KR20110117745A - Device for manufacturing a separator of fuel cell, method for manufacturing a separator of fuel cell, and separator of fuel cell manufactured by the method - Google Patents

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Abstract

연료전지용 세퍼레이터의 성형장치, 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법 및 그 성형방법에 의해 성형된 연료전지용 세퍼레이터가 개시된다. 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법은 카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하는 방법으로서, (a) 캐비티공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형을 가열하는 단계; (b) 제1금형 및 제2금형이 260 내지 300℃로 가열되면, 열가소성 수지 조성물을 캐비티공간의 부피보다 작은 부피만큼 캐비티공간에 사출하는 단계; (c) 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나의 금형을 캐비티공간의 부피가 감소하는 방향으로 가압하여, 부피가 감소된 캐비티공간에 사출된 열가소성 수지 조성물을 충진하는 단계; 및 (d) 제1금형 및 제2금형을 각각 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 구비한다. A molding apparatus for a fuel cell separator, a molding method for a fuel cell separator, and a fuel cell separator molded by the molding method are disclosed. The method for forming a fuel cell separator according to the present invention comprises injection molding a thermoplastic resin composition in a molten state including 70 to 90% by weight of a conductive filler composed of carbon fiber and carbon graphite. A method of molding a separator, the method comprising: (a) heating a first mold and a second mold to form a cavity space; (b) when the first mold and the second mold are heated to 260 to 300 ° C., injecting the thermoplastic resin composition into the cavity space by a volume smaller than the volume of the cavity space; (c) pressing at least one of the first mold and the second mold in a direction in which the volume of the cavity space is reduced to fill the thermoplastic resin composition injected into the cavity space having the reduced volume; And (d) cooling the first mold and the second mold at a cooling rate of 200 to 400 ° C./min, respectively.

Description

연료전지용 세퍼레이터의 성형장치, 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법 및 그 성형방법에 의해 성형된 연료전지용 세퍼레이터{Device for manufacturing a separator of fuel cell, method for manufacturing a separator of fuel cell, and separator of fuel cell manufactured by the method}Device for manufacturing a separator of fuel cell, method for manufacturing a separator of fuel cell, and separator of fuel cell manufactured by the molding apparatus of the fuel cell separator, the molding method of the fuel cell separator, and the fuel cell separator molded by the molding method the method}

본 발명은 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치, 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법 및 그 성형방법에 의해 성형된 연료전지용 세퍼레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지에 구비되어 연료 가스 및 공기의 분리 경계막으로 기능하는 세퍼레이터를 성형하는 장치, 세퍼레이터의 성형방법 및 그 성형방법에 의해 성형된 연료전지용 세퍼레이터에 관한 것이다. The present invention relates to a molding apparatus for a fuel cell separator, a molding method for a fuel cell separator, and a fuel cell separator molded by the molding method, and more particularly, is provided in a fuel cell to function as a separation membrane of fuel gas and air. An apparatus for molding a separator, a molding method of a separator, and a fuel cell separator molded by the molding method.

최근에는 환경 보호나 에너지 절약의 관점에서 연료전지가 주목받고 있으며, 특히 자동차용 연료전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 연료전지는 수소를 함유하는 연료 가스와 산소를 함유하는 공기를 이용한 전기 분해 반응을 이용하여 발전하는 장치이다. 이러한 연료전지는 단위 셀로부터 취출할 수 있는 전압이 낮기 때문에, 각 단위 셀을 수십 내지 수 백개 직렬로 적층하여 구성되는 것이 일반적이다. 이와 같이 각 단위 셀이 적층된 구조에서는, 연료 가스 및 공기의 분리 경계막으로 기능하는 세퍼레이터(separator)가 필요하다. Recently, fuel cells have been attracting attention from the viewpoint of environmental protection and energy saving, and in particular, development of fuel cells for automobiles has been actively performed. A fuel cell is a device that generates electricity by using an electrolysis reaction using a fuel gas containing hydrogen and air containing oxygen. Since such a fuel cell has a low voltage that can be taken out from a unit cell, it is generally configured by stacking tens to hundreds of unit cells in series. In such a structure in which each unit cell is stacked, a separator that functions as a separation boundary film of fuel gas and air is required.

세퍼레이터의 성형을 위해서는, 일반적으로 컴프레션 몰딩(compression molding)이나 밀링머신(milling machining) 등이 주로 사용되고 있다. 그러나, 컴프레션 몰딩이나 밀링머신을 사용하게 되면, 세퍼레이터가 쉽게 깨지며(brittleness) 내부식성도 약하다는 문제가 있으며, 나아가 유로의 가공에 따른 2차 공정이 필수적으로 요구되어 제작비가 매우 높다는 단점도 있다. 따라서, 기계적 강도 및 내부식성도 우수할 뿐만 아니라 성형비도 저렴한 세퍼레이터를 성형하기 위해서는, 새로운 성형방법 및 장치에 대한 연구가 필요하다. 새로운 연구의 출발점은 사출성형이지만, 유동성이 매우 낮은 소재, 예를 들어 카본 파이버 및 카본 그라파이트를 도전성 충전재로 포함하는 열가소성 수지 조성물은 성형성이 아주 낮아, 사출성형만으로는 박막화 되어가는 연료전지의 세퍼레이터의 규격을 만족시킬 수 없었다. In general, compression molding, milling machining, and the like are mainly used for molding the separator. However, when the compression molding or the milling machine is used, the separator is easily brittle and the corrosion resistance is weak. Furthermore, the secondary process is required for the processing of the flow path, and thus the manufacturing cost is very high. . Therefore, in order to form a separator not only having excellent mechanical strength and corrosion resistance but also having a low molding cost, research on a new molding method and apparatus is necessary. The starting point of the new research is injection molding, but the thermoplastic resin composition containing very low fluidity materials such as carbon fiber and carbon graphite as the conductive filler is very low in moldability, and thus the injection molding of the fuel cell separator which becomes thinner by injection molding alone. The specification could not be satisfied.

카본 파이버 및 카본 그라파이트로 이루어진 80 중량% 이상의 도전성 충전재 및 20 중량% 이하의 유기물질로 구성되는 열가소성 수지 조성물의 경우에는, 일반적인 사출성형에서는 과도한 주입압력이 요구되어 지기 때문에 세퍼레이터의 형상을 완벽하게 성형할 수 없으며, 표면 조도도 균일하게 얻는데 한계가 있었다. 이러한 표면 조도의 불균일은 충전재의 돌출로 말미암은 것으로서, 내부식성의 저하를 초래한다. 이러한 이유로, 종래에는 흑연(carbon black), 혹은 카본 화이버(carbon fiber)와 흑연의 혼합물은 2차 가공을 감수하면서까지 컴프레션 몰딩이나 밀링머신에 의해 세퍼레이터로 성형되고 있었다. In the case of the thermoplastic resin composition composed of 80% by weight or more of conductive filler made of carbon fiber and carbon graphite and 20% by weight or less of organic material, the shape of the separator is perfectly formed because excessive injection pressure is required in general injection molding. There was a limit in obtaining even surface roughness. This non-uniformity of the surface roughness is caused by the protrusion of the filler, resulting in deterioration of corrosion resistance. For this reason, in the past, graphite (carbon black), or a mixture of carbon fiber and graphite, has been molded into a separator by compression molding or a milling machine while taking secondary processing.

종래의 세퍼레이터 성형과정에서 가장 큰 문제점은 깨짐(brittleness)과 높은 가공비이다. 종래의 세퍼레이터의 경우 순수 흑연 혹은, 흑연과 카본 화이버의 혼합물로 구성이 되는데, 열과 압력만으로 성형되는 컴프레션 공정은 성형품의 ㄴ낮은 굴곡강도(low-flexural strength)와 충격강도(impact strength)로 인해 외부 충격에 극히 약한 문제를 유발하며, 이러한 문제는 연료전지 적용의 핵심 산업인 자동차용 연료전지 개발에 있어, 가장 크게 개선되어야 할 부분으로 대두 되었다. 또한, 차량용 연료전지에 있어서는 연료전지의 전체적인 부피 감소가 필수적으로 요구되며 나아가 단위 셀을 적게 적층하더라도 높은 전기전도도가 구현되어야 하며, 이를 위해서는 두께가 매우 얇은 세퍼레이터가 필수적으로 요구되었다. 그런데, 종래의 방법으로는 두께가 매우 얇은 세퍼레이터를 대량으로 경제적으로 생산하기 어려운 한계가 있었다. 특히, 컴프레션 공정 이후의 밀링공정은 공정 중의 세퍼페이터가 쉽게 깨지는 등 박막형 세퍼레이터의 성형에 극히 취약하다는 단점이 있다. The biggest problems in the conventional separator molding process are brittleness and high processing cost. Conventional separators are composed of pure graphite or a mixture of graphite and carbon fiber, and the compression process formed by heat and pressure alone is performed due to the low-flexural strength and impact strength of the molded product. It causes extremely weak problems in shock, and this problem has emerged as the biggest improvement in the development of fuel cells for automobiles, a key industry of fuel cell application. In addition, in the fuel cell for vehicles, it is essential to reduce the overall volume of the fuel cell, and further, even if the unit cells are stacked in a small amount, high electrical conductivity must be realized. For this purpose, a very thin separator is required. However, the conventional method has a limitation in that it is difficult to economically produce a very thin separator in large quantities. In particular, the milling process after the compression process has a disadvantage in that it is extremely vulnerable to the molding of the thin film type separator, such as the separator easily broken during the process.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금형을 급속으로 가열 및 냉각하는 초고온 금형 가열기술 및 사출압축 기술을 함께 적용함으로써 연료전지용 세퍼레이터를 낮은 비용으로 대량 생산할 수 있도록 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to apply a high-temperature mold heating technology and injection compression technology to heat and cool the mold rapidly to enable mass production of fuel cell separator at low cost It is to provide a molding apparatus for a fuel cell separator.

또한, 본 발명의 다른 목적은 초고온 금형 가열기술 및 사출압축 기술을 함께 적용함으로써 연료전지용 세퍼레이터를 낮은 비용으로 대량 생산할 수 있도록 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법 및 그 성형방법에 의해 성형된 연료전지용 세퍼레이터를 제공하도록 한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a fuel cell separator molded by the molding method and the fuel cell separator molded by the molding method to enable the mass production of fuel cell separator at a low cost by applying a combination of ultra-high temperature mold heating technology and injection compression technology. It was to provide.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치는 카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하기 위한 장치로서, 제1금형; 상기 제1금형에 접근 및 이격되는 방향으로 직선이동 가능하며, 상기 제1금형에 형합시 상기 제1금형과 함께 캐비티공간을 형성하되 상기 캐비티공간의 부피는 상기 제1금형과의 거리에 따라 변화하는 제2금형; 상기 제1금형 및 제2금형을 각각 400 내지 800℃/분의 가열속도로 가열하는 가열수단; 상기 제1금형과 접촉하여 열전도가 일어나는 접촉위치 및 상기 제1금형과 이격되는 이격위치 사이에서 직선이동 가능한 제1냉각부재; 상기 제2금형과 접촉하여 열전도가 일어나는 접촉위치 및 상기 제2금형과 이격되는 이격위치 사이에서 직선이동 가능한 제2냉각부재; 상기 제1냉각부재 및 제2냉각부재를 각각 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 냉각하는 냉각수단; 상기 제1금형 및 제2금형이 260 내지 300℃로 가열되면, 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 캐비티공간의 부피보다 작은 부피만큼 상기 캐비티공간에 사출하는 사출수단; 및 상기 제1냉각부재 및 제2냉각부재를 직선 구동하며, 상기 캐비티공간의 부피가 감소하여 상기 사출된 열가소성 수지 조성물이 상기 캐비티공간에 충진되도록 상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나의 금형을 다른 금형에 접근하는 방향으로 가압하는 가압수단;를 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the molding apparatus of the fuel cell separator according to the present invention is a thermoplastic resin composition in a molten state comprising a conductive filler of 70 to 90% by weight composed of carbon fiber and carbon graphite (carbon graphite) An apparatus for molding a fuel cell separator by injection compression molding, comprising: a first mold; A linear movement is possible in a direction approaching and spaced apart from the first mold, and when forming the first mold and forming a cavity space with the first mold, the volume of the cavity space is changed according to the distance to the first mold A second mold; Heating means for heating the first mold and the second mold at a heating rate of 400 to 800 ° C./min, respectively; A first cooling member capable of linearly moving between a contact position where thermal conductivity occurs in contact with the first mold and a spaced position spaced apart from the first mold; A second cooling member capable of linearly moving between a contact position where the thermal conductivity occurs in contact with the second mold and a spaced position spaced apart from the second mold; Cooling means for cooling the first cooling member and the second cooling member at a cooling rate of 200 to 400 ° C / min, respectively; Injection means for injecting the thermoplastic resin composition into the cavity space by a volume smaller than the volume of the cavity space when the first mold and the second mold are heated to 260 to 300 ° C; And at least one of the first mold and the second mold to linearly drive the first cooling member and the second cooling member and to reduce the volume of the cavity space so that the injected thermoplastic resin composition is filled in the cavity space. It is characterized in that it comprises a; pressing means for pressing in a direction approaching the other mold.

또한, 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법은 카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하는 방법으로서, (a) 캐비티공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형을 가열하는 단계; (b) 상기 제1금형 및 제2금형이 260 내지 300℃로 가열되면, 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 캐비티공간의 부피보다 작은 부피만큼 상기 캐비티공간에 사출하는 단계; (c) 상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나의 금형을 상기 캐비티공간의 부피가 감소하는 방향으로 가압하여, 상기 부피가 감소된 캐비티공간에 상기 사출된 열가소성 수지 조성물을 충진하는 단계; 및 (d) 상기 제1금형 및 제2금형을 각각 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다. In addition, the molding method of the fuel cell separator according to the present invention by injection molding the thermoplastic resin composition in a molten state comprising a conductive filler of 70 to 90% by weight consisting of carbon fiber (carbon fiber) and carbon graphite (carbon graphite) A method of forming a separator for a fuel cell, the method comprising: (a) heating a first mold and a second mold to form a cavity space; (b) when the first mold and the second mold are heated to 260 to 300 ° C., injecting the thermoplastic resin composition into the cavity space by a volume smaller than the volume of the cavity space; (c) pressurizing at least one of the first mold and the second mold in a direction in which the volume of the cavity space decreases, thereby filling the injected thermoplastic resin composition in the reduced cavity space; And (d) cooling the first mold and the second mold at a cooling rate of 200 to 400 ° C./min, respectively.

그리고, 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터는 카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하는 방법으로서, (a) 캐비티공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형을 가열하는 단계; (b) 상기 제1금형 및 제2금형이 260 내지 300℃로 가열되면, 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 캐비티공간의 부피보다 작은 부피만큼 상기 캐비티공간에 사출하는 단계; (c) 상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나의 금형을 상기 캐비티공간의 부피가 감소하는 방향으로 가압하여, 상기 부피가 감소된 캐비티공간에 상기 사출된 열가소성 수지 조성물을 충진하는 단계; 및 (d) 상기 제1금형 및 제2금형을 각각 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 구비하는 성형방법에 의해 성형된다. In addition, the fuel cell separator according to the present invention is injection-molded a thermoplastic resin composition in a molten state including 70 to 90% by weight of a conductive filler composed of carbon fiber and carbon graphite to form a fuel cell separator. 1. A method of forming a metal mold comprising: (a) heating a first mold and a second mold to form a cavity space; (b) when the first mold and the second mold are heated to 260 to 300 ° C., injecting the thermoplastic resin composition into the cavity space by a volume smaller than the volume of the cavity space; (c) pressurizing at least one of the first mold and the second mold in a direction in which the volume of the cavity space decreases, thereby filling the injected thermoplastic resin composition in the reduced cavity space; And (d) cooling the first mold and the second mold at a cooling rate of 200 to 400 ° C./minute, respectively.

본 발명에 따르면, 금형을 급속으로 가열 및 냉각하는 초고온 금형 가열기술 및 사출압축 기술을 함께 적용함으로써 연료전지용 세퍼레이터를 낮은 비용으로 대량 생산할 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to mass-produce a fuel cell separator at low cost by applying an ultra high temperature mold heating technique and an injection compression technique for rapidly heating and cooling a mold.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 성형장치에 있어서 열가소성 수지 조성물이 사출되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상태에서 캐비티공간의 부피가 줄어들어 캐비티공간에 열가소성 수지 조성물이 완전히 충진되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 성형된 세퍼레이터를 취출하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법의 순서도이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a molding apparatus for a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a process of injecting a thermoplastic resin composition in the molding apparatus shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a process in which the volume of the cavity space is reduced in the state shown in FIG. 2 so that the thermoplastic resin composition is completely filled in the cavity space.
4 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of taking out the molded separator.
5 is a flowchart of a method of forming a separator for a fuel cell according to the present invention.

본 발명은 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하는 장치, 방법 및 그 방법에 의해 성형되는 세퍼레이터에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus, a method for forming a fuel cell separator by injection compression molding a thermoplastic resin composition, and a separator molded by the method.

특히, 본 실시예에서, 열가소성 수지 조성물은 카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재 및 10 내지 30 중량%의 열가소성 수지로 이루어진다. 여기서, 카본 파이버 및 카본 그라파이트는 10 내지 20 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 카본 파이버가 10 중량% 미만인 경우에는 굴곡 강도 및 깨짐 개선 효과가 현저히 떨어지고 카본 파이버가 20 중량%를 초과하면 카본 파이버의 운송(feeding)에 문제가 발생하여 카본 파이버가 적절하게 혼련(mixing)되지 않기 때문이다. 또한, 카본 그라파이트는 60 내지 70 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 카본 그라파이트가 60 중량% 미만인 경우에는 D.O.E. 목표 지수인 100S(Simense) 이상의 전기전도도 성능을 구현하는 것이 불가능하며, 카본 그라파이트가 70 중량%를 초과하는 경우에는 카본 파이버의 함량에 따라 사출성형이 불가능해지거나 두께를 일정하게 성형하는 것이 불가능해지기 때문이다. 여기서, D.O.E.는 미국 에너지성(U.S. Department of Energy)을 지시한다. In particular, in this embodiment, the thermoplastic resin composition is composed of 70 to 90% by weight of conductive filler and 10 to 30% by weight of thermoplastic resin composed of carbon fiber and carbon graphite. Here, the carbon fiber and carbon graphite is preferably contained in 10 to 20% by weight. If the carbon fiber is less than 10% by weight, the flexural strength and cracking improvement effect is remarkably inferior; if the carbon fiber exceeds 20% by weight, there is a problem in feeding the carbon fiber, so that the carbon fiber is not properly mixed. Because. In addition, the carbon graphite is preferably contained in 60 to 70% by weight. If carbon graphite is less than 60% by weight, D.O.E. It is impossible to realize the conductivity performance over the target index of 100S (Simense), and if the carbon graphite exceeds 70% by weight, it is impossible to make injection molding or to form a constant thickness depending on the carbon fiber content. For losing. Where D.O.E. indicates the U.S. Department of Energy.

한편, 카본 파이버의 경우에는 파이버의 표면을 실란(silane) 또는 스테아르산(stearic acid)으로 코팅하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 실란이나 스테아르산 코팅은 상용성을 높여주고 굴곡강도를 증가시키며 깨짐 개선 효과를 가져오기 때문이다. 또한, 열가소성 수지 및 도전성 충전재의 상용화제로서 1 내지 5 중량%의 무수말레인산이 그래프팅(grafting)된 변성 유기물질, 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS)이 함유되는 것이 바람직하다. 그리고, 상용화제로서 무수말레인산은 3 중량% 적용되는 것이 가장 바람직하다. 무수말레인산 그래프팅 변성 유기물질의 함량이 1% 미만인 경우에는 카본 파이버와 기재 수지와의 상용화도가 저하되어 깨짐 개선효과가 저하되며, 5% 이상인 경우에는 재료의 유동성 저하를 야기하여 유동장 거리를 단축시키고 이에 따라 세퍼레이터의 성형성을 저하시킨다. 이와 같이 상용성이 현격하게 개선되면, 깨짐(Brittleness)과 굴곡강도가 현격하게 개선된다. Meanwhile, in the case of carbon fiber, it is preferable to coat the surface of the fiber with silane or stearic acid. This is because silane or stearic acid coatings increase compatibility, increase flexural strength, and improve cracking. In addition, it is preferable to contain a modified organic material grafted with 1 to 5% by weight of maleic anhydride, such as polypropylene or polyphenylene sulfide (PPS), as a compatibilizer for the thermoplastic resin and the conductive filler. As the compatibilizer, maleic anhydride is most preferably applied at 3% by weight. When the content of the maleic anhydride grafted modified organic material is less than 1%, the compatibility of carbon fiber with the base resin is lowered, and the effect of cracking is lowered. If the content is more than 5%, the flow length of the material is shortened by reducing the fluidity of the material. This reduces the moldability of the separator. If the compatibility is greatly improved in this way, brittleness and flexural strength are significantly improved.

이상에서 설명한 바와 같이 구성된 열가소성 수지 조성물로 세퍼레이터를 성형하면, 전기전도도가 획기적으로 향상될 뿐만 아니라 내부식성도 크게 개선되며 나아가 깨짐(Brittleness)도 현저하게 개선되는 된다. When the separator is molded from the thermoplastic resin composition configured as described above, not only the electrical conductivity is significantly improved, but also the corrosion resistance is greatly improved, and further, the brittleness is remarkably improved.

그리고, 본 실시예의 성형장치는 사출압축 성형, 보다 구체적으로는 사출 프레스 성형을 구현한다. 여기서, 사출압축 성형은 성형 개시부터 성형 종료시까지의 동안에 캐비티공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형 간의 거리가 가변되는 것이다. 따라서, 사출 후에 제1금형 또는 제2금형을 전진시켜 압축하는 사출 프레스라 불리는 타입도 사출압축 성형에 포함된다. In addition, the molding apparatus of the present embodiment implements injection compression molding, more specifically injection press molding. Here, in injection compression molding, the distance between the first mold and the second mold, which forms the cavity space from the start of molding to the end of molding, is varied. Therefore, a type called an injection press for advancing and compressing the first mold or the second mold after injection is also included in injection compression molding.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하면서 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 성형장치에 있어서 열가소성 수지 조성물이 사출되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 상태에서 캐비티공간의 부피가 줄어들어 캐비티공간에 열가소성 수지 조성물이 완전히 충진되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 4는 성형된 세퍼레이터를 취출하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a molding apparatus of a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of injecting a thermoplastic resin composition in the molding apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a process in which the volume of the cavity space is reduced in the state shown in FIG. 2 so that the thermoplastic resin composition is completely filled in the cavity space, and FIG. 4 illustrates a process of taking out the molded separator. Is a schematic cross-sectional view.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치(100)는 제1금형(10)과, 제2금형(20)과, 가열수단과, 제1냉각부재(40)와, 제2냉각부재(50)와, 냉각수단과, 사출수단과, 가압수단을 구비한다. 1 to 4, the molding apparatus 100 of the separator for fuel cells according to the present embodiment includes a first mold 10, a second mold 20, heating means, and a first cooling member 40. ), A second cooling member 50, a cooling means, an injection means, and a pressing means.

제1금형(10) 및 제2금형(20)은 형합시 열가소성 수지 조성물이 사출되는 캐비티공간(C)을 형성한다. 캐비티공간(C)은 제1금형의 캐비티면(11) 및 제2금형의 코어면(21)에 의해 구획된다. 제1금형(10) 및 제2금형(20)은 모두 서로 접근 및 이격되는 방향으로 직선이동 가능하게 설치될 수 있으며, 본 실시예에서는 제2금형(20)만이 직선이동 가능하게 설치된다. 캐비티공간(C)의 부피는 제1금형(10) 및 제2금형(20)의 상대 거리에 따라 가변적이다. 즉, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 금형(10,20)이 형합된 상태에서 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 금형이 이동하여 제1금형(10) 및 제2금형(20) 사이의 거리가 줄어들게 되면, 캐비티공간(C)의 체적도 함께 줄어들게 된다. 제1금형(10) 및 제2금형(20)에는 각각 제1스토퍼(12)면 및 제2스토퍼면(22)이 형성된다. 제1스토퍼면(12) 및 제2스토퍼면(22)은 각각 캐비티면(11) 및 코어면(21)과 서로 다른 평면상에 배치된다. 제1금형(10)의 중앙에는 노즐(70)이 삽입되는 삽입공(13)이 관통 형성된다. The first mold 10 and the second mold 20 form a cavity space C through which the thermoplastic resin composition is injected during molding. The cavity space C is partitioned by the cavity face 11 of the first mold and the core face 21 of the second mold. Both the first mold 10 and the second mold 20 may be installed to be linearly movable in a direction approaching and spaced apart from each other, in this embodiment only the second mold 20 is installed to be linearly movable. The volume of the cavity space C is variable depending on the relative distance between the first mold 10 and the second mold 20. That is, as shown in FIG. 2, when the molds 10 and 20 are joined together, as shown in FIG. 3, the mold moves so that the distance between the first mold 10 and the second mold 20 is reduced. If it is reduced, the volume of the cavity space C is also reduced. The first mold 10 and the second mold 20 are formed with a first stopper 12 surface and a second stopper surface 22, respectively. The first stopper surface 12 and the second stopper surface 22 are disposed on a plane different from the cavity surface 11 and the core surface 21, respectively. The insertion hole 13 through which the nozzle 70 is inserted is formed in the center of the first mold 10.

그리고, 제1금형(10) 및 제2금형(20)은 제1지지부재(15) 및 제2지지부재(25)에 결합된다. In addition, the first mold 10 and the second mold 20 are coupled to the first support member 15 and the second support member 25.

제1지지부재(15) 및 제2지지부재(25)는 각각 플레이트 형상으로 이루어진다. 제1지지부재(15) 및 제2지지부재(25)에는 각각 제1관통공(151) 및 제2관통공(251)이 단차지게 관통 형성된다. 그리고, 제1지지재부재(15) 및 제2지지부재(25)에 단차진 부분은 서로 마주하며, 단차진 부분에는 각각 제1금형(10) 및 제2금형(20)이 삽입되어 지지되며, 이에 따라 제1지지부재(15) 및 제1금형(10) 그리고 제2지지부재(25) 및 제2금형(20)은 함께 움직인다. 제1지지부재의(15) 표면 및 제2지지부재(25)의 표면은 각각 제1스토퍼면(12) 및 제2스토퍼면(22)과 동일한 평면상에 배치된다. The first support member 15 and the second support member 25 each have a plate shape. The first through hole 151 and the second through hole 251 are formed to step through the first support member 15 and the second support member 25, respectively. The stepped portions of the first support member 15 and the second support member 25 face each other, and the first mold 10 and the second mold 20 are inserted and supported in the stepped portions, respectively. Accordingly, the first support member 15 and the first mold 10 and the second support member 25 and the second mold 20 move together. The surface of the first support member 15 and the surface of the second support member 25 are disposed on the same plane as the first stopper surface 12 and the second stopper surface 22, respectively.

가열수단은 제1금형(10) 및 제2금형(20)을 가열하기 위한 것으로서, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 제1금형에 매설되는 제1전열히터(31) 및 제2금형에 매설되는 제2전열히터(32)를 포함한다. 제1전열히터(31) 및 제2전열히터(32)에 전원을 인가하면 발열하여, 제1금형(10) 및 제2금형(20)의 온도가 상승한다. 여기서, 제1금형(10) 및 제2금형(20)은 400 내지 800℃/분의 가열속도로 급속 가열되는 것이 바람직하며, 특히 제1금형 및 제2금형은 600℃/분의 가열속도로 급속 가열되는 것이 가장 바람직하다. 가열속도가 400℃/분 미만인 경우, 가열이 지연됨에 따라 전체 사이클 시간이 길어져서 생산성이 저하된다. 후술하는 사출에 적당한 온도로 가열하는데 최대 28초가 필요하며, 28초 이상의 가열시간은 금형의 개폐 시간을 초과하여 불필요한 대기시간을 증가시킨다. 그리고, 가열속도가 800℃/분 이상으로 설정하는 것은 매우 어렵고 비경제적이라 바람직하지 않다. 특히, 제1금형(10) 및 제2금형(20)을 사출에 적당한 온도, 예를 들어 260 내지 300℃로 가열하는 것이 바람직하며, 특히 280℃로 가열하는 것이 가장 바람직하다. 제1금형(10) 및 제2금형(20)이 260℃ 미만으로 가열되면, 성형된 세퍼레이터의 유동장이 완벽하게 성형되지 못하고, 게이트 부근과 게이트 반대편 사이의 부분에서 과도한 두께 편차, 예를 들어 0.5㎜~1.5㎜까지 발생하여 바람직하지 않다. 또한, 제1금형 및 제2금형이 300℃ 이상으로 가열되면, 성형된 세퍼레이터의 유동장에는 문제가 없지만, 고온에 따른 버(burr) 발생으로 후가공이 필요하게 되고, 버의 발생량만큼 캐비티공간 내의 충진량이 부족하게 되어 성형품의 외부에서 미약하나마 수축이 발생하게 되며 이에 따라 두께 편차가 0.1㎜ 수준으로 발생하게 되며, 나아가 제1금형 및 제2금형의 재질 변형이 유발되어 바람직하지 않다. 여기서, 260 내지 300℃ 또는 280℃의 온도는 캐비티면(11) 및 코어면(21)의 온도로 설정되는 것이 바람직하다. Heating means for heating the first mold 10 and the second mold 20, as shown in Figure 1 is embedded in the first heat transfer heater 31 and the second mold embedded in the first mold The second electrothermal heater 32 is included. When power is applied to the first heat transfer heater 31 and the second heat transfer heater 32, heat is generated, and the temperature of the first mold 10 and the second mold 20 is increased. Here, the first mold 10 and the second mold 20 is preferably rapidly heated at a heating rate of 400 to 800 ℃ / min, in particular the first mold and the second mold at a heating rate of 600 ℃ / minute Most preferred is rapid heating. If the heating rate is less than 400 ° C./min, as the heating is delayed, the total cycle time becomes longer, resulting in lower productivity. A maximum of 28 seconds is required for heating to a temperature suitable for injection described later, and a heating time of 28 seconds or more increases unnecessary waiting time beyond the opening and closing time of the mold. In addition, it is not preferable to set the heating rate to 800 ° C / min or more because it is very difficult and uneconomical. In particular, it is preferable to heat the first mold 10 and the second mold 20 to a temperature suitable for injection, for example, 260 to 300 ° C, and most preferably to 280 ° C. When the first mold 10 and the second mold 20 are heated to below 260 ° C., the flow field of the formed separator may not be perfectly formed, and excessive thickness deviations, for example, between the vicinity of the gate and the opposite side of the gate, for example 0.5 It is not preferable because it occurs up to mm to 1.5 mm. In addition, when the first mold and the second mold are heated to 300 ° C. or higher, there is no problem in the flow field of the formed separator, but post-processing is required due to burr generation due to high temperature, and the filling amount in the cavity space is equal to the amount of burr generation. This deficiency causes a slight shrinkage from the outside of the molded article, and thus a thickness variation occurs to a level of 0.1 mm, and furthermore, the deformation of the first mold and the second mold is caused, which is not preferable. Here, it is preferable that the temperature of 260-300 degreeC or 280 degreeC is set to the temperature of the cavity surface 11 and the core surface 21. As shown in FIG.

제1냉각부재(40)는 제1금형(10)을 냉각하기 위한 것이다. 제1냉각부재(40)는 도 1에 도시된 이격위치 및 도 2에 도시된 접촉위치 사이에서 직선이동 가능하다. 제1냉각부재(40)가 이격위치에 배치되면, 제1냉각부재(40)와 제1금형(10)은 서로 접촉하지 않는다. 이러한 상태에서는 제1금형(10)을 가열하며, 그 후에 사출이 이루어진다. 그리고, 제1냉각부재(40)가 접촉위치에 배치되면, 제1냉각부재(40)와 제1금형(10)은 서로 접촉하게 된다. 이러한 상태에서는 제1냉각부재(40)를 냉각하면, 열전도를 통해 제1금형(10)을 간접적으로 냉각할 수 있게 된다. The first cooling member 40 is for cooling the first mold 10. The first cooling member 40 is linearly movable between the separation position shown in FIG. 1 and the contact position shown in FIG. 2. When the first cooling member 40 is disposed at a spaced position, the first cooling member 40 and the first mold 10 do not contact each other. In this state, the first mold 10 is heated, and then injection is performed. When the first cooling member 40 is disposed at the contact position, the first cooling member 40 and the first mold 10 come into contact with each other. In this state, when the first cooling member 40 is cooled, the first mold 10 may be indirectly cooled through heat conduction.

제2냉각부재(50)도 제1냉각부재(40)와 마찬가지로 도 1에 도시된 이격위치 및 도 2에 도시된 접촉위치 사이에서 직선이동 가능하다. 이격위치에서는 제2금형(20)의 가열이 이루어지고, 접촉위치에서는 제2냉각부재(50)의 냉각되며 제2금형(20)은 열전도를 통해 간접적으로 냉각된다. Like the first cooling member 40, the second cooling member 50 may also be linearly moved between the spaced position shown in FIG. 1 and the contact position shown in FIG. 2. In the spaced position, the second mold 20 is heated, in the contacted position, the second cooling member 50 is cooled and the second mold 20 is indirectly cooled through heat conduction.

그리고, 제1냉각부재(40) 및 제2냉각부재(50)는 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)에 결합되어, 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)와 함께 직선이동한다. 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)는 플레이트 형상으로 이루어진다. 또한, 제1냉각부재(40) 및 제1직선이동부재(41)에는 노즐(70)이 삽입되는 삽입공(41,451)이 각각 관통 형성되며, 각 삽입공(41,451)은 제1금형의 삽입공(13)과 동축적으로 배치된다. In addition, the first cooling member 40 and the second cooling member 50 are coupled to the first linear moving member 45 and the second linear moving member 55, and the first linear moving member 45 and the second linear member 55 are connected to each other. It linearly moves together with the linear member 55. The first linear moving member 45 and the second linear moving member 55 have a plate shape. In addition, insertion holes 41 and 451 through which the nozzles 70 are inserted are formed in the first cooling member 40 and the first linear movement member 41, respectively, and the insertion holes 41 and 451 are insertion holes of the first mold. It is arranged coaxially with (13).

또한, 제1금형(10), 제2금형(20), 제1냉각부재(40) 및 제2냉각부재(50)의 직선이동은 복수의 가이드봉(80) 및 복수의 가이드실린더(81)에 의해 가이드된다. 각 가이드봉(80)은 제2지지부재(25)를 관통하여 제2직선이동부재(55)에 고정된다. 각 가이드실린더(81)는 제1지지부재(15)를 관통하여 제1직선이동부재(45)에 고정된다. 그리고, 각 가이드실린더(81)에는 가이드봉(80)이 삽입되는 안내구멍(811)이 관통 형성된다. 또한, 제1지지부재(15) 및 제1직선이동부재(45) 사이에는 제1압축코일스프링(46)이 설치되며, 제2지지부재(25) 및 제2직선이동부재(55) 사이에는 제2압축코일스프링(56)이 설치된다.In addition, linear movement of the first mold 10, the second mold 20, the first cooling member 40, and the second cooling member 50 may include a plurality of guide rods 80 and a plurality of guide cylinders 81. Guided by. Each guide rod 80 penetrates through the second supporting member 25 and is fixed to the second linear moving member 55. Each guide cylinder 81 penetrates through the first supporting member 15 and is fixed to the first linear moving member 45. Each guide cylinder 81 is formed with a guide hole 811 through which the guide rod 80 is inserted. In addition, a first compression coil spring 46 is installed between the first support member 15 and the first linearly movable member 45, and between the second support member 25 and the second linearly movable member 55. The second compression coil spring 56 is installed.

냉각수단은 제1금형(10) 및 제2금형(20)을 냉각하기 위한 것으로서, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 제1금형에 삽입된 제1냉각파이프(61) 및 제2금형에 삽입된 제2냉각파이프(62)를 포함한다. 제1냉각파이프(61) 및 제2냉각파이프(620는 냉각매체, 예를 들어 냉각수가 순환하는 유로에 해당하며, 제1냉각파이프(61) 및 제2냉각파이프(62) 대신에 이에 해당하는 유로가 제1금형 및 제2금형에 각각 형성될 수도 있다. 제1냉각부재(40) 및 제2냉각부재(50)가 접촉위치에 배치된 상태에서, 냉각수를 제1냉각파이프(61) 및 제2냉각파이프(62)로 각각 순환시키면, 제1금형(10) 및 제2금형(20)의 온도를 떨어뜨릴 수 있게 된다. 여기서, 제1금형(10) 및 제2금형(20)을 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 급속 냉각하는 것이 바람직하며, 특히 300℃/분의 냉각속도로 냉각하는 것이 가장 바람직하다. 냉각속도는 사이클 시간을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 고온으로 승온된 금형을 취출온도, 예를 들어 60℃까지 냉각하는 시간이 길어지면 생산성이 저하됨과 동시에 수축량의 증가에 따라, 세퍼레이터의 규격을 관리하기 어려워진다. 만약, 냉각속도가 200℃/분 미만이면, 수축량 증가에 따라 게이트 부근과 게이트 반대편 사이의 부분에서 두께편차가 (-)0.5㎜이상 발생하게 되며, 이러한 두께 편차는 연료전지의 각 단위셀의 적층구조에서 접촉면의 공차에 해당하게 되며 연료인 수소와 공기, 또는 그의 반응물인 물이 새는 문제를 야기한다. 그리고, 냉각속도가 400℃/분 이상으로 설정하는 것은 매우 어렵고 비경제적이라 바람직하지 않다.Cooling means is for cooling the first mold 10 and the second mold 20, as shown in Figure 1 inserted into the first cooling pipe 61 and the second mold inserted into the first mold The second cooling pipe 62 is included. The first cooling pipe 61 and the second cooling pipe 620 correspond to a flow path through which a cooling medium, for example, coolant, circulates, and instead of the first cooling pipe 61 and the second cooling pipe 62, the corresponding cooling pipe 61 and the second cooling pipe 62 correspond to each other. The flow path may also be formed in the first mold and the second mold, respectively. By circulating the second cooling pipe 62, the temperature of the first mold 10 and the second mold 20 can be lowered, where the first mold 10 and the second mold 20 are reduced. Rapid cooling at a cooling rate of 200 to 400 ° C./min is preferred, particularly at 300 ° C./min, most preferably cooling rate is the most important factor in determining cycle time. The longer the time for cooling the mold to the ejection temperature, for example 60 ° C., the lower the productivity and shrinkage As the size increases, it becomes difficult to manage the separator specifications, and if the cooling rate is less than 200 ° C / min, the thickness deviation will be greater than (-) 0.5 mm in the area between the gate and the opposite side as the shrinkage increases. In addition, this thickness variation corresponds to the tolerance of the contact surface in the stack structure of each unit cell of the fuel cell, and causes a problem of leakage of hydrogen, fuel, or water, which is a reactant thereof, and a cooling rate of 400 ° C / min or more. It is very difficult and uneconomical to set.

사출수단은 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 노즐(70)을 통해서 캐비티공간(C)에 사출하기 위한 것이다. 사출수단은 열가소성 수지 조성물을 사출실린더, 사출실린더 내부에 설치되는 사출스크류 및 사출스크류를 구동하는 유압모터를 포함하는 사출성형기(미도시)로 구성되며, 이러한 구성은 이미 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 사출은 제1금형(10) 및 제2금형(20)이 260 내지 300℃로 가열된 때에 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 280℃로 가열된 때에 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 또한, 사출되는 용융상태의 열가소성 수지 조성물의 부피는 도 2에 도시된 형합시 캐비티공간(C)의 부피의 75% 내지 85%인 것이 바람직하며, 80%인 것이 가장 바람직하다. 사출량이 75% 미만인 경우에는, 과도한 사출압축 공정에 따라 성형품의 표면 거칠기 나쁘게 되어 표면 조도상의 문제를 야기하며, 사출량이 85% 이상인 경우, 사출성형의 유동장 거리 미달에 따른 미성형을 유발한다. The injection means is for injecting the molten thermoplastic resin composition into the cavity space C through the nozzle 70. The injection means is composed of an injection molding machine (not shown) including a thermoplastic resin composition injection cylinder, an injection screw installed in the injection cylinder, and a hydraulic motor for driving the injection screw. Let's do it. Injection is preferably performed when the first mold 10 and the second mold 20 are heated to 260 to 300 ° C, and most preferably, when heated to 280 ° C. In addition, the volume of the thermoplastic resin composition in the molten state to be injected is preferably 75% to 85%, and most preferably 80% of the volume of the cavity space (C) shown in FIG. If the injection amount is less than 75%, the surface roughness of the molded article becomes bad due to excessive injection compression process, causing a problem in the surface roughness, and when the injection amount is more than 85%, it causes the unmolding according to the flow field distance of the injection molding.

가압수단은 제1냉각부재(40) 및 제2냉각부재(50)를 각각 직선 구동하기 위해서 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)를 각각 서로 접근하는 방향 및 이격되는 방향으로 가압한다. 또한, 가압수단은 제2냉각부재(50)가 접촉위치에 배치된 상태에서도 제2직선이동부재(55)를 제1금형(10)에 접근하는 방향으로 가압한다. 이와 같이 제2직선이동부재(55)가 접촉위치에 배치된 상태에서도 가압되면, 캐비티공간(C)의 부피가 감소하게 되며, 이에 따라 캐비티공간(C)에 사출된 열가소성 수지 조성물은 캐비티공간(C)의 전체에 충진된다. 여기서, 제2직선이동부재(55)의 직선이동은 제1금형의 제1스토퍼면(12) 및 제2금형의 제2스토퍼면(22)이 접촉하는 순간까지 이루어진다. The pressurizing means may be spaced apart from each other in a direction and spaced apart from each other in order to drive the first cooling member 40 and the second cooling member 50 in a straight line, respectively. In the direction of pressure. In addition, the pressing means pressurizes the second linear moving member 55 in the direction approaching the first mold 10 even when the second cooling member 50 is disposed at the contact position. As such, when the second linear movement member 55 is pressurized even in the contact position, the volume of the cavity space C is reduced, whereby the thermoplastic resin composition injected into the cavity space C is a cavity space ( It is filled in the whole of C). Here, the linear movement of the second linear moving member 55 is made until the moment when the first stopper surface 12 of the first mold and the second stopper surface 22 of the second mold contact each other.

가압수단은 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)를 가압하기 위한 것으로서, 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)를 각각 구동하는 한 쌍의 유압실린더 등 공지의 구성으로 구성될 수 있으며, 이러한 구성은 이미 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Pressing means is for pressing the first linear movement member 45 and the second linear movement member 55, a pair of driving the first linear movement member 45 and the second linear movement member 55, respectively It may be configured in a known configuration such as a hydraulic cylinder, such a configuration is already well known, so a detailed description thereof will be omitted.

한편, 가열수단, 냉각수단 및 가압수단을 공정 조건에 맞게 제어하기 위해서는 제어수단이 추가로 필요하다. 이러한 제어수단의 구성도 이미 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, in order to control the heating means, the cooling means and the pressurization means according to the process conditions, a control means is further required. Since the configuration of such control means is already well known, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치(100)를 이용하여 세퍼레이터를 제조하는 과정의 일례를 도 5를 참조하면서 설명하기로 한다. Hereinafter, an example of a process of manufacturing a separator using the molding apparatus 100 of the fuel cell separator configured as described above will be described with reference to FIG. 5.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 제1금형(10) 및 제2금형(20)이 서로 이격되며, 제1냉각부재(40) 및 제2냉각부재(50)가 각각 이격위치에 배치된 상태에서, 제1전열히터(31) 및 제2전열히터(32)에 전원을 인가하여 제1금형(10) 및 제2금형(20)을 400 내지 800℃/분의 가열속도로 가열함으로써, 제1금형 및 제2금형의 온도가 260 내지 300℃가 되도록 한다(S100). As shown in FIG. 1, in a state where the first mold 10 and the second mold 20 are spaced apart from each other, and the first cooling member 40 and the second cooling member 50 are disposed at a spaced position, respectively. By applying power to the first heat transfer heater 31 and the second heat transfer heater 32, the first mold 10 and the second mold 20 by heating at a heating rate of 400 to 800 ℃ / min, The temperature of the mold and the second mold is to be 260 to 300 ℃ (S100).

이와 같이 금형이 가열된 상태에서, 유압실린더를 작동시켜 제1직선이동부재(45) 및 제2직선이동부재(55)를 서로 접근하는 방향으로 이동시킨다. 이 과정에서, 제1냉각부재(40) 및 제2냉각부재(50)는 각각 접촉위치에 배치된다(S110). 그 후, 제1직선이동부재용 유압실린더는 더 이상 작동시키지 않고 제2직선이동부재용 유압실린더만 작동시켜 제2직선이동부재(55)를 제1직선이동부재(45)에 접근하는 방향으로 계속해 움직이게 한다. 이와 같이 제2직선이동부재(55)를 직선이동시키면 제1금형(10)과 제2금형(20)이 형합되어 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 캐비티공간(C)이 형성된다(S120). 그리고, 열가소성 수지 조성물을 도 2에 도시된 캐비티공간(C)에 사출하되(S130) 캐비티공간 부피의 75% 내지 85% 만큼만 사출하고, 사출부를 보압 과정으로 전환한다. As described above, in the state in which the mold is heated, the hydraulic cylinder is operated to move the first linear moving member 45 and the second linear moving member 55 in a direction approaching each other. In this process, the first cooling member 40 and the second cooling member 50 are respectively disposed in the contact position (S110). Thereafter, the hydraulic cylinder for the first linear movable member does not operate any more and only the hydraulic cylinder for the second linear movable member is operated so that the second linear movable member 55 approaches the first linear movable member 45. Keep moving. As such, when the second linear movement member 55 is linearly moved, the first mold 10 and the second mold 20 are combined to form a cavity space C as shown in FIG. 2 (S120). Then, the thermoplastic resin composition is injected into the cavity space (C) shown in FIG. 2 (S130), but only by 75% to 85% of the volume of the cavity space, and the injection part is converted to the pressure holding process.

그 후, 제1전열히터(31) 및 제2전열히터(32)의 작동을 정지시키고 제1냉각수파이프(61) 및 제2냉각수파이프(62)에 냉각수를 순환시킨다(S140). 물론, 냉각수의 순환시에는 제1금형(10) 및 제2금형(20)은 더 이상 가열되지 않는다. 이와 같이 냉각수가 순환되면, 열전도에 의해 제1금형(10) 및 제2금형(20)이 냉각된다. 이 때, 냉각수의 순환 속도나 냉각수의 온도를 조절함으로써 제1금형(10) 및 제2금형(20)이 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 급냉되도록 한다. 여기서, 제1금형 및 제2금형은 60℃가 될 때까지 급랭된다. Thereafter, the operation of the first heat transfer heater 31 and the second heat transfer heater 32 is stopped and the coolant is circulated in the first coolant pipe 61 and the second coolant pipe 62 (S140). Of course, during the circulation of the cooling water, the first mold 10 and the second mold 20 are no longer heated. When the coolant is circulated in this manner, the first mold 10 and the second mold 20 are cooled by heat conduction. At this time, the first mold 10 and the second mold 20 are quenched at a cooling rate of 200 to 400 ° C / min by adjusting the circulation rate of the cooling water or the temperature of the cooling water. Here, the first mold and the second mold are quenched until they reach 60 ° C.

그리고, 제1금형 및 제2금형의 냉각 도중에, 제2직선이동부재(55)를 제1직선이동부재쪽으로 직선 구동하되, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제1금형의 제1스토퍼면(12)이 제2금형의 제2스토퍼면(22)과 접촉할 때까지 직선 구동한다. 이와 같이 제2직선이동부재(55)가 구동되면, 캐비티공간(C)의 부피가 줄어들면서 사출된 열가소성 수지 조성물은 부피가 줄어든 캐비티공간(C)의 전체에 충진된다(S140). 그리고, 일정 시간이 경과하여 성형이 완료되면, 제1금형(10) 및 제2금형(20)을 상호 개방되는 방향으로 이동시켜 성형된 세퍼레이터를 취출한다(S150). Then, during the cooling of the first mold and the second mold, the second linear moving member 55 is linearly driven toward the first linear moving member, and as shown in FIG. 3, the first stopper surface 12 of the first mold is shown. ) Is linearly driven until it comes into contact with the second stopper surface 22 of the second mold. As such, when the second linear movement member 55 is driven, the injected thermoplastic resin composition is filled in the entirety of the reduced cavity space C while the volume of the cavity space C is reduced (S140). When the molding is completed after a predetermined time, the first mold 10 and the second mold 20 are moved in the mutually open direction to take out the molded separator (S150).

상술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 카본 파이버 및 카본 그라파이트로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 원료로 하여 연료전지용 세러레이터를 저비용으로 대량으로 생산할 수 있게 된다. 특히, 생산된 세퍼레이터는 종래에 비해 전기전도도, 깨짐 및 내부식성이 획기적으로 개선된다. As described above, according to the present embodiment, a fuel cell separator can be produced in large quantities at low cost by using a thermoplastic resin composition containing 70 to 90% by weight of a conductive filler composed of carbon fiber and carbon graphite as a raw material. In particular, the produced separators are significantly improved in electrical conductivity, cracking and corrosion resistance compared to the conventional.

또한, 카본 파이버를 실란이나 스테아르산으로 코팅하거나 무수말레인산이 그래프팅(grafting)된 변성 유기물질, 예를 들어 폴리프로필렌이나 PPS 등의 열가소성 수지를 첨가함으로써, 깨짐과 굴곡 강도를 크게 개선할 수 있게 된다. In addition, by coating carbon fibers with silane or stearic acid or by adding a modified organic material grafted with maleic anhydride, for example, a thermoplastic resin such as polypropylene or PPS, cracking and bending strength can be greatly improved. do.

그리고, 본 실시예의 구현을 위해서는 출원인에 의해 개발된 초고온 금형가열기술(E-MOLD) 공법이 사용되는 것이 바람직하다. 여기서, 초고온 금형가열기술은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 캐비티공간을 형성하며 가열되는 한 쌍의 금형 및 각 금형에 대해 상대 이동하며 금형을 열전도에 의해 냉각하는 냉각부재를 이용하여 금형을 빠르게 가열하고 냉각함으로써 성형성을 향상시킨 기술을 말한다. 또한, 사출성형에 의한 성형성의 한계를 극복하고자, 사출압축 성형 및 캐비티공간의 양면 가열을 활용함으로써, 성혐품의 두께 편차를 줄일 수 있게 되었다.And, for the implementation of the present embodiment, it is preferable to use the ultra-high temperature mold heating technology (E-MOLD) method developed by the applicant. Here, the ultra-high temperature mold heating technology rapidly heats a mold by using a pair of molds that form a cavity space and a relative movement with respect to each mold, and a cooling member that cools the mold by thermal conduction, as shown in FIG. 1. The technique which improved the moldability by cooling is referred to. In addition, in order to overcome the limitation of the moldability by injection molding, by utilizing the injection compression molding and the double-sided heating of the cavity space, it is possible to reduce the thickness variation of sex products.

특히, 본 실시예에서와 같이 초고온 금형가열기술을 활용하면, 일반 사출성형기술에서는 성형 자체도 어려웠던 것과는 달리 카본 파이버 및 카본 그라파이트가 열가소성 수지에 의해 완벽하게 감싸지게 되어 성형품의 표면에 카본 파이버나 카본 그라파이트가 노출되지 않으므로, 성형품의 내부식성을 확연하게 개선할 수 있게 된다. 그리고, 제1금형 및 제2금형을 유기물질의 용융온도(Tm) 이상, 예를 들어 260 내지 300℃으로 급속하게 가열할 수 있게 되므로, 표면 조도를 균일하게 할 수 있으며 나아가 성형품의 두께도 균일하게 할 수 있게 된다.
In particular, when the ultra-high temperature mold heating technology is used as in this embodiment, the carbon fiber and the carbon graphite are completely wrapped by the thermoplastic resin, unlike the molding itself, which is difficult in the general injection molding technology. Since graphite is not exposed, the corrosion resistance of the molded article can be significantly improved. In addition, since the first mold and the second mold can be rapidly heated to the melting temperature (Tm) of the organic material or higher, for example, 260 to 300 ° C., the surface roughness can be made uniform, and the thickness of the molded article is also uniform. I can do it.

실시예Example

전도성 충전재 함량에 따른 성형성을 검증하기 위해서, PPS 레진을 캐리어(carrior)하고, 각각 60 중량%(A 타입), 70 중량%(B 타입), 80 중량%(C 타입)의 도전성 충전재를 함유하는 열가소성 수지 조성물을 준비하였다. 그리고, 도 1에 도시된 초고온 금형가열기술이 적용된 E-MOLD(출원인에 의해 E-MOLD로 상용화된 금형) 및 고속전동사출기(NIIGATA MACHINE TECHNO社 제품)을 이용하여 각 타입별로 사출압축 성형을 하되, 성형품의 유동장 길이 80%까지는 사출성형을 하고 나머지 20%는 사출압축 성형을 동시에 진행하였다. 여기서, 유동장(流動張)의 길이라 함은 게이트로부터 성형품의 끝단까지의 거리를 말한다. 성형품의 설계 크기는 100*100*1.1㎜(채널 박막부 0.4㎜)[가로*세로*두께]이며, 세부 공정조건은 다음과 같이 설정하였다. In order to verify the formability according to the conductive filler content, the PPS resin is carriered and contains 60 wt% (type A), 70 wt% (type B) and 80 wt% (type C) conductive filler, respectively. A thermoplastic resin composition was prepared. Then, injection compression molding is performed for each type using E-MOLD (a mold commercialized as an E-MOLD by the applicant) and a high speed electric injection machine (product of NIIGATA MACHINE TECHNO Co., Ltd.) to which the ultra-high temperature mold heating technology shown in FIG. 1 is applied. In addition, injection molding was performed up to 80% of the flow length of the molded products, and the remaining 20% were simultaneously subjected to injection compression molding. Here, the length of the flow field means the distance from the gate to the end of the molded article. The design size of the molded article was 100 * 100 * 1.1 mm (channel thin film part 0.4 mm) [width * length * thickness], and detailed process conditions were set as follows.

1. 금형 가열 열원 : E-MOLD 전열히터1. Mold heating heat source: E-MOLD Electric Heater

2. 금형 온도 : 사출시점 280℃, 취출시점 60℃2. Mold temperature: injection time 280 ℃, ejection time 60 ℃

3. 사출성형기 : NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350 Ton)3. Injection Molding Machine: NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350 Ton)

4. 사출기 실린더 온도 4. Injection machine cylinder temperature

: 300/350/340/330/320/290/270(N1/N2/C1/C2/C3/C4/C5)   300/350/340/330/320/290/270 (N1 / N2 / C1 / C2 / C3 / C4 / C5)

5. 사출압력 : 전구간 250MPa5. Injection pressure: 250MPa in all sections

6. 사출속도 : 전구간 150㎜/sec6. Injection speed: 150mm / sec for all sections

7. V-P 절환 위치 : 15㎜ 7. V-P switching position: 15㎜

8. V-P 압력(사출압축시 압력) : 60%(Clamping Force 350Ton)8.V-P pressure (injection compression): 60% (Clamping Force 350Ton)

9. V-P 속도(사출압축시 속도) : 200㎜/sec
9. VP speed (speed of injection compression): 200㎜ / sec

그리고, 위 실시예에 대한 결과를 비교하기 위해서 다음과 같이 3가지 비교예를 함께 실험하였다.
And, in order to compare the results for the above example, three comparative examples were experimented together as follows.

비교예Comparative example 1 One

각 타입별로 사출성형에 의해 성형품을 성형하였다. 이 때, 온유(溫油)를 사용하여 금형을 110℃로 가열하였고, 사출성형기로는 고속전동사출기(NIIGATA Machine Techno社)를 사용하였다. 세부 공정조건은 다음과 같다. For each type, the molded article was molded by injection molding. At this time, the mold was heated to 110 ° C using warm oil, and a high speed electric injection machine (NIIGATA Machine Techno) was used as the injection molding machine. Detailed process conditions are as follows.

1. 금형 가열 열원 : 온유기(溫油機)1. Mold heating heat source: warmer

2. 금형 온도 : 사출시점, 110℃ / 취출온도, 60℃2. Mold temperature: injection point, 110 ℃ / blowout temperature, 60 ℃

3. 사출성형기 : NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350Ton)3. Injection Molding Machine: NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350Ton)

4. 사출기 실린더 온도 4. Injection machine cylinder temperature

: 300/350/340/330/320/290/270(N1/N2/C1/C2/C3/C4/C5)   300/350/340/330/320/290/270 (N1 / N2 / C1 / C2 / C3 / C4 / C5)

5. 사출압력 : 전구간 250MPa5. Injection pressure: 250MPa in all sections

6. 사출속도 : 전구간 150㎜/sec
6. Injection speed: 150mm / sec for all sections

비교예Comparative example 2 2

각 타입별로 사출성형에 의해 성형품을 성형하였다. 이 때, 초고온 금형가열기술이 적용된 E-MOLD(출원인에 의해 E-MOLD로 상용화된 금형) 및 고속전동사출기(NIIGATA MACHINE TECHNO社 제품)을 사용하였으며, 금형은 280℃로 가열하였다. 세부 공정조건은 다음과 같다. For each type, the molded article was molded by injection molding. At this time, E-MOLD (mould commercialized by E-MOLD by the applicant) and high-speed electric injection machine (product of NIIGATA MACHINE TECHNO Co., Ltd.) to which ultra high temperature mold heating technology was applied were used, and the mold was heated to 280 ° C. Detailed process conditions are as follows.

1. 금형 가열 열원 : E-MOLD 전열히터1. Mold heating heat source: E-MOLD Electric Heater

2. 금형 온도 : 사출시점, 280℃ / 취출온도, 60℃2. Mold temperature: Injection time, 280 ℃ / Blowing temperature, 60 ℃

3. 사출성형기 : NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350Ton)3. Injection Molding Machine: NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350Ton)

4. 실린더 온도 4. Cylinder temperature

: 300/350/340/330/320/290/270(N1/N2/C1/C2/C3/C4/C5)   300/350/340/330/320/290/270 (N1 / N2 / C1 / C2 / C3 / C4 / C5)

5. 사출압력 : 전구간 250MPa5. Injection pressure: 250MPa in all sections

6. 사출속도 : 전구간 150㎜/sec
6. Injection speed: 150mm / sec for all sections

비교예Comparative example 3 3

실시예에서와 마찬가지로 각 타입별로 사출압축 성형에 의해 성형품을 성형하였다. 성형품의 유동장 길이 80%까지는 사출성형을 하고 나머지 20%는 사출압축 성형을 동시에 진행하였다. 세부 공정조건은 다음과 같다. As in Example, molded articles were molded by injection compression for each type. The injection molding was performed up to 80% of the flow length of the molded products, and the remaining 20% were injection-molded simultaneously. Detailed process conditions are as follows.

1. 금형 가열 열원 : 온유기(溫油機)1. Mold heating heat source: warmer

2. 금형 온도 : 사출시점, 110℃ / 취출온도, 60℃2. Mold temperature: injection point, 110 ℃ / blowout temperature, 60 ℃

3. 사출성형기 : NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350Ton)3. Injection Molding Machine: NIIGATA MD-350X (Clamping Force 350Ton)

4. 사출기 실린더 온도 4. Injection machine cylinder temperature

: 300/350/340/330/320/290/270(N1/N2/C1/C2/C3/C4/C5)   300/350/340/330/320/290/270 (N1 / N2 / C1 / C2 / C3 / C4 / C5)

5. 사출압력 : 전구간 250MPa5. Injection pressure: 250MPa in all sections

6. 사출속도 : 전구간 150㎜/sec6. Injection speed: 150mm / sec for all sections

7. V-P 절환 위치 : 15㎜ 7. V-P switching position: 15㎜

8. V-P 압력 : 60%(Clamping Force 350Ton)8.V-P pressure: 60% (Clamping Force 350Ton)

9. V-P 속도 : 200㎜/sec
9.VP speed: 200㎜ / sec

이상에서 설명한 바와 같이 실시예, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3 각각에 대하여 성혐품의 유동장 길이를 측정하면, <표 1>을 얻을 수 있다. As described above, <Table 1> can be obtained by measuring the flow field length of sex products for Examples, Comparative Examples 1, 2 and 3, respectively.

구 분division 유동장(流動張) 길이(㎜)Flow field length (mm) 금형 온도Mold temperature A Type(60%)A Type (60%) B Type(70%)B Type (70%) C Type(80%)C Type (80%) 비교예 1Comparative Example 1 4646 2121 1111 110℃110 ℃ 비교예 2Comparative Example 2 8585 7676 6969 280℃280 ℃ 비교예 3Comparative Example 3 7878 6565 5858 110℃110 ℃ 실시예 Example 100100 100100 100100 280℃280 ℃

<표 1>은 금형의 온도 및 사출압축 성형이 성형성 개선과 직접적으로 연결되어 있다는 점을 보여주고 있다. PPS 레진과 같이 용융점이 높은 수지(용융점 : 280℃)가 사용되며 충전재의 함량이 매우 높은 경우, 금형의 온도를 높게 설정하게 되면, 수지의 유동 선단과 금형 표면의 온도 편차에 따른 마찰 스트레스를 최소화할 수 있게 되어 성형성이 개선됨을 알 수 있다. 이러한 점은 비교예 1 및 실시예의 결과를 통해 쉽게 알 수 있다. 또한, 고속전동사출기의 사출속도와 사출압력만으로는 성형성이 부족하나, 사출압축 성형이 활용되면 이러한 성형성의 부족을 해결할 수 있다는 점도 알 수 있다. 이러한 점은 비교예 3 및 실시예의 결과를 통해 쉽게 알 수 있다.Table 1 shows that mold temperature and injection compression molding are directly linked to moldability improvements. As PPS resin, resin with high melting point (melting point: 280 ℃) is used, and when the content of filler is very high, if the mold temperature is set high, the frictional stress due to the temperature variation between the resin front end and the mold surface is minimized. It can be seen that the moldability can be improved. This can be easily seen through the results of Comparative Example 1 and the examples. In addition, the injection speed and the injection pressure of the high-speed electric injection machine alone, the moldability is insufficient, it can be seen that injection compression molding can be used to solve this lack of moldability. This can be easily seen through the results of Comparative Example 3 and the examples.

<표 2>는 세 가지 타입의 재료 중에서, 충전재 함량이 가장 높은 C 타입의 재료를 성형품을 성형하고, 이에 대한 물성 분석을 진행한 결과를 요약한 표이다.<Table 2> is a table summarizing the results of molding the molded article of the C type material having the highest filler content among the three types of materials and analyzing the properties thereof.

물성Properties 단위unit D.O.E 기준D.O.E Standard 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 실시예Example 전기전도도Electrical conductivity S/CmS / Cm 100 이상More than 100 89.389.3 108.7108.7 75.875.8 109.9109.9 접촉 저항Contact resistance Ohm/CmOhm / Cm 0.01 이하0.01 or less 0.0110.011 0.00920.0092 0.01320.0132 0.00910.0091 굴곡 강도Flexural strength psipsi 3,625 이상More than 3,625 3,1093,109 4,1964,196 3,0823,082 4,3034,303 제품 외관Product appearance -- -- XX XX 두께 편차Thickness deviation Mm -- 0.280.28 0.160.16 0.210.21 0.040.04

여기서, 두께 편차는 게이트 부분과 성형품의 말단 사이의 두께 편차를 말한다. Here, the thickness deviation refers to the thickness deviation between the gate portion and the end of the molded article.

<표 2>을 참고하면, 본 발명에 따른 실시예에서는 초고온 금형가열기술 및 사출압축기술이 함께 사용되어, 성형된 세퍼레이터의 물성이 다른 비교예들에 비해 현저하게 개선된 점을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, in the embodiment according to the present invention, the ultra-high temperature mold heating technology and the injection compression technology are used together, so that the physical properties of the molded separator can be remarkably improved compared to other comparative examples.

특히, 성형된 세퍼레이터는 스택 형태로 적층되는 바, 두께 편차가 최소화되는 것이 세퍼레이터의 외형적 특성을 충족하는데 가장 중요하다. 또한, 본 발명에 따르면, 전기 전도도도 가자 우수하다는 점을 알 수 있다. In particular, since the molded separator is stacked in a stack form, minimizing thickness variation is most important to meet the external characteristics of the separator. In addition, according to the present invention, it can be seen that the electrical conductivity is also excellent.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 표면 수지고화층의 균일한 전사로 인해 카본 그라파이트 등이 표면으로부터 돌출되는 것이 방지되며 그 결과로서 굴곡 강도가 매우 우수하게 측정된다. 이는 카본 그라파이트가 표면에서 크랙(crack)의 시발점이 되는 것을 막아주기 때문이다.As described above, according to the present embodiment, the carbon graphite and the like are prevented from protruding from the surface due to the uniform transfer of the surface resin layer, and as a result, the bending strength is very excellently measured. This is because carbon graphite prevents the starting point of cracking at the surface.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

1...제1금형 11...캐비티면
12...제1스토퍼면 13,41,451...삽입공
15...제1지지부재 20...제2금형
21...코어면 22...제2스토퍼면
25...제2지지부재 31...제1전열히터
32...제2전열히터 40...제1냉각부재
45...제1직선이동부재 46...제1압축코일스프링
50...제2냉각부재 55...제2직선이동부재
56...제2압축코일스프링 61...제1냉각파이프
62...제2냉각파이프 70...노즐
80...가이드봉 81...가이드실린더
151...제1관통공 251...제2관통공
811...안내구멍 C...캐비티공간
100...연료전지용 세퍼레이터의 성형장치
1. 1st mold 11 ... cavity surface
12 1st stopper face 13,41,451 Insert hole
15 ... 1st support member 20 ... 2nd mold
21 core surface 22 second stopper surface
25.2nd support member 31 ... 1st electric heater
32.2nd electric heater 40 ... 1st cooling member
45 ... 1st linear moving member 46 ... 1st compression coil spring
50 ... 2nd cooling member 55 ... 2nd linear moving member
56 2nd compression coil spring 61 ... 1st cooling pipe
62.2nd cooling pipe 70 ... nozzle
80.Guide rod 81 ... Guide cylinder
151 ... first through hole 251 ... second through hole
811 guiding hole C ... cavity space
Molding apparatus for fuel cell separator

Claims (16)

카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하기 위한 장치로서,
제1금형;
상기 제1금형에 접근 및 이격되는 방향으로 직선이동 가능하며, 상기 제1금형에 형합시 상기 제1금형과 함께 캐비티공간을 형성하되 상기 캐비티공간의 부피는 상기 제1금형과의 거리에 따라 변화하는 제2금형;
상기 제1금형 및 제2금형을 각각 400 내지 800℃/분의 가열속도로 가열하는 가열수단;
상기 제1금형과 접촉하여 열전도가 일어나는 접촉위치 및 상기 제1금형과 이격되는 이격위치 사이에서 직선이동 가능한 제1냉각부재;
상기 제2금형과 접촉하여 열전도가 일어나는 접촉위치 및 상기 제2금형과 이격되는 이격위치 사이에서 직선이동 가능한 제2냉각부재;
상기 제1냉각부재 및 제2냉각부재를 각각 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 냉각하는 냉각수단;
상기 제1금형 및 제2금형이 260 내지 300℃로 가열되면, 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 캐비티공간의 부피보다 작은 부피만큼 상기 캐비티공간에 사출하는 사출수단; 및
상기 제1냉각부재 및 제2냉각부재를 직선 구동하며, 상기 캐비티공간의 부피가 감소하여 상기 사출된 열가소성 수지 조성물이 상기 캐비티공간에 충진되도록 상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나의 금형을 다른 금형에 접근하는 방향으로 가압하는 가압수단;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치.
An apparatus for molding a fuel cell separator by injection molding a thermoplastic resin composition in a molten state comprising 70 to 90% by weight of a conductive filler composed of carbon fiber and carbon graphite.
First mold;
A linear movement is possible in a direction approaching and spaced apart from the first mold, and when forming the first mold and forming a cavity space with the first mold, the volume of the cavity space is changed according to the distance to the first mold A second mold;
Heating means for heating the first mold and the second mold at a heating rate of 400 to 800 ° C./min, respectively;
A first cooling member capable of linearly moving between a contact position where thermal conductivity occurs in contact with the first mold and a spaced position spaced apart from the first mold;
A second cooling member capable of linearly moving between a contact position where the thermal conductivity occurs in contact with the second mold and a spaced position spaced apart from the second mold;
Cooling means for cooling the first cooling member and the second cooling member at a cooling rate of 200 to 400 ° C / min, respectively;
Injection means for injecting the thermoplastic resin composition into the cavity space by a volume smaller than the volume of the cavity space when the first mold and the second mold are heated to 260 to 300 ° C; And
At least one mold of the first mold and the second mold is linearly driven to drive the first cooling member and the second cooling member, and the volume of the cavity space is reduced so that the injected thermoplastic resin composition is filled in the cavity space. And pressing means for pressing in a direction approaching another mold.
제 1항에 있어서,
상기 제1금형 및 제2금형에는 각각 스토퍼면이 형성되며,
상기 캐비티공간의 부피 감소는 상기 제1금형의 스토퍼면 및 제2금형의 스토퍼면이 접촉할 때까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치.
The method of claim 1,
The first mold and the second mold are respectively formed with a stopper surface,
And reducing the volume of the cavity space until the stopper surface of the first mold and the stopper surface of the second mold are in contact with each other.
제 1항에 있어서,
상기 가압수단은 상기 제1냉각부재 및 제2냉각부재 중 상기 접촉위치에 배치된 냉각부재 및 이 냉각부재와 접촉하는 금형을 함께 가압하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치.
The method of claim 1,
And said pressurizing means pressurizes the cooling member disposed at said contact position of said first cooling member and said second cooling member and a metal mold in contact with said cooling member together.
제 1항에 있어서,
상기 가열수단은 상기 제1금형 및 제2금형을 각각 600℃/분의 가열속도로 가열하며,
상기 사출수단은 상기 제1금형 및 제2금형이 280℃일 때에 상기 열가소성 수지 조성물을 사출하며,
상기 냉각수단은 상기 제1금형 및 제2금형을 각각 300℃/분의 냉각속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치.
The method of claim 1,
The heating means heats the first mold and the second mold at a heating rate of 600 ° C./min, respectively,
The injection means inject the thermoplastic resin composition when the first mold and the second mold is 280 ℃,
And said cooling means cools said first mold and said second mold at a cooling rate of 300 deg. C / min, respectively.
제 1항에 있어서,
상기 캐비티공간의 부피 감소시 상기 제1금형 및 제2금형은 가열되지 않으며,
상기 캐비티공간의 부피 감소와, 상기 제1금형 및 제2금형의 냉각은 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형장치.
The method of claim 1,
When the volume of the cavity space is reduced, the first mold and the second mold are not heated,
And a volume reduction of the cavity space and cooling of the first mold and the second mold are simultaneously performed.
카본 파이버(carbon fiber) 및 카본 그라파이트(carbon graphite)로 구성된 70 내지 90 중량%의 도전성 충전재를 포함하는 용융상태의 열가소성 수지 조성물을 사출압축 성형하여 연료전지용 세퍼레이터를 성형하는 방법으로서,
(a) 캐비티공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형을 가열하는 단계;
(b) 상기 제1금형 및 제2금형이 260 내지 300℃로 가열되면, 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 캐비티공간의 부피보다 작은 부피만큼 상기 캐비티공간에 사출하는 단계;
(c) 상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나의 금형을 상기 캐비티공간의 부피가 감소하는 방향으로 가압하여, 상기 부피가 감소된 캐비티공간에 상기 사출된 열가소성 수지 조성물을 충진하는 단계; 및
(d) 상기 제1금형 및 제2금형을 각각 200 내지 400℃/분의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
A method of molding a fuel cell separator by injection molding a thermoplastic resin composition in a molten state containing 70 to 90 wt% of a conductive filler composed of carbon fiber and carbon graphite,
(a) heating the first mold and the second mold to form a cavity space;
(b) when the first mold and the second mold are heated to 260 to 300 ° C., injecting the thermoplastic resin composition into the cavity space by a volume smaller than the volume of the cavity space;
(c) pressurizing at least one of the first mold and the second mold in a direction in which the volume of the cavity space decreases, thereby filling the injected thermoplastic resin composition in the reduced cavity space; And
(d) cooling the first mold and the second mold at a cooling rate of 200 to 400 ° C./min, respectively.
제 6항에 있어서,
상기 카본 파이버 및 카본 그라파이트는 각각 상기 열가소성 수지 조성물에 대하여 10 내지 20 중량% 및 60 내지 70 중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
The carbon fiber and the carbon graphite are formed in the fuel cell separator, characterized in that contained in 10 to 20% by weight and 60 to 70% by weight with respect to the thermoplastic resin composition, respectively.
제 6항에 있어서,
상기 (a)단계에서, 상기 제1금형 및 제2금형은 각각 400 내지 800℃/분의 가열속도로 가열되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
In the step (a), the first mold and the second mold is a molding method of a separator for a fuel cell, characterized in that each is heated at a heating rate of 400 to 800 ℃ / min.
제 6항에 있어서,
상기 (a)단계에서, 상기 제1금형 및 제2금형은 각각 600℃/분의 가열속도로 가열되며,
상기 (b)단계에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 상기 제1금형 및 제2금형이 280℃일 때에 사출되며,
상기 (d)단계에서, 상기 제1금형 및 제2금형은 각각 300℃/분의 냉각속도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
In the step (a), the first mold and the second mold are each heated at a heating rate of 600 ℃ / min,
In the step (b), the thermoplastic resin composition is injected when the first mold and the second mold is 280 ℃,
In the step (d), wherein the first mold and the second mold are respectively cooled at a cooling rate of 300 ℃ / min.
제 6항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 상기 캐비티공간 부피의 75% 내지 85% 만큼 사출되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
In the step (c), the thermoplastic resin composition is molded in a fuel cell separator, characterized in that the injection of 75% to 85% of the cavity space volume.
제 6항에 있어서,
상기 캐비티공간의 부피 감소시 상기 제1금형 및 제2금형은 가열되지 않으며,
상기 (c)단계 및 (d)단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
When the volume of the cavity space is reduced, the first mold and the second mold are not heated,
Step (c) and step (d) is a molding method of a separator for a fuel cell, characterized in that at the same time.
제 6항에 있어서,
상기 카본 파이버는 실란 또는 스테아르산으로 코팅된 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
The carbon fiber is a molding method of a separator for fuel cells, characterized in that the coating with silane or stearic acid.
제 6항에 있어서,
상기 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지와 도전성 충전재의 상용화제로서 1 내지 5 중량%의 무수말레인산이 그래프팅(grafting)된 변성 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
The thermoplastic resin composition comprises a modified organic material grafted with 1 to 5% by weight of maleic anhydride as a compatibilizer of the thermoplastic resin and the conductive filler.
제 13항에 있어서,
상기 유기물질은 폴리프로필렌 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS)인 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 13,
The organic material is a polypropylene or polyphenylene sulfide (PPS) forming method of a fuel cell separator, characterized in that.
제 6항에 있어서,
상기 제2금형은 상기 제1금형에 접근 및 이격되는 방향으로 직선이동 가능하며, 상기 제1금형 및 제2금형은 형합시 상기 캐비티공간을 형성하며, 상기 캐비티공간의 부피는 상기 제1금형 및 제2금형 간의 거리에 따라 변화하며,
상기 제1금형 및 제2금형과 각각 이격된 제1냉각부재 및 제2냉각부재를 상기 제1금형 및 제2금형과 접촉시킴으로써 냉각수단에 의해 냉각되는 상기 제1냉각부재 및 제2냉각부재에 의해 상기 제1금형 및 제2금형은 냉각되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법.
The method of claim 6,
The second mold may be linearly moved in a direction approaching and spaced apart from the first mold, wherein the first mold and the second mold form the cavity space when the mold is joined, and the volume of the cavity space is the first mold and Changes according to the distance between the second mold,
Contacting the first cooling member and the second cooling member with the first mold and the second mold spaced apart from the first mold and the second mold, respectively, to the first cooling member and the second cooling member cooled by the cooling means. And the first mold and the second mold are cooled by the method of forming a separator for a fuel cell.
제 6항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지용 세퍼레이터의 성형방법에 의해 성형된 연료전지용 세퍼레이터. A fuel cell separator molded by the method for forming a fuel cell separator according to any one of claims 6 to 15.
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