面、表面、裏面には、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給したり、あるいは発電時に生成した生成水を排出する複数の流路が配列形成されるが、この流路の形成方法としては、（い）燃料電池用セパレータの成形後、複数の流路を切削等の機械加工により形成する方法、（ろ）燃料電池用セパレータの成形時に複数の流路を一体成型する方法、（は）燃料電池用セパレータに複数の流路をスタッピング法により成形する方法等が良い。

複数の流路は、例えば直線形や蛇行形、略Ｓ字形、略Ｚ字形に形成される。各流路断面形状は、特に限定されるものでないが、長方形、台形、三角形、半円形等に形成される。また、製造した燃料電池用セパレータには、ブラスト処理等の公知の表面処理方法により表面処理を施して、燃料電池用セパレータ表面の撥水性を向上させることができる。

燃料電池用セパレータは、機械的性質が曲げ強度で４０ＭＰａ以上、好ましくは５０ＭＰａ以上が良い。これは曲げ強度が４０ＭＰａ未満の場合には、スタック組立時に燃料電池用セパレータの強度不足で破損したり、ヒビの発生するおそれがあるからである。燃料電池用セパレータの導電性は、体積抵抗値で１０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは８ｍΩ・ｃｍ以下、更に好ましくは５ｍΩ・ｃｍが良い。これは、体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍを越えると、燃料電池の内部抵抗が増大するからである。燃料電池用セパレータの撥水性は、水との接触角で８０°以上、好ましくは９０°以上である。水との接触角が８０°未満の場合は、発電時に生成した生成水が、燃料電池用セパレータ表面に付着し、排水性能が低下してしまうためである。

上記によれば、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と黒鉛とから調製した成形用材料により燃料電池用セパレータを射出成形するのではなく、圧縮成形するので、黒鉛の周辺にＰＰＳ樹脂が過度に密着して導電性を阻害したり、導電性の不足するおそれを有効に排除することが可能となる。また、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂の選択により、燃料電池用セパレータに優れた強靭性、耐加水分解性、難燃性を付与することができる。また、燃料電池用セパレータの機械的性質が曲げ強度で４０ＭＰａ以上、導電性が体積抵抗値で１０ｍΩ・ｃｍ以下、撥水性が水との接触角で８０°以上、であるので、燃料電池用セパレータに十分な強度を付与し、燃料電池の内部抵抗の増大防止が期待でき、発電時に生成した生成水を容易に排出可能である。さらに熱可塑性樹脂成分が溶融しないよう加熱することなく黒鉛と混合するので、黒鉛の周辺に熱可塑性樹脂成分が過度に密着して導電性を阻害したり、導電性の不足するおそれを有効に排除することが可能となる。なお、本実施形態では金型を単に加熱加圧したり、加圧冷却したが、これらの作業の際にエネルギーコスト対策の観点から電気ヒーター等の加熱機構や冷却水路等の冷却機構を使用しても良い。また、蒸気を使用して加熱する場合には、常温で高温を得ることのできる過熱蒸気を使用すると良い。

（実施例１）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナ Ｅ２１８０（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂を冷凍粉砕法により粉砕した。得られたＰＰＳ樹脂の平均粒子径は７０μｍであった。ＰＰＳ樹脂を粉砕したら、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＰＴＦＥ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂＝９５．０／５．０となるようにヘンシェルミキサーに投入し、このヘンシェルミキサーを２２℃、１分間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂を混合し、熱可塑性樹脂組成物を調製した。ＰＴＦＥ樹脂としてＦＬＵＯＮ ＰＴＦＥ ルブリカント Ｌ１７３Ｊ（旭硝子社製：商品名）を使用した。得られたＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂組成物１００質量部に対して、人造黒鉛３００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２０℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂組成物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名、平均粒子径：５３μｍ）を使用した。次いで、平型の金型に離型剤（ダイキン工業社製：商品名 ダイフリーＧＡ−６０１０）を均一に塗布し、金型に所定量の成形用材料を、スクレバーを使用して均一に充填して加熱加圧した。金型を加熱加圧する場合は、熱板温度が３８０℃の圧縮成形機に金型を載せ、燃料電池用セパレータの面積に対して３９．２ＭＰａの圧力を作用させた。次いで、金型を加熱加圧し、金型の温度が３２０℃に達したら、１５秒間加熱加圧し、その後熱板温度が３０℃の冷却用圧縮成形機に金型を移載して、金型の温度が７０℃になるまで加圧冷却し、金型から脱型することにより２９７ｍｍ×２１０ｍｍ×３ｍｍの外形の燃料電池用セパレータを得た。燃料電池用セパレータを製造したら、この燃料電池用セパレータの撥水性、機械的強度、及び導電性の初期値と熱水浸漬５００時間後を評価し、表１にまとめた。燃料電池用セパレータの撥水性、機械的強度及び導電性の測定は、燃料電池用セパレータを洗浄後に行った。燃料電池用セパレータの洗浄は、イオン交換水を入れた超音波洗浄器に燃料電池用セパレータを投入し、２５℃で３０分間、超音波処理を行い、次いでこの燃料電池用セパレータをイオン交換水と共にオートクレーブ中に投入し、１２０℃で１２時間静置し、行った。初期値は、洗浄後の燃料電池用セパレータから６０ｍｍ×２５ｍｍのサイズに切り出した試験片を２３℃、５０％ＲＨ環境下に２４時間静置後測定を行った。熱水浸漬５００時間後は、燃料電池用セパレータから６０ｍｍ×２５ｍｍのサイズに切り出した試験片をイオン交換水を入れた樹脂製容器に投入し、蓋を取り付け、更にこの樹脂製容器を金属製耐圧容器に入れ蓋を取り付け、１５０℃に加熱した熱風オーブン中に５００時間静置した。所定の時間静置後、金属製耐圧容器を熱風オーブン中より取り出し室温まで冷却し、試験片を取り出し、２３℃、５３％ＲＨ環境下２４時間静置後測定を行った。

（実施例２）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナＴ１８８１−３（東レ社製：商品名）選択し、このＰＰＳ樹脂を冷凍粉砕法により粉砕した。得られたＰＰＳ樹脂の平均粒子径は６３μｍであった。ＰＰＳ樹脂を粉砕したら、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＰＴＦＥ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂＝９０.０／１０.０となるようにヘンシェルミキサーに投入し、このヘンシェルミキサーを２３℃、１分間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂を混合し、熱可塑性樹脂組成物を調製した。ＰＴＦＥ樹脂としてＦＬＵＯＮ ＰＴＦＥ ルブリカント Ｌ１７３Ｊ（旭硝子社製：商品名）を使用した。得られたＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂混合物１００質量部に対して、鱗状黒鉛５００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２４℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂組成物、鱗状黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。鱗状黒鉛としてＨＧ−３０Ａ（中越黒鉛工業所社製：商品名、平均粒子径：３０μｍ）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表１にまとめた。

（実施例３）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナ ＰＹ１５（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＰＴＦＥ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂＝７５．０／２５．０［質量％］となるようにポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２５℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出してＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂の混合物を調製し、熱可塑性樹脂組成物を作製した。ＰＴＦＥ樹脂としてＦＬＵＯＮ ＰＴＦＥ ルブリカント Ｌ１７３Ｊ（旭硝子社製：商品名）を使用した。次いで、ＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂との混合物を真空ポンプを取り付けたφ３０ｍｍの高速二軸押出成形（ＰＣＭ３０、Ｌ／Ｄ＝３５、池貝社製）に供給し、減圧下、シリンダー温度：３００〜３４０℃、アダプター温度：３４０℃、ダイス温度：３４０℃で溶融混練を行い、ダイスより棒状に押出、水冷後カットし、：４〜６ｍｍ、直径：２〜４ｍｍのペレット状のＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂との熱可塑性樹脂組成物を調製した。この熱可塑性樹脂組成物を冷凍粉砕法により粉砕した。得られた熱可塑性樹脂組成物の平均粒子径は７５μｍであった。熱可塑性樹脂組成物を粉砕したら、この熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛４００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２０℃、１時間の条件で回転させて、熱可塑性樹脂組成物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として実施例１で使用した同様の人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名、平均粒子径：５３μｍ）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表１にまとめた。

（実施例４）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナ Ｅ２１８０（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＰＦＡ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＦＡ樹脂＝９２．０／８．０となるようにポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２０℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出してＰＰＳ樹脂とＰＦＡ樹脂の混合物を作製した。ＰＦＡ樹脂としてフレオン ＰＦＡ Ｐ−６２ＸＰ（旭硝子社製：商品名）を使用した。次いで、実施例３と同様の方法によりＰＰＳ樹脂とＰＦＡ樹脂の熱可塑性樹脂組成物を調製した。この熱可塑性樹脂組成物を冷凍粉砕法により粉砕した。得られた熱可塑性樹脂組成物の平均粒子径は６８μｍであった。熱可塑性樹脂組成物を粉砕したら、この熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛３３０質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２２℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂／ＰＦＡ樹脂混合物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として実施例１で使用した同様の人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名、平均粒子径：５３μｍ）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表１にまとめた。

（実施例５）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナＰＹ１５（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＰＦＡ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＦＡ樹脂＝８５．０／１５．０となるようにポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２４℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出してＰＰＳ樹脂とＰＦＡ樹脂の混合物を作製した。ＰＦＡ樹脂としてフレオン ＰＦＡ Ｐ−６６Ｔ（旭硝子社製：商品名）を使用した。
以下、実施例３と同様の操作により、ＰＰＳ樹脂とＰＦＡ樹脂との熱可塑性樹脂組成物を調製した。この熱可塑性樹脂組成物を冷凍粉砕法により粉砕した。得られた熱可塑性樹脂組成物の平均粒子径は７２μｍであった。熱可塑性樹脂組成物を粉砕したら、この熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛５００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２１℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂／ＰＦＡ樹脂混合物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名、平均粒子径：５３μｍ）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表２にまとめた。

（実施例６）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナＥ２１８０（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＦＥＰ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＦＥＰ樹脂＝９５．０／５．０となるようにポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２４℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出してＰＰＳ樹脂とＦＥＰ樹脂の混合物を作製した。ＦＥＰ樹脂としてネオフロン ＦＥＰ ＮＰ−１０２（ダイキン工業社製：商品名）を使用した。以下、実施例３と同様の操作により、ＰＰＳ樹脂とＦＥＰ樹脂との熱可塑性樹脂組成物を調製した。この熱可塑性樹脂組成物を冷凍粉砕法により粉砕した。得られた熱可塑性樹脂組成物の平均粒子径は６７μｍであった。熱可塑性樹脂組成物を粉砕したら、この熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛９００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２５℃、１時間の条件で回転させて、熱可塑性樹脂組成物の粉砕品、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名、平均粒子径：５３μｍ）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表２にまとめた。

（実施例７）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナＰＹ２３（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＦＥＰ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＦＥＰ樹脂＝８０．０／２０．０となるようにポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２４℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出してＰＰＳ樹脂とＦＥＰ樹脂の混合物を作製した。ＦＥＰ樹脂としてネオフロン ＦＥＰ ＮＰ−２０（ダイキン工業社製：商品名）を使用した。以下、実施例３と同様の操作により、ＰＰＳ樹脂とＦＥＰ樹脂との熱可塑性樹脂組成物を調製した。この熱可塑性樹脂組成物を冷凍粉砕法により粉砕した。得られた熱可塑性樹脂組成物の平均粒子径は８０μｍであった。熱可塑性樹脂組成物を粉砕したら、この熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛５５０質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２５℃、１時間の条件で回転させて、熱可塑性樹脂組成物の粉砕品、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名、平均粒子径：５３μｍ）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表２にまとめた。

（比較例１）
先ず、成形用材料を調製するため、実施例１で使用したＰＰＳ樹脂のトレリナ Ｅ２１８０（東レ社製：商品名）の粉砕品（平均粒子径：７０μｍ）とＰＰＳ樹脂を粉砕したら、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂として実施例１で使用したＰＴＦＥ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂＝９９．０／１．０となるようにヘンシェルミキサーに投入し、このヘンシェルミキサーを２２℃、１分間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂を混合し、熱可塑性樹脂組成物を調製した。次いで、実施例１で使用した人造黒鉛（オリエンタル産業社製：商品名 人造黒鉛粉ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ）とを熱可塑性樹脂組成物１００質量部に対して、人造黒鉛３５０質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製樹脂容器にφ１０ｍｍのジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン製樹脂容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２０℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂／フッ素樹脂、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表３にまとめた。

（比較例２）
先ず、成形用材料を調製するためＰＰＳ樹脂としてトレリナ ＰＹ１５（東レ社製：商品名）を選択し、このＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂としてＰＦＡ樹脂とが組成質量比率でＰＰＳ樹脂／ＰＴＦＥ樹脂＝６０．０／４０．０となるようにポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２０℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出してＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂の混合物を作製した。ＰＴＦＥ樹脂としてＦＬＵＯＮ ＰＴＦＥ ルブリカント Ｌ１７３Ｊ（旭硝子社製：商品名）を使用した。以下、実施例３と同様の操作により、ＰＰＳ樹脂とＰＴＦＥ樹脂との熱可塑性樹脂組成物を調製した。この熱可塑性樹脂組成物を冷凍粉砕法により粉砕した。得られた熱可塑性樹脂組成物の平均粒子径は７５μｍであった。熱可塑性樹脂組成物を粉砕したら、この熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛３５０質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製容器にφ１０ｍｍジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン樹脂製容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２０℃、１時間の条件で回転させて、熱可塑性樹脂組成物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として実施例１で使用した人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表３にまとめた。

（比較例３）
先ず、成形用材料を調製するため、実施例４で調製したＰＰＳ樹脂とＰＦＡ樹脂の熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛１００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製樹脂容器にφ１０ｍｍのジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン製樹脂容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２２℃、１時間の条件で回転させて、熱可塑性樹脂組成物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表３にまとめた。

（比較例４）
先ず、成形用材料を調製するため、実施例４で調製したＰＰＳ樹脂とＰＦＡ樹脂の熱可塑性樹脂組成物の粉砕品１００質量部に対して、人造黒鉛１２００質量部とをポリエチレン樹脂製容器に投入し、かつポリエチレン樹脂製樹脂容器にφ１０ｍｍのジルコニアボールを併せて投入し、ポリエチレン製樹脂容器に蓋を取り付けてタンブラーミキサーに装着するとともに、このタンブラーミキサーを２１℃、１時間の条件で回転させて、ＰＰＳ樹脂／ＰＦＡ樹脂混合物、人造黒鉛、ジルコニアボールを混合させ、その後、ジルコニアボールを取り出して成形用材料を調製した。人造黒鉛として人造黒鉛粉 ＡＴ−Ｎｏ．５Ｓ（オリエンタル産業社製：商品名）を使用した。以下、実施例１と同様の操作により、燃料電池用セパレータを製造し、この燃料電池用セパレータの機械的強度、導電性及び撥水性を実施例１と同様に方法により評価し、表３にまとめた。

（評価方法）
（機械的強度）
機械的強度は曲げ強度により評価した。曲げ強度は、ＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠し測定した。

（導電性）
導電性は、体積抵抗値により評価した。体積抵抗値の測定は、四端子四探針法により測定した。測定器は、低抵抗率計（三菱油化社製：商品名 ロレスター ＡＰ ＭＣＰ−Ｔ４００）を用いて行った。

（撥水性）
撥水性は、イオン交換水との接触角により評価した。接触角の測定は、商品名：接触角計（協和界面化学社製、型名：ＤＭＳ−２００）を用いて行い、液滴量は２μＬとした。

実施例１〜７、比較例１〜４の結果から、以下のことが明らかとなった。
（１）実施例１〜７の燃料電池用セパレータは、１５０℃に加熱されたイオン交換水中に５００時間浸漬後もイオン交換水との接触角が８０°以上有しており、長期間に亘って高い撥水性を維持していた。また、機械的強度は曲げ強度で４０ＭＰa以上、導電性は体積抵抗値で１０ｍΩ・ｃｍ以上有しており燃料電池用セパレータとして十分に使用可能である。
（２）比較例１の燃料電池用セパレータは、１５０℃に加熱したイオン交換水中に５００時間浸漬後、イオン交換水との接触角が８０°未満となり長期間に亘って撥水性を維持することができなかった。比較例２と比較例４の燃料電池用セパレータは、曲げ強度の初期値が４０ＭＰａ未満で燃料電池用セパレータとしての使用に問題が生じる。なお、比較例２と比較例4とは、曲げ強度の初期値が４０ＭＰａ未満であったため、１５０℃の熱水浸漬５００時間後の曲げ強度の測定は行わなかった。比較例３の燃料電池用セパレータは、体積抵抗値の初期値が１０ｍΩ・ｃｍを超えていたため燃料電池用セパレータとしての使用に問題が生じる。なお、比較例１は、曲げ強度の初期値が１０ｍΩ・ｃｍを超えていたため、１５０℃の熱水浸漬５００時間後の体積抵抗値の測定は行わなかった。
（３）本発明の燃料電池用セパレータは、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂からなる熱可塑性樹脂組成物と黒鉛から調製した成形用材料から成形した燃料電池用セパレータであるため、優れた導電性、機械的強度および撥水性と低溶出性を有し、しかも燃料電池用セパレータに耐熱性を付与することができる効果がある。また、本発明の燃料電池用セパレータは、ＰＰＳ樹脂とフッ素樹脂からなる熱可塑性樹脂組成物と黒鉛とから調製されるため、熱硬化性樹脂を使用した場合のように硬化処理を必要としないため燃料電池用セパレータの製造工程を簡素化でき、また、燃料電池用セパレータを製造するため設備も特殊な設備を必要としないため安価に製造することができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが、当業者には明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (9)

1. トレリナ（登録商標）の化学構造を有するＰＰＳ樹脂と、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂及びＦＥＰ樹脂のうちの１種のフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、
   人造黒鉛及び鱗状黒鉛のうちの１種の黒鉛と、を少なくとも含み、
   前記熱可塑性樹脂組成物の前記ＰＰＳ樹脂と前記フッ素樹脂の組成質量比率はＰＰＳ樹脂／フッ素樹脂＝９５／５〜７５／２５であり、
   前記黒鉛の含有量は、熱可塑性樹脂組成物１００質量部に対して３００〜９００質量部であって、
   曲げ強度が４０ＭＰａ以上、体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍ以下、水の接触角が８０°以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記熱可塑性樹脂組成物は、融点が２００℃以上の結晶性熱可塑性樹脂又はガラス転移点が２００℃以上の非晶性熱可塑性樹脂を、さらに含む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。
3. カーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は炭素繊維のいずれかの炭素系導電材料をさらに含む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。
4. 結晶核剤、耐衝撃改良剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、耐熱向上剤、無機充填剤、及び有機充填剤を含む添加剤のうちの１種又は２種以上をさらに含む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。
5. トレリナ（登録商標）の化学構造を有するＰＰＳ樹脂と、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂及びＦＥＰ樹脂のうちの１種のフッ素樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物と、人造黒鉛及び鱗状黒鉛のうちの１種の黒鉛と、を少なくとも含む成形材料を、前記熱可塑性樹脂組成物の前記ＰＰＳ樹脂と前記フッ素樹脂の組成質量比率をＰＰＳ樹脂／フッ素樹脂＝９５／５〜７５／２５とし、前記黒鉛の含有量を、熱可塑性樹脂組成物１００質量部に対して３００〜９００質量部として調製する工程と、
   前記ＰＰＳ樹脂の融点又は前記フッ素樹脂の融点の高い方の温度以上で、４００度以下の温度に加熱した金型に、前記成形材料を充填する工程と、
   前記金型を加圧して、前記黒鉛の間に前記熱可塑性樹脂組成物を流入させる工程と、
   前記金型を加圧冷却して、前記成形材料を脱型する工程と、を含む、
   曲げ強度が４０ＭＰａ以上、体積抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍ以下、水の接触角が８０°以上である燃料電池用セパレータの製造方法。
6. 前記黒鉛の平均粒子径は、０．５〜５００μｍであることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
7. 前記熱可塑性樹脂組成物は、融点が２００℃以上の結晶性熱可塑性樹脂又はガラス転移点が２００℃以上の非晶性熱可塑性樹脂を、さらに含む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。
8. カーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は炭素繊維のいずれかの炭素系導電材料をさらに含む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。
9. 結晶核剤、耐衝撃改良剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、耐熱向上剤、無機充填剤、及び有機充填剤を含む添加剤のうちの１種又は２種以上をさらに含むことを特徴とする請求項５〜８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。