KR101305118B1 - 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법에 관한 것으로서, 차량 화재시 인체에 해로운 유독 가스를 배출하지 않으면서 차량 내 화재 전달을 최소화할 수 있고, 이로써 운전자 및 차량 안전성을 크게 향상시키는 연료전지용 엔드플레이트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 내부에 삽입된 금속 프레임과, 상기 금속 프레임의 외표면을 감싸는 고분자 복합재 구조체를 포함하여 구성되는 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조하는 방법에 있어서, 사출 성형기의 금형 내부에 엔드플레이트 삽입용 금속 프레임을 삽입하는 단계와; 상기 금속 프레임의 외표면을 감싸도록 난연제가 혼합된 용융 상태의 고분자 복합재를 금속 프레임 위에 사출 성형하는 단계;를 포함하여 이루어지는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법이 개시된다.

Description

연료전지용 엔드플레이트의 제조방법{Manufacturing method of end plate for fuel cell}
본 발명은 연료전지용 엔드플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 화재시 인체에 해로운 유독 가스를 배출하지 않으면서 차량 내 화재 전달을 최소화할 수 있고, 이로써 운전자 및 차량 안전성을 크게 향상시키는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템으로, 환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템을 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 연료전지 자동차의 주동력원으로 사용되는 연료전지 스택은 반응가스인 수소와 공기 중 산소의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키고, 그 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.
상기 연료전지 스택은 수백 개의 단위 셀(Cell)로 구성되어 있는데, 각 단위 셀은 최대 1.23V의 전압을 형성하며, 각 단위 셀에서 형성된 전압이 직렬로 연결되어 대 전압을 출력하게 된다.
현재 자동차용으로 많이 사용되고 있는 연료전지는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)로서, 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고 전류밀도 및 출력밀도가 크며 시동시간이 짧고 부하 변화에 빠른 응답 특성을 가지는 장점이 있다.
도 1은 일반적으로 사용되는 고분자 전해질막 연료전지의 스택 구조를 나타내는 도면으로서, 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly) 및 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)의 조합(1)이 위치하는데, 이 중 막전극접합체는 수소 양자(Proton)를 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)로 구성된다.
또한 막전극접합체의 바깥부분, 즉 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층되고, 기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(Bipolar Plate)(2)이 위치된다.
이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에는 집전판(Current Collector)(3) 및 절연판(4), 단위 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)(5,6)를 결합하는데, 엔드플레이트(5,6) 사이에 단위 셀들을 배열하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다(도 1에서는 단 셀의 구성만 개략 도시함).
한편, 엔드플레이트는 연료전지 스택 내에서 고른 면압이 유지되도록 각 구성들을 지지하는 기능을 하는 바, 고른 면압을 유지하는 것은 스택 내의 유체의 누설 방지, 셀 간 전기 접촉저항의 증가 방지와 관련하여 스택 성능을 좌우하는 중요한 인자이다.
엔드플레이트는 관통형(도 1에서 도면부호 5)과 비관통형(도 1에서 도면부호 6)의 두 종류가 사용되는데, 관통형 엔드플레이트(5)는 비관통형 엔드플레이트(6)에 수소, 공기 및 냉각수용 매니폴드가 형성된 구조로서, 상기 매니폴드를 통해 반응가스와 냉각수를 효율적으로 공급하는 역할을 하게 된다.
기본적으로 엔드플레이트는 스택의 균일한 체결 및 셀 간의 일정한 체결압력을 유지시킬 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 우수한 기계적 강도, 기밀성, 내화학성, 내가수분해성, 경량성 및 대량생산성 등의 특성을 가지고 있어야 한다.
또한 연료전지 작동시 발생하는 고전압의 전력이 외부로 누전되지 않도록 절연성이 우수해야 하고, 적층된 스택을 가압한 후 가압에 의한 휨이나 변형 등이 발생해서는 안 되며, 스택을 가압한 후 연료전지 작동시 스택으로부터 수소, 공기, 물의 누출이 발생해서는 안 된다.
따라서, 엔드플레이트를 제조함에 있어서 기계적 강도, 절연성, 기밀성, 내화학성, 내가수분해성, 경량성 및 대량생산성 등 제반 특성이 우수한 고분자 복합재 또는 고분자 복합재-금속 복합구조를 많이 사용하였다[등록특허 제901563호, 등록특허 제757131호].
그러나, 종래의 고분자 기반 복합구조 엔드플레이트는 상기한 많은 장점에도 불구하고 금속이나 세라믹 재료 대비 고분자 재료 고유의 단점인 난연성(Flame Retardance)의 부족으로 인해 차량 화재 등의 비상 사태시 안전상의 문제점을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 차량 화재시 인체에 해로운 유독 가스를 배출하지 않으면서 차량 내 화재 전달을 최소화할 수 있고, 이로써 운전자 및 차량 안전성을 크게 향상시키는 연료전지용 엔드플레이트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 내부에 삽입된 금속 프레임과, 상기 금속 프레임의 외표면을 감싸는 고분자 복합재 구조체를 포함하여 구성되는 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조하는 방법에 있어서, 사출 성형기의 금형 내부에 엔드플레이트 삽입용 금속 프레임을 삽입하는 단계와; 상기 금속 프레임의 외표면을 감싸도록 난연제가 혼합된 용융 상태의 고분자 복합재를 금속 프레임 위에 사출 성형하는 단계;를 포함하여 이루어지는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 난연제로는 비(非)할로겐계 난연제를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 난연제로는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 암모늄 포스페이트, 암모늄 페닐 포스페이트, 디 암모늄 포스페이트, 암모늄 디메틸 포스페이트, 암모늄 에틸 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 멜라민 디페닐 포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 유레아 포스페이트, 팽창 흑연, 나노 클레이 중 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 난연제로는 고분자를 기재로 사용하여 제조한 마스터배치 펠렛형 난연제를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고분자 복합재와 난연제를 미리 혼합하여 난연 컴파운드를 제조한 뒤, 난연 컴파운드를 상기 사출 성형기의 금형 내부에 삽입된 금속 프레임 위에 사출 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고분자 복합재와 난연제를 사출 성형기의 호퍼에 동시 투입하여 상기 금형 내 금속 프레임 위에 사출 성형하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 친환경 난연 기능성 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트의 제조방법에 의하면, 고분자 복합재에 친환경 난연제를 추가로 사용하여 제조함으로써 엔드플레이트가 우수한 난연성 기능을 가지는 바, 차량 화재시 난연성 엔드플레이트가 인체에 해로운 유독 가스를 배출하지 않으면서, 난연성 엔드플레이트에 의해 차량 내 화재 전달이 최소화될 수 있으므로, 운전자 및 차량 안전성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 사용되는 고분자 전해질막 연료전지의 스택 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 복합구조 엔드플레이트를 도시한 구성도이다.
도 3은 친환경 난연성을 고분자 복합재에 효율적으로 부여하기 위한 본 발명에 따른 난연 복합구조 엔드플레이트의 제조공정을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따라 친환경 난연제가 사용된 고분자-금속 복합구조 엔드플레이트를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 연료전지용 고분자 복합재-금속 복합구조를 갖는 엔드플레이트의 제조방법에 관한 것으로서, 금속 프레임(Frame)을 삽입체로 하고 이 금속 프레임의 외표면에 고분자 복합재를 용융 사출 성형하여 제조하는 고분자 복합재-금속 엔드플레이트의 개선된 제조방법에 관한 것이다.
특히, 내부에 삽입된 금속 프레임과, 상기 금속 프레임의 외표면을 감싸는 고분자 복합재 구조체를 포함하여 구성되는 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조함에 있어서, 고분자 구조체의 용융 성형시 금속 프레임을 금형 내에 설치하여 단일 공정으로 성형함으로써 고분자 구조체를 금속 프레임과 일체화시킨 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조하되, 차량 화재 등의 비상 상황시를 대비하기 위해 고분자 복합재에 친환경 난연제를 추가로 첨가함으로써 엔드플레이트가 우수한 난연성 기능을 가지도록 한 것에 주된 특징이 있는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 복합구조 엔드플레이트를 도시한 구성도로서, (a)는 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트(6)를 도시한 사시도로서, 외부 표면재인 고분자 복합재 구조체(8)의 일부를 절개하여 도시한 것이다.
(b)는 삽입체인 금속 프레임(7)을 도시한 사시도이고, (c)는 (a)의 선 'A-A'를 따라 취한 고분자 복합재-금속 프레임 복합구조 엔드플레이트(6)의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔드플레이트(6)는 내부에 삽입된 금속 프레임(7)과, 상기 금속 프레임(7)의 외표면을 감싸는 난연성(난연제가 함유된) 고분자 복합재 구조체(8)를 포함하여 구성된다.
이를 제조하기 위해서는 고분자 복합재 구조체(8)의 용융 성형시 금속 프레임(7)을 사출 성형용 금형 내에 설치한 뒤 고분자 복합재 구조체를 성형하기 위한 용융 복합재를 금형 내에 사출하여 일체 성형하게 된다.
이때, 금속 프레임(7)과 고분자 복합재 구조체(8) 간의 일체성을 높이기 위해 금속 프레임(7)에는 다수의 관통홀(7a)이 형성될 수 있으며, 사출 성형시 이 관통홀(7a)에 용융 복합재가 삽입되도록 하여, 성형 후 관통홀(7a)에 삽입된 고분자 복합재에 의해 삽입체인 금속 프레임(7)과 표면재인 난연성 고분자 복합재 구조체(8)가 보다 견고하게 일체화되도록 한다.
또한 본 발명에서는 상기한 고분자 복합재-금속 복합구조의 엔드플레이트를 제조함에 있어서, 차량 화재 등의 비상 상황시 연소에 취약한 단점을 개선하고자, 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트의 외표면을 형성하는 고분자 복합재에 친환경 난연제를 추가로 첨가하여 사용함으로써 엔드플레이트가 친환경 난연성 기능을 가지도록 제조하게 된다.
이때, 기존에 고분자 재료에 주로 사용되어 난연성을 부여하던 할로겐(Halogen)계의 난연제를 사용할 경우 화재시 인체에 유해한 유독가스 배출 등의 환경문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드 플레이트의 제조시에 첨가되는 난연제로는 친환경적인 非할로겐계 화합물을 사용한다.
이러한 난연제로는 친환경 비할로겐계 무기 또는 유기화합물로서 금속 수산화물계, 인계, 기타 계 등을 사용할 수 있으며, 보다 상세하게는 수산화 알루미늄(Aluminum Hydroxide), 수산화 마그네슘(Magnesium Hydroxide), 수산화 칼슘(Calcium Hydroxide), 암모늄 포스페이트(Ammonium Phosphate), 암모늄 페닐 포스페이트(Ammonium Phenyl Phosphate), 디 암모늄 포스페이트(Diammonium Phosphate), 암모늄 디메틸 포스페이트(Ammonium Dimethyl Phosphate), 암모늄 에틸 포스페이트(Ammonium Ethyl Phosphate), 멜라민 포스페이트(Melamine Phosphate), 멜라민 디페닐 포스페이트(Melamine Diphenyl Phosphate), 멜라민 피로포스페이트(Melamine Pyrophosphate), 유레아 포스페이트(Urea Phosphate), 팽창 흑연, 나노 클레이(Nano Clay) 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 고분자 복합재 및 금속 프레임으로는 본원 출원인에 의해 출원되어 등록된 등록특허 제901563호(2009.6.1 등록)에 개시된 것이 사용될 수 있으며, 사출 성형 공정 역시 동일하게 진행하여 제조할 수 있다.
다만, 고분자 복합재에 친환경 비할로겐계 난연제를 첨가하여 제조하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 난연성 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트의 제조공정을 나타내는 개략도로서, 친환경 난연성을 고분자 복합재에 효율적으로 부여하기 위한 방법을 보여주고 있으며, (a)는 고분자 복합재와 난연제를 혼합하여 난연 컴파운드를 미리 제조한 뒤 사용하는 방식을, (b)는 사출 성형시 난연제를 직접 투입하는 방식을 나타낸 것이다.
(a)에 나타낸 바와 같이, 고분자 복합재와 난연제를 혼합하여 난연 컴파운드를 제조하고, 이어 사출 성형용 금형 내에 금속 프레임을 고정한 뒤, 금속 프레임 외표면을 둘러싸도록 사출 성형용 금형 내에 고분자 복합재 난연 컴파운드를 사출하여 성형함으로써 난연성 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조할 수 있다.
또는 (b)에 나타낸 바와 같이, 고분자 복합재 컴파운드를 제조하고, 이어 사출 성형용 금형 내에 금속 프레임을 고정한 뒤, 사출성형기의 호퍼에 고분자 복합재 컴파운드와 함께 난연제를 동시에 투입하여, 금속 프레임 외표면을 둘러싸도록 사출 성형용 금형 내에 고분자 복합재를 사출하여 성형함으로써 난연성 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조할 수 있다.
이때, 미리 선정된 일정 중량 분율(wt%)의 친환경 비할로겐 난연제를 고분자 복합재에 첨가하여 사용하되, 파우더(Powder) 또는 마스터배치 펠렛((Masterbatch Pellet) 형태의 난연제 사용이 모두 가능하나, 고분자 복합재와 균일하게 혼합하기 위해서는 마스터배치 펠렛 형태의 난연제 사용이 보다 더 바람직하다.
또한 마스터배치 펠렛형 난연제의 제조시 고분자 복합재와의 혼화성(Compatibility)이 낮으면 용융 사출 성형시 난연제가 균일하게 분산되지 않고 마스터배치와 고분자 복합재 간 상분리(Phase Separation)가 심화되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 마스터배치용 기재 고분자는 고분자 복합재와 동일 소재를 사용하거나 혼화성이 우수한 소재를 사용해야 한다.
이하, 본 발명에 따른 제조방법에 대하여 고분자 재료 중 엔드플레이트용으로서 제반 물성 및 경제성이 우수한 폴리아미드계를 중심으로 보다 더 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
일반적으로 폴리아미드는 분자 구조에 따라 지방족(Aliphatic)계, 방향족(Aromatic)계 및 반 방향족 폴리아미드(Semi-aromatic Polyamide)계로 분류할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드의 장점들을 적절히 결합하여 엔드플레이트 용융 성형에 적합한 반 방향족 폴리아미드를 기재로 하고 이에 유리섬유 35 중량%(전체 고분자 복합재 100 중량%에 대하여)를 적절히 혼합한 반 반향족 폴리아미드/유리섬유 복합재를 사용하여 엔드플레이트용 고분자 복합재 컴파운드를 제조하였다.
또한 상기와 같이 제조한 반 방향족 폴리아미드(Semi-aromatic Polyamide)/유리섬유로 구성된 고분자 복합재 컴파운드에 마스터배치 펠렛형 비할로겐계 난연제를 혼합하여 난연 컴파운드를 제조하였다.
이때, 마스터배치 펠렛은 난연제로 수산화 알루미늄(Aluminum Hydroxide)을, 마스터배치용 기재 고분자로 반 방향족 폴리아미드를 사용하여 제조한 것을 사용하였다.
또한 금속 프레임으로는 일반 스테인리스 강인 SS304를 기재로 하여 평판형 구조로 갖는 엔드플레이트 삽입용 금속 프레임을 제조하여 사용하였다.
상기 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드 플레이트 성형시에는 평판형의 SS304 금속프레임을 사출 성형기의 금형 내에 위치시킨 뒤, 이 금속 프레임 위에 난연 컴파운드를 사출 성형하는데, 난연 컴파운드 사출 성형시 사출 성형기의 용융 온도는 310 ~ 370 ℃ 범위 내에서 설정할 수 있다.
상기 사출 성형기의 용융 온도가 310℃ 미만인 경우에는 복합재에 충분한 유동성을 부여하기 매우 어려워 사출 성형 가공성이 급격히 저하되고, 370℃를 초과하는 경우에는 과도한 유동성 부여에 의한 사출 성형 불안정 및 고분자 기재 자체의 분해를 유발할 수 있다.
본 실시예에서는 320 ~ 335 ℃로 최적화하여 반 방향족 폴리아미드/유리섬유 복합재가 충분히 고르게 용융될 수 있도록 하였는데, 320℃ 미만인 경우에 복합재의 사출 성형 가공성이 충분히 발현되지 않을 수 있고, 335℃를 초과하는 경우 사출 성형 불안정 유발이 시작될 수 있다.
또한 결정성(Crystalline)의 고성능 엔지니어링 복합재가 최적 물성을 발현하기 위해서는 결정화(Crystallization) 및 고화(Solidification)를 실시하는 성형 금형(Mold)의 조건이 중요하다.
따라서, 고분자 물성 발현이 충분히 이루어지면서 성형 후 변형이 최소화될 수 있도록 성형 금형의 온도가 비교적 고온인 60 ~ 170 ℃ 범위에서 1 ~ 60 분의 조건으로 성형할 수 있다.
상기 성형 조건이 60℃ 및 1분 미만인 경우는 복합재 내 고분자 분자사슬들의 유동성(Mobility)이 부족하고 사슬들이 결정화할 시간이 부족하여 충분한 결정화가 어렵고, 170℃ 및 60분을 초과하는 경우에는 결정화에 필요한 열역학적 충동력(Thermodynamic Driving Force)이 부족하고 사출 성형 사이클(Cycle) 시간이 증가하여 생산성이 매우 저하될 수 있다.
본 실시예에서는 130 ~ 155 ℃ 온도에서 5 ~ 20분으로 금형의 성형 조건을 최적화하여 성형하였는데, 130℃ 및 5분 미만인 경우는 고분자의 분자사슬 유동성 및 결정화 시간이 부족하여 충분한 결정화가 어렵고, 155℃ 및 20분 초과하는 경우는 열역학적 충동력 부족에 의해 결정화가 충분히 이루어지지 않음은 물론 성형 사이클 시간 증가에 의해 생산성이 부족해질 수 있기 때문이다.
도 4는 본 발명에 따라 친환경 난연제가 사용된 고분자-금속 복합구조 엔드플레이트를 나타내는 도면으로서, (a)는 수소, 공기 및 냉각수용 매니폴드가 형성된 관통형 엔드플레이트(5)를, (b)는 비관통형 엔드플레이트(6)를 나타낸 것이다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 막전극접합체 및 기체확산층의 조합 2 : 분리판
3 : 집전판 4 : 절연판
5 : 관통형 엔드플레이트 6 : 비관통형 엔드플레이트
7 : 금속 프레임 7a : 관통홀
8 : 난연제를 함유한 고분자 복합재 구조체

Claims (7)

  1. 내부에 삽입된 금속 프레임과, 상기 금속 프레임의 외표면을 감싸는 고분자 복합재 구조체를 포함하여 구성되는 고분자 복합재-금속 복합구조 엔드플레이트를 제조하는 방법에 있어서,
    사출 성형기의 금형 내부에 엔드플레이트 삽입용 금속 프레임을 삽입하는 단계와;
    고분자를 기재로 하여 비할로겐계 난연제를 혼합해 마스터배치 펠렛형 난연제를 제조하는 단계와;
    상기 금속 프레임의 외표면을 감싸도록 상기 마스터배치 펠렛형 난연제가 혼합된 용융 상태의 고분자 복합재를 금속 프레임 위에 사출 성형하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 난연제로는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 암모늄 포스페이트, 암모늄 페닐 포스페이트, 디 암모늄 포스페이트, 암모늄 디메틸 포스페이트, 암모늄 에틸 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 멜라민 디페닐 포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 유레아 포스페이트, 팽창 흑연, 나노 클레이 중 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 복합재와 난연제를 미리 혼합하여 난연 컴파운드를 제조한 뒤, 난연 컴파운드를 상기 사출 성형기의 금형 내부에 삽입된 금속 프레임 위에 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 복합재와 난연제를 사출 성형기의 호퍼에 동시 투입하여 상기 금형 내 금속 프레임 위에 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트의 제조방법.
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170200968A1 (en) * 2016-01-12 2017-07-13 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Integrated metal-and-plastic molded article and method for manufacturing integrated metal-and-plastic molded article

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN116394479B (zh) * 2023-02-01 2023-10-10 江苏科力达汽车零部件有限公司 一种燃料电池端板注塑成型工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050085028A (ko) * 2002-11-19 2005-08-29 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 수지와 충전재를 함유하는 고충전 복합재
KR20090028941A (ko) * 2007-09-17 2009-03-20 현대자동차주식회사 연료전지용 고분자-금속 복합구조 엔드플레이트 및 이의제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050085028A (ko) * 2002-11-19 2005-08-29 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 수지와 충전재를 함유하는 고충전 복합재
KR20090028941A (ko) * 2007-09-17 2009-03-20 현대자동차주식회사 연료전지용 고분자-금속 복합구조 엔드플레이트 및 이의제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170200968A1 (en) * 2016-01-12 2017-07-13 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Integrated metal-and-plastic molded article and method for manufacturing integrated metal-and-plastic molded article
US10497961B2 (en) * 2016-01-12 2019-12-03 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Integrated metal-and-plastic molded article and method for manufacturing integrated metal-and-plastic molded article

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