KR101336326B1 - 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물 - Google Patents

결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR101336326B1
KR101336326B1 KR1020110076175A KR20110076175A KR101336326B1 KR 101336326 B1 KR101336326 B1 KR 101336326B1 KR 1020110076175 A KR1020110076175 A KR 1020110076175A KR 20110076175 A KR20110076175 A KR 20110076175A KR 101336326 B1 KR101336326 B1 KR 101336326B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
epoxy resin
resin
composite material
formula
crystalline epoxy
Prior art date
Application number
KR1020110076175A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130014205A (ko
Inventor
이성호
류이열
최우진
김정헌
임재욱
이경화
임진형
Original Assignee
한국타이어 주식회사
주식회사 유니테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국타이어 주식회사, 주식회사 유니테크 filed Critical 한국타이어 주식회사
Priority to KR1020110076175A priority Critical patent/KR101336326B1/ko
Publication of KR20130014205A publication Critical patent/KR20130014205A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101336326B1 publication Critical patent/KR101336326B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L61/00—Compositions of condensation polymers of aldehydes or ketones; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L61/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C08L61/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

결정성 에폭시 수지를 포함하는 복합재료 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 경화촉진제와 전도성 충전재인 탄소물질을 포함하는 복합재료로서, 여기에서 상기 에폭시 수지는 결정성 에폭시 수지이고, 상기 경화제는 비스페놀 에이형 페놀 수지인 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 연료전지 분리판은 결정성 에폭시, 비스페놀계 페놀 수지를 동시에 포함하는 신규의 복합재료 조성물에 의해 제조된다. 본 발명에 따른 복합재료에 의하여 제조된 연료전지 분리판은 우수한 전기적 특성 및 기체투과도를 가지며, 기계적 특성인 굴곡강도가 향상된다.

Description

결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물{Resin composition comprising crystalline epoxy resin and composite material composition for fuel cell bipolar plate using the same}
본 발명은 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 우수한 전기적 특성 및 기체투과도를 가지며, 기계적 특성인 굴곡강도가 향상된 연료전지 분리판용 복합 재료 조성물에 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, 실용화 단계에 도달하였다.
현재 적용되고 있는 연료전지들은 그 내부에 여러 셀들의 연결이 포함 되는데, 이러한 셀과 셀 간의 전기적인 연결이 요구되며 이런 역할은 분리판에 구현되고 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. 하지만, 경제성과 함께 우수한 기체투과도, 전기전도도를 동시에 갖는 연료전지 분리판용 재료는 여전히 필요한 상황이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 종래 기술에 따른 소재에 비해 상대적으로 경제적인 흑연을 물질 성분으로 사용하면서도 우수한 전기적 특성과 기체투과도, 그리고 향상된 기계적 특성을 갖는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 에폭시 수지, 경화제 및 경화촉진제와 전도성 충전재인 탄소물질을 포함하는 복합재료로서, 여기에서 상기 에폭시 수지는 결정성 에폭시 수지이고, 상기 경화제는 비스페놀 에이형 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 결정성 에폭시 수지는 하기 [화학식 1], [화학식 2], [화학식 3] 및 [화학식 4]로 표시된 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.
[ 화학식 1]
Figure 112011059099446-pat00001
(상기 식에서 R1, R2은 CH2CHO임)
[ 화학식 2]
Figure 112011059099446-pat00002
(상기 식에서 R3, R4은 CH2CHO임)
[ 화학식 3 ] ; 결정성 에폭시 수지 C
Figure 112011059099446-pat00003
(상기 식에서 R5,R6은 CH2CHO임)
[ 화학식 4 ] ; 결정성 에폭시 수지 D
Figure 112011059099446-pat00004

(상기 식에서 R7, R8은 CH2CHO임)
본 발명의 일 실시예에서 상기 복합재료 조성물은 결정성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 비스페놀 에이형 페놀 수지 45 내지 70 중량부, 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하며, 상기 복합재료 조성물 중 상기 흑연의 함량은 전체 조성물의 80 내지 92 중량%이다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 복합재료 조성물을 이용하여, 제조된 연료전지 분리판을 제공한다.
본 발명에 따른 연료전지 분리판용 복합재료 조성물은 결정성 에폭시, 비스페놀계 페놀 수지를 동시에 포함하는 신규의 복합재료 조성물에 의해 제조된다. 본 발명에 따른 복합재료에 의하여 제조된 연료전지 분리판은 우수한 전기적 특성 및 기체투과도를 가지며, 기계적 특성인 굴곡강도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소복합재 분리판의 제조공정을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 결정성 에폭시계 수지와 경화제인 비스페놀계 폐놀 수지를 포함하는 레진 조성물과 전도성 충전재인 탄소물질, 즉, 흑연 및/또는 탄소나노튜브(CNT)을 혼합시킨 탄소복합재료를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 탄소복합재료를 이용하여 제조된 고분자 전해질용 연료전지 분리판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 레진 조성물은 결정성 에폭시 수지 및 비스페놀계 페놀 수지계 이외에, 수지 간의 경화를 촉진시킬 수 있는 물질, 즉, 경화촉진제(또는 촉매)를 더 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 상기 레진 조성물의 주요 구성으로는 본 발명의 결정성 에폭시 수지와 비스페놀 에이형 페놀 수지 이외에 에폭시 수지계인 비스페놀-노볼락계, 비스페놀 F형계, 페놀 노볼락계, 나프탈렌계, 크레졸 노볼락계 등이 혼용 사용될 수 있으며 본 발명의 범위는 이에 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에서 결정성 에폭시 수지는 [화학식 1], [화학식 2], [화학식 3] 또는 [화학식 4]의 구조를 가지고 있다.
[ 화학식 1] ; 결정성 에폭시 수지 A
Figure 112011059099446-pat00005
상기 식에서 R1, R2은 CH2CHO 이다.
[ 화학식 2] ; 결정성 에폭시 수지 B
Figure 112011059099446-pat00006
상기 식에서 R3, R4은 CH2CHO 이다.
[ 화학식 3 ] ; 결정성 에폭시 수지 C
Figure 112011059099446-pat00007
상기 식에서 R5,R6은 CH2CHO 이다.
[ 화학식 4 ] ; 결정성 에폭시 수지 D
Figure 112011059099446-pat00008

상기 식에서 R7, R8은 CH2CHO 이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 에폭시 경화제로 사용되는 비스페놀 에이 페놀수지는 [화학식 5]의 구조를 가지고 있다.
[화학식 5] ; 비스페놀 에이형 페놀수지
Figure 112013019988867-pat00015

상기 식에서 n은 10 내지 15이다.
삭제
또한, 경화촉진제로는 아민계 경화제, 트리페닐포스핀, 이미다졸등을 사용할 수 있으며 특별히 한정하지 않는다.
본 발명은 상술한 레진 조성물을 흑연에 첨가하여 탄소복합재 분리판을 제조하는데, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소복합재 분리판의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, (A) 먼저 상술한 에폭시계 수지, 페놀계 수지 및 경화촉진제를 포함하는 레진 조성물을 유기용매에 혼입하여, 레진 조성물 용액을 제조한다. (B) 이후, 상기 레진 조성물 용액을 흑연 분말에 첨가한다. 이로써 입자상의 흑연 분말에 레진조성물이 함유된 복합 조성물이 제조된다. 이후 (C) 상기 레진 조성물 용액이 함유된 흑연 분말로부터 유기 용매를 제거, 건조시키고, 다시 (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 바람직하게는 평균입도가 10 ∼ 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. 이때, 전도성 충전재(흑연)를 기준으로 흑연의 비율이 70wt% 이하일 경우에는 절연현상이 나타나서 전기전도성이 낮아질 수 있고, 95wt%이상일 때에는 전기전도성은 우수하나, 기계적 특성인 굴곡강도와 성형성 불량을 나타낼 수 있다.
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 화학식 1의 결정성 에폭시 수지 A, 페놀수지, 경화촉진제로 구성되며, 상기 레진 조성물은 흑연과 혼합된다. 이때 결정성 에폭시 수지 A 100 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀수지 50 중량부, 경화촉진제로 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine) 2 중량부를 용제인 아세톤(Acetone) 녹여 레진 조성물 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정 하였고, 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 결정성 에폭시 수지 A 대신에 화학식 2의 결정성 에폭시 수지 B를 적용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 결정성 에폭시 수지 B 100 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물 혼합 용액을 제조하였다. 또한 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정 하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 결정성 에폭시 수지 A 대신에 화학식 3의 결정성 에폭시 수지 C를 적용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 결정성 에폭시 수지 B 100 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 또한, 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정 하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 결정성 에폭시 수지 A 대신에 화학식 4의 결정성 에폭시 수지 D를 적용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 결정성 에폭시 수지 B 100 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 또한, 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정 하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1에서 화학식 2의 결정성 에폭시 수지 B와 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 화학식 2의 3관능 에폭시 수지 A 70 중량부와 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 60 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정 하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 1에서 화학식 3의 결정성 에폭시 수지 C와 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 결정성 에폭시 수지 A 70 중량부와 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 60 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 90 wt% 를 선정 하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1에서 화학식 2의 결정성 에폭시 수지 B와 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 결정성 에폭시 수지 C 70 중량부와 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 85 wt% 를 선정 하였다.
[실시예 8]
상기 실시예 1에서 화학식 3의 결정성 에폭시 수지 C, 3관능 에폭시 수지 B 및 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 혼용 사용하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 화학식 3의 3관능 에폭시 수지 A 40 중량부, 3관능 에폭시 수지 B 30 중량부 및 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 중량부에 대해 비스페놀 에이형 페놀 수지 50 중량부, 경화촉진제 2 중량부를 용제에 녹여 레진 조성물의 혼합 용액을 제조하였다. 전도성 충전재인 흑연의 함량비는 무게비를 기준으로 85 wt% 를 선정 하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 결정성 에폭시 수지 A 대신에 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 사용한 것과 비스페놀계 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 선정 하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 결정성 에폭시 수지 A 대신에 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 사용하는 것과 비스페놀계 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 선정 하였다.
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 		실시
예 8 		비교
예 1 		비교
예 2
에
폭
시
수
지		 결정성 A 100 - - - 70 70 70 40 - -
결정성 B - 100 - - - 30 - - - -
결정성 C - - 100 - - - - 30 - -
결정성 D - - - 100 30 - 30 30 100 100
에폭시
경화제		 비스페놀계
페놀수지		 50 50 50 50 60 60 50 50 - -
페놀수지 - - - - - - - - 50 60
경화촉진제(TPP) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
흑연함량(wt%) 90 90 90 90 90 85 85 85 90 85
항목 전기전도도
(S / cm ) 		굴곡강도
( MPa ) 		기체투과도
( cm 3 / cm 2 sec )
실시예 1 170 44 1.6 × 10-7
실시예 2 204 49 1.1 × 10-7
실시예 3 216 51 1.2 × 10-7
실시예 4 172 46 1.3 × 10-7
실시예 5 185 44 1.5 × 10-7
실시예 6 190 46 1.0 × 10-7
실시예 7 181 48 1.3 × 10-7
실시예 8 186 46 1.4 × 10-7
비교 실시예 1 165 39 1.8 × 10-6
비교 실시예 2 154 41 1.5 × 10-6
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, 결정성 에폭시 수지 및 비스페놀계 페놀 수지를 동시에 사용한 본 발명의 복합 재료 조성물을 이용한 연료전지 분리판은 결정성 에폭시 수지 및 비스페놀계 페놀 수지를 동시에 사용하지 않은 비교실시예 1 및 2에 비해 기계적 특성인 굴곡강도가 높고, 전기적 특성인 전기전도도도 우수하며 아울러 기체 투과도가 낮아 가스 밀폐도가 우수하다.
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 (5)

  1. 에폭시 수지, 경화제 및 경화촉진제와 전도성 충전재인 탄소물질을 포함하는 복합재료로서, 여기에서
    상기 탄소물질은 흑연 또는 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물이고,
    상기 에폭시 수지는 결정성 에폭시 수지이고, 상기 결정성 에폭시 수지는 하기 [화학식 1], [화학식 2], [화학식 3] 및 [화학식 4]로 표시된 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합물이고,
    [ 화학식 1]
    Figure 112013069123627-pat00016

    (상기 식에서 R1, R2은 CH2CHO임)
    [ 화학식 2]
    Figure 112013069123627-pat00017

    (상기 식에서 R3, R4은 CH2CHO임)
    [ 화학식 3 ] ; 결정성 에폭시 수지 C
    Figure 112013069123627-pat00018

    (상기 식에서 R5,R6은 CH2CHO임)
    [ 화학식 4 ] ; 결정성 에폭시 수지 D
    Figure 112013069123627-pat00019

    (상기 식에서 R7, R8은 CH2CHO임)
    상기 경화제는 하기 [화학식 5]로 표시되는 비스페놀 에이형 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물.
    [화학식 5] ; 비스페놀 에이형 페놀수지
    Figure 112013069123627-pat00020

    (상기 식에서 n은 10 내지 15이다.)
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합재료 조성물은 결정성 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 비스페놀 에이형 페놀 수지 45 내지 70 중량부, 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복합재료 조성물 중 상기 흑연의 함량은 전체 조성물의 80 내지 92 중량%인 것을 특징을 하는 복합재료 조성물.
  5. 제 1항, 제3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 조성물을 이용하여, 제조된 연료전지 분리판.
KR1020110076175A 2011-07-29 2011-07-29 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물 KR101336326B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110076175A KR101336326B1 (ko) 2011-07-29 2011-07-29 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110076175A KR101336326B1 (ko) 2011-07-29 2011-07-29 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130014205A KR20130014205A (ko) 2013-02-07
KR101336326B1 true KR101336326B1 (ko) 2013-12-03

Family

ID=47894505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110076175A KR101336326B1 (ko) 2011-07-29 2011-07-29 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101336326B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102340427B1 (ko) 2020-03-24 2021-12-15 경북대학교 산학협력단 연료전지 분리판용 복합체 및 이를 제조하는 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001214035A (ja) 2000-01-31 2001-08-07 Nippon Kayaku Co Ltd エポキシ樹脂組成物、樹脂結合型金属成型部品
JP2002201257A (ja) 2000-12-28 2002-07-19 Sumitomo Bakelite Co Ltd 導電性エポキシ樹脂成形材料
JP2006278083A (ja) 2005-03-29 2006-10-12 Nippon Steel Chem Co Ltd 燃料電池セパレータ用組成物、燃料電池セパレータの製造方法および燃料電池セパレータ
JP2007179945A (ja) 2005-12-28 2007-07-12 Nichias Corp 燃料電池用セパレータ及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001214035A (ja) 2000-01-31 2001-08-07 Nippon Kayaku Co Ltd エポキシ樹脂組成物、樹脂結合型金属成型部品
JP2002201257A (ja) 2000-12-28 2002-07-19 Sumitomo Bakelite Co Ltd 導電性エポキシ樹脂成形材料
JP2006278083A (ja) 2005-03-29 2006-10-12 Nippon Steel Chem Co Ltd 燃料電池セパレータ用組成物、燃料電池セパレータの製造方法および燃料電池セパレータ
JP2007179945A (ja) 2005-12-28 2007-07-12 Nichias Corp 燃料電池用セパレータ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130014205A (ko) 2013-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100597897B1 (ko) 연료전지 분리판 성형용 소재, 그의 제조방법과 이로부터제조된 연료전지 분리판 및 연료전지
EP1657269B1 (en) Conductive epoxy resin composition and method for producing the same
US20060183013A1 (en) Fuel cell separator
CN101974205A (zh) 用于埋入式电容器的树脂组合物、使用其制作的介电层及覆金属箔板
US20030175571A1 (en) Separator for fuel cell, process for producing the same, and material therefor
JP2004103495A (ja) 燃料電池用セパレータ、その製造方法および該燃料電池用セパレータを用いた燃料電池
JP2004103494A (ja) 燃料電池用セパレータ、その製造方法および該燃料電池用セパレータを用いた燃料電池
JP4797317B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、固体高分子型燃料電池用セパレータ
KR20090037355A (ko) 연료전지용 세퍼레이터용 수지 조성물 및 연료전지용 세퍼레이터
KR101325290B1 (ko) 연료 전지용 세퍼레이터재와 그 제조 방법
KR101336326B1 (ko) 결정성 에폭시 수지를 포함하는 레진 조성물 및 이를 이용한 연료전지 분리판용 복합재료 조성물
JP2005108616A (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2002083609A (ja) 燃料電池用セパレータ用組成物及びその製造方法
US20060210860A1 (en) Separator for fuel cell
US20040033413A1 (en) Polymer electrolyte membrane fuel cell
KR101227900B1 (ko) 기계적, 전기적 특성이 우수한 신규의 복합 재료 조성물
JP2001216976A (ja) 燃料電池セパレータ及びその製造方法
JP5502552B2 (ja) 燃料電池セパレータ用組成物、燃料電池セパレータ、及び燃料電池の製造方法
JP2006338908A (ja) 燃料電池用セパレータ
JP4660082B2 (ja) 燃料電池用セパレータ
EP1995810A1 (en) Fuel cell separator resin composition and fuel cell separator
KR20120044671A (ko) 에폭시 수지와 흑연을 함유하는 전도성 복합 재료
JP2007048558A (ja) 燃料電池用セパレータ材とその製造方法
KR101399352B1 (ko) 연료전지용 분리판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료전지
JP2005108591A (ja) 燃料電池用セパレータ用成形材料

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161129

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171117

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191128

Year of fee payment: 7