WO2005099994A1

WO2005099994A1 - 導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法

Info

Publication number: WO2005099994A1
Application number: PCT/JP2005/007148
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Tanaka; Toru Iga; Haruhiko Ae
Original assignee: Idemitsu Kosan Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2005-10-27
Also published as: CN1942300B; TW200606007A; CN1942300A; EP1736295A8; TWI336655B; KR101181107B1; JP4580676B2; KR20070004839A; JP2005297486A; EP1736295A4; MY141178A; EP1736295A1

Abstract

　金型温度が１５０～２５０°Cとされた金型１１，１２の合わせ面１１ａ，１２ａにより形成された間隔を０．５～５．０ｍｍとしたキャビティ空間１３に対して導電性熱可塑性樹脂組成物を射出充填する射出・充填工程と、充填完了後、当該空間を閉じて、圧縮速度１．０～２０ｍｍ／秒、圧縮圧力を１０ＭＰａとする圧縮・賦形工程からなる射出圧縮成形方法であって、得られた成形体は、導電性フィラーを高い含有率で均一に分散しているので、燃料電池用セパレーター等に適用することができる。

Description

明細書

導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法

技術分野

[0001] 本発明は、導電性フィラーを高い含有率で充填した導電性熱可塑性榭脂組成物について、成形体に対して当該フィラーを均一に分散させて成形することができる導電性熱可塑性榭脂の射出圧縮成形方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、環境問題やエネルギー問題の観点から、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する空気を利用して電気分解反応により発電し、水以外の排出物がなくタリーンな発電装置として燃料電池が注目されており、家庭用ゃ自動車用の燃料電池の開発が活発に行われている。このような燃料電池は、低公害で高い発電効率を有する一方、単位セル（1つの電池）から取り出すことができる電圧が低いため、各単位セルを数 10〜数 100個直列に積層して使用されている。

[0003] 各単位セルを積層する場合にあって、各単位セルに電気伝導性を持たせ、単位セルに対して供給され燃料ガス及び空気の分離境界膜の機能を果たすものが障壁板（セパレーター）である。この燃料電池用セパレーターは、製品面として、電極からの集電機能を備えるため、高い電気伝導性が必要とされ、また、その表面に対して燃料ガス等が通過する流路を形成する等により、ガスバリア性、機械的強度、電解質 (リン酸、硫酸等）、イオンに対する耐腐食性等の諸特性が要求される。

[0004] 一方、製造面としては、成形時の樹脂の流動性が良好で、均一な肉厚分布となる成形体を得ることが重要であるが、カーボンパウダー等の導電性フィラーを高い含有率 (例えば、 80質量％以上)で含有した熱可塑性榭脂は非常に流動性が悪くなり、し力も冷えやすいために成形が困難であるという問題があった。これに対して、一般に、成形性の悪い材料の成形方法としては、スタンビングや圧縮成形が一般的に用いられている力その成形方法は溶融プレス成形機によるものであるため、スタンビング成形やプレス成形は、生産性に劣り、大量生産には適さなかった。

[0005] 従って、生産性の高い射出成形方法を用いて、燃料電池用セパレーターを得る技術の提供が求められていた。このような技術としては、例えば、ピッチ系炭素繊維を 8

0〜98質量％含有した、ポリアセタール等の熱可塑性榭脂組成物を、射出成形を含む各種の成形方法を用いて成形体とする技術や (特許文献 1)、また、燃料電池用セパレーターを導電性無機系材料及び樹脂材料を用いて射出成形、射出圧縮成形により成形する技術が提案されて!ヽる (例えば、特許文献 2)。

[0006] 特許文献 1 :特開 2003— 82247号公報（[請求項 4] , [0063])

特許文献 2：特開 2003 - 242994号公報 ( [0014]〜 [0024] )

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、燃料電池用セパレーター等導電性フィラーを多く含む榭脂材料を射出圧縮成形で成形するにあっては、熱可塑性榭脂と比較して充填された導電性フィラーの冷却が速く行われるため、肉厚が均一な成形体を得ることが難しぐ例えば、均一な肉厚の成形体を得るには、金属加熱冷却による榭脂充填時の金型温度を非常に高温 (例えば、 270〜300°C)状態にして、その後冷却処理をする必要がある一方、前記した特許文献 1及び特許文献 2に記載された技術にあっては、このような処理を実施することはできない場合があり、導電性フイラ一高い含有率で充填した燃料電池用セパレーターを成形することは困難であった。

[0008] 従って、前記の課題に鑑み、本発明の目的は、導電性フィラーを高い含有率で充填した導電性熱可塑性榭脂組成物を、成形時の当該榭脂組成物の流動性を良好にして、導電性フィラーが均一に分散された成形体を得ることができる導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明の導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法は、導電性熱可塑性榭脂組成物を射出圧縮成形により成形する方法であって、金型温度が 150〜250°C とされた金型の合わせ面により形成された間隔を 0. 5〜5. Ommとしたキヤビティ空間に対して 70〜95質量％の導電性フィラーを含有した導電性熱可塑性榭脂組成物を射出充填する射出'充填工程と、充填完了後、金型空間を閉じて、当該空間に充填された導電性熱可塑性榭脂組成物を、圧縮速度を 1. 0〜20mmZ秒、圧縮圧力を lOMPa以上として圧縮賦形する圧縮'賦形工程力もなることを特徴とする。

[0010] この本発明の導電性熱可塑性榭脂の射出圧縮成形方法によれば、導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形が、所定の射出'充填工程及び圧縮'賦形工程により行われるので、成形過程中の導電性熱可塑性榭脂組成物の流動性が非常に良好となるため樹脂の流動性もよぐ導電性フィラーを高含有率で充填した成形体を成形する成形方法を好適に提供可能となる。

[0011] また、本発明の射出圧縮成形方法は、導電性熱可塑性榭脂組成物の射出充填における下記（I)式または（II)式で示されるせん断速度力 5000〜50000Z秒であることが好ましい。

[数 1]

γ ,., = 4 Q R ³ ( I )

(ここで、 Qは射出率（c c Z秒）、 Rはゲート半径 ( c m) , をそれぞれ示す）

[0012] [数 2]

y _b = 6 Q/W h ² …… ( I I)

(ここで、 Qは射出率（c c Z秒）、 Wはゲート幅（c m)、 hはゲート厚み ( c m ) , をそれぞれ示す）

[0013] このような本発明によれば、導電性熱可塑性榭脂組成物の射出充填における (I) 式 (金型内のゲートの断面が円形状の場合)あるいは (II)式 (金型内のゲートの断面が矩形状の場合)で示されるせん断速度が特定の範囲内にあるので、射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性榭脂内にパウダー状で均一に分散されることになる。このため、金型内での導電性熱可塑性榭脂組成物の流動性も良好となり、また、得られる成形体も、導電性フィラーが均一に分散され、優れた外観となる。

[0014] なお、本発明の射出圧縮成形方法にあっては、射出充填する導電性熱可塑性榭脂組成物に対して超臨界流体を注入してもよぐこれによつても、射出充填時に導電性フイラ一が熱可塑性榭脂内にパウダー状で均一に分散されることになり、前記した効果を好適に享受することができる。

ここで、超臨界流体としては、超臨界状態の炭酸ガス及び Zまたは超臨界状態の窒素ガを使用することが好まし、。

[0015] また、本発明の射出圧縮成形方法にあっては、前記した導電性熱可塑性榭脂に対して、炭酸ガス及び zまたは窒素ガスを発生する化学発泡剤を添加してもよぐこれによっても、射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性榭脂内にパウダー状で均一に分散されることになり、前記した効果を好適に享受することができる。

[0016] 本発明の射出圧縮成形方法は、前記した金型の表面に対して、厚みが 0. 5〜3. 0 mmの断熱層を形成することが好ま、。

力かる本発明によれば、金型の表面に対して、特定の厚みの断熱層を形成する用にしたので、成形体のウエルドラインの発生ゃヒケ発生を好適に防止することができる

[0017] 本発明の射出圧縮成形方法は、前記した熱可塑性榭脂がポリフエ-レンスルフイド

(PPS)であり、前記した導電性フィラーが黒鉛であることが好ま、。

かかる本発明によれば、導電性熱可塑性榭脂組成物の構成として、熱可塑性榭脂としてポリフエ-レンスルフイド（PPS)、導電性フィラーとして黒鉛を採用しているので

、燃料電池用セパレーター用途としても最適な成形体を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の射出圧縮成形方法を実施する射出圧縮ユニットの一形態を示した図であって、金型を開、た状態 (射出充填を行って、る状態)を示した概略図である。

[図 2]図 1におヽて、金型を閉じた状態 (圧縮賦形を行って!/ヽる状態)を示した概略図である。

[図 3]本発明の射出圧縮成形方法により成形される燃料電池用セパレーターを使用した燃料電池の一形態を示した概略図である。

符号の説明

[0019] 1· ·· 射出圧縮成形ユニット

11, 12· · · 金型

11a, 12a…合わせ面

13· · · キヤビティ空間

15· · · 導電性熱可塑性榭脂組成物

20· · · 射出ユニット

30· · · ゲート 50· · · 燃料電池

51 · · · 燃料極

52· · · 電解質板

53· · · 酸化極板

54· · · 燃料電池用セパレーター

55· · · 溝

発明を実施するための最良の形態

[0020] 本発明の導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法 (以下、単に「本発明の成形方法」とする場合もある）は、熱可塑性榭脂と導電性フィラーからなる導電性熱可塑性榭脂を、所定の射出 ·充填工程及び圧縮 ·賦形工程を採用して実施するものであり、また、本発明の成形方法により得られる導電性熱可塑性榭脂成形体 (以下、単に「成形体」とする場合もある）は、導電性フィラーを高い含有率で充填し、当該導電性フイラ一も良好に分散されていることから、燃料電池用セパレーター等に適用することがでさる。

[0021] 本発明の成形方法で使用することができる熱可塑性榭脂としては、耐熱性、耐水性、耐薬品性を備えた榭脂材料を使用することが好ましぐポリフエ-レンスルフイド (PP S)榭脂、アクリロニトリル—スチレン—ブタジエン (ABS)榭脂、ポリカーボネート（PC )榭脂、ポリフエ-レンォキシド (PPO)榭脂、ポリアセタール榭脂等が挙げられ、これらの一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。本発明の方法を実施するにあたっては、燃料電池用セパレーターを構成する材料として最適な、ポリフエ-レンスルフイド (PPS)榭脂を使用することが好ま、。

[0022] また、導電性フィラーとしては、天然黒鉛、人工黒鉛、膨脹黒鉛等の各種黒鉛、力一ボンブラック、炭素繊維、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられ、これらの一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。本発明の方法を実施するにあたっては、電気比抵抗が小さく電気伝導度に優れ、分散性も良好な黒鉛を使用することが好まし、。

なお、導電性フィラーの形状は球状、粉末状が好ましぐ例えば、平均粒径を 10〜 200 μ m,嵩 it重を 0. 15〜0. 90g/cm³とすること力 ^できる。 [0023] この導電性フィラーと、前記した熱可塑性榭脂と混合されることにより、導電性熱可塑性榭脂組成物を形成する。導電性フイラ一は、熱可塑性榭脂に対して 70〜95質量％含有され、 75〜85質量％含有されることが好ましぐ 80〜85質量％含有されることが特に好ましい。

本発明の方法に使用される導電性熱可塑性榭脂組成物は、このように導電性フィラーの含有率が高いので、高い導電性を備えたものとなる。そして、力かる導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形において、本発明の成形方法を適用すること〖こより、これらの導電性フィラーを、成形体に対して良好に分散することができることとなる。

[0024] また、熱可塑性榭脂と導電性フィラーを混合な!/ヽし混練して、導電性熱可塑性榭脂組成物を得るには、両者をロール、押出機、ニーダー、バンバリ一ミキサー、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー等の各種ミキサー等公知の混合機や混練機を使用して、均一に混合することが好ましい。

[0025] 本発明の方法は、この熱可塑性榭脂と導電性フィラーを混合してなる導電性熱可塑性榭脂を射出圧縮成形することにより実施されるが、かかる射出圧縮成形を実施する一態様を、図 1及び図 2を用いて説明する。

[0026] 図 1は本発明の射出圧縮成形方法を実施する射出圧縮成形ユニット 1を示した図であって、金型 11, 12を開いて、導電性熱可塑性榭脂組成物 15を射出'充填している状態を示した模式図であり、また、図 2は、図 1の射出圧縮成形ユニット 1において金型 11, 12を閉じて、当該榭脂組成物 15を圧縮'賦形している状態を示した模式図である。

[0027] ここで、射出圧縮成形方法を実施するにあたっては、図 1に示すように、まず、圧縮ユニット 10を後退させた状態として、金型 11, 12の合わせ面を開いた状態としてキヤビティ空間 13 (以下、単に「空間 13」とすることもある）を形成し、当該空間 13に対して、射出ユニット 20内から、導電性熱可塑性榭脂組成物 15を射出充填する（（1)射出 ·充填工程)。

[0028] 次に、所定量の当該榭脂組成物 15の射出充填が完了したら、図 2に示すように、圧縮ユニット 10を進行させた状態として（図 2の矢印方向に動かして）、金型 11, 12 を閉じて型締め力をかけて、充填された導電性熱可塑性榭脂組成物 15を圧縮、賦形するようにして、所定形状の成形体を得るようにする（（2)圧縮'賦形工程)。

[0029] 本発明の射出圧縮成形方法にあっては、まず、前記の（1)射出充填工程における金型の合わせ面 11a, 12aにより形成されるキヤビティ空間 13の間隔を、 0. 5〜5. 0 mmとして、 3. 0〜5. Ommとすることが好ましい。当該間隔を力かる範囲とすることにより、溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物 15を好適に射出充填することができるほか、後工程である（2)圧縮 '賦形工程における圧縮しろとしても適当となり、圧縮 · 賦形処理が良好に行われることになる。

[0030] (1)射出 ·充填工程における金型 11, 12の加熱方式としては、特に制限はなぐ従来公知のヒーターを用いて、導電性熱可塑性榭脂組成物 15の充填前に金型 11, 1 2を加熱状態とすればよい。

また、例えば、金型 11, 12の表面に通電加熱体を配設して、榭脂充填前に当該通電加熱体に通電し、金型 11, 12を所定の温度に加熱するようにしてもよい。この通電加熱体の種類としては、窒化ケィ素、窒化チタン、窒化アルミニウム、酸化ジルコ二ァ等が挙げられる。

[0031] なお、金型温度は、導電性熱可塑性榭脂組成物の種類に応じて決定すればょ、力 150〜250°C程度とすればよい。本発明の成形方法にあっては、従来の射出圧縮成形方法のように、金型温度を高温状態 (例えば、 270〜300°C)とする必要もないため、成形体の冷却もスムースに行われ、射出圧縮成形を簡便に行うことができる

[0032] また、金型 11, 12の表面に対しては、断熱層を設けてもよぐこのように金型 11, 1 2の表面に断熱層を設けることにより、成形体のウエルドラインの発生ゃヒケ発生を防止することができる。断熱層の厚さは、 0. 5〜3. Omm程度とすればよい。

なお、断熱層の構成材料としては、ジルコユア系セラミックス、耐熱性ポリイミド、ァルミナ等が挙げられる。また、市販品としては、 ULPAC (登録商標)金型 (あるいは U LPAC層： ( (株)大洋工作所製)を使用するようにしてもよ!、。

[0033] そして、（1)射出'充填工程において、導電性熱可塑性榭脂組成物 15を当該空間 13に対して射出充填する場合にあっては、成形体に対する前記した比較的高含有率の導電性フィラーの分散性、及び成形性を向上させる目的で、下記の手段 1ないし手段 3を施すことが好ましい。これらの手段は、それぞれを単独で行ってもよいし、組み合わせて適用するようにしてもよ!、。

[0034] まず、導電性フィラーを成形体に対して好適に分散させ、成形性を向上させるための手段 1としては、下記 (I)式または（II)式で示される射出充填時のせん断速度を、 5 000〜50000Z秒とすることが挙げられる。

ここで、式 (I)で算出されるせん断速度 γ は、ゲート 30の断面形状が円形状である

a

場合におけるせん断速度、式 (II)で算出されるせん断速度 γ は、ゲート 30の断面形

b

状が矩形状である場合におけるせん断速度にそれぞれ対応するものである。

[0035] [数 3]

γ„ = 4 Q/ π R ³ ( I )

(ここで、 Qは射出率（c c Z秒）、 Rはゲ一卜半径 ( c m) , をそれぞれ示す）

[0036] 画

y _b = 6 Q/W h ^z …… ( I I)

(ここで、 Qは射出率（c c Z秒）、 Wはゲート幅（c m)、 hはゲート厚み

( c m) , をそれぞれ示す）

[0037] また、式 (I)及び式 (II)に示される射出率 Qとは、単位時間あたりに射出される榭脂の量 (体積)を示し、本発明の（1)射出'充填工程にあっては、一般に、 80〜500 (cc Z秒)程度とすることができ、使用する熱可塑性榭脂の種類等に対応して任意の数値を設定すればよい。

[0038] また、手段 2としては、溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物 15に対して、超臨界流体を注入することが挙げられる。ここで、超臨界流体の種類としては、超臨界状態の炭酸ガスや窒素ガス使用することが好まし、。

なお、超臨界状態とは、気体と液体が共存できる限界の温度及び圧力を超えることによって、気体と液体の密度が等しくなり 2層が区別できなくなった状態をいい、この超臨界状態で生じる流体を超臨界流体という。また、超臨界状態における温度及び圧力が超臨界温度及び超臨界圧力であり、例えば、炭酸ガスでは、例えば、 31°C、 7. 4MPaである。これらの超臨界流体は、導電性熱可塑性榭脂組成物に対して 0. 5〜3. 0質量％程度注入するようにすればよぐ例えば、シリンダー内において、溶融状態の当該組成物に対して注入することができる。

[0039] 更には、手段 3としては、導電性熱可塑性榭脂組成物 15に対して、化学発泡剤を添加することが挙げられる。使用される化学発泡剤は、当該榭脂組成物に添加して可塑ィ匕して溶融させた場合にぉヽて、熱分解を起こして窒素ガスや炭酸ガスを発生する化学発泡剤を使用することが好ましぐ溶融される前の導電性熱可塑性榭脂組成物に対して、 1. 0〜5. 0質量％程度をドライブレンドするようにすればよい。

[0040] このようにして、（ 1)射出'充填工程にお!ヽて可塑化された溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物 15は、金型 11, 12の合わせ面 11a, 12aとの間に形成された空間 13に対して、射出'充填されることとなる。

そして、所定量の当該榭脂組成物 15の射出充填が完了したら、圧縮ユニット 10を進行させ、金型 11, 12を閉じて充填された導電性熱可塑性榭脂組成物 15を圧縮、賦形させる（2)圧縮'賦形工程を実施する。

なお、（2)圧縮'賦形工程の開始は、導電性熱可塑性榭脂組成物 15の充填完了時である力これは、充填が完全に完了した場合のほか、充填が完了する直前 (例えば、充填完了の 0. 1〜0. 5秒前）であってもよい。

[0041] 本発明の成形方法を実施するにあたり、この（2)圧縮'賦形工程における圧縮速度は、 l〜20mm/秒とし、 5〜20mm/秒とすることが好ましい。圧縮速度をかかる範囲にすることにより、射出充填された導電性熱可塑性榭脂組成物 15の圧縮、賦形を好適に行うことができる一方、圧縮速度が ImmZ秒より小さいと、得られる成形体の肉厚分布が悪くなつたり（例えば、ゲート側が厚ぐ流動末端が薄くなる）、ショートショットが多くなる等、連続成形性に悪影響を与える場合がある。また、 20mmZ秒より大きいと、

成形体の品質が安定化される一方、成形機や金型に対しての負荷が大きぐ当該成形機等の消耗が激しくなる等の問題が生じる場合がある。

[0042] 更には、（2)圧縮.賦形工程における圧縮圧力は、 lOMPa以上とし、 50MPaとすることが好ましい。また、その際の型締圧力は 60トン程度として、 300トン程度とすることが好ましい。圧縮圧力が lOMPa以上であれば、圧縮、賦形が十分に行われ、良好な外観の成形体を得ることができる一方、圧縮圧力が lOMPaより小さいと、圧力が十分でなぐ成形体の外観にヒケゃ反りが発生し、外観不良となる場合があるため好ましくない。

[0043] このようにして圧縮ユニット 10を進行させて、金型 11, 12を閉じて型締め力をかけて、充填された導電性熱可塑性榭脂組成物 15を圧縮、賦形したら、金型 11, 12を冷却して、金型 11, 12内部の導電性熱可塑性榭脂組成物 15を冷却固化させる。冷却条件としては、特に制限はないが、冷却温度を 160〜250°C (好ましくは 180〜23 0°C)として、また、冷却時間を 30〜90秒 (好ましくは 50〜70秒)程度とすればよい。そして、当該榭脂組成物 15が冷却固化されたら、金型 11, 12を開いて成形体を取り出すことにより、導電性フィラーが均一に分散された成形体を得ることができる。

[0044] 以下、本発明の射出圧縮成形方法について、代表的な実施態様の一例を、図 1及び図 2の射出圧縮成形ユニット 1を用いて説明する。

まず、図 1に示すような、金型 11, 12の合わせ面 11a, 12aで形成される空間 13の間隔を 0. 5〜5. Ommとした状態で、溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物 15を金型 11, 12内に射出充填する（（1)射出 ·充填工程)。なお、この場合にあっては、前記した手段 1ないし手段 3の少なくとも何れかの処理を施せば、射出充填時に導電性フイラ一が熱可塑性榭脂内にパウダー状で均一に分散されることになる。

[0045] この（1)射出'充填工程により溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物 15が金型内に充填されたら、図 2に示すように、圧縮ユニット 10を進行させ、型締めして金型 1 1, 12を閉じ、下記の圧縮'賦形条件により金型内の当該榭脂組成物 15を圧縮賦形するようにする（（2)圧縮'賦形工程)。

[0046] (圧縮'賦形条件）

圧縮速度 l〜20mmZ秒

圧縮圧力 lOMPa以上

[0047] そして、この（2)圧縮.賦形工程の後、金型 11, 12を、冷却温度を 160〜250°C ( 好ましくはで 180〜230°C)とし、また、冷却時間を 30〜90秒 (好ましくは 50〜70秒）程度で冷却して金型内の導電性熱可塑性榭脂組成物 15を冷却固化させる。当該組成物が固化したら、金型 11, 12を開いて取り出し、所望形状の成形体を得ることができる。 [0048] 以上説明した本発明の射出圧縮成形方法によれば、所定の（1)射出'充填工程及び (2)圧縮'賦形工程により行われるので、成形過程中の導電性熱可塑性榭脂組成物 15の流動性も良好となるため成形性もよい。このため、導電性フィラーを高含有率で充填した成形体を成形可能な成形方法を好適に提供することができる。

[0049] また、（1)射出 ·充填工程において、前記手段 1ないし手段 3の処理を施すことにより、

射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性榭脂内にパウダー状で均一に分散されることになるため、金型内での導電性熱可塑性榭脂組成物 15の流動性も良好となり、得られる成形体も、導電性フィラーが均一に分散されるほか、優れた外観となる。

[0050] 更には、金型 11, 12の表面に対して、厚みが 0. 5〜3. Omm断熱層を形成するようにすれば、成形体のウエルドラインの発生ゃヒケ発生を好適に防止することができる

[0051] 更にまた、導電性熱可塑性榭脂組成物 15の構成として、熱可塑性榭脂としてポリフエ-レンスルフイド (PPS)、導電性フィラーとして黒鉛を採用することにより、燃料電池用セパレーター用途としても最適な成形体を提供する射出圧縮成形方法となる。

[0052] そして、本発明の射出圧縮成形方法により得られる成形体は、導電性フィラーを高い含有率で充填し、かつ当該導電性フィラーを均一に分散しているため、高い電気伝導性を必要とする成形体となる。かかる本発明の成形体は、所望の形状に成形することができるため、例えば、燃料電池用セパレーター (特に、固体高分子型燃料電池用セパレーター)や、榭脂製電極及び電気回路として広く利用することができる。

[0053] ここで、図 3は、本発明の射出圧縮成形方法により得られる成形体によりなる燃料電池用セパレーターを使用した燃料電池 50の基本的な構成例を示した概略図である図 3に示す燃料電池 50は、燃料極 51、電解質板 52、酸化極板 53、及び燃料電池用セパレーター 54 (以下、単に「セパレーター 54」とすることもある）からなり、このセパレーター 54の表裏両面に対して、それぞれ複数の溝 55が形成されて、る。

[0054] また、この燃料電池用セパレーター 54に形成された複数の溝 55については、本発明の射出圧縮成形方法により、一度に形成するようにしてもよぐこれにより、切削などの機械加工も必要なぐセパレーター 54を低コストで得ることが可能となる。また、セパレーター ₅₄の形状によっては、金型を用いた 1回の射出圧縮成形だけでは所定の形状が得られない場合もあり、その場合には、追加的な処理として、得られた成形体に対して、切肖 ij、穴明け、ねじ切り等の機械加工を施すようにしてもよい。

[0055] なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなぐ本発明の目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良力本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内におヽて、他の構造や形状等としてもょヽ。

[0056] 例えば、前記した実施形態では、導電性熱可塑性榭脂組成物 15は、導電性フイラ一と熱可塑性榭脂からなる例を示したが、導電性熱可塑性榭脂組成物 15には、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の充填材を添加することができる。

[0057] この充填材の具体例としては、ガラス繊維、チタン酸カリウムゥイスカー、酸化亜鉛ゥイスカー、硼酸アルミニウムウイスカー、ァラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケィ素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石膏繊維、金属繊維などの繊維系充填材、ワラステナイト、ゼォライト、セリサイト、カオリン、マイ力、クレー、ノイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどのケィ酸塩、アルミナ、酸化ケィ素、酸ィ匕マグネシウム、酸ィ匕ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの金属化合物、炭酸力ルシゥム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、ガラスビーズ、ガラスフレーク、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化ケィ素、シリカなどの非繊維系充填材などが挙げられ、これらは中空体であってもよい。また、これらは一種類を単独で使用してもよぐまた、 2種類以上を組み合わせて使用してもよい。更には、より優れた機械的強度を得るためには、これらの繊維状充填材、非繊維状充填材をイソシァネート系化合物、有機シラン系化合物、有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物、エポキシ系化合物等のカップリング剤により前処理して使用するようにしてもよヽ。

[0058] また、導電性熱可塑性榭脂組成物 15に対しては、本発明の効果を妨げない範囲において、有機リン化合物、ポリエーテルエーテルなどの結晶核剤、次亜リン酸ンドの着色防止剤、ヒンダードフエノール、ヒンダードァミンなどの酸ィ匕防止剤、紫外線防止剤、染料や顔料などの着色剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、可塑剤等の添カロ剤を適宜添加することができる。

[0059] 更には、図 3において挙げた燃料電池 50 (固体高分子型燃料電池)及びセパレーター 54の形状は、あくまでも一例であり、燃料電池 50の構成及びセパレーター 54の形状等は力かる内容に限定されず、任意の構成及び形状とすることができる。

[0060] そして、本発明の射出圧縮成形方法を実施するに際して、成形体の寸法等は、導電性熱可塑性榭脂組成物 15のヒケ等をあら力じめ予測して金型設計をしておくことが好ましぐこれにより、基本的に金型形状がそのまま成形体の形状に反映され、特に厚み方向の寸法精度の向上を図ることができる。

その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもょ、。

実施例

[0061] 以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する力本発明はこれらの実施例等に何ら制約されるものではない。

[0062] [実施例 1]

熱可塑性榭脂としてポリフエ-レンスルフイド (PPS) (IPC— 1：出光石油化学 (株）製、溶融粘度、 7Pa' s)、導電性フィラーとして黒鉛 (CGC— 100H :日本黒鉛工業（株)製)を、当該榭脂組成物全体に対して導電性フィラーを 82質量％含有するよう〖こして、導電性熱可塑性榭脂組成物とした。

なお、この導電性熱可塑性榭脂組成物の流動性としては、榭脂温度が 320°C、金型温度が 135°Cにおけるスパイラルフロー値が、肉厚を 1. Ommとした場合には 60m m、肉厚を 1. 5mmとした場合には 90mmとなるようにした。

[0063] そして、この導電性熱可塑性榭脂組成物を、図 1及び図 2の射出圧縮成形ユニットを備えた射出圧縮成形機 (AZ— 7000 :日精榭脂工業 (株)製、型締カ 350トン (3 430kN)を用いて、下記の（1)射出 ·充填工程、及び（2)圧縮'賦形工程に従い、本発明の射出圧縮成形方法を実施し、板状成形体 (サイズ:縦 200mm X横 300mm X厚み 1. 5mm)を得た。

なお、使用した金型は、いわゆるホットランナー金型であり、ホットランナーの出口径は φ 2. Ommである。また、ゲートは、幅が 20mm、厚みが 2. Ommの 4点ファンゲートであり、ゲートは板状成形体の縦側（200mm側）に形成するようにした。

そして、金型温度は、ヒーターにより後記する表 1に示す温度（180°Cまたは 230°C )に制御した。

[0064] (1)射出'充填工程：

図 1に示す射出圧縮ユニットにおいて、金型の合わせ面同士の間隔を 2. Ommとして、溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物を、成形体の肉厚が 1. 5mmとなるように金型の

キヤビティ空間内に射出充填した。なお、射出充填においては、せん断速度が 5100 Z秒となるように、下記 (Π)式に従い、射出量を調整した。

[0065] [数 5]

V _b = 6 Q/W h ² … -' (I I)

( c m) , をそれぞれ示す）

[0066] (2)圧縮'賦形工程：

前記した（1)射出'充填工程により溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物が金型内に充填されたら、図 2に示すように、圧縮ユニットを進行させて型締めして金型を閉じて、圧縮速度を 5. OmmZ秒、圧縮圧力を 50MPaとして、金型のキヤビティ空間内の導電性熱可塑性榭脂組成物を圧縮賦形するようにした。

[0067] そして、（2)圧縮 *賦形工程の後、金型を 180°Cで 50秒程度で冷却して、金型内の導電性熱可塑性榭脂組成物を冷却固化させ、当該組成物が固化したら、金型から取り出して、本発明の成形体を得た。

[0068] [実施例 2]

実施例 1に示した射出圧縮成形方法において、せん断速度を 5100Z秒から 3440

0秒に変更した以外は、実施例 1と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0069] [実施例 3] 実施例 1に示した射出圧縮成形方法において、金型温度を 180°Cから 230°Cに変更した以外は、実施例 1と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0070] [実施例 4]

実施例 3に示した射出圧縮成形方法において、せん断速度を 5100Z秒から 3440 0秒に変更した以外は、実施例 3と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0071] [実施例 5]

実施例 3に示した射出圧縮成形方法において、金型の間隔を 5. Ommから 2. Om mに変更した以外は、実施例 3と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た

[0072] [実施例 6]

実施例 3に示した射出圧縮成形方法において、圧縮速度を 5. OmmZ秒から 1. 0 mmZ秒に変更した以外は、実施例 3と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。なお、前記した実施例 1ないし実施例 6の射出圧縮成形方法において採用した成形条件を表 1にまとめて示した。

[0073] (射出圧縮成形条件）

[表 1]

[試験例 1]

実施例 1ないし実施例 6で得られた板状成形体に対して、下記の方法により（A)肉厚分布及び (B)体積抵抗率を測定した。結果を表 2に示す。 [0075] (A)肉厚分布：

成形体の 2箇所 (ゲート側と流動部末端）について、市販のノギス（lZlOOmm)を用いて肉厚を測定して、最大値及び最小値を確認した。

[0076] (B)体積抵抗率：

市販の抵抗率計 (ロレスター GPZASPプローブ (三菱化学 (株)）を用いて）、 JIS K7194に準拠し、四深針法に従い測定を行うとともに、最大値と最小値を確認した。

[0077] (結果）

[表 2]

[0078] 表 2の結果からわ力るように、実施例 1ないし実施例 6の射出圧縮成形方法により得られた本発明の板状成形体は、肉厚分布が均一であり、また、体積抵抗率も優れたものであった。

なお、実施例 1ないし実施例 6の射出圧縮成形方法を実施するにあたり、射出時における溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物における導電性フィラーである黒鉛の分散状態を確認するために、いわゆるホットランナーパージに従い、ホットランナー出口の φ 2mm

における榭脂の形態を確認したところ、実施例 1ないし実施例 6のいずれも、射出時においては、導電性フィラーがノウダ一状で導電性熱可塑性榭脂組成物内に均一に分散されていた。

[0079] [実施例 7]

実施例 1に示した射出圧縮成形方法において、せん断速度を 5100Z秒に調整する代わり（せん断速度を ιοοοζ秒としたままで)、射出される溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物に対して、超臨界状態の炭酸ガスを、導電性熱可塑性榭脂組成物に対して 0. 5〜3. 0質量％となるように注入した以外は、実施例 1と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

なお、超臨界状態の炭酸ガスは、射出圧縮成形機のシリンダー部にて、溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物に対して注入するようにした。

[0080] [実施例 8]

実施例 7に示した射出圧縮成形方法において、金型温度を 180°Cから 230°Cに変更した以外は、実施例 7と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0081] [実施例 9]

実施例 8に示した射出圧縮成形方法におヽて、超臨界状態の炭酸ガスを注入する代わりに、化学発泡剤（ポリスチレン EB201 (バリウムァゾジカルボキシレートを成分とする 20%マスターバッチ）：永和化成 (株)製)を、導電性熱可塑性榭脂組成物に対して 3質量％ドライブレンドした以外は、実施例 8と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

なお、前記した実施例 7なヽし実施例 9の射出圧縮成形方法におヽて採用した成形条件を表 3にまとめて示した。

[0082] (射出圧縮成形条件）

[表 3]

[0083] [試験例 2]

実施例 7なヽし実施例 9で得られた成形体につヽて、試験例 1と同様な方法を用いて (A)肉厚分布及び (B)体積抵抗率を測定した。結果を表 4に示す。

[0084] (結果） [表 4]

[0085] 表 4の結果からわ力るように、実施例 7ないし実施例 9の射出圧縮成形方法により得られた本発明の板状成形体は、肉厚分布が均一であり、また、体積抵抗率も優れたものであった。

なお、前記実施例 1ないし実施例 6と同様に、射出時における溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物における導電性フィラーである黒鉛の分散状態を確認したところ、実施例 7ないし実施例 9のいずれも、射出時においては、導電性フィラーがパゥダー状で導電性熱可塑性榭脂組成物内に均一に分散されて、た。

[0086] [実施例 10]

実施例 1に示した射出圧縮成形方法にお!ヽて、使用する金型の表面に対して厚さが 2. Ommの断熱層（(株)大洋製作所製の ULPAC (登録商標。以下同）を使用）を形成した以外は、実施例 1と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0087] [実施例 11]

実施例 2に示した射出圧縮成形方法におヽて、使用する金型の表面に対して厚さが 2. Ommの断熱層（(株)太洋製作所製の ULPACを使用）を形成した以外は、実施例 2と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0088] [実施例 12]

実施例 3に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが 2. Ommの断熱層（(株)太洋製作所製の ULPACを使用）を形成した以外は、実施例 3と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0089] [実施例 13]

実施例 4に示した射出圧縮成形方法にぉ、て、使用する金型の表面に対して厚さが 2. Ommの断熱層（(株)太洋製作所製の ULPACを使用）を形成した以外は、実施例 4と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0090] [実施例 14]

実施例 5に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが 2. Ommの断熱層（(株)太洋製作所製の ULPACを使用）を形成した以外は、実施例 5と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0091] [実施例 15]

実施例 6に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが 2. Ommの断熱層（(株)太洋製作所製の ULPACを使用）した以外は、実施例 6と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

[0092] [実施例 16]

実施例 15に示した射出圧縮成形方法において、圧縮速度を 1. OmmZ秒から 5. OmmZ秒とし、断熱層の厚さを 2. Omm力 0. 5mmに変更した以外は、実施例 15 と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

なお、前記した実施例 10なヽし実施例 16の射出圧縮成形方法におヽて採用した成形条件を表 5にまとめて示した。

[0093] (射出圧縮成形条件）

[表 5]

[0094] [試験例 3]

実施例 10なヽし実施例 16で得られた成形体につヽて、試験例 1と同様な方法を用いて (A)肉厚分布及び (B)体積抵抗率を測定した。結果を表 6に示す。

[0095] (結果）

[表 6]

[0096] 表 6の結果からわ力るように、実施例 10ないし実施例 16の射出圧縮成形方法により得られた本発明の板状成形体は、肉厚分布が均一であり、また、体積抵抗率も優れたものであった。

なお、前記実施例 1ないし実施例 9と同様に、射出時における溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物における導電性フィラーである黒鉛の分散状態を確認したところ、実施例 10ないし実施例 16のいずれも、射出時においては、導電性フィラーがパウダ一状で導電性熱可塑性榭脂組成物内に均一に分散されて!、た。

[0097] 以上の結果により、実施例 1ないし実施例 16に示した本発明の射出圧縮成形方法を用いることにより、肉厚分布が均一であり、かつ、導電性フィラーを高い含有率で充填し、導電性フィラーを均一に分散した電気伝導性に優れた板状成形体を得ることができることが確認できた。この板状成形体は、例えば、燃料電池用セパレーター等に広く利用することができる。

産業上の利用可能性

[0098] 本発明の導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法及び導電性熱可塑性榭脂成形体は、例えば、燃料電池用セパレーター等を製造する射出圧縮成形方法として有利に使用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 導電性熱可塑性榭脂組成物を射出圧縮成形により成形する方法であって、金型温度が 150〜250°Cとされた金型の合わせ面により形成された間隔を 0.5〜 5. Ommとしたキヤビティ空間に対して 70〜95質量％の導電性フィラーを含有した導電性熱可塑性榭脂組成物を射出充填する射出 ·充填工程と、

充填完了後、金型空間を閉じて、当該空間に充填された導電性熱可塑性榭脂組成物を、圧縮速度を 1.0〜20mmZ秒、圧縮圧力を lOMPa以上として圧縮賦形する圧縮'賦形工程カゝらなることを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[2] 請求項 1に記載の射出圧縮成形方法にお!、て、

前記導電性熱可塑性榭脂組成物の射出充填における下記 (I)で示されるせん断速度が、 5000〜50000Z秒であることを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[数 1]

V _a = 4 Q/π R³ …… ( I )

(ここで、 Qは射出率（c cZ秒）、 Rはゲート半柽 (cm), をそれぞれ示す）

[3] 請求項 1に記載の射出圧縮成形方法にお!、て、

前記導電性熱可塑性榭脂組成物の射出充填における下記 (Π)で示されるせん断速度が、 5000〜50000Z秒であることを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[数 2] y _b-6Q/Wh² …… （II)

(ここで、 Qは射出率（c cZ秒）、 Wはゲート幅（cm)、 hはゲート厚み (cm), をそれぞれ示す）

[4] 請求項 1に記載の射出圧縮成形方法にお!、て、

射出充填する溶融状態の導電性熱可塑性榭脂組成物に対して超臨界流体を注入することを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[5] 請求項 4に記載の射出圧縮成形方法において、前記超臨界流体が、超臨界状態の炭酸ガス及び zまたは超臨界状態の窒素ガスであることを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[6] 請求項 1に記載の射出圧縮成形方法にお!、て、

前記導電性熱可塑性榭脂組成物に対して、炭酸ガス及び Zまたは窒素ガスを発生する化学発泡剤を添加することを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[7] 請求項 1な!、し請求項 6の何れかに記載の射出圧縮成形方法にお、て、

前記金型の表面に対して、厚みが 0. 5〜3. Ommの断熱層を形成したことを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。

[8] 請求項 1な!、し請求項 7の何れかに記載の射出圧縮成形方法にお、て、

前記熱可塑性榭脂がポリフエ-レンスルフイド (PPS)であり、

前記導電性フィラーが黒鉛であることを特徴とする導電性熱可塑性榭脂組成物の射出圧縮成形方法。