KR101227900B1 - 기계적, 전기적 특성이 우수한 신규의 복합 재료 조성물 - Google Patents

기계적, 전기적 특성이 우수한 신규의 복합 재료 조성물 Download PDF

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Abstract

기계적, 전기적 특성이 우수한 신규의 복합 재료 조성물이 제공된다.
본 발명에 따른 복합재료 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 흑연을 포함하는 복합재료 조성물로서, 상기 에폭시 수지는 다관능 에폭시 수지이고, 상기 경화제는 다관능 페놀 수지인 것을 특징으로 한다.

Description

기계적, 전기적 특성이 우수한 신규의 복합 재료 조성물{Novel compositie material having enhanced mechanical and electrical property}
본 발명은 다관능 에폭시 수지, 다관능 페놀 수지, 경화 촉진제 및 흑연을 포함하는 신규의 복합재료 조성물 및 이에 의하여 제조된 전극과 전극 사이에 적용되는 것으로, 보다 상세하게는 기계적, 전기적 특성이 우수하고, 낮은 기체투과도 및 높은 유리전이온도를 가지는 신규의 복합 재료 조성물 및 이에 의하여 제조된 연료전지 분리판에 관한 것이다.
연료 전지는 미래를 대비하는 가장 유망한 청정 에너지원 중의 하나로 최근 크게 주목 받고 있다. 연료전지는 화학반응으로 수소를 생산하여 전기에너지로 변환시키는 고효율의 에너지원으로서 반응의 형태에 따라 고체 산화물 연료전지, 메탄올형 연료전지, 고분자 전해질용 연료전지로 구분할 수 있다. 다양한 방식의 연료전지 중에서, 고분자 전해질형 연료전지는 비교적 낮은 작동온도 및 스택을 소형화할 수 있는 가능성으로 인해 수소를 이용하는 전력원으로 활발히 연구되고 있으며, 현재 실용화 단계에 도달하였다. 현재의 고분자 전해질용 연료전지(PEMPFC, Polymer electrolyte membrane fuel cell)의 작동온도는 80℃ ∼ 100℃ 범위의 비교적 낮은 온도에서 작동되고 있으며 이의 범위에서는 촉매의 피독 및 전극의 부식이 없으며 높은 발전 효율을 갖는 장점을 가지고 있다. 그러나, 작동온도를 150℃까지 상승시키면 고분자로 이루어진 복합재료의 기계적 특성이 감소되는 현상으로 인하여 굴곡강도가 낮아져 분리판으로 적용이 어려운 점이 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 고온에서도 작동이 가능한 분리판을 적용하여야 하며, 이의 적용에 있어서 에폭시 수지 및 흑연으로 구성된 복합재료의 기능을 보완해야 된다.
현재 적용되고 있는 연료전지들은 그 내부에 여러 셀들의 연결이 포함 되는데, 이러한 셀과 셀 간의 전기적인 연결이 요구되며 이런 역할은 분리판에 의해 구현되며 분리판은 탄소복합재료에 의해 구성 되어져 있다. 분리판은 주로 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 함침된 흑연판, 탄소복합체등을 이용한 탄소복합재 분리판과 금속을 이용하는 금속 분리판으로 구분되어 제작하고 있으며, 금속 분리판을 사용할 경우에는 복합재료를 이용하는 탄소복합재 분리판에 비해 두께와 가격을 낮출 수 있지만 부식에 취약하여 장기간 운전시에 금속 분리판의 부식이 발생될 수 있으며 이로 인하여 금속 이온이 전해질막으로 침투하여 고분자 전해질 연료 전지의 성능을 저하시킬 가능성이 높다. 그러나, 탄소 복합재 분리판은 부식성이 강한 흑연과 활성탄등을 이용하기 때문에 부식성에 강한 장점을 가지고 있다.
분리판의 기능으로서는 연료전지 스택에서 각 전지를 분리하고 있는 전도성 판으로, 연료가스와 공기를 차단하는 기능 외에 연료가스와 공기의 유로 확보 및 외부회로에 전류를 전달하는 역할을 하므로 높은 전기 전도성, 내식성, 열전도성과 함께 낮은 기체 투과성이 요구된다.
상술한 바와 같이 연료전지 탄소복합재 분리판은 내부 전자의 이동에 관여하기 때문에 분리판 자체의 전기전도도 특성이 높아야 되는 기능을 가지고 있어야 한다. 또한 가스의 통로로 이용되는 유로를 가지고 있어야 함으로, 반응 가스나 이온들에 대한 적절한 기체 투과도가 요구되며, 화학적으로도 안정해야 한다. 상술한 재료에서 탄소복합재에 사용되는 일반적인 전도성 충전재는 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브(CNT) 등을 단종 또는 이종이상 혼용하여 사용되고 있다.
이런 전도성 충전재는 침상이나 판상 또는 구상 형태를 가지고 있으므로 기계적인 가공을 통해 입자 크기를 1㎛ ∼ 200㎛ 범위을 가지는 흑연과 입자형태의 카본블랙을 기계적인 분산을 통해 적절한 크기로 선정해 사용할 수 있다. 카본블랙의 경우에는 고분자 수지와의 효율적인 분산이 어려운 점과 고가이기 때문에 제조비용이 증가하는 단점을 가지고 있다. 이에 반해, 흑연은 상대적으로 저가이기 때문에 제조비용의 상승이 적다는 장점이 있으나 카본블랙과 마찬가지로 고분자 수지의 균일한 분산이 어려운 점이 있다.
이런 전도성 충전재를 고분자 수지와 효율적으로 혼합 또는 분산시키는 방법으로는 습식건조법(또는 함침법)이 많이 사용되고 있다. 그러나, 습식건조법에 의한 방법은 고분자 수지를 용제에 녹여서 전도성 충전재에 균일하게 혼합시키는 방법이나 사용되는 용제를 제거하기 위한 공정 비용 발생과 환경적인 문제를 야기 시킬 수 있으므로 용제의 사용을 최대한 억제하는 방법의 도입이 요구되고 있다.
상술한 문제로부터 안출된 본 발명이 해결하려는 과제는 타 소재에 비해 상대적으로 경제적인 흑연을 기재하면서, 다관능 에폭시 및 페놀 수지를 사용함으로 우수한 전기적, 기계적 특성 및 기체투과도를 얻을 수 있고 일반적인 작동온도인 80℃ ∼ 100℃외에 고온조건인 100℃ ∼ 150℃ 범위에서도 작동이 가능한 연료전지 분리판용 복합재료를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 흑연을 포함하는 복합재료 조성물로서, 상기 에폭시 수지는 다관능 에폭시 수지이고, 상기 경화제는 다관능 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 다관능 에폭시 수지는 하기 식 (1), 식 (2) 및 식 (3)로 표시되는 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
Figure 112010070148937-pat00001
(1)
상기 식 (1)에서 R1, R2 및 R3은 CH2CH0 이며, n는 1 ∼ 4 임,
Figure 112010070148937-pat00002
(2)
상기 식 (2)에서 R4,R5 및 R6는 CH2CHO임,
Figure 112010070148937-pat00003
상기 식(3)에서 R7, R8, R9 및 R10은 CH2CHO 임.
본 발명의 일 실시예에서 상기 다관능 페놀 수지는 하기 식(4)의 화합물이다.
Figure 112010070148937-pat00004
(4)
상기 식(4)에서 R11, R12, R13은-OH 이며, n는 1 ∼ 4 임.
본 발명의 일 실시예에서 상기 복합재료 조성물은 상기 다관능 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 다관능 페놀 수지 45 내지 70 중량부, 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하며, 상기 흑연의 함량은 상기 조성물의 70 내지 95 wt%이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 복합재료 조성물을 성형시킨 성형물은 전극과 전극 사이에서 사용되며, 본 발명은 또한 상술한 성형물로 이루어지며, 작동온도가 25℃ ∼ 200℃의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판을 제공한다.
본 발명에 따른 신규의 복합재료 조성물에 의해 제조된 연료전지 분리판은 레진 조성물의 유리전이온도가 높으며 기계적 특성인 굴곡강도도 높고, 전기적 특성인 전기전도도가 우수하며 기체 투과도가 낮아 밀폐도가 우수함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레진 조성물을 흑연에 첨가하여 탄소복합재 분리판을 제조하는 과정을 나타내는 단계도이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 에폭시계 수지 및 폐놀계 수지를 포함하는 레진 조성물과 전도성 충전재인 흑연을 혼합시킨 탄소복합재료를 제조하였으며, 이를 이용하여 고분자 전해질용 연료전지 분리판을 제작하였다. 본 발명에서 레진 조성물은 다관능 에폭시 수지계 및 다관능 페놀 수지계를 포함하며, 상기 레진 조성물은 수지 간의 경화를 촉진시킬 수 있는 별도의 물질, 즉, 경화촉진제(또는 촉매)를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서 레진 조성물의 주요 구성으로는 본 발명의 다관능 에폭시 수지 이외에 일반적인 에폭시 수지인, 비스페놀 A형계, 비스페놀 F형계, 페놀 노볼락계, 나프탈렌계, 크레졸 노볼락계 및 고무변성 에폭시계 등이 일반적인 에폭시 수지로 상기의 일반적인 에폭시 수지는 특별히 한정하지는 않는다.
본 발명의 실시예에서 다관능 에폭시 수지는 다관능기를 가지는 [화학식 1], [화학식 2] 및 [화학식 3]의 구조를 가지는 화합물 단독 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으며, 이러한 다관능 에폭시 수지 사용을 통하여 유리전이온도의 향상을 발생시켰다. 이런 이유는 레진 조성물의 유리전이온도가 높아지면 열적 안정성이 높아지므로 고온에서도 레진 조성물의 안정성을 확보할 수 있기 때문이다.
[화학식 1] ; 3관능 에폭시 수지 A
Figure 112010070148937-pat00005
상기 식에서 R1, R2 및 R3은 CH2CHO 이며, n는 1 ∼ 4 이다.
[ 화학식 2] ; 3관능 에폭시 수지 B
Figure 112010070148937-pat00006
상기 식에서 R4, R5 및 R6은 CH2CHO이다.
[ 화학식 3 ] ; 4관능 에폭시 수지 C
Figure 112010070148937-pat00007
또한, 레진 조성물 중 하나인 페놀 경화제인 페놀 수지로는 본 발명의 다관능 페놀수지 이외에 일반적인 페놀 경화제인 페놀계, 자이록계, 비스페놀 에이형계 및 레조시놀계 수지등을 사용할 수 있으나 상기의 일반적인 페놀 경화제는 특별히 한정하지는 않는다. 또한, 경화촉진제로는 아민계 경화제, 트리페닐포스핀, 이미다졸등을 사용할 수 있으며 경화촉진제는 특별히 한정하지 않는다. 상기의 다관능 페놀 수지는 하기 [화학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 4] ; 다관능 페놀 수지
Figure 112010070148937-pat00008
상기 식에서 R11, R12 및 R13은 -OH이며, n은 1 ∼ 4이다.
앞서 기술한 레진 조성물을 흑연에 첨가하여 탄소복합재 분리판을 제조하는 과정은 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하면, (A) 먼저 상술한 에폭시계 수지, 페놀계 수지 및 경화촉진제를 포함하는 레진 조성물을 함유하는 용액을 제조한다. (B) 이후, 상기 레진 조성물 용액을 흑연에 첨가하여 입자상의 흑연 분말 입자를 형성한다. (C) 제조된 상기 분말 입자에서 유기 용매를 제거하여, 건조시키고, (D) 건조된 분말 입자를 압착 성형하여 분리판을 제조한다.
본 발명에서 사용되는 유기 용매는 저비점 용매와 고비점 용매로 구분하여 사용될 수 있으며, 끓는점(Boiling point)이 50℃ ∼ 130℃ 범위의 유기 용매를 사용할 수 있다. 그 종류로는 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), 자일렌(Xylene), 톨루엔(Toluene), 프로필렌글리콜모노메틸에테르(Propylene glycol monomethyl ether), 아세톤(Acetone), 메틸이소부틸케톤(Methyl i-butyl ketone), 이소프로판올(Isopropanol)등의 유기 용매를 단종 또는 이종이상 혼용하여 사용할 수 있다.
또한, 전도성 충전재로 사용되는 흑연의 경우에는 입자 크기가 1 ∼ 200㎛ 범위의 흑연을 사용할 수 있으나 보다 적합한 크기는 평균입도가 20 ∼ 100㎛의 범위를 가지는 흑연을 사용하는 것이 적절하다.
본 발명에서 탄소복합재 분리판을 형성하기 위한 레진 조성물의 혼합 비율은 에폭시 수지 100 중량부에 페놀 수지 45 ∼ 70 중량부 및 경화촉진제 0.1 ∼ 3 중량부의 범위에서 선택하여 사용할 수 있다. 전도성 충전재인 흑연과의 혼합은 무게비를 기준으로 70 wt% ∼ 95 wt% 범위에서 흑연의 무게비율을 선정할 수 있고 이에 따라 레진 조성물은 5 wt% ∼ 30 wt%의 혼합 비율을 가질 수 있다. 이 때, 전도성 충전재를 기준으로 70wt% 이하일 경우에는 절연현상이 나타나서 전기전도성과 굴곡강도가 낮아질 수 있고 95wt%이상일 때에는 전기전도성은 우수하나, 기계적 특성인 굴곡강도와 기체투과도가 낮아질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 미국 에너지성(Department of Energy)이 요구하는 기준인 전기전도도 100 S/cm 이상, 기계적 특성인 굴곡강도 40MPa 이상, 기체투과도 2×10-6 cm3/cm2sec 을 만족하기 위하여 상술한 범위에서 최적의 조성비를 선정하였다.
[실시예 1]
연료전지용 탄소복합체 분리판을 제조하기 위한 레진 조성물은 3관능 에폭시 수지 A, 다관능 페놀수지, 경화촉진제로 구성되며, 상기 레진 조성물은 흑연과 혼합된다. 3관능 에폭시 수지 A 100 중량부에 대해 다관능 페놀수지 50 중량부, 경화촉진제로 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine) 2 중량부를 용제인 아세톤(Acetone) 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정하였고, 혼합장비로는 니더(Kneader)를 사용하여 레진 조성물 용액과 흑연을 균일하게 혼합하였으며, 제조된 입자상의 흑연은 60℃에서 24시간 동안 건조하여 남아 있는 용제를 제거하였다.
제조된 복합재료는 프레스를 이용한 압착 성형법으로 170℃의 온도에서 10분간 경화시켜 탄소복합체 분리판을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A 대신에 4관능 에폭시 수지 C를 적용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 4관능 에폭시 수지 C 100 중량부에 대해 다관능 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A 대신에 3관능 에폭시 수지 B를 적용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 3관능 에폭시 수지 B 100 중량부에 대해 다관능 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A와 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 3관능 에폭시 수지 A 70 중량부와 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 다관능 페놀 수지 60 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A와 4관능 에폭시 수지 C를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 3관능 에폭시 수지 A 70 중량부와 4관능 에폭시 수지 C 30 중량부에 대해 다관능 페놀 수지 60 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 85 wt% 를 선정하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A와 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 3관능 에폭시 수지 A 70 중량부와 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 다관능 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 85 wt% 를 선정하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A, 3관능 에폭시 수지 B 및 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 3관능 에폭시 수지 A 40 중량부, 3관능 에폭시 수지 B 30 중량부 및 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 다관능 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 85 wt% 를 선정하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A 대신에 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 사용하는 것과 다관능 페놀 수지 대신에 페놀 수지를 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 크레졸 노볼락 에폭시 수지 100 중량부에 대해 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 3관능 에폭시 수지 A 대신에 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 사용하는 것과 다관능 페놀 수지 대신에 페놀 수지를 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 크레졸 노볼락 에폭시 수지 100 중량부에 대해 페놀 수지 60 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 85 wt% 를 선정하였다. 상기 실시예 및 비교 실시예에서 제조된 복합 재료 조성물은 하기 [표 1]에서 요약하여 나타내었다.
종류 조성비 실시
예 1
실시
예 2
실시
예 3
실시
예 4
실시
예 5
실시
예 6
실시
예 7
비교예
1
비교예 2




3관능 A 100 - - 70 70 70 40 - -
4관능 C - 100 - - 30 - - - -
3관능 B - - 100 - - - 30 - -
크레졸
노볼락
- - - 30 - 30 30 100 100
페놀
수지
다관능 50 50 50 60 60 50 50 - -
페놀수지 - - - - - - - 50 60
경화촉진제(TPP) 2 2 2 2 2 2 2 2 2
흑연함량(wt%) 90 90 90 90 85 85 85 90 85
항목 전기전도도
(S / cm )
굴곡강도
( MPa )
기체투과도
( cm 3 / cm 2 sec )
레진 조성물
유리전이 온도
( Tg )
실시예 1 262 55 1.1 × 10-7 186
실시예 2 200 41 1.1 × 10-7 155
실시예 3 225 48 1.2 × 10-7 163
실시예 4 251 52 1.3 × 10-7 168
실시예 5 198 35 1.0 × 10-7 164
실시예 6 235 46 1.0 × 10-7 167
실시예 7 240 55 1.0 × 10-7 178
비교 실시예 1 136 35 2.4 × 10-6 136
비교 실시예 2 110 28 2.0 × 10-6 118
상기 [표 2]에 나타난 물성 평가 방법은 전기전도도 ASTM F84 측정 방법에 의하여 측정하였고 굴곡강도는 ASTM D790, 기체투과도는 ASTM D1434에 의하여 측정하였으며 유리전이온도는 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 승온속도 5℃/min로 하여 최대 350℃까지 승온하여 2차 스캔을 통해 측정하였다.
상기 [표 2]에서 볼 수 있듯이, 다관능 에폭시 수지 및 다관능 페놀 수지를 적용함으로써 비교 실시예 1 및 2에 비해 레진조성물의 유리전이온도가 높으며 기계적 특성인 굴곡강도도 높고, 전기적 특성인 전기전도도가 우수하고 기체 투과도가 낮아 가스 밀폐도가 우수함을 알 수 있다.
상기에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예와 비교 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예와 비교예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 3관능기 이상의 다관능 에폭시, 다관능 페놀 수지인 경화제, 경화촉진제 및 흑연을 포함하는 복합재료 조성물로서, 상기 3관능기 이상의 다관능 에폭시 수지는식 (1), 식 (2) 및 식 (3)로 표시되는 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이고, 상기 다관능 페놀 수지는 하기 식(4)의 화합물인 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물.

    Figure 112012070975915-pat00014
    (1)
    상기 식 (1)에서 R1, R2 및 R3은 CH2CH0 이며, n는 1 ∼ 4 임,
    Figure 112012070975915-pat00015
    (2)
    상기 식 (2)에서 R4,R5 및 R6는 CH2CHO임,
    Figure 112012070975915-pat00016

    상기 식(3)에서 R7, R8, R9 및 R10은 CH2CHO 임.
    Figure 112012070975915-pat00017
    (4)
    상기 식(4)에서 R11, R12, R13은-OH 이며, n는 1 ∼ 4 임.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 복합재료 조성물은 상기 다관능 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 다관능 페놀 수지 45 내지 70 중량부, 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 흑연의 함량은 상기 조성물의 70 내지 95 중량%인 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050120516A (ko) * 2004-06-19 2005-12-22 한국타이어 주식회사 연료전지 분리판 성형용 소재, 그의 제조방법과 이로부터제조된 연료전지 분리판 및 연료전지
KR20060081185A (ko) * 2005-01-07 2006-07-12 승림카본금속주식회사 연료전지용 탄소분리판 및 그 제조방법
JP2007087864A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Tokai Carbon Co Ltd 燃料電池用セパレータ材とその製造方法
WO2009107697A1 (ja) 2008-02-26 2009-09-03 東レ株式会社 エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050120516A (ko) * 2004-06-19 2005-12-22 한국타이어 주식회사 연료전지 분리판 성형용 소재, 그의 제조방법과 이로부터제조된 연료전지 분리판 및 연료전지
KR20060081185A (ko) * 2005-01-07 2006-07-12 승림카본금속주식회사 연료전지용 탄소분리판 및 그 제조방법
JP2007087864A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Tokai Carbon Co Ltd 燃料電池用セパレータ材とその製造方法
WO2009107697A1 (ja) 2008-02-26 2009-09-03 東レ株式会社 エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料

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