KR20150134387A - 카본판 및 복합 카본판 - Google Patents

Abstract

유연성이 있고, 또한, 압축강도도 우수하고, 도전성도 가진 박판 형상의 유연성을 가지는 카본판을 제공한다. 카본판(1)은, (a) 팽창 흑연분말 95 ~ 30 wt% 및 흑연분말 5 ~ 70 wt%로 이루어지는 탄소분말 97 ~ 80 wt%와, (b) 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지 3 ~ 20 wt%와의 혼합물을 압축성형하여, 두께 0.05 ~ 2.0mm가 되는 카본판으로서, 압축강도가 3 MPa 이상이며, 만곡왜곡이 0.6% 이상이며 크랙이 없고, 접촉저항이 6 mΩㆍ㎠ 이하이다.

Description

카본판 및 복합 카본판{CARBON PLATE, AND COMPOSITE CARBON PLATE}

본 발명은, 예를 들면 고체 고분자형 연료전지에 이용되는 연료전지용 세퍼레이터로서, 혹은, 여러가지 장치에 이용되는 패킹으로서 사용 가능한, 유연성이 있고, 또한, 압축강도도 우수하고, 도전성도 가진 흑연제의 박판(이하, 「카본판」이라고 한다)에 관한 것이며, 나아가서는, 가스 불투과성 및 기계적 강도가 증대된 카본판과 금속판이 일체로 접합된 복합 카본판에 관한 것이다.

최근, 예를 들면 전기 자동차의 발전장치로서 고체 고분자형 연료전지가 주목받고 있다. 이러한 연료전지 및 연료전지용 세퍼레이터의 일례를 도 7 및 도 8의 (a), (b)에 나타낸다.

도 7은, 연료전지(10)를 구성하는 단위 셀의 구성을 나타내는 분해도이며, 도 8은, 도 7에 나타내는 연료전지용 세퍼레이터(1)의 구성을 나타내는 도이다. 도 8(a)는 평면도이며, 도 8(b)는 도 8(a)의 선 X-Y에서 딴 단면도다.

고체 고분자형 연료전지(10)는, 2매의 연료전지용 세퍼레이터(1)에 의해서, 고체 고분자 전해질막(6)과 애노드(연료 전극)(7)와 캐소드(산화제 전극)(8)를 개스킷(9)을 개재하여 접합한 MEA(membrane electrode assembly: 막/전극 접합체)를 단위 셀로서 수십 개 ~ 수백 개 병설(竝設)하고, 애노드(7)에 유체인 연료가스(수소가스)를, 캐소드(8)에 유체인 산화가스(산소가스)를 공급하는 것으로써, 외부 회로로부터 전류를 취출(取出)하는 구성이 되어 있다.

연료전지용 세퍼레이터(1)는, 도 8(a),(b)에 나타내는 바와 같이, 박육의 판상체(板狀體)의 한 면 또는 양 면에 복수개의 가스 공급 배출용 홈(11)과, 가스 공급 배출용 홈(11)에 연료가스 또는 산화가스를 공급하는 개구부(12)와, MEA를 병설하기 위한 고정 구멍(13)을 가지는 형상이며, 연료전지 내를 흐르는 연료가스와 산화가스가 혼합하지 않게 분리하는 기능을 가짐과 함께, MEA에서 발전된 전기 에너지를 외부에 전달하거나, MEA에서 생긴 열을 외부에 방열한다고 하는 중요한 역할을 담당하고 있다.

따라서, 연료전지용 세퍼레이터(1)에 요구되는 특성으로서는, 조립시에 있어서의 볼트 조임이나, 자동차 등의 진동에 대해서 충분한 강도가 있을 것, 발전 손실을 줄이기 위해서 전기 저항을 작게 할 것, 연료가스와 산화가스를 그 양 면에서 완전히 분리하여 전극에 공급하기 위한 가스 불투과성을 들 수 있다.

이러한 연료전지용 세퍼레이터(1)로서, 생산성이나 비용의 면에서 유리한 열경화성 수지를 바인더로서 이용한 탄소 복합 재료가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2, 3 등 참조).

일본공개특허공보 소59-26907호 일본공개특허공보 2000-173630호 일본특허공보 제3715642호

특히, 상기 특허 문헌 1, 2, 3에는, 탄소분말과 열경화성 수지로 이루어지는 혼합물을 프레스장치에 의해 가열 압축성형하거나, 혹은, 냉간 압축성형하는 것으로써, 연료전지용 세퍼레이터를 제조하는 것이 기재되어 있다. 또한, 탄소분말로서 흑연분말 또는 팽창 흑연분말을 사용하는 것이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 3에는, 열경화성 수지로서는, 성형성이 양호하다는 등의 이유로부터 페놀수지가 적합하게 사용되는 것을 기재하고 있다.

그러나, 본 발명자들이 상기 특허 문헌에 기재되는 연료전지용 세퍼레이터에 대해서 연구 실험을 더 실시한 결과, 다음과 같은 문제가 있는 것을 알 수 있었다.

연료전지용 세퍼레이터에 사용하는 열경화성 수지로서의 페놀수지는, 화학적으로 안정되고, 난연성이며, 또한, 흑연분말 또는 팽창 흑연분말 등의 탄소분말과의 친밀성도 좋고, 나아가서는, 에폭시수지 등과 비교하면 내산성도 양호하고, 많은 이점을 가지고 있다.

그러나, 탄소분말로서 흑연분말을 사용하고, 이 흑연분말과 페놀수지를 일체로 결합하여 제작한 0.05 ~ 2mm 정도의 박판 형상의 카본판은, 도전성, 내식성에 있어서는 우수하지만, 너무 딱딱해서 부서지기 쉽고, 만곡왜곡(bending strain)이 0.6%를 초과하면 크랙이 생기고, 유연성에 문제가 있다. 이 때문에, 예를 들면 연료전지용 세퍼레이터로서 사용하는 경우에는, 안정된 수로(홈) 형성, 내구성에 관하여 더 개량이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 팽창 흑연분말과 페놀수지를 일체로 결합하여 제작한 팽창 흑연제의 박판 형상 카본판은, 방열성, 내식성은 있지만, 너무 부드러워서 압축강도가 3 MPa 미만이 되고, 영구 변형되기 쉬운 것이었다. 따라서, 연료전지용 세퍼레이터, 패킹 등으로서 사용하는 것은 곤란하다.

이와 같이, 종래의 흑연제의 박판 형상 카본판은, 연료전지용 세퍼레이터로서, 또한, 패킹으로서 사용하기 위해서는, 유연성 및 압축강도의 점에서 더 개량이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

본 발명자들은, 많은 연구 실험의 결과, 탄소분말로서, 팽창 흑연분말과 흑연분말을 특정의 비율로 혼합하고, 이 탄소분말을 특정량의 페놀수지, 특히, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지와 함께 압축성형하여 제작한 흑연제 박판 형상의 카본판은, 유연성, 압축강도, 나아가서는 도전성이, 연료전지용 세퍼레이터, 패킹 등에 요구되는 값을 충분히 만족할 수 있는 것이 된다는 것을 발견했다.

즉, 상술의 양호한 특성을 가지는 카본판을 제작할 때에, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지를 사용하는 것이 중요하다. 페놀수지는, 종래, 암모니아가 중합촉매로서 널리 이용되어, 암모니아가 수지 중에 잔류하고 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 암모니아를 포함하는 페놀수지의 경우, 온수 중에 유지되면 만곡왜곡의 성능이 열화(劣化)되어, 팽창 흑연을 사용했을 경우의 카본판의 유연성과 만곡왜곡의 특성이 얻어지지 않는다는 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 양호한 특성을 가진 카본판과 금속판을 일체로 접합한 복합 카본판은, 가스 불투과성도 우수하고, 또한, 인장강도 등의 기계적 강도가 증대되는 것을 알았다.

즉, 본 발명의 목적은, 유연성이 있고, 또한, 압축강도도 우수하며, 도전성도 가진 박판 형상의 카본판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 카본판과 금속판을 일체로 접합하여 구성되고, 가스 불투과성이 우수하며, 또한, 인장강도 등의 기계적 강도가 증대된 복합 카본판을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 관한 카본판 및 복합 카본판으로 달성된다. 요약하자면, 제1의 본 발명은,

(a) 팽창 흑연분말 95 ~ 30wt% 및 흑연분말 5 ~ 70wt%로 이루어지는 탄소분말 97 ~ 80wt%와,

(b) 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지 3 ~ 20wt%와,

의 혼합물을 압축성형하여, 두께 0.05 ~ 2.0mm가 되는 카본판으로서,

압축강도가 3 MPa 이상이며, 만곡왜곡이 0.6% 이상이며 크랙이 없고, 접촉저항이 6 mΩㆍ㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 카본판을 제공하는 것이다.

제1의 본 발명의 일실시형태에 의하면, 10점 접촉저항의 최대치가 6 mΩㆍ㎠ 이하이다.

제1의 본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 상기 흑연분말은, 상기 페놀수지로 피복되어 있다.

제2의 본 발명에 의하면, 두께가 10 ~ 150μm가 되는 금속판의 적어도 일측의 면에 카본판을 일체로 접합한 복합 카본판으로서,

상기 카본판은, 상기 구성의 카본판인 것을 특징으로 하는 복합 카본판이 제공된다.

제2의 본 발명의 일실시형태에 의하면, 상기 금속판은, 스테인레스 스틸, 강철, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 또는, 니켈 합금 등이다.

본 발명에 의한 박판 형상의 카본판은, 유연성이 있고, 또한, 압축강도도 우수하며, 도전성도 가지고 있는 연료전지용 세퍼레이터로서, 혹은, 여러가지 기기의 패킹으로서 유효하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 카본판은, 상기 카본판으로서의 특징을 가짐과 함께, 카본판과 비교하여, 가스 불투과성이 우수하고, 또한, 인장강도 등의 기계적 강도가 증대된다.

도 1은, 본 발명에 관한 카본판의 일실시예의 구성을 설명하는 개략도이다.
도 2(a)는, 가열 압축성형 공정 혹은 냉간 압축성형 공정에 이용되는 프레스장치의 구성을 나타내는 개략도이며, 도 2(b)는, 수지경화 공정에 이용되는 가열장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3(a)는, 접촉저항을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도이며, 도 3(b)는, 10점 접촉저항의 최대치를 측정하기 위한 성형 샘플에 있어서의 측정장소를 설명하기 위한 도이다.
도 4(a), (b)는, 각각, 본 발명에 관한 복합 카본판의 제1, 제2의 실시예의 구성을 설명하는 개략도이다.
도 5(a), (b)는, 본 발명에 관한 복합 카본판의 제조법의 실시예를 설명하는 개략도이다.
도 6은, 본 발명에 관한 복합 카본판을 제조하기 위한, 도 2(a)와 마찬가지의 가열 압축성형 공정 혹은 냉간 압축성형 공정에 이용되는 프레스장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7은, 연료전지를 구성하는 단위 셀의 구성을 나타내는 분해도이다.
도 8(a)는, 연료전지용 세퍼레이터의 일실시예를 나타내는 평면도이며, 도 8(b)는, 도 8(a)의 선 X-Y에서 딴 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 카본판을 도면에 근거하여 더 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명에 관한 카본판(1)의 일실시예의 전체 구성에 대해서 설명한다. 본 실시예에서, 본 발명에 관한 흑연제 박판 형상의 카본판(1)은, 예를 들면, 상술한 바와 같이, 연료전지용 세퍼레이터로서 유효하게 사용 할 수 있는 것이며, 두께(t)가 0.05mm ~ 2.0mm가 되는 박판 형상 평판이 된다. 카본판(1)의 표면에는, 예를 들면, 카본판을 연료전지용의 세퍼레이터로서 사용하는 경우에는, 도 8(a), (b)에 나타내는 바와 같이 수로 형성을 위한 홈(11)이 성형 가공된다.

본 발명에 의하면, 탄소 복합재인 카본판(1)은, 팽창 흑연분말(2) 및 흑연분말(3)로 이루어지는 탄소분말(4)과, 바인더로서의, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지(5)를 혼합한 혼합물을 압축성형하여 형성되고, 상세하게는 실험예를 참조하여 후술하는데, 압축강도가 3 MPa 이상이며, 만곡왜곡이 0.6% 이상이며 크랙이 없고, 접촉저항이 6 mΩㆍ㎠ 이하가 되는 카본판이다.

다음에, 본 발명의 카본판(1)의 구성에 대해서 더 상세하게 설명한다.

(탄소분말)

본 발명의 카본판(1)을 제작하기 위한 필수 성분으로서의 탄소분말(4)은, 팽창 흑연분말(2)과 흑연분말(3)로 이루어지고, 팽창 흑연분말(2)과 흑연분말(3)과의 혼합비율은, 팽창 흑연분말(2)이 95 ~ 30wt%에 대해서 흑연분말(3)은 5 ~ 70wt%가 된다. 이 범위 외에서는, 즉, 흑연분말(3)이 70 wt%를 초과하면, 얻어진 카본판(1)이 너무 딱딱해져서 유연성이 손상되고, 만곡왜곡이 0.6%를 초과하면 크랙이 생긴다. 따라서, 연료전지용 세퍼레이터로서 사용하는 경우에는, 수로(홈) 형성, 내구성 등에 문제가 생긴다. 또한, 팽창 흑연분말(2)이 95 wt%를 초과하면, 얻어진 카본판(1)이 너무 부드러워져서 카본판(1)의 압축강도가 3 MPa 미만이 되고, 영구 변형이 생기기 쉬워진다. 따라서, 연료전지용 세퍼레이터, 패킹으로서의 내구성에 문제가 생긴다. 바람직하게는, 팽창 흑연분말(2)이 30 ~ 60wt%, 흑연분말(3)이 70 ~ 40wt%가 된다.

팽창 흑연분말(2)은, 산(酸) 처리한 비늘조각 형상 천연 흑연분말에 열을 가하고, 흑연결정의 층간을 수백 배로 팽창시킨 것이며, 평균 입경이 10 ~ 2000μm의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 흑연분말(3)은, 천연 흑연 또는 인조 흑연의 어느 것이라도 좋고, 평균 입경이 10μm ~ 400μm, 애스펙트 비(aspect ratio)가 2 이하의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

(페놀수지)

상술한 바와 같이, 페놀수지는, 종래, 암모니아가 중합촉매로서 널리 이용되고 있어, 암모니아가 수지 중에 잔류하고 있다. 이러한 암모니아를 포함하는 페놀수지의 경우, 상세하게는 이후에 설명하는데, 온수 중에 유지되면 만곡왜곡의 성능이 열화되어, 팽창 흑연을 사용했을 경우의 카본판의 유연성과 만곡왜곡의 특성이 얻어지지 않는다.

따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는, 탄소분말(4)의 바인더로서는 페놀수지가 사용되고, 특히, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지가 사용된다. 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지는, 중합촉매에 암모니아를 이용하지 않고, 대신에 예를 들면 알칼리 금속 혹은 알칼리토류 금속의 산화물, 수산화물, 탄산염, 또는, 암모니아를 발생하지 않는 제3급 아민 등을 이용한 것이면 좋다. 페놀수지로서 레졸형 페놀수지, 노볼락형 페놀수지 등을 이용하면 성형성이 양호하다. 즉, 페놀수지는, 상술한 바와 같이, 성형성이 양호하고, 화학적으로도 안정적이며, 난연성이고, 또한, 팽창 흑연분말(2) 및 흑연분말(3) 등의 탄소분말(4)과의 친밀성도 좋고, 나아가서는, 에폭시수지 등의 다른 열경화성 수지와 비교하면 내산성도 양호하고, 많은 이점을 가지고 있다. 또한, 본 발명에서는, 페놀수지가 암모니아를 포함하지 않는 것에 의해, 얻어진 카본판(1)의 압축강도가 향상된다. 이하의 본 발명과 관련된 설명에서 기재를 간단하게 하기 위해서 단순하게 「페놀수지」라고 기재하기도 하지만, 특별한 기재가 없는 한 「암모니아를 포함하지 않는 페놀수지」를 의미하는 것으로 한다.

페놀수지는, 분체상(粉體狀)의 페놀수지가 적합하게 사용된다. 액상의 페놀수지는, 탄소분말과의 혼합 작업이, 특히, 팽창 흑연분말(2)과의 혼합 작업이 극히 곤란하고, 균일한 혼합물을 얻는 것이 곤란해진다. 분체상의 페놀수지를 사용하면, 탄소분말에 대해서 소정의 중량비율로 혼합되고, 충분히 교반하여 균질인 분체상의 원료 혼합물, 즉, 원료분(粉)을 얻을 수 있다.

또한, 원료 혼합물의 혼합비율은, 상기 비율로 혼합된 팽창 흑연분말(2) 및 흑연분말(3)로 이루어지는 탄소분말(4)이 97 ~ 80wt%가 되고, 페놀수지(5)는 3 ~ 20wt%가 된다. 이 범위 외에서는, 즉, 페놀수지(5)가 20 wt%를 초과하면, 얻어진 카본판(1)의 유연성이 손상되고, 만곡왜곡이 0.6%를 초과하면 크랙이 생긴다. 또한, 접촉저항이 증대되고, 6 mΩㆍ㎠을 큰폭으로 초과해 버리고, 따라서, 연료전지용 세퍼레이터로서 사용하는 경우에는 문제가 생긴다. 또한, 페놀수지(5)가 3 wt% 미만에서는, 얻어진 카본판(1)의 압축강도가 저하되고, 또한, 만곡왜곡이 0.6%를 초과하면 크랙이 생긴다. 따라서, 연료전지용 세퍼레이터, 패킹 등으로서 사용하는 경우에 문제가 생긴다. 바람직하게는, 탄소분말(4)을 95 ~ 85wt%로 하고, 페놀수지(5)는, 5 ~ 15wt%가 된다.

또한, 상기 원료 혼합물에는, 탄소분말(4) 및 페놀수지(5) 외에, 필요에 대응하여 섬유 기재(基材), 충전재, 이형제, 내(耐)가수분해제 등을 첨가해도 좋다.

또한, 본 발명에 의하면, 페놀수지(5)는, 팽창 흑연분말(2) 및 흑연분말(3)로 이루어지는 탄소분말(4)에 대해서 소정 비율로 배합되는데, 상기 소정의 비율이 되는 페놀수지(5)를 미리 흑연분말(3)에 피복(코팅)해 두는 것도 가능하다. 이와 같이 페놀수지를 흑연분말에 피복하는 것으로써, 원료 혼합물에 있어서의 페놀수지의 균일 분산성을 향상시키고, 따라서, 얻어진 카본판(1)에 있어서의 페놀수지의 편석(偏析)을 방지하고, 접촉저항, 및, 10점 접촉저항의 최대치를 6 mΩㆍ㎠ 이하로 억제할 수 있다. 피복 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 이용되는 용액 피복, 스프레이 피복, 반응 피복, 용융 피복 등을 이용할 수 있다.

(카본판의 제조 방법)

다음에, 본 발명의 카본판(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 카본판(1)은, 여러가지 성형법으로 제조할 수 있는데, 이하에서는, 대표적인 성형법에 대해서 설명한다.

[구체예(具體例) 1-1]

본 발명의 카본판(1)은, 원료 혼합물을 가열 압축성형하는 것으로써 제조할 수 있다. 도 2에, 본 발명의 카본판(1)을 제조하기 위한 가열 압축성형을 위한 프레스장치(100)의 일례를 나타낸다.

본 구체예 1-1에서, 프레스장치(100)는 1축 가열 압축성형장치가 되고, 한 쌍의 수틀(雌型)(101)과 암틀(雄型)(102)로 이루어지는 금형(103)을 가지고 있고, 수틀(101)은 머신 프레임(104)에 고정되어 있다. 암틀(102)은, 수틀(101)의 하방에 대향 배치되고, 유압 실린더(105)로 승강 이동 가능하다. 또한, 본 구체예 1-1의 프레스장치(100)는, 금형(103)에는 히터(도시하지 않고)가 내부에 감아져 있다.

상기와 같은 배합비율로 조제된 원료 혼합물(R)을, 금형(103)에 넣어서 성형 후 0.05 ~ 2.0mm 두께가 되도록 프레스장치(100)에서 가열 압축성형하고, 수지경화시켜서 카본판(1)을 얻을 수 있다. 이때, 수틀(101)과 암틀(102)과의 가압면에 소정의 형상, 예를 들면, 세퍼레이터의 홈 형상(11)(도 8(a), (b) 참조)을 형성해 두는 것으로, 성형판(M)에 가스 공급 배출용 홈(11)이 반전되어서 형성된다.

또한, 가열 온도는, 페놀수지(5)의 경화온도 이상인 130 ~ 200℃가 되고, 또한, 성형압력은, 3 ~ 30 MPa, 성형시간은 3 ~ 30분이 된다. 진공 프레스를 이용해도 좋다.

[구체예 1-2]

본 발명의 카본판(1)은, 원료 혼합물(R)을 먼저 냉간 압축성형하고, 그 후, 성형된 성형판(M)을 가열 경화하는 것으로써 제조할 수 있다. 따라서, 본 구체예 1-2에서는, 원료 혼합물(R)을 압축성형하는 프레스장치(100)는, 상기 구체예 1-1에서 사용한 1축 가열 압축성형장치에 장착되어 있던 히터가 장비되어 있지 않은 1축 압축성형장치가 된다. 그 외의 구성은 마찬가지이다. 즉, 프레스장치(100)는, 한 쌍의 수틀(101)과 암틀(102)로 이루어지는 금형(103)을 가지고 있고, 수틀(101)은 머신 프레임(104)에 고정되어 있다. 암틀(102)은, 수틀(101)의 하방에 대향 배치되고, 유압 실린더(105)로 승강 이동 가능하다. 본 구체예 1-2에서는, 프레스장치(100)가 히터를 구비하지 않고 있기 때문에, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 별개로, 히터(201)를 구비한 가열장치(200)가 배치되어 있다.

이와 같이, 본 구체예 1-2에서는, 금형(103)에 넣은 원료 혼합물(R)을 프레스장치(100)에 의해서 가압하여 소정 형상이 되는, 아직 수지가 경화하고 있지 않는 성형판(M)을 냉간 압축성형하고, 이 압축성형에 의해서 제작된 성형판(M)을 로(爐)(오븐) 등의 가열장치(200)에서 가열하여 성형판(M)의 수지를 경화시켜서, 카본판(1)을 제조한다.

더 설명하자면, 본 구체예 1-2에서는, 프레스장치(100)에 의한 냉간 압축성형 공정에서는, 암틀(102) 중에 원료 혼합물(R)을 균일하게 채우고, 유압 실린더(105)에 의해서 암틀(102)을 수틀(101)에 가압하는 것으로, 암틀(102)과 수틀(101)에 의해 원료 혼합물(R)에 30 MPa 이상의 압력을 작용시키고, 세퍼레이터 형상의 성형판(M)을 압축성형한다. 이 때, 암틀(102)과 수틀(101)과의 가압면에 소정의 홈 형상(11)을 형성해 두는 것으로, 성형판(M)에 가스 공급 배출용 홈(11)이 반전되어서 형성된다.

또한, 본 구체예 1-2는, 압축성형 공정에서는 가열하는 일 없이 실온에서 행하는 냉간 압축성형이며, 원료 혼합물(R)을 가열할 필요가 없는 것으로부터 성형시간을 단축할 수 있고, 5 ~ 10초의 시간으로 1매의 성형판(M)을 압축성형할 수 있다. 또한, 수지가 경화하지 않는 것으로부터 금형과 제품의 접착이 일어나지 않고, 이형성이 우수하다. 이 냉간 압축성형만에 의해서, 소망의 형상으로의 가공을 끝낼 수 있기 때문에, 생산성이 우수하다.

프레스장치(100)에 의해서 냉간 압축성형할 때에, 30 MPa 이상의 압력을 원료 혼합물(R)에 작용시키는 것에 의해, 고밀도인 세퍼레이터 형상의 성형판(M)을 얻을 수 있고, 양산성과 고성능을 겸비한 연료전지용 세퍼레이터(1)를 제조할 수 있다.

수지경화 공정에서는, 도 2(b)에 나타내는 가열장치(200)에 금형(103)으로부터 꺼낸 성형판(M)을 반입하고, 전기 히터 등의 가열 수단(201)에 의해서 무가압 상태에서 페놀수지(5)의 수지경화온도 이상인 130 ~ 200℃에서 가열을 행하고, 페놀수지(5)를 경화시켜서 연료전지용 세퍼레이터(1)를 제조할 수 있다. 또한, 수지경화 공정에 있어서는, 배치식의 로(爐)에 많은 성형판(M)을 반입하여 가열해도 좋고, 연속노에 의해 벨트 컨베이어 상에 성형판(M)을 올려놓고 가열해도 좋다. 어느 방식이든, 가열에는 시간이 걸리는데, 이 방식이라면 많은 수량을 처리하는 것이 가능하고, 토탈 제조 시간은 적어진다.

[실험예 및 비교예]

다음에, 본 발명의 카본판(1)의 성능을 실증하기 위해서, 본 발명의 실험예 및 비교예에 대해서 설명한다.

또한, 본 발명의 실험예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 7에서는, 카본판으로서 두께 0.2mm(또는 1.8mm), 세로ㆍ가로 300mm×200mm의 성형샘플(S)을 제작했다. 또한, 실험예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 7의 성형샘플(S)은, 상기 구체예 1-1에서 설명한 프레스장치(100)를 이용한 가열 압축성형 방법에 근거하여 제작했다.

각 실험예 및 각 비교예에 대해서, 압축강도, 굽힘강도(만곡왜곡), 전기저항(접촉저항)을 측정하여 비교했는데, 압축강도, 만곡왜곡, 접촉저항의 측정방법은, 이하와 같다.

ㆍ압축강도

두께 10mm 이상의 철판 상에, 성형샘플(S)을 가공하여 100mm 정육면체로 한 시험재를 두고, 이 시험재를 직경 10mm의 철심을 이용하여 크기가 다른 응력(3 MPa, 5 MPa, 10 Ma)으로 가압하고, 육안으로 압흔의 유무를 확인했다.

○: 압흔이 남지 않는 경우

×: 압흔이 남는 경우

ㆍ굽힘강도(1)

성형샘플(S)을 가공하여 폭 100mm, 길이 100mm로 한 시험재를 직경 30mm의 철봉에 감고, 0.67%의 만곡왜곡(0.67% 왜곡)에서의 표면의 크랙을 관찰했다.

○: 0.67% 왜곡에서 크랙 없음의 경우

×: 0.67% 왜곡에서 크랙의 경우

ㆍ굽힘강도(2)

암모니아를 포함하는 페놀수지의 경우, 온수 중에 유지되면 0.6%의 만곡왜곡(0.6% 왜곡)에서 크랙이 발생하는 경우가 있다. 여기서, 성형샘플(S)을 가공하여 폭 100mm, 길이 100mm로 한 시험재를 90℃ 열수(熱水) 중에 100시간 침지 후에 직경 30mm의 철봉에 감고, 0.67% 왜곡에서의 표면의 크랙을 관찰했다.

○: 0.67% 왜곡에서 크랙 없음의 경우

×: 0.67% 왜곡에서 크랙의 경우

ㆍ접촉저항

도 3(a)에 접촉저항의 측정방법을 나타낸다. 성형샘플(S)을, 길이 17 ~ 20mm, 폭 3 ~ 5mm로 가공하여 시험재로 했다. 상기 시험재(S)를 카본페이퍼(토레이가부시키가이샤(TORAY INDUSTRIES, INC.): 상품명 「TGP-H-120」)(301)로 협지하고, 또한, 구리 전극(302)으로 협지한 상태에서, 만능시험기(가부시키가이샤시마즈세이사쿠쇼(Shimadzu Coporation.): 상품명 「EZ-L」)를 이용하여 압축응력 1 MPa를 부가한 상태에서의 접촉저항을 측정했다. 측정장치(303)에는, 저저항계(츠루가덴키가부시키가이샤(TSURUGA ELECTRIC CORPORATION.): 상품명 「Model 3569」)를 이용하고, 4단자법을 이용하여 측정했다.

또한, 본 발명에서는, 분체상의 탄소분말(4)(팽창 흑연분말(2) 및 흑연분말(3))과, 분체상의 페놀수지(5)를 배합하는 것으로써 원료 혼합물을 조제할 수 있고, 이 경우, 원료 혼합물 중에 있어서의 페놀수지의 분산성에 기인하여, 얻어진 카본판(1)에서 페놀수지가 편석되고, 카본판(1)의 접촉저항이 부분적으로 높아지는 것이 생각된다. 여기서, 성형샘플(S)에 대해서 10점 접촉저항의 최대치를, 상기 도 3의 (a)를 참조하여 설명한 접촉저항 측정방법과 동일한 방법으로 측정했다. 단, 이 경우, 성형샘플(S)은 길이 300mm, 폭 100mm로 하고, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 길이 방향에 2열로, 간격 50mm로 설정된 10점의 측정장소(SP)를 측정하고, 이 때의 최대치를 10점 접촉저항의 최대치로 했다.

표 1에, 본 발명의 실험예 및 비교예에서 사용한 원료분의 배합비율, 측정결과, 적부(適否) 판정결과를 나타낸다.

(1) 상기 실험예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 4, 6, 7에서는, 탄소분말(4)로서, 팽창 흑연분말(2)과 흑연분말(3)을 이용했다. 비교예 5는, 탄소분말(4)로서 팽창 흑연분말(2)은 사용하지 않고, 흑연분말(3)만을 사용했다. 흑연분말(3)로서는, 평균 입경이 20μm, 입자의 애스펙트 비 1.5의 흑연분말을 이용했다.

페놀수지(5)로서는, 비교예 7을 제외하고 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지를 사용했다. 또한, 실험예 7을 제외하고, 페놀수지(5)는, 흑연분말(3)에 피복하여 사용하고, 실험예 7에서는, 분체상의 페놀수지(5)를 탄소분말(4)에 혼합하여 사용했다.

탄소분말(4), 즉, 팽창 흑연분말(2) 및 흑연분말(3)과, 페놀수지(5)와의 혼합비율(wt%)을 표 1과 같이 여러가지로 변경하여 충분히 혼합하여 원료 혼합물(혼합분)로 했다. 상기 혼합분 20 g(실험예 3을 제외한 다른 실험예 및 비교예), 또는, 180 g(실험예 3)을, 프레스장치(100)의 300×200×20mm의 용적을 가지는 암틀(102)에 균등하게 되도록 투입했다. 가열 온도는 150℃, 성형압력은 5 MPa, 성형시간은 10분으로 했다.

또한, 종래, 연료전지용 세퍼레이터에 요구되는 물성치는, 다음과 같다.

ㆍ압축강도: 3 MPa 이상

ㆍ굽힘강도: 0.6% 왜곡에서 크랙이 없음

ㆍ접촉저항: 5mΩㆍ㎠ 이하

[실험예 및 비교예의 평가]

실험예 1 ~ 7을 보면, 본 발명에 따라서 구성된 카본판(1)은, 즉,

(a) 팽창 흑연분말 95 ~ 30wt% 및 흑연분말 5 ~ 70wt%로 이루어지는 탄소분말 97 ~ 80wt%와,

(b) 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지 3 ~ 20wt%와,

의 혼합물을 압축성형하여, 두께 0.05 ~ 2.0mm가 되는 카본판은, 압축강도가 3 MPa 이상이며, 만곡왜곡이 0.6% 이상이며 크랙이 없고, 접촉저항이 6 mΩㆍ㎠ 이하가 되는 카본판인 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 관한 카본판(1)은, 비교예 5에 나타내는 흑연분말을, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지로 일체로 결합하여 형성되는 카본판과 비교하여, 유연성이 우수하고, 연료전지용 세퍼레이터로서, 혹은, 패킹으로서 극히 유효한 물성치를 가지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 카본판(1)에서는, 팽창 흑연분말(2)과 흑연분말(3)과의 혼합비율은, 팽창 흑연분말(2)이 95 ~ 30wt%에 대해서 흑연분말(3)은 5 ~ 70wt%가 되고, 이 범위 외에서는, 즉, 흑연분말(3)이 70 wt%를 초과하면, 얻어진 카본판(1)이 너무 딱딱해져서 유연성이 손상되고, 만곡왜곡이 0.6%를 초과하면 크랙이 생기는 것을 알 수 있다(비교예 2). 또한, 팽창 흑연분말(2)이 95 wt%를 초과하면, 얻어진 카본판(1)이 너무 부드러워져서 카본판(1)의 압축강도가 3 MPa 미만이 되고, 영구 변형이 생기기 쉬워지는 것을 알 수 있다(비교예 1). 따라서, 연료전지용 세퍼레이터, 패킹으로서의 내구성에 문제가 생긴다. 바람직하게는, 팽창 흑연분말(2)이 30 ~ 60wt%, 흑연분말(3)이 70 ~ 40wt%가 된다(실험예 1 ~ 3, 5 ~ 7).

또한, 본 발명의 카본판(1)에서는, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지(5)의 혼합비율은, 팽창 흑연분말(2)과 흑연분말(3)로 이루어지는 탄소분말 97 ~ 80wt%에 대해서 3 ~ 20wt%가 되는데, 이 범위 외에서는, 즉, 페놀수지(5)가 20 wt%를 초과하면, 얻어진 카본판(1)의 도전성이 저하되고(비교예 4, 6), 또한, 페놀수지(5)가 3 wt% 미만에서는, 얻어진 카본판(1)의 압축강도가 현저하게 저하되어(비교예 3), 연료전지용 세퍼레이터로서 문제가 생기는 것을 알 수 있다.

(2) 실험예 7은, 실험예 1과 마찬가지의 배합이 된 원료 혼합물을 사용하고 있는데, 상술한 바와 같이, 분체상의 페놀수지(5)를 탄소분말(4)과 혼합하여 사용한 카본판이다. 본 예에서는, 분체상의 페놀수지를 사용했기 때문에, 원료 분체 혼합물에 있어서의 페놀수지의 분산성이 저하되고, 그 결과, 얻어진 카본판에 있어서의 페놀수지가 편석되고, 10점 접촉저항의 최대치가 6 mΩㆍ㎠ 를 초과하고 있고, 부분적으로 접촉저항이 높아져 있는 것을 알 수 있다.

비교예 7은, 실험예 1과 마찬가지로, 페놀수지(5)는 흑연분말(3)에 피복하여 사용하고, 또한, 실험예 1과 마찬가지로 배합이 된 원료 혼합물을 사용하고 있는데, 암모니아를 포함하는 페놀수지를 사용하고 있다. 이 때문에, 실험예 1과 비교하여, 굽힘강도(2)에 있어서 더 낮다는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

다음에, 본 발명에 관한 복합 카본판에 대해서 설명한다. 도 4(a), (b)에, 본 발명에 관한 복합 카본판(20)의 제1 및 제2의 실시예의 전체 구성을 나타낸다.

도 4(a)에 나타내는 제1의 실시예에서는, 본 발명에 관한 복합 카본판(20)은, 상술의 실시예 1에서 설명한 흑연제(黑鉛製) 박판 형상의 카본판(1)과, 상기 카본판(1)이 편측면에 일체로 접합된 금속판(21)으로 구성된다. 도 4(b)에 나타내는 제2의 실시예에서는, 본 발명에 관한 복합 카본판(20)은, 상술의 실시예 1에서 설명한 흑연제 박판 형상의 카본판(1)(1a, 1b)으로 금속판(21)을 협지하여, 즉, 금속판(21)의 양측면에 카본판(1)(1a, 1b)이 일체로 접합된 구성이 된다.

즉, 본 발명에 관한 복합 카본판(20)은, 금속판(21)의 적어도 일측의 면에 실시예 1에서 설명한 카본판(1)이 일체로 접합된 구성이 된다.

금속판(21)은, 스테인레스 스틸, 강철, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 또는, 니켈 합금 등으로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 금속판(21)의 두께(t₂₁)는 10 ~ 150μm가 된다. 금속판(21)의 판두께가 10μm 미만에서는, 기계적 강도의 증대를 기대할 수 없고, 또한, 150μm를 초과하면, 유연성의 점에서 문제가 생긴다. 또한, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 금속판(21)의 양측면에 카본판(1)(1a, 1b)이 배치된 구성의 복합 카본판(20)의 경우에는, 각 카본판, 즉, 상(上) 카본판(1a)과 하(下) 카본판(1b)의 두께(ta, tb)는 0.05 ~ 2.0mm의 범위가 되는데, 상(上) 카본판(1a)과 하(下) 카본판(1b)의 각각의 판두께(ta, tb)는, 동일한 두께라도 좋고, 또한, 다른 두께로 할 수도 있다.

(복합 카본판의 제조 방법)

다음에, 본 발명의 복합 카본판(20)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

[구체예 2-1]

본 발명의 복합 카본판(20)은, 일실시예에 의하면, 예를 들면 상술의 실시예 1의 구체예 1-1, 1-2에 설명하는 가열 압축성형 혹은 냉간 압축성형으로 제작된 수지경화 완료 카본판(1)을 사용하여 제조할 수 있다.

즉, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 구체예 1-1, 1-2에서 설명한 것과 마찬가지로 하여 제작된 수지경화 완료 카본판(1)과 , 금속판(21)을 접착제(22)를 개재하여 서로 가압하여, 가열 가압되어 일체가 된다. 접착제(22)는, 도 5(a)에 나타내는 실시예에서는, 금속판(21)의 편측면에 도포한 형태를 나타내는데, 물론, 금속판(21)에 도포하는 대신에 카본판(1)의 측면에 도포할 수도 있고, 또한, 카본판(1) 및 금속판(21)의 양 부재에 도포할 수도 있다.

접착제(22)로서는, 열경화성 수지, 예를 들면, 카본판(1)에 사용한 페놀수지, 그 외에는, 퓨란수지, 에폭시수지의 어느 하나 또는 이들의 혼합계로 할 수 있다. 접착제(22)의 층 두께는, 1 ~ 5μm 정도가 된다. 또한, 카본판(1)과 금속판(21)과의 가열 가압시의 온도(T)는 130 ~ 200℃, 가압력(P)는 1 ~ 10 MPa(통상, 3 MPa 정도)이 된다.

상기 제조법에 의하면, 금속판(21)의 편측면에 카본판(1)을 배치한 도 4(a)에 나타내는 구성의 복합 카본판(20)이 제작되는데, 금속판(21)의 양측면에 카본판(1)(1a, 1b)을 배치하여 일체로 접합하는 것으로써, 도 4(b)에 나타내는 구성의, 즉, 금속판(21)을 카본판(1)(1a, 1b)으로 협지한 구성의 복합 카본판(20)이 제작된다.

[구체예 2-2]

본 발명의 복합 카본판(20)은, 예를 들면 상기 실시예 1의 구체예 1-2에서 냉간 압축성형으로 얻어진, 아직 수지경화되어 있지 않은 성형판(M)을 사용하여 제조할 수 있다.

이 경우는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 수지 미경화의 카본판, 즉, 성형판(M)과 금속판(21)을, 접착제를 사용하는 일 없이, 소정의 온도(T) 및 가압력(P)으로 가열 가압하는 것으로써 일체가 된다. 이 가열 가압 작업에 의해, 성형판(M)은 경화되어서 카본판(1)이 됨과 함께, 금속판(21)이 카본판(1)에 일체로 접합되고, 복합 카본판(20)이 제작된다. 또한, 카본판(1)과 금속판(21)과의 가열 가압시의 온도(T)는 130 ~ 200℃, 가압력(P)는 1 ~ 10 MPa(통상, 3 MPa 정도)이 된다.

상기 제조법에서, 카본판(1)의 편측면에 금속판(21)을 배치한 도 4(a)에 나타내는 구성의 복합 카본판(20)이 제작되는데, 금속판(21)의 양측면에 성형판(M)을 배치하는 것으로써, 도 4(b)에 나타내는 구성의 복합 카본판(20)이 제작된다.

[구체예 2-3]

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상술의 실시예 1의 구체예 1-1에서 설명한 가열 압축성형법을 이용하여 본 발명에 따른 복합 카본판(20)을 일공정으로 제작할 수 있다.

즉, 프레스장치(100)로서 상기 실시예 1의 구체예 1-1에서 설명한 것과 동일한 구성의 1축 가열 압축성형장치를 사용하고, 이 프레스장치(100)의 암틀(102) 내에, 먼저, 금속판(21)을 설치한다. 다음에, 실시예 1로 설명한 바와 같은 배합비율로 조제된 원료 혼합물(R)을, 암틀(102)에 넣어서 프레스장치(100)에서 가열 압축성형하고, 수지경화시킨다. 이것에 의해, 성형 후의 두께가 0.05 ~ 2.0mm 두께가 되는 카본판(1)의 편측면에 금속판(21)이 일체로 접합된 복합 카본판(20)을 얻을 수 있다.

또한, 가열 가압 성형 조건은, 구체예 1-1에서 설명한 것과 마찬가지로 할 수 있다. 즉, 가열 온도는, 페놀수지(5)의 경화온도 이상인 130 ~ 200℃가 되고, 또한, 성형압력은, 3 ~ 30 MPa, 성형시간은 3 ~ 30분이 된다. 진공 프레스를 이용해도 좋다.

상기 제조법에서, 금속판(21)의 편측면에 카본판(1)을 배치한 도 4(a)에 나타내는 구성의 복합 카본판(20)이 제작된다.

[구체예 2-4]

상기 실시예 1의 구체예 2-2에서 설명한 냉간 압축성형법을 이용하여 금속판(21)이 일체로 접합된 성형물(M)을 제작할 수 있다. 그 후 상기 성형물(M)을 경화하여, 본 발명에 따른 복합 카본판(20)을 제작할 수 있다.

즉, 프레스장치(100)로서, 도 6에 나타낸 것과 마찬가지의 구성인, 단, 히터가 장비되어 있지 않은 1축 압축성형장치가 사용된다. 이러한 구성의 프레스장치(100)에서, 암틀(102) 내에, 먼저, 금속판(21)을 설치한다. 다음에, 실시예 1에서 설명한 바와 같은 배합비율로 조제된 원료 혼합물(R)을, 암틀(102)에 넣어서 냉간 압축성형한다. 이것에 의해, 한쪽 측 측면에 금속판(21)이 일체로 접합된 수지 미경화의 성형판(M)이 얻어진다.

다음에, 금속판(21)이 일체로 접합된 성형판(M)을, 도 2(b)에 나타내는 로(오븐) 등의 가열장치(200)에서 가열하여 성형판(M)의 수지를 경화시켜서 금속판(21)이 일체가 된 복합 카본판(20)을 제조한다.

상기 제조법에서, 금속판(21)의 편측면에 카본판(1)을 배치한 도 4(a)에 나타내는 구성의 복합 카본판(20)이 제작된다.

[실험예]

다음에, 본 발명의 복합 카본판(20)의 성능을 실증하기 위해서, 본 발명의 실험예에 대해서 설명한다.

또한, 본 발명의 실험예 8 ~ 12는, 상기 실시예 1에서 설명한 본 발명에 따라서 구성되는 카본판(1)으로서 두께 0.05mm, 0.30mm가 되고, 세로ㆍ가로 300mm×200mm의 여러가지 카본판을 제작하고, 이 카본판(1)을 금속판(21)의 편측면 혹은 양면에 일체로 접합하여 성형샘플(S)을 제작했다. 실험예 8은, 카본판(1)이 금속판(21)의 편면에 접합된 복합 카본판(20)이며, 실험예 9 ~ 12는, 금속판(21)의 양면에 카본판(1)(상(上) 카본판(1a), 하(下) 카본판(1b))이 일체로 접합된 복합 카본판(20)이다. 또한, 실험예 13, 14는, 금속판(21)이 접합되어 있지 않은 상기 실시예 1에서 설명한 본 발명에 따른 구성의 카본판(1)이다.

또한, 실험예 8 ~ 12의 성형샘플(S)은, 상기 구체예 2-2에서 설명한 것과 마찬가지로 냉간 압축성형 방법에 근거하여 제작한 성형물(M)에 금속판(21)을 일체로 접합하고, 그 후, 경화하여 제작했다. 실험예 13, 14는, 실험예 8 ~ 12의 성형샘플과 마찬가지로, 상기 구체예 2-2에서 설명한 것과 마찬가지로 하여 냉간 압축성형 방법에 근거하여 성형물(M)를 제작했는데, 금속판(21)을 접합하지 않고 경화하여 제작했다.

각 실험예에 대해서, 압축강도, 굽힘강도(만곡왜곡)(1),(2), 전기저항(접촉저항, 10점 접촉저항의 최대치), 및, 가스 불투과성 및 인장강도를 측정하여 비교했다. 압축강도, 만곡왜곡, 접촉저항(10점 접촉저항의 최대치)의 측정방법은, 실시예 1의 실험예, 비교예에서 설명한 것과 동일한 측정방법을 채용했다.

가스 불투과성은, 수소 투과율(mol/m²sPa)로 판단했다. 수소 투과율은, JIS K7126의 A법(차압법(差壓法))으로 준하여 행하고, 시료 습도 조절: 23℃, 50%RH*48 Hr 이상, 측정 온도: 23℃, 사용 가스 종류: 수소가스의 조건하에서 실시했다.

인장강도의 측정방법은, JIS Z 2241에 근거하는 인장 시험 방법으로 실시했다. 인장 시험편은, JIS Z 2201의 JIS13호 B시험편을 이용했다.

표 2(a), (b)에, 각 실험예에서 사용한 원료분의 배합비율, 측정결과, 적부 판정결과 등을 나타낸다.

또한, 원료분, 페놀수지는, 상기 실시예 1의 실험예 및 비교예에서 설명한 것과 동일한 것을 사용했다. 즉,

실험예 8 ~ 12 및 실험예 13, 14에서는, 탄소분말(4)로서는, 팽창 흑연분말(2)과 흑연분말(3)을 이용했다. 흑연분말(3)로서는, 평균 입경이 20μm, 입자의 애스펙트 비 1.5의 흑연분말을 이용했다. 페놀수지(5)로서는, 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지를 흑연분말(3)에 피복하여 사용했다. 탄소분말(4)과 페놀수지(5)와의 혼합비율(wt%)을 표 2(a)에 나타내는 바와 같이 변경하여 충분히 혼합하여 원료 혼합물(혼합분)로 했다. 상기 혼합분을 소정량(카본판 두께 0.05mm: 4.5 g, 0.30mm: 27.0 g)을, 프레스장치(100)의 300×200×20mm의 용적을 가지는 암틀(102)에 균등하게 되도록 투입하고, 냉간 압축성형에 의해, 성형물(M)를 얻었다. 실험예 8 ~ 12에서는 그 후, 상기 성형물(M)과 금속판(21)을 중첩하여 가압하고, 가열 온도는 150℃, 압력은 5 MPa, 성형시간은 10분으로, 복합 카본판(20)을 제작했다. 실험예 13, 14의 성형샘플(S)은, 냉간 압축성형에 의해 얻은 성형물(M)을, 가열 온도는 150℃, 시간 10분으로, 카본판(1)을 제작했다.

표 2(a) 중, 금속판(21)으로, 사용한 스테인레스 스틸은 SUS304이며, 스테인레스(1)는 인장강도 600 MPa의 풀림재(annealed material)이며, 스테인레스(2)는 인장강도 1200 MPa의 하드재(hard material)이다. 또한, 구리는 터프 피치(tough pitch) 구리(C1100)의 1/2H재이며, 강철은 SPCC이다.

상기 성형샘플(S)의 압축강도, 굽힘강도(만곡왜곡)(1),(2), 전기저항(접촉저항, 10점 접촉저항의 최대치), 및, 가스 불투과성 및 인장강도는 표 2(b)에 나타내는 바였다.

표 2(a), (b)로부터, 실험예 8 ~ 12에 나타내는 본 발명에 관한 복합 카본판(20)은, 압축강도, 굽힘강도(만곡왜곡), 전기저항(접촉저항, 10점 접촉저항의 최대치)은, 실험예 13, 14에 나타내는 상기 실시예 1에서 설명한 본 발명에 따라서 구성되는 카본판(1)과 동등의 성능을 가지고 있고, 또한, 본 발명에 관한 복합 카본판(20)은, 가스 불투과성 및 인장강도의 점에서, 실험예 13, 14에 나타내는 상기 실시예 1에서 설명한 본 발명에 따라서 구성되는 카본판(1)보다 현저하게 우수한 성능을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

1: 연료전지용 세퍼레이터(카본판) 2: 팽창 흑연분말
3: 흑연분말 4: 탄소분말
5: 페놀수지 20: 복합 카본판
21: 금속판 22: 접착제

Claims (5)

1. (a) 팽창 흑연분말 95 ~ 30wt% 및 흑연분말 5 ~ 70wt%로 이루어지는 탄소분말 97 ~ 80wt%와,
   (b) 암모니아를 포함하지 않는 페놀수지 3 ~ 20wt%와,
   의 혼합물을 압축성형하여, 두께 0.05 ~ 2.0mm가 되는 카본판으로서,
   압축강도가 3 MPa 이상이며, 만곡왜곡이 0.6% 이상이며 크랙이 없고, 접촉저항이 6 mΩㆍ㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 카본판.
2. 제 1 항에 있어서,
   10점 접촉저항의 최대치가 6 mΩㆍ㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 카본판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 흑연분말은, 상기 페놀수지로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 카본판.
4. 두께가 10 ~ 150μm가 되는 금속판의 적어도 일측의 면에 카본판을 일체로 접합한 복합 카본판으로서,
   상기 카본판은, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 카본판인 것을 특징으로 하는 복합 카본판.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 금속판은, 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 복합 카본판.

Images