WO2005117178A1 - 燃料電池セパレータ用導電性樹脂組成物および燃料電池セパレータ - Google Patents

燃料電池セパレータ用導電性樹脂組成物および燃料電池セパレータ Download PDF

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WO2005117178A1
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Toshihiro Arai
Hiroshi Sakamoto
Tomoaki Kobayashi
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Showa Denko K.K.
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a conductive resin composition for a fuel cell separator and a fuel cell separator. More specifically, the present invention relates to a fuel cell separator having a melt flow rate (MFR) of 0.01 or more and 10 or less. The present invention relates to a resin composition and a fuel cell separator comprising the resin composition.
  • MFR melt flow rate
  • a fuel cell is a clean power generation device that generates electricity through the reverse reaction of electrolysis using hydrogen and oxygen, and has no emissions other than water.
  • the conductive resin composition can play a large role.
  • Fuel cells are classified into several types according to the type of their electrolytes. Among them, polymer electrolyte fuel cells operate at relatively low temperatures. Therefore, it is most promising for automobile and consumer use.
  • Such a fuel cell can achieve high-output power generation by stacking, for example, a single cell composed of a polymer solid electrolyte, a gas diffusion electrode, a catalyst, and a separator.
  • a fuel cell hydrogen or the like
  • an oxidizing gas oxygen or the like
  • the separator is required to have high and gas-impermeable properties to completely separate these gases, and to have high and electrical conductivity to reduce the internal resistance. Further, the separator is required to have excellent thermal conductivity, durability, strength, and the like.
  • Patent Document 1 discloses a conductive plastic in which a conductive filler is unevenly distributed in a polymer having a high affinity for the filler.
  • Patent Document 2 also discloses that an isotropic graphite material obtained by adding a binder to carbonaceous powder, heating and mixing, then CIP molding (Cold Isostatic Pressing; cold isostatic pressing), and then calcining and graphitizing. There is disclosed a complicated process of impregnating a thermosetting resin into a resin, curing the resin, and then carving a groove by cutting.
  • Patent Literature 3 discloses a separator having excellent mechanical and electrical properties by combining a carbonaceous powder coated with a resin and a resin having higher heat resistance than the coated resin. It has been disclosed.
  • Patent Document 4 discloses low melting point metals, metal powders, thermoplastics, and thermoplastic elastomers. Disclosed are resin compositions that also provide the ability to mix stomers.
  • Patent Document 5 discloses a fuel cell separator formed from a mixed composition of a thermoplastic resin and graphite particles. Further, Patent Document 6 discloses a fuel cell separator containing mesocarbon small spherical graphite particles and a thermoplastic resin.
  • Patent Literature 7 discloses a fuel cell separator composed of graphite particles and a non-carbonaceous thermoplastic resin.
  • Patent Literature 1 JP-A-1-263156
  • Patent Document 2 JP-A-8-222241
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-257446
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-348739
  • Patent Document 5 JP-A-2003-109622
  • Patent Document 6 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-100377
  • Patent Document 7 JP 2001-126744 A
  • An object of the present invention is to provide a conductive resin composition for a fuel cell separator in which the above-mentioned disadvantages of the prior art have been solved, and to produce the conductive resin composition by molding the conductive resin composition.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell separator having excellent conductivity and bending characteristics.
  • the conductive resin composition of the present invention has a melt flow rate (hereinafter, referred to as MFR) of 0.1.
  • component A polypropylene resin
  • component B a conductive filler
  • a conductive resin composition having high conductivity with a volume resistivity of 1 ⁇ 'cm or less a large amount of conductive filler is filled in the resin. Since the flowability is extremely low and the molding process is difficult, it is common to select a low molecular weight resin having as high a flowability as possible for the binder resin so as not to impair the flowability as much as possible.
  • conductive resin compositions composed of low molecular weight resins generally have low mechanical properties.
  • the present inventors have found that even if the conductive resin composition is filled with a large amount of conductive filler, the use of a high molecular weight (MFR is small) polypropylene resin as the noinder resin will result in a conductive resin composition.
  • MFR molecular weight
  • the present inventors have discovered that a fuel cell separator having high fluidity, excellent conductivity, and excellent mechanical properties can be obtained without substantially reducing the fluidity of the conductive resin composition, thereby completing the present invention.
  • the present invention is based on the above findings, and provides the following means. That is, (1) at least a component A which is a polypropylene resin having a melt flow rate in a range of 0.01 to 10 and a component B which is a conductive filler are included. Conductive resin composition for fuel cell separator.
  • the content of the component A is in the range of 2% by mass or more and 30% by mass or less, and the content of the component B is 3.
  • Elastomer of component C hydrogenated styrene-butadiene rubber, styrene'ethylenebutylene-styrene block copolymer, styrene-ethylenepropylene-styrene block copolymer, orefin crystal'ethylenebutylene'olefin crystal block copolymer, styrene.ethylenebutylene Olefin crystal block copolymer, styrene isoprene 6.
  • component B is at least one selected from the group consisting of a metal material, a carbonaceous material, a conductive polymer, a metal-coated filler, and a metal oxide.
  • the conductive resin composition for a fuel cell separator according to any one of the above.
  • the component B wherein one or both of the vapor grown carbon fiber and the carbon nanotube are contained in a ratio of 0.1% by mass or more and 50% by mass or less.
  • the conductive resin composition for a fuel cell separator according to any one of the above items 6 and 8.
  • a fuel cell separator characterized by being formed from the conductive resin composition for a fuel cell separator according to any one of (1) to (11) above.
  • the fuel cell separator of the present invention having the above-described configuration has excellent conductivity, and excellent bending strength and bending strain.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a separator of the present invention.
  • the conductive resin composition for a fuel cell separator of the present invention (hereinafter, sometimes simply referred to as a conductive resin composition) is a polypropylene resin (A component) having an MFR in the range of 0.01 to 10 inclusive. , A conductive resin composition containing at least a conductive filler (component B).
  • the conductive resin composition of the present invention can contain an elastomer (component C) or other thermoplastic resin.
  • component C elastomer
  • a component, C component and other thermoplastic resin are combined to form a resin component.
  • the details of the resin component will be described.
  • the component A is not particularly limited in terms of other physical properties and the like, as long as the polypropylene resin has an MFR in the range of 0.01 or more and 10 or less.
  • polypropylene resins include homopolymer type polypropylene resins such as isotactic polypropylene, atactic polypropylene, and syndiotactic polypropylene, and copolymer type polypropylene resins such as random and block. .
  • homopolymer polypropylene resin is preferred because of its excellent balance between flexural modulus and flexural strain. For this reason, isotactic polypropylene is particularly preferred! /.
  • a polypropylene resin having an MFR of 0.05 or more and 5 or less is more preferable because excellent bending properties are exhibited. More preferred is a polypropylene resin having an MFR of 0.1 or more and 2 or less. In addition, it is the value measured by the MFRi and IS K7210 M methods (test temperature 230 ° C, test load 21.18N (2.16 kg)) of the polypropylene resin of the present invention.
  • the conductive resin composition of the present invention may contain an elastomer (component C).
  • This elastomer is a polymer having rubber-like elasticity at around normal temperature.
  • the elastomer component for example, acrylonitrile butadiene rubber, hydrogenated toluene rubber, styrene butadiene rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene Ternary copolymer rubber, ethylene butadiene rubber, fluoro rubber, isoprene rubber, silicone rubber, atarinole rubber, butadiene rubber, rubber, styrene rubber, chloroprene rubber, urethane rubber, polyether special rubber, tetrafluoroethylene ethylene.propylene rubber, Pichlorohydrin rubber, norbornene rubber, butyl rubber, styrene-based thermoplastic elastomer, olefin-based thermoplastic elastomer, urethane-based thermoplastic e
  • Styrene-based thermoplastic elastomers that are preferred among the C components include hydrogenated styrene butadiene rubber, styrene 'ethylene butylene' styrene block copolymer, styrene 'ethylene propylene' styrene block copolymer, and olefin crystal 'ethylene butylene. Crystal block copolymers, styrene 'ethylene butylene' olefin crystal block copolymers, styrene 'isoprene' styrene block copolymers, styrene 'butadiene' styrene block copolymers and the like can be mentioned.
  • hydrogenated styrene butadiene rubber, styrene “ethylene butylene” styrene block copolymer, and styrene “ethylene propylene” styrene block copolymer are preferred because the dispersibility of the component A in the polypropylene resin is good.
  • the above-mentioned elastomer is desirably contained by replacing a part of the polypropylene resin of the component A. Specifically, assuming that the total of the A component and the C component is 100% by mass, it is preferable to add the C component in a range of 0.01% by mass to 50% by mass. When the elastomer (C component) is 50% by mass or more, the bending strength decreases. In particular, the range of 0.01% by mass or more and 30% by mass or less is more preferable because high bending strain and bending strength can be obtained at the same time.
  • the conductive resin composition of the present invention may contain a thermoplastic resin other than polypropylene as long as the effects of the present invention are not lost.
  • thermoplastic resin is not particularly limited, and examples thereof include acrylonitrile butadiene styrene copolymer, Bull, polyimide, liquid crystal polymer, polyetheretherketone, fluorine resin such as polyvinylidene fluoride and polyethylene tetrafluoride, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyacetal, polyamide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, One to two or more combinations of selected neutrals such as polyphenylenesulfide, polyphenylene oxide, polyphenylenenorephone, polystyrene, acrylic resin, polycarbonate, polycycloolefin and the like can be used.
  • various additives may be included in the resin component, if necessary, for example, thermosetting resins, monomers, plasticizers, curing agents, curing initiators, curing assistants, solvents, ultraviolet light Stabilizers, antioxidants, heat stabilizers, defoamers, leveling agents, release agents, lubricants, water repellents, thickeners, low shrinkage agents, flame retardants, or hydrophilicity additives Components can be added.
  • the method for producing the component A of the present invention or a mixture of resin components such as the component A and the component C is not particularly limited, but examples thereof include a physical method such as a solution method, an emulsion method, and a melting method, and a graft polymerization method. , A block polymerization method, a production method by a chemical method such as an IPN (interpenetrating polymer network) method, and the like.
  • a melting method is preferred from the viewpoint of diversity.
  • the specific method of the melting method is not particularly limited, and examples thereof include a method of blending using a kneading machine such as a roll, a kneader, a Bannori mixer TM, and an extruder.
  • the component B constituting the conductive resin composition together with the above resin component is not particularly limited as long as it is a conductive filler.
  • the component B is preferably a combination of one or two or more kinds of metals selected from metals, carbonaceous materials, conductive polymers, metal-coated fillers, and metal oxides. More preferably, it is one or both of a carbonaceous material and a metal material.
  • the component B will be described in more detail.
  • the composite material is any one of the above-mentioned 222 or two or more composite materials. Further, these metal materials can be used after being processed into powder or fiber.
  • carbonaceous material from the viewpoint of conductivity, medium strength of carbon black, carbon fiber, amorphous carbon, expanded graphite, artificial graphite, natural graphite, vapor-grown carbon fiber, carbon nanotube, and fullerene were also selected. One or two or more combinations may be mentioned.
  • boron is contained in the carbonaceous material in a range of 0.05% by mass to 5% by mass. If the amount of boron is less than 0.05% by mass, there is a high possibility that the desired highly conductive graphite powder cannot be obtained. On the other hand, even if the boron content exceeds the content by mass%, the degree of contribution of the carbon material to the improvement in conductivity tends to decrease.
  • the method for measuring the amount of boron contained in the carbonaceous material can be measured by any method without particular limitation.
  • a value measured by inductive plasma emission spectral analysis hereinafter abbreviated as “ICP”
  • ICP-MS inductive plasma emission spectral mass spectrometry
  • sulfuric acid and nitric acid are added to the sample, which is decomposed by microwave heating (230 ° C) (digester method), and further decomposed by adding perchloric acid (HCIO).
  • boron source B alone, BC, BN, BO,
  • boron in the carbonaceous material. If the boron compound is not homogeneously mixed, the graphite powder tends to be non-uniform, which tends to increase the possibility of sintering during graphitization. In order to uniformly mix the boron compound, it is preferable that these boron sources are powdered to have a particle size of 50 m or less, preferably about 20 m or less, and mixed with a powder such as Cotus. [0030] When boron is not added, graphitization tends to decrease the degree of graphitization (crystallinity), increase the lattice spacing, and increase the difficulty of obtaining highly conductive graphite powder. Also
  • the form of boron content is not particularly limited, but those existing between layers of the graphite crystal and some of the carbon atoms forming the graphite crystal are boron atoms. Those substituted with are also more preferred.
  • the bond between the boron atom and the carbon atom may be in any form such as a covalent bond or an ionic bond.
  • Carbon black which is an example of the carbonaceous material described above, is obtained by incomplete combustion of natural gas and the like, and incomplete combustion of Ketjen black, acetylene black, hydrocarbon oil, and natural gas obtained by thermal decomposition of acetylene. Furnace carbon, thermal carbon obtained by pyrolysis of natural gas, and the like are included.
  • Examples of the above-mentioned carbon fibers include heavy oil, by-produced oil, coal tar, etc., and PAN based polyacrylonitrile.
  • the phenol resin is cured and fired, and then crushed to obtain a powder, or the phenol resin is cured in the form of spherical or irregularly shaped powder and fired.
  • heat treatment at 2000 ° C or higher is suitable.
  • the above-mentioned expanded graphite powder is, for example, a highly liquid crystalline mixture of concentrated sulfuric acid and nitric acid, or a mixed solution of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide, which is obtained by mixing graphite having a highly developed crystal structure such as natural graphite and pyrolytic graphite.
  • a graphite intercalation compound is formed by immersion in a solution, washed with water, rapidly heated, and the powder obtained by expanding the graphite crystal in the C-axis direction is rolled once into a sheet. It is a powder obtained by grinding things.
  • a coatus is first manufactured.
  • Kotas Hara As the material, petroleum pitch, coal pitch or the like is used. These raw materials are carbonized to form coke.
  • a method of pulverizing and then graphitizing the Cotas a method of pulverizing the Cotas itself and then pulverizing, or a calcined product formed by adding a binder to the Cotas and molding and calcining (Cotas and this calcined product together) Is referred to as a coating, etc.) and then pulverized into a powder after graphitization.
  • the raw material coatas and the like have as few crystals as possible, so that those that have been heat-treated at 2000 ° C or less, preferably 1200 ° C or less are suitable.
  • the graphite dagger method may be a method using an Acheson furnace in which the powder is placed in a graphite crucible and energizing the powder directly, a method in which the powder is heated by a graphite heating element, or the like.
  • Coats, artificial graphite, natural graphite and the like can be pulverized by using a high-speed rotary pulverizer (hammer mill, pin mill, cage mill), various ball mills (rolling mill, vibration mill, planetary mill), stirring mill (beads mill, attritor). , A flow tube mill, an aura mill) and the like.
  • screen mills, turbo mills, supermicron mills, and jet mills which are fine mills, can be used by selecting the conditions.
  • coaters and natural graphite are pulverized, the pulverization conditions are selected, and if necessary, the powder is classified to control the average particle size and particle size distribution.
  • any method may be used as long as separation is possible.
  • a sieving method or a forced vortex centrifugal classifier Mocron Senolator, Airflow classifiers such as Turboplex, Turbo Classifier, Sono-Senorator
  • inertial classifiers Improved virtual impactor, El Pojet
  • a wet sedimentation separation method, a centrifugal classification method, or the like can also be used.
  • the component B of the present invention preferably contains one or both of the vapor grown carbon fiber and the carbon nanotube in a range of 0.1% by mass or more and 50% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.1% by mass to 45% by mass, and still more preferably, in the range of 0.2% by mass to 40% by mass. If the content of these components in the B component is less than 0.1% by mass, there is no effect on improving the conductivity. On the other hand, if it exceeds 50% by mass, the moldability tends to deteriorate. [0040] Further, it is preferable that 0.05% by mass to 5% by mass of boron is contained in the vapor grown carbon fiber or carbon nanotube.
  • the boron content is less than 0.05% by mass, the effect of improving the conductivity by adding boron is small. On the other hand, if the content exceeds 5% by mass, the amount of impurities tends to increase, and other physical properties tend to deteriorate.
  • Vapor-grown carbon fiber is produced from an organic compound such as benzene, toluene, or natural gas as a raw material, and together with hydrogen gas in the presence of a transition metal catalyst such as Hua-Sen, at 800 ° C to 1300 ° C. It is obtained by a thermal decomposition reaction with C.
  • This vapor grown carbon fiber has a fiber diameter of about 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • Carbon nanotubes are classified into single-walled carbon nanotubes in which the graphite film forming the tube is a single layer and multi-walled carbon nanotubes in which the graphite film is a multilayer.
  • a force capable of using both single-walled and multi-walled carbon nanotubes is preferable because a composition having higher conductivity and mechanical strength tends to be obtained than a force using single-walled carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes are produced by, for example, an arc discharge method, a laser evaporation method, a thermal decomposition method, and the like described in Saito's Bando “Basics of Carbon Nanotubes” (P23 to P57, published by Corona Publishing, 1998).
  • it can be obtained by purification by a hydrothermal method, a centrifugal separation method, an ultrafiltration method, an oxidizing method, or the like.
  • high temperature treatment is performed in an inert gas atmosphere at about 2300 ° C. to 3200 ° C. to remove impurities.
  • a graphite catalyst such as boron, boron carbide, beryllium, aluminum, and silicon.
  • the composition of the fat component and the B component is based on (the fat component + the B component) (assuming 100% by mass), and the range of the fat component is 2% by mass or more and 30% by mass or less. It is preferably in the range of 70% by mass to 98% by mass. More preferably, the resin component is 5% by mass or more and 20% by mass or less, and the B component is 80% by mass or more and 95% by mass or less. More preferably, the resin component is in a range of 5% by mass or more and 15% by mass or less, and the component B is in a range of 85% by mass or more and 95% by mass or less. If the amount of the fat component is less than 2% by mass, the moldability tends to deteriorate. On the other hand, when the resin component exceeds 30% by mass, the volume resistivity tends to be 1 ⁇ cm or more.
  • the composition of the A component and the B component is based on (A component + B component) (assuming 100% by mass), the A component is in the range of 2% by mass to 30% by mass, and the B component is 70% by mass. % Or more and 98% by mass or less. More preferably, the component A is 5% by mass or more and 20% by mass or less, and the component B is 80% by mass or more and 95% by mass or less. More preferably, component A is in the range of 5% by mass to 15% by mass, and component B is in the range of 85% by mass to 95% by mass. If the A component is less than 2% by mass, the moldability tends to deteriorate. On the other hand, if the content of the component A exceeds 30% by mass, the volume resistivity tends to be 1 ⁇ cm or more.
  • the conductive resin composition of the present invention may further contain glass fiber, whiskers, metal, and the like, if necessary, for the purpose of improving hardness, strength, conductivity, moldability, durability, weather resistance, water resistance, and the like.
  • Additives such as oxides, organic fibers, ultraviolet stabilizers, antioxidants, mold release agents, lubricants, water repellents, thickeners, low shrinkage agents, and hydrophilicity-imparting agents can be added.
  • the apparent viscosity of the conductive resin composition of the present invention at the time of melting at a temperature of 280 ° C. is preferably in the range of 7 ⁇ 10 2 Pa ′s to 1 ⁇ 10 3 Pa ′s.
  • the method for measuring the apparent viscosity at the time of melting is not particularly limited, and a known method can be employed. For example, using a capillary graph manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., at a temperature of 280 ° C and a shearing speed of 1000 seconds- 1 , lmm in diameter and length There is a method of measuring using a 10 mm capillary.
  • the method for producing the conductive resin composition in the present invention is not particularly limited.
  • Mixing and kneading machines generally used in the resin field such as rolls, extruders, kneaders, Banbury mixers (registered trademark), Henschel mixers (registered trademark), planetary mixers, etc. And it is preferable to mix as uniformly as possible.
  • Examples of the method include a method in which the above-mentioned resin component is prepared in advance and then mixed with the component B, a method in which each component of the resin component is kneaded in the presence of the component B, and the like. Absent.
  • the conductive resin composition of the present invention can be pulverized or granulated as necessary for the purpose of facilitating material supply to a molding machine or a mold.
  • a homogenizer, a wheel pulverizer, a high-speed rotary pulverizer (a hammer mill, a pin mill, a cage mill, a blender) and the like can be used, and the pulverization is preferably performed while cooling to prevent agglomeration of the materials.
  • a pelletizing method using an extruder, a ruder, a kneader or the like, or a bread granulator can be used.
  • the method for producing a fuel cell separator using the conductive resin composition of the present invention is not particularly limited. Specific examples of this production method include, but are not limited to, compression molding, transfer molding, injection molding, casting, and injection compression molding. More preferably, the molding is performed in a mold or in a vacuum state of the whole mold during the molding process.
  • a multi-cavity mold In order to name a molding cycle in compression molding, it is preferable to use a multi-cavity mold. More preferably, a multi-stage press (lamination press) method can form a large number of products with a small output. In order to improve the surface accuracy of a flat product, it is preferable to form the sheet once and compress the force.
  • injection molding in order to further improve the moldability, carbon dioxide gas can be injected from the middle of the cylinder of the molding machine, melted into the material and molded in a supercritical state.
  • injection compression method there are methods to inject and close the mold with the mold open, to inject while closing the mold, and to apply the mold clamping force by injecting with the mold clamping force of the closed mold set to zero.
  • the mold to be used in the molding is not particularly limited. However, for example, when the material is rapidly solidified and the fluidity is poor, a heat insulating layer is provided in the cavity. However, it is preferable to use a heat insulating mold. Further, a mold having a temperature profile system capable of raising and lowering the mold temperature during molding is more preferable. The temperature profile can be selected from a system based on induction heating and switching between refrigerants (air, water, oil, etc.) and a system based on switching between heat medium (hot water, heating oil, etc.) and refrigerant. Absent.
  • the molded product can be appropriately determined within a temperature range of 90 ° C. to 200 ° C. and a range of 10 seconds to 1200 seconds. If the molded product is removed at high temperature, it may be cooled, but the method is not limited. For example, for the purpose of suppressing warpage, there is a method of cooling a molded product by sandwiching it between cooling plates, a method of cooling a mold as a whole, and the like.
  • the fuel cell separator of the present invention in which a flow path for flowing gas on both sides or one side is formed by molding the conductive resin composition of the present invention by the above-described molding method. it can.
  • the flow path for flowing the gas the flow path (groove or the like) may be formed by machining a molded body of the conductive resin composition such as cutting.
  • the gas flow path may be formed by compression molding, stamp molding, or the like using a mold having an inverted shape of the gas flow path.
  • the cross-sectional shape of the flow channel of the separator of the present invention ⁇ the shape of the flow channel is not particularly limited.
  • the cross-sectional shape of the channel may be rectangular, trapezoidal, triangular, semicircular, or the like.
  • the shape of the flow path may be a straight type, meandering type, or the like.
  • the width of the channel is preferably from 0.1 to 2 mm and the depth is preferably from 0.1 to 1.5 mm.
  • FIG. 1 shows an example of the separator of the present invention.
  • the thinnest part of the separator of the present invention is preferably lmm or less. More preferably, it is 0.8 mm. If it is 1 mm or more, the separator becomes thicker, and the voltage drop of the cell due to the resistance of the separator itself becomes large, which is not preferable.
  • the fuel cell separator of the present invention may have a through hole serving as a manifold for flowing gas or water.
  • a method of forming by cutting after molding are not limited.
  • the fuel cell separator of the present invention Since the fuel cell separator of the present invention has excellent conductivity, high bending strength and bending strain, it is most suitable as a fuel cell separator.
  • resins 1 to 10 shown in Table 1 were prepared, which also have the power of the A component and the C component.
  • the MFR value of the polypropylene resin was measured according to JIS K7210. Specifically, measured at a test temperature of 230 ° C and a test load of 21.18N (2.16kg)
  • Elastomer as C component includes Dynalon 1320P manufactured by JSR Corporation as hydrogenated styrene butadiene rubber (H-SBR) and Clayton Polymer Japan Co., Ltd. as styrene ethylene butylene styrene block copolymer (SEBS). Clayton G1652 was used.
  • B component conductive filler
  • B1 boron-containing graphite fine powder
  • MC Non-Acoustic Coats MC Coats Co., Ltd. manufactured by MC Carbon Co., Ltd. was coarsely pulverized with a pulverizer (manufactured by Hosoka Micron Corp.) to a size of 2 mm to 3 mm or less.
  • This coarsely pulverized product was finely pulverized with a jet mill (IDS2UR, manufactured by Nippon-Umatic Co., Ltd.). Then, it was adjusted to a desired particle size by classification. For the removal of particles of 5 m or less, airflow classification was performed using a turbo classifier (TC15N, manufactured by Nisshin Engineering Co., Ltd.). 0.6 kg of boron carbide (BC) was added to 14.4 kg of the adjusted finely pulverized product, and a Henschel mixer (registered trademark) was added.
  • VGCF-G registered trademark
  • B1 boron-containing graphite fine powder
  • B3 Mixture of carbon nanotubes (hereinafter abbreviated as “CNT”) and B1 (graphite fine powder)) (Registered trademark).
  • CNT carbon nanotubes
  • B1 graphite fine powder
  • the average particle size of the obtained carbon material mixture was 9.2 ⁇ , ⁇ content 1.2% by mass. In this way, a mixture of # 3 was obtained.
  • the carbon nanotube was obtained by the following method.
  • Rhodium (Rh): platinum (Pt): graphite (C) ) was packed as a mixed powder having a mass ratio of 1: 1: 1 to prepare an anode.
  • a cathode having a diameter of 13 mm and a length of 30 mm made of graphite having a purity of 99.98% by mass was produced.
  • reaction vessel was replaced with helium gas having a purity of 99.9% by volume, and DC arc discharge was performed. Thereafter, soot adhering to the inner wall of the reaction vessel (chamber soot) and soot deposited on the cathode (cathode soot) were collected.
  • the pressure and current in the reaction vessel were 600 Torr and 70 A, respectively.
  • the operation was performed so that the gap between the anode and the cathode was always 1-2 mm.
  • the collected soot was placed in a mixed solvent of water and ethanol in a mass ratio of 1: 1 and ultrasonically dispersed, the dispersion was recovered, and the solvent was removed with a rotary evaporator. Then, the sample was ultrasonically dispersed in a 0.1% aqueous solution of a cationic surfactant, Shiiyari Benzalko-Pam, and then centrifuged at 5000 rpm for 30 minutes to collect the dispersion. . Further, the dispersion is purified by heat treatment in air at 350 ° C for 5 hours. Carbon nanotubes having a thickness of 10 nm and a fiber length of 0.05 to 5 ⁇ m were obtained.
  • the resin component material shown in Table 1 and the B component material of (B1) Anashi (B3) were put into Labo Plastomil (registered trademark) (Model 50C150, manufactured by Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.), and the temperature was 200 ° C.
  • the mixture was kneaded at a rotation speed of 45 rpm for 7 minutes to obtain a conductive resin composition.
  • This composition was put into a mold for molding a flat plate having a length of 100 mm and a width of 100 mm (the thickness was different for each physical property test item), and the temperature was set to 230 using a 50 t compression molding machine (E-3013 manufactured by NIPPO ENGINEERING). .
  • Tables 2 and 3 show the measurement results of the volume resistivity, bending strength, flexural modulus, bending strain, and apparent viscosity of each compact.
  • the volume resistivity was measured by a four-probe method based on JIS K7194.
  • the flexural strength, flexural modulus, and flexural strain were measured using an Auto Daraf (AG-lOkNI) manufactured by Shimadzu Corporation. Specifically, a test piece (80 mm ⁇ 10 mm ⁇ 4 mm) was measured by a three-point bending strength measurement method according to the JIS K6911 method under the conditions of a span interval of 64 mm and a bending speed of ImmZmin.
  • the apparent viscosity during melting was 280 using a capillary graph manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. C, measured at a shear rate of 1000 sec- 1 using a capillary lmm in diameter and 10mm in length.
  • the molded articles of Examples 1 to 9 using the polypropylene resin of the present invention have excellent conductivity, excellent bending strength, and excellent bending strain. I understand.
  • Example 6 The composition of Example 6 described above was used to mold a flat plate having 6 through holes, 100 ⁇ 200 ⁇ 1.5 mm, a groove width of 1 mm, and a groove depth of 0.5 mm formed on both sides. It is put into a mold and heated under pressure at a temperature of 230 ° C, preheating for 3 minutes, and a pressure of 15 MPa for 3 minutes using a 50-t compression molding machine, and then for 2 minutes at a temperature of 25 ° C and a pressure of 15 MPa using a cooling press. By cooling, a fuel cell separator was manufactured. Volume resistivity of this fuel cell separator was 6.5 mQcm, and the thickness at the center of the separator was 1.5 lmm. Thus, a very good fuel cell separator was obtained.

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Abstract

　本発明は、従来技術の欠点が解消された燃料電池用の導電性樹脂組成物を提供するとともに、この導電性樹脂組成物を成形することにより製造され、導電性および曲げ特性に優れた燃料電池セパレータを提供する。本発明では、メルトフローレートが０．０１以上１０以下の範囲であるポリプロピレン樹脂からなるＡ成分と、導電性充填材からなるＢ成分とが少なくとも含有されていることを特徴とする燃料電池セパレータ用導電性樹脂組成物およびこの樹脂組成物からなる燃料電池セパレータを採用する。  

Description

明 細 書
燃料電池セパレータ用導電性樹脂組成物および燃料電池セパレータ 技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物および燃料電池セパレータ に関する。更に詳しくは、本発明は、メルトフローレート（MFR)が 0. 01以上 10以下 のポリプロピレン榭脂と導電性充填材カもなる優れた導電性と曲げ特性とを両立する 燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物およびこの榭脂組成物カゝらなる燃料電池 セパレータに関する。
本願は、日本国特許庁に 2004年 5月 27日に出願された特願 2004— 157693号 に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 従来、高い導電性が必要とされる用途には、金属や炭素材料等が主として用いら れてきた。しカゝしながら、近年のエレクトロニクス、電気化学、エネルギー、輸送機器 等の分野における導電性材料の用途の多様化に伴!ヽ、導電性材料の一種たる導電 性榭脂組成物が果たすべき役割が大きくなつてきた。その結果、導電性榭脂組成物 は高性能化、高機能性ィ匕において目覚ましい発展を遂げて来た。その重要な要因と して、高分子材料との複合ィ匕により成形加工性が大幅に向上したことが挙げられるで あろう。導電性が要求される用途としては、従来のものに加え、近年では特に回路基 板、抵抗器、積層体、電極等の電子材料や、ヒーター、発熱装置部材、集塵フィルタ エレメント、 PTC素子、エレクトロニクス部品、または半導体部品等が挙げられる。こ れらの用途においては、導電性と共に高い耐熱性が要求されることとなる。
[0003] 他方で、近年、環境問題、エネルギー問題等の観点から、燃料電池が注目されて いる。
燃料電池は、水素と酸素を利用して電気分解の逆反応で発電し、水以外の排出物 がないクリーンな発電装置である。この燃料電池の分野においても、導電性榭脂組 成物が大きな役割を担うことができる。燃料電池は、その電解質の種類に応じて数種 類に分類されるが、これらの中でも、固体高分子型燃料電池は比較的低温で作動す るため、自動車や民生用として最も有望である。このような燃料電池は、例えば、高分 子固体電解質、ガス拡散電極、触媒、セパレータから構成された単セルを積層するこ とによって、高出力の発電が達成できる。
[0004] 上記構成を有する燃料電池において、単セルを仕切るためのセパレータには、通 常、燃料ガス (水素等)と酸化剤ガス (酸素等)を供給し、発生した水分 (水蒸気)を排 出するための流路 (溝）が形成されている。それゆえに、セパレータにはこれらのガス を完全に分離できる高 、気体不透過性と、内部抵抗を小さくするために高 、導電性 が要求される。更には、このセパレータには、熱伝導性、耐久性、強度等に優れてい ることが要求される。
[0005] これらの要求を達成する目的で、従来、この燃料電池セパレータの素材として、金 属材料と炭素材料の両方力も検討されてきた。これらの材料のうち、金属材料に関し ては耐食性の問題から、表面に貴金属や炭素を被覆させる試みがされてきたが、充 分な耐久性が得られず、更に被覆に力かるコストが問題になる。
[0006] 一方、炭素材料に関しても多く検討が成され、膨張黒鉛シートをプレス成形して得 られた成形品、炭素焼結体に榭脂を含浸させ硬化させた成形品、熱硬化性榭脂を 焼成して得られるガラス状カーボン、炭素粉末と榭脂を混合後成形した成形品等が 燃料電池セパレータ用材料の例として挙げられる。
例えば、特許文献 1には、導電性を有するフィラーを該フイラ一と親和性の高いポリ マー中に偏在させた導電性プラスチックが開示されている。また特許文献 2には、炭 素質粉末に結合材を加えて加熱混合後 CIP成形 (Cold Isostatic Pressing ;冷間等方 圧加工法)し、次いで焼成、黒鉛化して得られた等方性黒鉛材に熱硬化性榭脂を含 浸、硬化処理した後に、溝を切削加工によって彫るという煩雑な工程が開示されてい る。
[0007] また、組成物の工夫によって、セパレータの高性能化が試みられてきた。例えば、 特許文献 3には、榭脂で被覆された炭素質粉末と、該被覆樹脂よりも高耐熱性の榭 脂との複合化により、優れた機械的特性及び電気的特性を兼ね備えたセパレータが 開示されている。
特許文献 4には、低融点金属、金属粉末、熱可塑性プラスチック、及び熱可塑性エラ ストマーの混合物力もなる樹脂組成物が開示されている。また、特許文献 5には熱可 塑性榭脂と黒鉛粒子との混合組成物から成形された燃料電池セパレータが開示され ている。また、特許文献 6にはメソカーボン小球体の黒鉛ィ匕物粗粒粉末と熱可塑性 榭脂を含有する燃料電池セパレータが開示されている。また、特許文献 7には、黒鉛 粒子と非炭素質熱可塑性榭脂とで構成された燃料電池セパレータが開示されている 特許文献 1 :特開平 1— 263156号公報
特許文献 2：特開平 8 - 222241号公報
特許文献 3：特開 2003 - 257446号公報
特許文献 4：特開 2000— 348739号公報
特許文献 5 :特開 2003— 109622号公報
特許文献 6：特開 2002— 100377号公報
特許文献 7：特開 2001— 126744号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 上述したような従来の導電性榭脂組成物から成る種々の導電性構造体お!/ヽては、 高い導電性を発現させるために炭素質材料等の導電性充填材の充填量を大幅に増 やす必要があるが、その反面脆くなりやすぐセパレータに要求される高い機械的特 性、特に曲げ強度と曲げ歪を満足させることが困難であった。
[0009] 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点が解消された燃料電池セパレータ用の 導電性榭脂組成物を提供するとともに、この導電性榭脂組成物を成形することにより 製造され、導電性および曲げ特性に優れた燃料電池セパレータを提供することにあ る。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明の導電性榭脂組成物は、メルトフローレート（以下、 MFRと表記する）が 0.
01以上 10以下の範囲のポリプロピレン榭脂 (A成分)と、導電性充填材 (B成分)を少 なくとも含む榭脂組成物である。体積固有抵抗が 1 Ω 'cm以下の高い導電性を有す る導電性榭脂組成物の場合、榭脂中に導電性充填材が多量に充填されて ヽるため に流動性が著しく低く成形加工が困難であることから、なるべく流動性を損なわない 為にバインダー榭脂には出来るだけ流動性が高い低分子量の榭脂を選択するのが 一般的である。しかし、低分子量の榭脂からなる導電性榭脂組成物は一般的に機械 的特性が低い。ところが、本発明者らは、導電性充填材が多量に充填された導電性 榭脂組成物であっても、ノインダー榭脂として高分子量 (MFRが小さ 、）のポリプロ ピレン榭脂を用いると導電性榭脂組成物の流動性がほとんど低下せず、高 、導電性 と優れた機械的特性を有する燃料電池セパレータを得ることができることを発見し、 本発明を完成させるに至った。
本発明は上記知見に基づくものであり、以下の手段を提供する。すなわち、（1) メ ルトフローレートが 0. 01以上 10以下の範囲であるポリプロピレン榭脂カもなる A成分 と、導電性充填材カ なる B成分とが少なくとも含有されていることを特徴とする燃料 電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(2) 前記 A成分のポリプロピレン榭脂のメルトフローレートが 0. 1以上 2以下の範囲 であることを特徴とする前項 1に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(3) 前記 A成分と前記 B成分との合計を 100質量％としたときに、前記 A成分の含 有率が 2質量％以上 30質量％以下の範囲であり、前記 B成分の含有率が 70質量％ 以上 98質量％以下の範囲であることを特徴とする前項 1または前項 2に記載の燃料 電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(4) さらに C成分としてエラストマ一が含有されていることを特徴とする前項 1または 前項 2に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(5) 前記 A成分と前記 B成分と前記 C成分との合計を 100質量％としたときに、前記 A成分および前記 C成分の含有率の合計が 2質量％以上 30質量％以下の範囲であ り、前記 B成分の含有率が 70質量％以上 98質量％以下であることを特徴とする前項 4に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(6) 前記 C成分のエラストマ一力 水添スチレンブタジエンラバー、スチレン'ェチレ ンブチレン ·スチレンブロックコポリマー、スチレン ·エチレンプロピレン ·スチレンブロッ クコポリマー、ォレフィン結晶'エチレンブチレン'ォレフィン結晶ブロックコポリマー、 スチレン .エチレンブチレン.ォレフィン結晶ブロックコポリマー、スチレン.イソプレン · スチレンブロックコポリマー及びスチレン 'ブタジエン 'スチレンブロックコポリマーのい ずれ力 1種または 2種以上であることを特徴とする前項 4または前項 5に記載の燃料 電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(7) 前記 B成分が金属材料、炭素質材料、導電性高分子、金属被覆フィラーまたは 金属酸ィ匕物からなる群力 選ばれる少なくとも 1種であることを特徴とする前項 1ない し前項 6のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(8) 前記 B成分が、 0. 05〜5質量％のホウ素が含有された炭素質材料であることを 特徴とする前項 1な!ヽし前項 6の ヽずれかに記載の燃料電池セパレータ用導電性榭 脂組成物。
(9) 前記 B成分中に、気相法炭素繊維またはカーボンナノチューブのうちのいずれ か一方または両方が、 0. 1質量％以上 50質量％以下の割合で含まれていることを 特徴とする前項 1な！ヽし前項 6および前項 8の ヽずれかに記載の燃料電池セパレー タ用導電性樹脂組成物。
(10) 前記気相法炭素繊維中または前記カーボンナノチューブ中のいずれか一方 または両方に、 0. 05質量％以上 5質量％以下のホウ素が含有されていることを特徴 とする前項 9に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
(11) 溶融時の見掛け粘度が 7 X 102Pa' s以上 l X 103Pa' s以下の範囲であること を特徴とする前項 1ないし前項 10のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用導電 性榭脂組成物。
(12) 前項 1な 、し前項 11の 、ずれかに記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂 組成物から成形されてなることを特徴とする燃料電池セパレータ。
発明の効果
[0012] 上記した構成を有する本発明の燃料電池セパレータは、導電性に優れ、かつ曲げ 強度、曲げ歪に優れる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明のセパレータの一例を示す斜視図である。
符号の説明
[0014] 1 セパレータ 発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」およ び「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
[0016] (燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物）
本発明の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物 (以下、単に導電性榭脂組成 物ということがある。）は、 MFRが 0. 01以上 10以下の範囲のポリプロピレン榭脂 (A 成分)と、導電性充填材 (B成分)とが少なくとも含有されてなる導電性榭脂組成物で ある。
また、本発明の導電性榭脂組成物には、エラストマ一 (C成分)やその他の熱可塑性 榭脂を含有させることができる。 A成分、 C成分およびその他の熱可塑性榭脂をあわ せて榭脂成分という。以下、榭脂成分の詳細について説明する。
[0017] (A成分:ポリプロピレン榭脂）
A成分は、 MFRが 0. 01以上 10以下の範囲のポリプロピレン榭脂であれば、その 他の物性等については特に限定されない。このようなポリプロピレン榭脂としては、ァ イソタクチックポリプロピレン、ァタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロ ピレン等のホモポリマータイプのポリプロピレン榭脂や、ランダムやブロック等のコポリ マータイプのポリプロピレン樹脂が挙げられる。これらの中で、分子構造の面では、ホ モポリマーのポリプロピレン榭脂が好ましぐ曲げ弾性率と曲げ歪のバランスに優れる t 、う理由で、ァイソタクチックポリプロピレンが特に好まし!/、。
さらに、優れた曲げ特性が発現されるという理由で、 MFRが 0. 05以上、 5以下の ポリプロピレン榭脂がより好ましい。さらに好ましいのは MFRが 0. 1以上、 2以下のポ リプロピレン榭脂である。なお、本発明のポリプロピレン榭脂の MFRiお IS K7210 M法 (試験温度 230°C、試験荷重 21. 18N (2. 16kg) )で測定した値である。
[0018] (C成分:エラストマ一）
本発明の導電性榭脂組成物には、エラストマ一 (C成分)が含まれていても良い。こ のエラストマ一は、常温付近でゴム状弾性を有する高分子である。エラストマ一成分 としては特に限定されないが、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、水素化-トリ ノレゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジェン 三元共重合ゴム、エチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴ ム、アタリノレゴム、ブタジエンゴム、ノ、イスチレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、 ポリエーテル系特殊ゴム、四フツイ匕エチレン.プロピレンゴム、ェピクロロヒドリンゴム、 ノルボルネンゴム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマ一、ォレフィン系熱可 塑性エラストマ一、ウレタン系熱可塑性エラストマ一、ポリエステル系熱可塑性エラス トマ一、ポリアミド系熱可塑性エラストマ一、 1, 2—ポリブタジエン系熱可塑性エラスト マー、フッ素系熱可塑性エラストマ一、軟質アクリル榭脂等の中から選ばれた 1種ま たは 2種類以上の組み合わせが使用可能である。これらの中で、スチレン系熱可塑 性エラストマ一が高 、導電性と優れた曲げ特性を両立できると 、う理由で好まし 、。
[0019] C成分の中で好適であるスチレン系熱可塑性エラストマ一としては、水添スチレンブ タジェンラバー、スチレン 'エチレンブチレン'スチレンブロックコポリマー、スチレン' エチレンプロピレン 'スチレンブロックコポリマー、ォレフィン結晶'エチレンブチレン. ォレフィン結晶ブロックコポリマー、スチレン'エチレンブチレン'ォレフイン結晶ブロッ クコポリマー、スチレン 'イソプレン'スチレンブロックコポリマー、スチレン 'ブタジエン' スチレンブロックコポリマー等が挙げられる。中でも、 A成分のポリプロピレン榭脂中の 分散性が良いという理由で、水添スチレンブタジエンラバー、スチレン 'エチレンブチ レン 'スチレンブロックコポリマー、スチレン 'エチレンプロピレン 'スチレンブロックコポ リマーが好ましい。
[0020] 上記のエラストマ一は、 A成分のポリプロピレン榭脂の一部と置換して含有させるこ とが望ましい。具体的には、 A成分と C成分の合計を 100質量％とした場合に、 C成 分を 0. 01質量％以上 50質量％以下の範囲で置換して添加することが好ましい。ェ ラストマー (C成分)が 50質量％以上になると、曲げ強度が低くなる。特に、高い曲げ 歪と曲げ強度が同時に得られるという理由で、 0. 01質量％以上 30質量％以下の範 囲がより好ましい。
[0021] (その他の熱可塑性榭脂）
本発明の導電性榭脂組成物には、本発明の効果が失われない範囲でポリプロピレ ン以外のその他の熱可塑性榭脂が含まれていても良い。そのような熱可塑性榭脂は 特に限定されないが、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリ塩化 ビュル、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフッ化ビ-リデン や四フッ化ポリエチレン等のフッ素榭脂、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフ イン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ ート、ポリフエ-レンスルフイド、ポリフエ-レンォキシド、ポリフエ-レンスノレホン、ポリス チレン、アクリル榭脂、ポリカーボネート、ポリシクロォレフィン等の中力も選ばれた 1 〜2種類以上の組み合わせが使用可能である。
[0022] この他、榭脂成分中には、必要に応じて、各種の添加剤、例えば、熱硬化性榭脂、 モノマー、可塑剤、硬化剤、硬化開始剤、硬化助剤、溶剤、紫外線安定剤、酸化防 止剤、熱安定剤、消泡剤、レべリング剤、離型剤、滑剤、撥水剤、増粘剤、低収縮剤 、難燃剤、または親水性付与剤等力 選ばれる成分を添加することができる。
[0023] (A成分、あるいは榭脂成分の製造方法）
本発明の A成分、あるいは A成分と C成分など榭脂成分の混合物の製造方法は特 に制限されないが、例えば、溶液法、エマルシヨン法、溶融法等の物理的方法、ある いはグラフト重合法、ブロック重合法、 IPN (相互入高分子網目）法等の化学的方法 による製造法が挙げられる。
[0024] 異種ポリマーのブレンドによる榭脂成分の製造の場合は、多様性の点からは溶融 法が好ましい。この溶融法の具体的な手法は特に制限されないが、ロール、ニーダ 一、バンノリーミキサー TM、押出機等の混練機械を用いてブレンドする方法等が挙 げられる。
[0025] (B成分）
本発明において、上記した榭脂成分とともに導電性榭脂組成物を構成する B成分 は、導電性充填材である限り特に制限されない。導電性の点からは、この B成分は、 金属材料、炭素質材料、導電性高分子、金属被覆フィラー、または金属酸化物の中 力も選ばれた 1ないし 2種類以上の組み合わせが好ましい。より好ましくは、炭素質材 料、金属材料のいずれか一方または両方である。以下、 B成分について更に詳細に 説明する。
[0026] (金属材料）
金属材料としては、導電性の点からは、 Ni、 Fe、 Co、 B、 Pb、 Cr、 Cu、 Al、 Ti、 Bi、 Sn、 W、 P、 Mo、 Ag、 Ptゝ Auゝ TiC、 NbC、 TiCNゝ TiN、 CrN、 TiB、 ZrB 、 Fe B
2 2 2 のいずれか 1種類または 2種類以上の複合材料であることが好ましい。更に、これら の金属材料を粉末状、あるいは繊維状に加工して使用することができる。
[0027] (炭素質材料）
炭素質材料としては、導電性の点からは、カーボンブラック、炭素繊維、ァモルファ スカーボン、膨張黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛、気相法炭素繊維、カーボンナノチュー ブ、フラーレンの中力も選ばれた 1ないし 2種類以上の組み合わせが挙げられる。
[0028] 更に、炭素材料の導電性向上の点からは、炭素質材料中にホウ素が 0. 05質量％ 以上 5質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。ホウ素量が 0. 05質量％未満で は、目的とする高導電性の黒鉛粉末が得られない可能性が高くなる。他方、ホウ素量 力 質量％を超えて含まれていても、炭素材料の導電性向上への寄与の程度が低 下する傾向がある。
炭素質材料に含まれるホウ素の量の測定方法は特に制限はなぐどのような測定方 法でも測定できる。本発明では誘導型プラズマ発光分光分析法 (以下、「ICP」と略 す。）又は誘導型プラズマ発光分光質量分析法 (以下、「ICP— MS」と略す。）により 測定した値を用いる。具体的には試料に硫酸および硝酸を加え、マイクロ波加熱（2 30°C)して分解 (ダイジエスター法)し、更に過塩素酸 (HCIO )をカ卩えて分解したもの
4
を水で希釈し、これを ICP発光分析装置にかけて、ホウ素量を測定する。
[0029] (ホウ素の含有方法）
炭素質材料中にホウ素を含有させる方法としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒 鉛、カーボンブラック、炭素繊維、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ等の単品 、あるいはそれらの 1種以上の混合物にホウ素源として、 B単体、 B C、 BN、 B O 、
4 2 3
H BO等を添カ卩し、よく混合して約 2300°C〜3200°Cで黒鉛ィ匕処理することによつ
3 3
て、炭素質材料中にホウ素を含有させる方法が挙げられる。ホウ素化合物の混合が 不均一な場合には、黒鉛粉末が不均一になるだけでなぐ黒鉛化時に焼結する可能 性が高くなる傾向がある。ホウ素化合物を均一に混合させるために、これらのホウ素 源は 50 m以下、好ましくは 20 m以下程度の粒径を有する粉末にして、コータス 等の粉末に混合することが好ま U、。 [0030] ホウ素を添加しない場合、黒鉛化すると黒鉛化度 (結晶化度)が下がり、格子間隔 が大きくなり、高導電性の黒鉛粉末を得ることの困難性が増大する傾向がある。また
、黒鉛中にホウ素および Zまたはホウ素化合物が混合されている限り、ホウ素の含有 の形態は特に制限されないが、黒鉛結晶の層間に存在するもの、黒鉛結晶を形成 する炭素原子の一部がホウ素原子に置換されたものも、より好適なものとして挙げら れる。また、炭素原子の一部がホウ素原子に置換された場合のホウ素原子と炭素原 子の結合は、共有結合、イオン結合等どのような結合様式であっても構わない。
[0031] (カーボンブラック）
上述した炭素質材料の一例であるカーボンブラックとしては、天然ガス等の不完全 燃焼、アセチレンの熱分解により得られるケッチェンブラック、アセチレンブラック、炭 化水素油や天然ガスの不完全燃焼により得られるファーネスカーボン、天然ガスの 熱分解により得られるサーマルカーボン等が挙げられる。
[0032] (炭素繊維）
上記した炭素繊維としては、重質油、副生油、コールタール等力 作られるピッチ 系と、ポリアクリロニトリル力 作られる PAN系が挙げられる。
[0033] (ァモノレファスカーボン）
上記したアモルファスカーボンを得るためには、フエノール榭脂を硬化させて焼成 処理し、粉砕して粉末とする方法、または、フエノール榭脂を球状、不定形状の粉末 の状態で硬化させて焼成処理する方法等がある。導電性の高 ヽアモルファスカーボ ンを得るためには 2000°C以上に加熱処理することが適する。
[0034] (膨張黒鉛）
上記した膨張黒鉛粉末は、例えば、天然黒鉛、熱分解黒鉛等高度に結晶構造が 発達した黒鉛を、濃硫酸と硝酸との混液、濃硫酸と過酸化水素水との混液の強酸ィ匕 性の溶液に浸漬処理して黒鉛層間化合物を生成させ、水洗してカゝら急速加熱して、 黒鉛結晶の C軸方向を膨張処理することによって得られた粉末や、それを一度シート 状に圧延したものを粉砕した粉末である。
[0035] (人造黒鉛）
上記した人造黒鉛を得るためには、通常は先ずコータスを製造する。コータスの原 料は石油系ピッチ、石炭系のピッチ等が用いられる。これらの原料を炭化してコーク スとする。コータスから黒鉛化粉末を得るにはコータスを粉砕後黒鉛化処理する方法 、コータス自体を黒鉛化した後粉砕する方法、あるいはコータスにバインダーを加え 成形、焼成した焼成品（コータスおよびこの焼成品を合わせてコータス等という）を黒 鉛化処理後粉砕して粉末とする方法等がある。原料のコータス等はできるだけ、結晶 が発達していない方が良いため、 2000°C以下、好ましくは 1200°C以下で加熱処理 したものが適する。
[0036] 黒鉛ィ匕方法は、粉末を黒鉛ルツボに入れ直接通電するアチソン炉を用いる方法、 黒鉛発熱体により粉末を加熱する方法等を使用することができる。
[0037] コータス、人造黒鉛および天然黒鉛等の粉砕には、高速回転粉砕機 (ハンマーミル 、ピンミル、ケージミル)や各種ボールミル (転動ミル、振動ミル、遊星ミル）、撹拌ミル（ ビーズミル、アトライター、流通管型ミル、ァ-ユラ一ミル)等が使用できる。また、微粉 砕機であるスクリーンミル、ターボミル、スーパーミクロンミル、ジェットミルでも条件を 選定することによって使用可能である。これらの粉砕機を用いてコータスおよび天然 黒鉛等を粉砕し、その際の粉砕条件の選定、および必要により粉末を分級し、平均 粒径や粒度分布をコントロールする。
[0038] コータス粉末、人造黒鉛粉末および天然黒鉛粉末等を分級する方法としては、分 離が可能であれば何れでも良いが、例えば、篩分法や強制渦流型遠心分級機 (ミク ロンセノ レーター、ターボプレックス、ターボクラシファイア一、スーノ ーセノ レーター )、慣性分級機 (改良型バーチュウアルインパクター、エルポジェット)等の気流分級 機が使用できる。また湿式の沈降分離法や遠心分級法等も使用できる。
[0039] (気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ）
本発明の B成分には、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブのいずれか一方ま たは両方が、 0. 1質量％以上 50質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。より 好ましくは、 0. 1質量％以上 45質量％以下の範囲であり、更に好ましくは、 0. 2質量 %以上 40質量％以下の範囲である。 B成分中におけるこれらの含有率が 0. 1質量 %未満では導電性の向上に効果がない。また、 50質量％を超えると成形性が悪くな る傾向になる。 [0040] 更に、気相法炭素繊維またはカーボンナノチューブ中には、 0. 05質量％以上 5質 量％以下のホウ素が含有されることが好ましい。より好ましくは、 0. 06質量％以上 4 質量％以下の範囲であり、更に好ましくは 0. 06質量％以上 3質量％以下である。ホ ゥ素の含有率が 0. 05質量％未満では、ホウ素を添加したことで導電性を向上させる 効果が小さい。また、 5質量％を超えた添加では、不純物量が多くなり、他の物性の 低下をもたらす傾向がある。
[0041] 気相法炭素繊維は、例えばベンゼン、トルエン、天然ガス等の有機化合物を原料 に、フエ口セン等の遷移金属触媒の存在下で、水素ガスととも〖こ 800°C〜1300°Cで 熱分解反応させることによって得られる。この気相法炭素繊維は、繊維径が約 0. 5 μ m〜10 μ m程度のものである。熱分解反応後に更に、約 2300°C〜3200°Cで黒鉛 化処理することが好ましい。より好ましくは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミ- ゥム、ケィ素等の黒鉛ィ匕触媒とともに約 2300°C〜3200°Cで黒鉛ィ匕処理するとよい。
[0042] カーボンナノチューブは、近年その機械的強度のみでなく、電界放出機能や、水 素吸蔵機能が産業上注目され、更に磁気機能にも目が向けられ始めている。この種 のカーボンナノチューブは、グラフアイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラフアイ トフアイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマ イク口チューブ、カーボンナノファイバ一等とも呼ばれており、繊維径が約 0. 5nm〜 lOOnmのものである。カーボンナノチューブにはチューブを形成するグラフアイト膜 がー層である単層カーボンナノチューブと、多層である多層カーボンナノチューブが ある。本発明では、単層および多層カーボンナノチューブのいずれも使用可能であ る力 単層カーボンナノチューブを用いた方力 より高い導電性や機械的強度の組 成物が得られる傾向があるため好ましい。
[0043] カーボンナノチューブは、例えば、斉藤 '板東「カーボンナノチューブの基礎」 (P23 〜P57、コロナ社出版、 1998年発行）に記載のアーク放電法、レーザ蒸発法および 熱分解法等により作製し、更に純度を高めるために水熱法、遠心分離法、限外ろ過 法、および酸ィ匕法等により精製することによって得られる。より好ましくは、不純物を取 り除くために約 2300°C〜3200°Cの不活性ガス雰囲気中で高温処理する。更に好ま しくは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、ケィ素等の黒鉛ィ匕触媒とともに 、不活性ガス雰囲気中、約 2300°C〜3200°Cで高温処理することにより得られる。
[0044] (組成）
本発明における、榭脂成分と B成分の組成は、（榭脂成分 +B成分)を基準（100質 量％として）、榭脂成分が 2質量％以上 30質量％以下の範囲、 B成分が 70質量％以 上 98質量％以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、榭脂成分が 5質量％ 以上 20質量％以下、 B成分が 80質量％以上 95質量％以下である。更に好ましくは 、榭脂成分が 5質量％以上 15質量％以下の範囲、 B成分が 85質量％以上 95質量 %以下の範囲である。榭脂成分が 2質量％未満では、成形性が悪くなる傾向がある。 他方、榭脂成分が 30質量％を超えると、体積固有抵抗が 1 Ω cm以上になり易い傾 向が生ずる。
[0045] また、 A成分と B成分の組成は、（A成分 +B成分)を基準（100質量％として）、 A成 分が 2質量％以上 30質量％以下の範囲、 B成分が 70質量％以上 98質量％以下の 範囲であることが好ましい。より好ましくは、 A成分が 5質量％以上 20質量％以下、 B 成分が 80質量％以上 95質量％以下である。更に好ましくは、 A成分が 5質量％以上 15質量％以下の範囲、 B成分が 85質量％以上 95質量％以下の範囲である。 A成 分が 2質量％未満では、成形性が悪くなる傾向がある。他方、 A成分が 30質量％を 超えると、体積固有抵抗が 1 Ω cm以上になり易い傾向が生ずる。
[0046] (添加剤）
更に本発明の導電性榭脂組成物には、必要に応じて、硬度、強度、導電性、成形 性、耐久性、耐候性、耐水性等を改良する目的で、更にガラスファイバー、ゥイスカー 、金属酸化物、有機繊維、紫外線安定剤、酸化防止剤、離型剤、滑剤、撥水剤、増 粘剤、低収縮剤、親水性付与剤等の添加剤を添加することができる。
[0047] (粘度）
本発明の導電性榭脂組成物の溶融時の見掛けの粘度は、温度 280°Cにおいて、 7 X 102Pa' s以上 1 X 103Pa' s以下の範囲であることが好ましい。溶融時の見掛けの 粘度が上記数値範囲内である場合、成形性が良好となる。溶融時の見掛けの粘度 の測定方法は特に制限されず、公知のものを採用できる。例えば、東洋精機 (株)製 のキヤピログラフを用いて、温度 280°C、せん断速度 1000秒—1で、直径 lmm、長さ 10mmのキヤピラリーを用いて測定する方法が挙げられる。
[0048] (製造方法）
本発明における導電性榭脂組成物の製造方法は特に制限されない。上記した各 成分をロール、押出機、ニーダー、バンバリ一ミキサー（登録商標）、ヘンシェルミキ サー (登録商標）、プラネタリーミキサー等の榭脂分野で一般的に用いられている混 合機、混練機を使用し、なるべく均一に混合させるのが好ましい。
[0049] また、上記した榭脂成分を予め製造したのち B成分と混合する方法と、 B成分の存 在下で榭脂成分の各成分を混練する方法等が挙げられるが、限定されるものではな い。
[0050] 本発明における導電性榭脂組成物は、混練または混合した後、モールド成形機や 金型への材料供給を容易にする目的で、必要に応じて、粉砕あるいは造粒すること ができる。粉砕には、ホモジナイザー、ウィレ一粉砕機、高速回転粉砕機 (ハンマーミ ル、ピンミル、ケージミル、プレンダー）等が使用でき、材料同士の凝集を防ぐため冷 却しながら粉砕することが好ましい。造粒には、押出機、ルーダー、コニーダ一等を 用いてペレツトイ匕する方法、あるいはパン型造粒機等を使用することができる。
[0051] (燃料電池セパレータ）
本発明の導電性榭脂組成物を用いて、燃料電池セパレータを製造する方法は特 に制限されない。この製造方法の具体例としては、圧縮成形法、トランスファー成形 法、射出成形法、注型法、射出圧縮成形法が挙げられるが、これに限定するわけで はない。より好ましくは、成形加工時に金型内あるいは金型全体を真空状態にして成 形する。
[0052] 圧縮成形において成形サイクルを挙げるには、多数個取り金型を用いることが好ま しい。更に好ましくは、多段プレス (積層プレス)方法を用いると小さな出力で多数の 製品を成形できる。平面状の製品で面精度を向上させるためには、一度シートを成 形して力も圧縮成形することが好ま 、。
[0053] 射出成形にぉ 、ては、更に成形性を向上させる目的で、炭酸ガスを成形機シリンダ 一の途中から注入し、材料中に溶力 込んで超臨界状態で成形することができる。 製品の面精度を挙げるには、射出圧縮方法を用いることが好ましい。射出圧縮法とし ては、金型を開いた状態で射出して閉じる方法、金型を閉じながら射出する方法、閉 じた金型の型締め力をゼロにして射出して力 型締め力をかける方法等を用 、る。
[0054] (金型）
本発明にお 、て成形の際に使用すべき金型にっ 、ては特に制限されな 、が、例 えば、材料の固化が速ぐ流動性が悪い場合は、キヤビティ内に断熱層を仕込んだ 断熱金型を用いることが好ましい。また、金型温度を成形時に上下できる温度プロフ アイルシステムを導入した金型がより好ましい。温度プロファイルのやり方としは、誘導 加熱と冷媒 (空気、水、オイル等）の切換えによるシステム、熱媒 (熱水、加熱オイル 等）と冷媒の切換えによるシステム等が挙げられる力 制限されるものではない。
[0055] 金型温度は組成物の種類に応じて最適温度を選定、探索することが重要である。
例えば、 90°C〜200°Cの温度範囲で、 10秒間〜 1200秒間という範囲で適宜決定 することができる。成形品を高温で取出した場合、冷却する場合があるが、その方法 は制限されるものでない。例えば、反りを抑制する目的で、成形品を冷却板で挟んで 冷却する方法、または、金型ごと冷却する方法等が挙げられる。
[0056] 本発明の両面または片面にガスを流すための流路が形成された燃料電池セパレ ータは、本発明の導電性榭脂組成物を上記した成形法により成形することにより得る ことができる。ガスを流すための流路は導電性榭脂組成物の成形体を切削等の機械 加工により、当該流路 (溝等)を形成してもよい。また、ガス流路の反転形状を有する 金型を使用し圧縮成形、スタンプ成形等によってガス流路形成を行ってもょ 、。
[0057] 本発明のセパレータの流路断面形状ゃ流路形状は特に制限されない。例えば、流 路断面形状は長方形、台形、三角形、半円形等が挙げられる。流路形状は、ストレ ート型、蛇行型等が挙げられる。流路の幅は 0. l〜2mm、深さ 0. 1〜1. 5mmが好 ましい。図 1に本発明のセパレータの一例を示す。
[0058] 本発明のセパレータの最薄部は lmm以下が好ましい。より好ましくは 0. 8mmであ る。 1mm以上では、セパレータが厚くなるため、セパレータ自体の抵抗によるセルの 電圧降下が大きくなり好ましくない。
[0059] 本発明の燃料電池セパレータは、ガスや水を流すためのマ-ホールドとしての役割 を果たす貫通孔を有していても良い。貫通孔の形成方法としては、成形時に貫通孔 を形成させる方法、成形後に切削により形成させる方法等が挙げられるが制限され ない。
[0060] (燃料電池セパレータの用途）
本発明の燃料電池セパレータは、導電性に優れ、高い曲げ強度、曲げ歪を有する ので燃料電池セパレータとして最適である。
実施例
[0061] 以下に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は実施例になんら限 定されるものではない。
[0062] 実施例に用いた材料を以下に示す。
(樹脂成分）
榭脂成分として、 A成分と C成分力もなる表 1に記載の榭脂 1ないし榭脂 10を調製 した。
A成分としてのポリプロピレン榭脂には、サンァロマー（株）製のサンァロマー PX90 ON (MFR= 30)、 PX600N (MFR= 7)、 PX400A (MFR= 2)、 PW201N (MFR =0. 4)を用いた。なお、ポリプロピレン榭脂の MFR値は、 JIS K7210に準拠して 測定した。具体的には、試験温度 230°C、試験荷重 21. 18N (2. 16kg)で測定した
C成分としてのエラストマ一には、水添スチレンブタジエンラバー（H— SBR)として J SR (株）製のダイナロン 1320Pを、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合 体（SEBS)としてクレイトンポリマージャパン (株）製のクレイトン G1652を用いた。
[0063] [表 1]
Figure imgf000018_0001
(B成分:導電性充填材）（B1 :ホウ素含有黒鉛微紛）
非針状コータスであるェム .シー 'カーボン (株)製 MCコータスをパルべライザ一（ホ ソカヮミクロン (株)製)で 2mm〜3mm以下の大きさに粗粉砕した。この粗粉砕品をジ エツトミル (IDS2UR、 日本-ユーマチック (株)製)で微粉砕した。その後、分級により 所望の粒径に調整した。 5 m以下の粒子除去は、ターボクラシファイア一 (TC15N 、 日清エンジニアリング (株)製)を用い、気流分級を行った。この調整した微粉砕品 の一部 14. 4kgに炭化ホウ素（B C) 0. 6kgを加え、ヘンシェルミキサー（登録商標）
4
にて 800rpmで 5分間混合した。これを内径 40cm、容積 40リットルの蓋付き黒鉛ル ッボに封入し、黒鉛ヒーターを用いた黒鉛ィ匕炉に入れてアルゴンガス雰囲気下 290 0°Cの温度で黒鉛化した。これを放冷後、粉末を取り出し、 14kgの粉末を得た。得ら れた黒鉛微粉は、平均粒径 20. 5 /ζ πι、 Β含有量が 1. 9質量0 /0であった。このように してホウ素含有黒鉛微紛 (B1)を得た。
[0065] (Β2：気相法炭素繊維とホウ素含有黒鉛微紛の混合物）
気相法炭素繊維として、昭和電工株式会社製の VGCF— G (登録商標）を 5質量％ と、上記のホウ素含有黒鉛微紛 (B1)を 95質量％とを、ヘンシェルミキサー（登録商 標）にて混合した。得られた炭素材料混合物の平均粒径は 12. 4 μ ι, Β含有量 1. 3 質量％であった。このようにして Β2の混合物を得た。なお、上記の「VGCF— G」は、 繊維径が 0. 1〜0. 3 111でぁり、繊維長が10〜50 111でぁるものを用ぃた。
[0066] (B3 :カーボンナノチューブ (以下、「CNT」と略す。）と B1 (黒鉛微粉）との混合物）
Figure imgf000019_0001
（登録商標）にて混合した。 得られた炭素材料混合物の平均粒径は 9. 2 μ ι, Β含有量 1. 2質量％であった。こ のようにして Β3の混合物を得た。
なお、カーボンナノチューブは以下の方法で得た。
[0067] 直径 6mm、長さ 50mmのグラフアイト棒に、先端から中心軸に沿って直径 3mm、 深さ 30mmの穴をあけ、この穴にロジウム (Rh)：白金（Pt)：グラフアイト（C)を質量比 率 1 : 1 : 1の混合粉末として詰め込み、陽極を作製した。一方、純度 99. 98質量％の グラフアイトからなる、直径 13mm、長さ 30mmの陰極を作製した。これらの電極を反 応容器に対向配置し、直流電源に接続した。そして、反応容器内を純度 99. 9体積 %のヘリウムガスで置換し、直流アーク放電を行った。その後、反応容器内壁に付着 した煤 (チャンバ一煤)と陰極に堆積した煤 (陰極煤)を回収した。反応容器中の圧力 と電流は、 600Torrと 70Aで行った。反応中は、陽極と陰極間のギャップが常に 1〜 2mmになるように操作した。
[0068] 回収した煤は、水とエタノールが質量比で 1： 1の混合溶媒中に入れ超音波分散さ せ、その分散液を回収して、ロータリエバポレーターで溶媒を除去した。そして、その 試料を陽イオン界面活性剤である塩ィ匕ベンザルコ-ゥムの 0. 1 %水溶液中に超音 波分散させた後、 5000rpmで 30分間遠心分離して、その分散液を回収した。更に、 その分散液を 350°Cの空気中で 5時間熱処理することによって精製し、繊維径が 1〜 10nm、繊維長が 0. 05〜5 μ mのカーボンナノチューブを得た。
[0069] (実施例 1〜実施例 9、比較例 1〜3)
表 1に示す榭脂成分材料ならびに (B1)な ヽし (B3)の B成分材料を、ラボプラストミ ル (登録商標）（(株)東洋精機製作所製、モデル 50C150)に投入し、温度 200°C、 回転速度 45rpmで 7分間混練して導電性榭脂組成物を得た。この組成物を縦 100 mm X横 100mmの平板 (厚さは物性試験項目ごとに異なる）成形用の金型に投入し 、 50t圧縮成形機（NIPPO ENGINEERING社製 E— 3013)を用いて温度 230 。C、予熱 3分後、圧力 15MPaで 3分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温 度 25°C、圧力 15MPaの条件で 2分間冷却させることにより、実施例 1ないし 9および 比較例 1ないし 3の組成物の成形体を得た。表 2および表 3に、各成形体の組成を示 す。
また、表 2および 3に、各成形体の体積固有抵抗、曲げ強度、曲げ弾性率および曲 げ歪みならびに見掛けの粘度の測定結果を示す。
[0070] なお、体積固有抵抗は、 JIS K7194に準拠した四探針法により測定した。
また、曲げ強度、曲げ弾性率および曲げ歪みは、島津製作所 (株)製のオートダラ フ (AG— lOkNI)を用いて測定を行った。具体的には、 JIS K6911法で、試験片（ 80mm X 10mm X 4mm)をスパン間隔 64mm、曲げ速度 ImmZminの条件で 3点 式曲げ強度測定法により測定した。
溶融時の見掛けの粘度は、東洋精機 (株)製のキヤピログラフを用いて、温度 280 。C、せん断速度 1000秒—1で、直径 lmm、長さ 10mmのキヤピラリーを用いて測定し たものである。
[0071] [表 2] 実施例 1 実施 fff2 実 ΜιβΙ ·3 実 ffi例 4 実施例 5 比較例 1
15 ― ― 15 15 ―
樹 H2
樹胞成分 ― 15 ― ― ― ―
樹瞄 3 ― ― 15 ― ― ―
雌 4 ― ― ― ― 15
B1 85 85 85 ― ― 85
B成分 B2 ― ― ― 85 ― ―
B3 ― ― ― ― 85 ―
体積固有抵抗 (mQ -cm) 5.4 5.0 4.7 5.1 5.0 3.7
曲げ強度 ( Pa) 49.6 49.3 49.0 50.8 51.1 48.9
曲げ 性率 （GPa) 88 8.6 8.6 9.0 9.1 8.3
曲げ歪 （¾) 1.03 1.01 1.01 1.21 1.25 0.91 見掛けの粘度 （Pa 8.1 Xt 02 7.4X102 7.0X102 8.3X102 8.3X102 6.8X102
[0072] [表 3]
Figure imgf000021_0001
[0073] 上記した表 2、表 3に示すように、本発明におけるポリプロピレン樹脂を用いた実施 例 1ないし実施例 9の成形体は、導電性に優れ、優れた曲げ強度、曲げ歪を有する ことがわかる。
[0074] (実施例 10)
上記の実施例 6の組成物を、貫通孔 6ケ、 100 X 200 X 1. 5mmのサイズで溝幅 1 mmピッチ、溝深さ 0. 5mmの溝が両面に形成された平板を成形できる金型に投入し 、 50t圧縮成形機を用いて温度 230°C、予熱 3分、圧力 15MPaで 3分間加圧加熱し 、その後、冷却プレスを用いて温度 25°C、圧力 15MPaの条件で 2分間冷却させるこ とにより、燃料電池セパレータを製造した。この燃料電池セパレータの体積固有抵抗 は 6. 5mQcmであり、セパレータ中央の厚みは 1. 5 lmmであり、非常に良好な燃 料電池セパレータを得ることが出来た。

Claims

請求の範囲
[1] メルトフローレートが 0. 01以上 10以下の範囲であるポリプロピレン榭脂からなる A 成分と、導電性充填材からなる B成分とが少なくとも含有されている燃料電池セパレ ータ用導電性樹脂組成物。
[2] 前記 A成分のポリプロピレン榭脂のメルトフローレートが 0. 1以上 2以下の範囲であ る請求項 1に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
[3] 前記 A成分と前記 B成分との合計を 100質量％としたときに、前記 A成分の含有率 力 ^質量％以上 30質量％以下の範囲であり、前記 B成分の含有率が 70質量％以上 98質量％以下の範囲である請求項 1に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組 成物。
[4] さらに C成分としてエラストマ一が含有されている請求項 1に記載の燃料電池セパレ ータ用導電性樹脂組成物。
[5] 前記 Α成分と前記 Β成分と前記 C成分との合計を 100質量％としたときに、前記 A 成分および前記 C成分の含有率の合計が 2質量％以上 30質量％以下の範囲であり
、前記 B成分の含有率が 70質量％以上 98質量％以下である請求項 4に記載の燃料 電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
[6] 前記 C成分のエラストマ一力 水添スチレンブタジエンラバー、スチレン 'エチレンブ チレン ·スチレンブロックコポリマー、スチレン'エチレンプロピレン ·スチレンブロックコ ポリマー、ォレフィン結晶'エチレンブチレン'ォレフイン結晶ブロックコポリマー、スチ レン.エチレンブチレン ·ォレフィン結晶ブロックコポリマー、スチレン ·イソプレン'スチ レンブロックコポリマー及びスチレン.ブタジエン.スチレンブロックコポリマーのいずれ 力 1種または 2種以上である請求項 4に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組 成物。
[7] 前記 Β成分が金属材料、炭素質材料、導電性高分子、金属被覆フィラーまたは金 属酸化物からなる群から選ばれる少なくとも 1種である請求項 1に記載の燃料電池セ パレータ用導電性樹脂組成物。
[8] 前記 Β成分が、 0. 05〜5質量％のホウ素が含有された炭素質材料である請求項 1 に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
[9] 前記 B成分中に、気相法炭素繊維またはカーボンナノチューブのうちのいずれか 一方または両方が、 0. 1質量％以上 50質量％以下の割合で含まれている請求項 1 に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
[10] 前記気相法炭素繊維中または前記カーボンナノチューブ中のいずれか一方または 両方に、 0. 05質量％以上 5質量％以下のホウ素が含有されている請求項 9に記載 の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
[11] 溶融時の見掛け粘度が 7 X 102Pa ' s以上 1 X 103Pa' s以下の範囲である請求項 1 に記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂組成物。
[12] 請求項 1な!、し請求項 11の 、ずれかに記載の燃料電池セパレータ用導電性榭脂 組成物から成形されてなる燃料電池セパレータ。
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