WO2024029234A1 - エアブラスト用研創材および燃料電池用セパレータ - Google Patents

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fuel cell
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cell separator
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文雄 丹野
幸司 塚本
数之 岩▲崎▼
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日清紡ケミカル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an abrasive material for air blasting and a separator for fuel cells.
  • a fuel cell separator has the role of providing conductivity to each unit cell, ensuring passage for fuel and air (oxygen) supplied to the unit cell, and serving as a separating boundary wall between them. . Therefore, separators are required to have various properties such as high electrical conductivity, high gas impermeability, chemical stability, heat resistance, and hydrophilicity. In order to impart these properties to separators, various techniques have been developed to roughen the separator surface by blasting.
  • Patent Document 1 a technique is disclosed in which conductive particles such as carbon particles are attached and embedded into the surface of a fuel cell separator made of carbon particles and a thermoplastic resin by shot blasting to reduce the surface contact resistance. Proposed.
  • This technology uses shot blasting to attach or embed conductive particles into the surface resin, which prevents the carbon particles in the separator from being removed during blasting and makes the surface resin-rich, thereby reducing contact resistance.
  • the conductive particles fall off during assembly of the fuel cell or during power generation, resulting in worsening of contact resistance.
  • Patent Document 2 proposes a technique for surface-treating a fuel cell separator made of a thermosetting resin and artificial graphite with an abrasive material of alumina.
  • the contact resistance is reduced by adjusting the surface of the fuel cell separator to an average roughness of 1.0 to 5.0 ⁇ m, but in this case as well, the surface of the fuel cell separator is coated with There is a problem in that the embedded alumina abrasive material falls off and contaminates other fuel cell members.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide an abrasive material for air blasting that does not easily remain on the surface of an object to be blasted, and a separator for fuel cells with less abrasive material residue on the surface. do.
  • the present inventors found that an abrasive material for air blasting made of carbon powder having a predetermined hardness is unlikely to remain on the surface of the object to be blasted after blasting. They also discovered that a fuel cell separator subjected to surface roughening treatment has less abrasive material residue on the surface, has good conductivity, and has excellent adhesion to a gasket, and has completed the present invention.
  • the present invention 1.
  • An abrasive material for air blasting made of carbon powder with a new Mohs hardness of 2.5 to 7.0.
  • 2. 1.
  • a fuel cell separator having at least a part of its surface roughened using the abrasive material for air blasting according to No. 3; 5. 4.
  • the fuel cell of 4 wherein at least a part of the surface of a molded product containing a graphite powder and an epoxy resin component containing a base agent, a curing agent, and a curing accelerator is roughened with the abrasive material for air blasting.
  • Separator for 6 The fuel cell separator of 4, wherein the roughened surface has an arithmetic mean height Sa of 0.5 to 1.5 ⁇ m; 7. 4.
  • a fuel cell separator according to item 4 wherein the number of abrasive material residues with a particle diameter of 50 to 400 ⁇ m remaining on the roughened surface is 500 or less, as measured by direct/indirect measurement of VDA19.2; 8. 4.
  • the fuel cell separator of 4 wherein the roughened surface has a contact resistance of 7 m ⁇ cm or less; 9.
  • a fuel cell separator wherein at least a part of the surface of a molded product of a composition containing graphite powder and an epoxy resin component including a base agent, a curing agent, and a curing accelerator is roughened with an abrasive material,
  • the number of abrasive material residues with a particle size of 50 to 400 ⁇ m remaining on the roughened surface, as measured by direct/indirect measurement of VDA19.2, is 500 or less
  • the present invention provides a fuel cell separator in which the roughened surface has an arithmetic mean height Sa of 0.5 to 1.5 ⁇ m.
  • the abrasive material for air blasting of the present invention is made of carbon powder having a predetermined hardness, it has a property that it is difficult to remain on the surface of the object to be blasted during the blasting process.
  • a fuel cell separator whose surface has been roughened using this airblasting abrasive material has no abrasive material residue on its surface, and has excellent electrical conductivity and adhesion to the gasket.
  • the present invention will be explained in more detail below.
  • Abrasive material for air blasting The abrasive material for air blasting of the present invention is characterized by being made of carbon powder with a new Mohs hardness of 2.5 to 7.0.
  • the new Mohs hardness is a hardness index defined by reclassifying the Mohs hardness index, which was a hardness standard based on 10 levels, into 15 levels of hardness, and is also called the modified Mohs hardness.
  • the new Mohs hardness if the new Mohs hardness is outside the above range, it will tend to remain as a residue on the surface of the object to be blasted, and when used as an abrasive material for air blasting of fuel cell separators, the contact resistance of the roughened surface will decrease. The reduction will be insufficient, and the adhesion to the gasket will be insufficient.
  • the new Mohs hardness preferably ranges from 2.5 to 6.0, more preferably from 2.5 to 5.5, even more preferably from 2.5 to 5.0.
  • the carbon powder is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned new Mohs hardness, and in the present invention, coal, charcoal, anthracite, glassy carbon, and coke are listed, among which anthracite and coke are preferred, and coke is more preferred.
  • the separator for fuel cells according to the present invention is obtained by roughening the surface of at least a part of the molded product of the separator composition for fuel cells with the above-mentioned abrasive material for air blasting. It is.
  • the fuel cell separator composition can be appropriately selected from conventionally known compositions used for manufacturing fuel cell separators, and includes, for example, graphite powder, a base material, a curing agent, and a curing accelerator.
  • a composition containing an epoxy resin component can be suitably used.
  • the graphite powder is not particularly limited, and either natural graphite or artificial graphite may be used.
  • the artificial graphite powder can be appropriately selected from those conventionally used in fuel cell separators. Specific examples thereof include artificial graphite made by baking needle coke, artificial graphite made by baking lump coke, and the like.
  • the natural graphite powder can be appropriately selected from those conventionally used in fuel cell separators. Specific examples include massive natural graphite, flaky natural graphite, and the like. Note that these graphite powders may be used alone or in combination of two or more.
  • the average particle diameter d50 of the graphite powder is not particularly limited, but in consideration of increasing conductivity (reducing contact resistance), it is preferably 10 to 200 ⁇ m, more preferably 15 to 140 ⁇ m, and 20 to 80 ⁇ m. is even more preferable. Note that the average particle diameter d50 in the present invention is expressed as a median diameter in particle size distribution measurement using a laser diffraction method.
  • the main agent constituting the epoxy resin component is not particularly limited as long as it has an epoxy group, and examples include o-cresol novolak epoxy resin, phenol novolak epoxy resin, bisphenol A epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, biphenylaralkyl type epoxy resin, trisphenol type epoxy resin, brominated epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, biphenyl novolak type epoxy resin, etc., and these can be used alone or Two or more types can be used in combination. Among these, o-cresol novolak type epoxy resin alone, biphenyl type epoxy resin alone, and mixtures thereof are preferred.
  • the epoxy equivalent of the epoxy resin used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 180 to 209 g/eq.
  • phenol resin is preferable. Specific examples include novolac type phenolic resin, cresol novolac type phenolic resin, resol type phenolic resin, aralkyl-modified phenolic resin, biphenyl novolac type phenolic resin, trisphenolmethane type phenolic resin, etc., and these can be used alone. Also, two or more types may be used in combination. Among these, novolac type phenolic resins are preferred.
  • the hydroxyl equivalent of the phenol resin used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 95 to 140 g/eq, more preferably 100 to 115 g/eq.
  • the curing accelerator is not particularly limited as long as it promotes the reaction between the epoxy group and the curing agent, and examples thereof include phosphine compounds, amine compounds, and imidazole compounds. , it is preferable to use an imidazole compound having an aryl group at the 2-position.
  • the aryl group include phenyl group, tolyl group, naphthyl group, etc., with phenyl group being preferred.
  • Specific examples of imidazole compounds having an aryl group at the 2-position include 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, and the like.
  • an internal mold release agent can be appropriately blended into the composition used in the present invention.
  • the internal mold release agent may be appropriately selected from various internal mold release agents conventionally used for molding separators. Specific examples thereof include stearic acid wax, amide wax, montan acid wax, and carnauba wax. Examples include wax, polyethylene wax, etc., and these can be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the epoxy resin component is not particularly limited, but is preferably 10 to 50 parts by mass, and 20 to 50 parts by mass based on 100 parts by mass of graphite powder. ⁇ 40 parts by mass is more preferred.
  • the curing agent is preferably blended in an amount of 0.98 to 1.08 equivalents, more preferably 0.99 to 1.05 equivalents, to the base resin.
  • the amount of the curing accelerator used is not particularly limited, and is preferably 0.1 to 5 parts by weight, more preferably 0.5 to 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the mixture of the main agent and curing agent. preferable.
  • the amount used is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 3.0 parts by mass, and 0.05 to 1.0 parts by mass, based on 100 parts by mass of graphite powder. 5 parts by mass is more preferred.
  • the composition used in the present invention may be prepared, for example, by mixing graphite powder, a main ingredient, a curing agent, and a curing accelerator in predetermined proportions in any order.
  • a planetary mixer for example, a ribbon blender, a Loedige mixer, a Henschel mixer, a rocking mixer, a Nauta mixer, etc. can be used.
  • the mixing order is also arbitrary.
  • the above-mentioned composition can be put into a predetermined mold and compression molded to obtain a molded body (separator precursor), for example.
  • the mold used include a mold for producing a fuel cell separator, which can form grooves to serve as gas flow paths on one or both surfaces of the molded body.
  • the compression molding conditions are not particularly limited, but the mold temperature is 150 to 190°C, and the molding pressure is 30 to 60 MPa, preferably 30 to 50 MPa.
  • the compression molding time is not particularly limited, and can be appropriately set from about 3 seconds to about 1 hour. In addition, after compression molding, it may be further heated at 150 to 200° C. for about 1 to 600 minutes in order to accelerate thermosetting.
  • the obtained molded body is subjected to surface roughening treatment using the abrasive material for air blasting of the present invention.
  • the surface roughening treatment may be carried out by using each of the above-mentioned abrasive materials for air blasting alone, or by combining two or more of them.
  • the discharge pressure during the air blasting process varies depending on the particle size of the abrasive material, so it cannot be absolutely defined, but it is preferably 0.1 to 1 MPa, more preferably 0.15 to 0.5 MPa.
  • the conveyance speed during air blasting cannot be absolutely defined, it is preferably 0.1 to 5 m/min, more preferably 0.3 to 2 m/min, and even more preferably 0.5 to 1.5 m/min.
  • the surface roughening treatment may be applied to a part of the surface of the molded product or to the entire surface, but it is preferably performed to the entire surface. Further, the surface roughening treatment may be performed on one side or both sides. Note that when a part of the molded body is subjected to surface roughening treatment, it is preferable to roughen at least one surface of the sealing portion with the gasket, as well as the bottom surface and the top of the groove that will become the gas flow path.
  • the fuel cell separator of the present invention subjected to the above-mentioned surface roughening treatment has a feature that there is little residue of the abrasive material remaining on the roughened surface. It has a characteristic that the number of abrasive material residues with a particle size of 50 to 400 ⁇ m remaining on the roughened surface is 500 or less, preferably 400 or less, and more preferably 300 or less, as measured by indirect measurement.
  • the number of particles is determined by using a surface cleanliness particle monitor compliant with direct/indirect measurement of VDA19.2, using a tape lift exclusively for monitoring from any three locations on the roughened surface. This is the total amount of particles of 50 to 400 ⁇ m measured by collecting the abrasive material attached to the pad.
  • abrasive material is attached to the surface using a tape lift pad at one location each from the gas flow, seal, and cooling flow.
  • the number of particles of 50 to 400 ⁇ m can be measured.
  • the arithmetic mean height Sa of the roughened surface is preferably 0.5 to 1.5 ⁇ m, and 0.6 to 1.5 ⁇ m from the viewpoint of reducing contact resistance. is more preferable.
  • the contact resistance of the roughened surface is preferably 7.0 m ⁇ cm or less, more preferably 6.5 m ⁇ cm or less. Note that the lower the contact resistance is, the more preferable it is, but its lower limit is usually about 3.0 m ⁇ cm.
  • the fuel cell separator of the present invention which has been subjected to the above-mentioned surface roughening treatment, has a feature that it has excellent adhesion with the gasket because there is little residue of the abrasive material remaining on the roughened surface.
  • the gasket is usually formed at the periphery (sealing part) of the surface of the roughened molded body having grooves that serve as gas flow paths.
  • the gasket material may be appropriately selected from those conventionally used as gasket materials for separators, and specific examples thereof include natural rubber, silicone rubber, SIS copolymer, SBS copolymer, SEBS, Rubber materials include ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, fluorine rubber, butyl rubber, hydrogenated isobutylene rubber, and hydrogenated butadiene rubber. It will be done.
  • the gasket can be formed by, for example, adhering or fusing a gasket previously formed into a sheet or plate shape to the peripheral edge (sealed part) of the molded body, or by bonding the gasket to the peripheral edge surface of the molded body.
  • Another method includes applying a composition containing the rubber material and then curing it to form a gasket, but the latter method of applying and then curing is preferred.
  • Application methods are not particularly limited, and include drop casting, spin coating, blade coating, roll coating, bar coating, die coating, inkjet, and printing methods (flexo printing, gravure printing, lithographic printing). , screen printing, etc.), but printing methods are preferred, and screen printing methods are more preferred.
  • the curing method may be appropriately selected from conventionally known vulcanization methods such as heating and irradiation with radiation such as electron beams.
  • gaskets are formed on both sides, and for separators with gas flow path surfaces on one side, sealing performance is also required on the opposite surface (cooling surface). If necessary, a gasket may be formed at the peripheral edge of the cooling surface. When gaskets are formed on both sides, gaskets may be formed on each side one after another, or gaskets may be formed on both sides simultaneously.
  • a fuel cell equipped with the fuel cell separator of the present invention which has excellent adhesion to a gasket, can maintain stable power generation efficiency over a long period of time.
  • Polymer electrolyte fuel cells generally have a large number of unit cells, each consisting of a pair of electrodes that sandwich a polymer membrane, and a pair of separators that sandwich these electrodes and form a gas supply and exhaust flow path.
  • the fuel cell separator of the present invention can be used as part or all of these plurality of separators.
  • Arithmetic mean height Sa The surfaces of the gas flow groove bottom (concave) and peak (convex) of each separator sample before gasket formation were examined using a laser microscope (LEXT OLS5000, manufactured by Olympus Corporation) in accordance with ISO25178-2:2012. The defined arithmetic mean height Sa was measured.
  • Example 1 100 parts by mass of graphite powder (artificial graphite, average particle size d50: 23 ⁇ m, average height: 8 ⁇ m), 20.4 parts by mass of epoxy resin (o-cresol novolac type epoxy resin, epoxy equivalent 198 g/eq), phenol resin An epoxy resin component consisting of 10.7 parts by mass of (novolac type phenol resin, hydroxyl equivalent 103 g/eq) and 0.25 parts by mass of 2-phenylimidazole was placed in a Henschel mixer and mixed at 800 rpm for 3 minutes to determine the composition. I prepared something.
  • the obtained composition was put into a mold for producing a fuel cell separator, and compression molded under the conditions of a mold temperature of 185°C, a molding pressure of 36.6 MPa, and a molding time of 9 seconds to form a 240 mm piece having gas flow grooves.
  • a molded article measuring 240 mm x 2 mm was obtained.
  • a fuel cell separator was obtained by roughening the surface by air blasting under certain conditions.
  • ethylene-propylene-diene rubber was applied to the periphery (sealed part) of the roughened surface using a screen printing method, and heated and vulcanized at 175°C for 30 minutes to form a gasket.
  • a battery separator was obtained.
  • the fuel cell separators of Examples 1 and 2 which were air blasted with carbon powder having a new Mohs hardness of 2.5 to 7.0, had abrasive particles on the surface with a particle size of 50 to 400 ⁇ m. It can be seen that the number of material residues is 500 or less and the arithmetic mean height Sa is adjusted to 0.5 to 1.5 ⁇ m, so it has excellent contact resistance and there is no peeling of the gasket.

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Abstract

新モース硬度が２．５～７．０の炭素粉末からなるエアブラスト用研創材は、ブラスト対象物表面に残存しにくいため、このエアブラスト用研創材で、表面の少なくとも一部が粗面化処理されている燃料電池用セパレータは、表面に研創材の残渣が少ない。

Description

エアブラスト用研創材および燃料電池用セパレータ
　本発明は、エアブラスト用研創材および燃料電池用セパレータに関する。
　燃料電池用セパレータは、各単位セルに導電性を持たせる役割、並びに単位セルに供給される燃料および空気（酸素）の通路を確保するとともに、それらの分離境界壁としての役割を果たすものである。
　このため、セパレータには、高電気導電性、高ガス不浸透性、化学的安定性、耐熱性および親水性などの諸特性が要求される。
　これらの諸特性をセパレータに付与すべく、従来、セパレータ表面をブラスト加工にて粗面化等する技術が種々開発されている。
　例えば、特許文献１では、カーボン粒子と熱可塑性樹脂からなる燃料電池用セパレータの表面に、カーボン粒子等の導電性粒子をショットブラストにより付着、めり込ませ、表面の接触抵抗を低減する技術が提案されている。この技術では、ショットブラストで表面樹脂に導電性微粒子を付着またはめり込ませるので、ブラストでセパレータ中のカーボン粒子が欠落して表面が樹脂リッチとなることを抑制し、接触抵抗の低減を図ることができる一方で、導電性微粒子が燃料電池の組立て時や発電時に脱落する結果、接触抵抗が悪化してしまうという問題がある。
　また、特許文献２では、熱硬化性樹脂、人造黒鉛からなる燃料電池用セパレータをアルミナの研創材で表面処理する技術が提案されている。特許文献２の技術では、燃料電池用セパレータの表面を平均粗さ１．０～５．０μｍに調整することで接触抵抗を低減させているが、この場合も燃料電池用セパレータの表面に付着、めり込んだアルミナ研創材が脱落してしまい、その他の燃料電池用部材を汚染するという問題がある。
特開２００５－３３２７７５号公報 特開２００５－１９７２２２号公報
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ブラスト対象物表面に残存しにくいエアブラスト用研創材、および表面に研創材残渣の少ない燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、所定の硬度を有する炭素粉末からなるエアブラスト用研創材が、ブラスト処理後にブラスト対象物表面に残存しにくいことを見出すとともに、これにより粗面化処理された燃料電池用セパレータが、表面の研創材残渣が少なく、良好な導電性を有するとともに、ガスケットとの密着性に優れることを見出し、本発明を完成した。
　すなわち、本発明は、
１．　新モース硬度が２．５～７．０の炭素粉末からなるエアブラスト用研創材、
２．　前記炭素粉末が、コークスまたは無煙炭である１のエアブラスト用研創材、
３．　燃料電池用セパレータの表面処理用である１または２のエアブラスト用研創材、
４．　３のエアブラスト用研創材で、表面の少なくとも一部が粗面化処理されている燃料電池用セパレータ、
５．　黒鉛粉末、並びに主剤、硬化剤および硬化促進剤を含むエポキシ樹脂成分を含む組成物の成形物の表面の少なくとも一部が、前記エアブラスト用研創材で粗面化処理されている４の燃料電池用セパレータ、
６．　前記粗面化処理された表面の算術平均高さＳａが、０．５～１．５μｍである４の燃料電池用セパレータ、
７．　ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定で測定される、前記粗面化処理された表面に残った粒子径５０～４００μｍの研創材の残渣が５００個以下である４の燃料電池用セパレータ、
８．　前記粗面化処理された表面の接触抵抗が、７ｍΩ・ｃｍ以下である４の燃料電池用セパレータ、
９．　黒鉛粉末、並びに主剤、硬化剤および硬化促進剤を含むエポキシ樹脂成分を含む組成物の成形物の表面の少なくとも一部が研創材で粗面化処理されている燃料電池用セパレータであって、
　ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定で測定される、前記粗面化処理された表面に残った粒子径５０～４００μｍの研創材の残渣が５００個以下であり、
　前記粗面化処理された表面の算術平均高さＳａが、０．５～１．５μｍである燃料電池用セパレータ
を提供する。
　本発明のエアブラスト用研創材は、所定の硬度を有する炭素粉末からなるため、ブラスト処理時にブラスト対象物表面に残存しにくいという性質を有している。
　このエアブラスト用研創材により粗面化処理されている燃料電池用セパレータは、表面に研創材の残渣が無く、優れた導電性およびガスケットとの密着性を有している。
　以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
［１］エアブラスト用研創材
　本発明のエアブラスト用研創材は、新モース硬度が２．５～７．０炭素粉末からなることを特徴とする。新モース硬度とは、１０段階による硬さの基準であったモース硬度の指標を、さらに細かく１５段階の硬度に分類しなおして定義した硬度の指標であり、修正モース硬度とも呼ばれる。
　本発明において、新モース硬度が上記範囲外であると、ブラスト対象物の表面に残渣として残りやすく、燃料電池用セパレータのエアブラスト用研創材として用いた場合、粗面化処理表面の接触抵抗の低減化が不十分となり、また、ガスケットとの密着力が不十分となる。
　新モース硬度は、好ましくは２．５～６．０、より好ましくは２．５～５．５、より一層好ましくは２．５～５．０の範囲である。
　炭素粉末としては、上記新モース硬度を満たす限り特に制限はなく、本発明においては、石炭、木炭、無煙炭、ガラス状カーボン、コークスが挙げられ、中でも無煙炭、コークスが好ましく、コークスがより好ましい。
　本発明のエアブラスト用研創材の平均粒径（ｄ＝５０）は、一般的な研創材の範囲であれば特に限定されるものではないが、燃料電池用セパレータの表面処理用研創材として用いることを考慮すると、５０～４００μｍが好ましく、５５～３００μｍがより好ましく、５８～２００μｍがより一層好ましく、６０～１９０μｍがさらに好ましい。
［２］燃料電池用セパレータ
　本発明に係る燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータ組成物の成形物の少なくとも一部の表面が、上述したエアブラスト用研創材により粗面化処理されてなるものである。
　本発明において、燃料電池用セパレータ組成物は、燃料電池用セパレータの製造に用いられる従来公知の組成物から適宜選択することができ、例えば、黒鉛粉末、並びに主剤、硬化剤および硬化促進剤を含むエポキシ樹脂成分を含む組成物を好適に用いることができる。
　黒鉛粉末としては、特に限定されるものではなく、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれを用いてもよい。
　人造黒鉛粉末としては、従来、燃料電池用セパレータに用いられるものから適宜選択して用いることができる。その具体例としては、針状コークスを焼成した人造黒鉛、塊状コークスを焼成した人造黒鉛等が挙げられる。
　一方、天然黒鉛粉末としても、従来、燃料電池用セパレータに用いられるものから適宜選択して用いることができる。その具体例としては、塊状天然黒鉛、鱗片状天然黒鉛等が挙げられる。
　なお、これらの黒鉛粉末は、単独で用いても２種以上組み合わせて用いてもよい。
　黒鉛粉末の平均粒径ｄ５０は、特に限定されるものではないが、導電性を高める（接触抵抗を低下させる）ことを考慮すると、１０～２００μｍが好ましく、１５～１４０μｍがより好ましく、２０～８０μｍがより一層好ましい。
　なお、本発明における平均粒径ｄ５０は、レーザ回折法による粒度分布測定におけるメジアン径として表される。
　エポキシ樹脂成分を構成する主剤としては、エポキシ基を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ｏ－クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ｏ－クレゾールノボラック型エポキシ樹脂単独、ビフェニル型エポキシ樹脂単独、これらの混合物が好ましい。
　本発明で用いるエポキシ樹脂のエポキシ当量は、特に限定されるものではないが、１８０～２０９ｇ／ｅｑが好ましい。
　また、硬化剤としては、フェノール樹脂が好ましい。その具体例としては、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、アラルキル変性フェノール樹脂、ビフェニルノボラック型フェノール樹脂、トリスフェノールメタン型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独で用いても、２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、ノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
　本発明で用いるフェノール樹脂の水酸基当量は、特に限定されるものではないが、９５～１４０ｇ／ｅｑが好ましく、１００～１１５ｇ／ｅｑがより好ましい。
　硬化促進剤としては、エポキシ基と硬化剤との反応を促進するものであれば特に制限されるものではなく、ホスフィン化合物、アミン化合物、イミダゾール化合物等が挙げられるが、これらの中でも、本発明では、２位にアリール基を有するイミダゾール化合物を用いることが好ましい。アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられるが、フェニル基が好ましい。２位にアリール基を有するイミダゾール化合物の具体例としては、２－フェニルイミダゾール、２－フェニル－４－メチルイミダゾール等が挙げられる。
　また、本発明で用いる組成物には、上記各成分に加え、内部離型剤等の任意成分を適宜配合することもできる。
　内部離型剤としては、従来、セパレータの成形に用いられている各種内部離型剤から適宜選択すればよく、その具体例としては、ステアリン酸系ワックス、アマイド系ワックス、モンタン酸系ワックス、カルナバワックス、ポリエチレンワックス等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上組み合わせて用いることができる。
　本発明で用いる組成物において、エポキシ樹脂成分（主剤、硬化剤および硬化促進剤）の配合量は特に限定されるものではなく、黒鉛粉末１００質量部に対して１０～５０質量部が好ましく、２０～４０質量部がより好ましい。
　この場合、主剤に対して硬化剤を０．９８～１．０８当量配合することが好ましく、０．９９～１．０５当量配合することがより好ましい。
　また、硬化促進剤の使用量は特に限定されるものではなく、主剤と硬化剤との混合物１００質量部に対して、０．１～５質量部が好ましく、０．５～２質量部がより好ましい。
　さらに、内部離型剤を用いる場合、その使用量は、特に限定されるものではないが、黒鉛粉末１００質量部に対して０．０１～３．０質量部が好ましく、０．０５～１．５質量部がより好ましい。
　本発明で用いる組成物は、例えば、黒鉛粉末、主剤、硬化剤および硬化促進剤のそれぞれを任意の順序で所定割合混合して調製すればよい。この際、混合機としては、例えば、プラネタリミキサ、リボンブレンダ、レディゲミキサ、ヘンシェルミキサ、ロッキングミキサ、ナウターミキサ等を用いることができる。
　なお、内部離型剤を用いる場合、その配合順序も任意である。
　上記組成物は、例えば、所定の型に入れ、圧縮成形することで、成形体（セパレータ前駆体）を得ることができる。使用する型としては、成形体の表面の一方の面または両面にガス流路となる溝を形成できる、燃料電池用セパレータ作製用の金型等が挙げられる。
　圧縮成形の条件は、特に限定されるものではないが、型温度が１５０～１９０℃、成形圧力３０～６０ＭＰａ、好ましくは３０～５０ＭＰａである。
　圧縮成形時間は、特に限定されるものではなく、３秒から１時間程度で適宜設定することができる。
　なお、圧縮成形後、熱硬化を促進させる目的で、さらに１５０～２００℃で１～６００分程加熱してもよい。
　本発明では、得られた成形体（燃料電池用セパレータ前駆体）に対し、本発明のエアブラスト用研創材による粗面化処理を施す。
　この場合、上述したエアブラスト用研創材をそれぞれ単独で用いて粗面化処理しても、２種以上組み合わせて粗面化処理してもよい。
　エアブラスト処理時の吐出圧力は、研創材の粒径等に応じて変動するものであるため一概に規定できないが、０．１～１ＭＰａが好ましく、０．１５～０．５ＭＰａがより好ましい。
　エアブラスト処理時の搬送速度も一概には規定できないが、０．１～５ｍ／分が好ましく、０．３～２ｍ／分がより好ましく、０．５～１．５ｍ／分がより一層好ましい。
　粗面化処理は、成形体の一部の面に施しても、全面に施してもよいが、全面に施すことが好ましい。また、粗面化処理は、片面に施しても、両面に施してもよい。
　なお、成形体の一部に粗面化処理を施す場合、少なくとも片面における、ガスケットとのシール部の表面、並びにガス流路となる溝の底面および山頂部を粗面化処理することが好ましい。
　上記粗面化処理がなされた本発明の燃料電池用セパレータは、粗面化処理された表面に残った研創材の残渣が少ないという特徴を有しており、例えば、ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定で測定される、粗面化処理された表面に残った粒子径５０～４００μｍの研創材の残渣が５００個以下、好ましくは４００個以下、より好ましくは３００個以下という特徴を有する。なお、本発明において、上記粒子数は、ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定に準拠した表面清浄度パーティクルモニタを用い、粗面化処理された表面における任意の３箇所からモニタ専用のテープリフトパッドで付着した研創材を採取し、５０～４００μｍの粒子数を測定した総量である。例えば、ガス流路部、シール部および冷却流路部を有する燃料電池用セパレータでは、ガス流路部、シール部および冷却流路部からそれぞれ１か所ずつテープリフトパッドで表面に付着した研創材を採取し、５０～４００μｍの粒子数を測定すればよい。
　本発明の燃料電池用セパレータにおいて、粗面化処理された表面の算術平均高さＳａは、接触抵抗を低減するという点から、０．５～１．５μｍが好ましく、０．６～１．５μｍがより好ましい。
　粗面化処理された表面の接触抵抗は、７．０ｍΩ・ｃｍ以下が好ましく、６．５ｍΩ・ｃｍ以下がより好ましい。なお、接触抵抗は、低い程好ましいが、その下限値は、通常３．０ｍΩ・ｃｍ程度である。
　また、上記粗面化処理がなされた本発明の燃料電池用セパレータは、粗面化処理された表面に残った研創材の残渣が少ないため、ガスケットとの密着性に優れるという特徴も有している。
　ガスケットは、通常、粗面化処理された成形体のガス流路となる溝を有する面の周縁部（シール部）に形成される。
　本発明において、ガスケットの材料としては、従来セパレータのガスケット材として用いられるものから適宜選択すればよく、その具体例としては、天然ゴム、シリコーンゴム、ＳＩＳ共重合体、ＳＢＳ共重合体、ＳＥＢＳ、エチレン－プロピレンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル－ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、フッ素系ゴム、ブチルゴム、水添イソブチレンゴム、水添ブタジエンゴム等のゴム材料が挙げられる。
　ガスケットの形成法としては、例えば、予めシート状や板状に成形されたガスケットを成形体の上記周縁部（シール部）に接着したり、融着したりする方法、成形体の上記周縁部表面に、上記ゴム材料を含む組成物を塗布した後、これを硬化させてガスケットを形成する方法などが挙げられるが、塗布した後、硬化させる後者の手法が好ましい。
　塗布法としては、特に限定されるものではなく、ドロップキャスト法、スピンコート法、ブレードコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、印刷法（フレキソ印刷、グラビア印刷、平版印刷、スクリーン印刷等）などが挙げられるが、印刷法が好ましく、スクリーン印刷法がより好ましい。
　硬化法としては、加熱、電子線等の放射線照射などの従来公知の加硫方法から適宜選択すればよい。
　なお、溝を両面に有し、両面がガス流路面となるセパレータでは両面にガスケットを形成し、また、ガス流路面が片側のセパレータにおいて、反対側の面（冷却面）にもシール性が要求される場合は、必要に応じて冷却面の周縁部にガスケットを形成してもよい。両面にガスケットを形成する場合、片面ずつ順次ガスケットを形成しても、両面同時にガスケットを形成してもよい。
　ガスケットとの密着性に優れる本発明の燃料電池用セパレータを備えた燃料電池は、長期に亘って安定した発電効率を維持することができる。
　一般的に固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜を挟む一対の電極と、これらの電極を挟んでガス供給排出用流路を形成する一対のセパレータとから構成される単位セルが多数併設されてなるものであるが、これら複数個のセパレータの一部または全部として本発明の燃料電池用セパレータを用いることができる。
　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が、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、実施例における各物性は以下の方法によって測定した。
［１］黒鉛粉末およびエアブラスト用研創材の平均粒径ｄ５０
　粒度分布測定装置（日機装（株）製　ＭＴ３０００）を用い、レーザ回折法によりメジアン径を測定した。
［２］算術平均高さＳａ
　ガスケット形成前の各セパレータサンプルのガス流路溝底部（凹部）および山頂部（凸部）の各表面について、レーザ顕微鏡（オリンパス（株）製、ＬＥＸＴ　ＯＬＳ５０００）を用いて、ＩＳＯ２５１７８－２：２０１２で規定される算術平均高さＳａを測定した。
［３］接触抵抗
（１）カーボンペーパー＋セパレータサンプル
　ガスケット形成前の各セパレータサンプルを２枚重ね合わせ、その上下にカーボンペーパー（東レ（株）製、ＴＧＰ－Ｈ０６０）を配置し、さらにその上下に銅電極を配置し、上下方向に１ＭＰａの面圧をかけ、４端子法により電圧を測定した。
（２）カーボンペーパー
　カーボンペーパーの上下に銅電極を配置し、上下方向に１ＭＰａの面圧をかけ、４端子法により電圧を測定した。
（３）接触抵抗算出方法
　上記（１），（２）で求めた各電圧値よりセパレータサンプルとカーボンペーパーとの電圧降下を求め、下記式により接触抵抗を算出した。
［４］研創材残渣数（粒子数）
　ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定に準拠した表面清浄度パーティクルモニタ（ｉｎｔｈｅｃｎｏ製、ＰａｒｔＳｅｎｓ）を用い、ガスケット形成前のセパレータのガス流路部、シール部および冷却流路部からそれぞれ１か所ずつ専用のテープリフトパッドで表面に付着した研創材を採取し、５０～４００μｍの粒子数を測定した。表の値は、ガス流路、シール部および冷却流路部に付着した研創材粒子の総量である。
［５］ガスケットの剥がれ
　セパレータに接着されているシール（ガスケット）に対し、０．２ＭＰａのエアを２秒吹きつけ、剥がれの有無を目視により評価した。
［実施例１］
　黒鉛粉末（人造黒鉛、平均粒径ｄ５０：２３μｍ、平均高さ：８μｍ）１００質量部に対し、エポキシ樹脂（ｏ－クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量１９８ｇ／ｅｑ）２０．４質量部、フェノール樹脂（ノボラック型フェノール樹脂、水酸基当量１０３ｇ／ｅｑ）１０．７質量部、および２－フェニルイミダゾール０．２５質量部からなるエポキシ樹脂成分をヘンシェルミキサ内に投入し、８００ｒｐｍで３分間混合して、組成物を調製した。
　得られた組成物を燃料電池用セパレータ作製用の金型内に投入し、金型温度１８５℃、成形圧力３６．６ＭＰａ、成形時間９秒の条件で圧縮成形し、ガス流路溝を有する２４０ｍｍ×２４０ｍｍ×２ｍｍの成形体を得た。
　次いで、得られた成形体の全表面に対し、コークス研創材（新モース硬度：４．５、平均粒径：ｄ５０＝１８０μｍ）を用いて吐出圧力０．２５ＭＰａ、搬送速度１．５ｍ／分の条件でエアブラストによる粗面化処理を施し、燃料電池用セパレータを得た。
　続いて、粗面化処理された表面の周縁部（シール部）にエチレン－プロピレン－ジエンゴムをスクリーン印刷法により塗布した後、１７５℃で３０分加熱加硫してガスケットを形成し、ガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［実施例２］
　コークス研創材を、無煙炭研創材（新モース硬度：２．７、平均粒径：ｄ５０＝６０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例１］
　コークス研創材を、メラミン樹脂研創材（新モース硬度：４．０、平均粒径：ｄ５０＝２００μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例２］
　コークス研創材を、アクリル樹脂研創材（新モース硬度：３．５、平均粒径：ｄ５０＝１５０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例３］
　コークス研創材を、ガラスパウダ研創材（新モース硬度：６．５、平均粒径：ｄ５０＝１００μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例４］
　コークス研創材を、ドライアイス研創材（新モース硬度：２．０、平均粒径：ｄ５０＝３０００μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例５］
　コークス研創材を、天然黒鉛研創材（新モース硬度：１．５、平均粒径：ｄ５０＝５０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例６］
　コークス研創材を、アルミナ研創材（新モース硬度：１２、平均粒径：ｄ５０＝６０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例７］
　コークス研創材を、ジルコニア研創材（新モース硬度：７．５、平均粒径：ｄ５０＝６０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
［比較例８］
　コークス研創材を、シリコンカーバイド研創材（新モース硬度：１２、平均粒径：ｄ５０＝６０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてガスケット付き燃料電池用セパレータを得た。
　上記実施例１，２および比較例１～８で得られたガスケット形成前の燃料電池用セパレータについて、算術平均高さＳａ、接触抵抗、研創材残渣数を測定評価するとともに、ガスケット付き燃料電池用セパレータについて、ガスケットの剥がれ性を評価した。それらの結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、新モース硬度が２．５～７．０である炭素粉末でエアブラスト処理された実施例１，２の燃料電池用セパレータは、表面の粒子径５０～４００μｍの研創材の残渣が５００個以下であるとともに、算術平均高さＳａが０．５～１．５μｍに調整されているので、優れた接触抵抗を有し、さらに、ガスケットの剥離もないことがわかる。
　一方、比較例１～３で得られた、メラミン樹脂、アクリル樹脂またはガラスパウダでエアブラスト処理をしたセパレータは、帯電した研創材がセパレータ表面に付着してしまい、結果として残渣が多く残り、ガスケットの密着性が悪いことがわかる。
　比較例４，５で得られた、ドライアイスまたは天然黒鉛でエアブラスト処理をしたセパレータは、研創材の残渣は少ないものの、新モース硬度が低く、算術平均高さＳａが小さく、接触抵抗の低下が不十分であることがわかる。
　比較例６～８で得られた、アルミナ、ジルコニアまたはシリコンカーバイドでエアブラスト処理をしたセパレータは、研創材がセパレータに付着、めり込んでしまい、結果として残渣が多く残り、ガスケットの密着性が悪いことがわかる。

Claims (9)

  1. 　新モース硬度が２．５～７．０の炭素粉末からなるエアブラスト用研創材。
  2. 　前記炭素粉末が、コークスまたは無煙炭である請求項１記載のエアブラスト用研創材。
  3. 　燃料電池用セパレータの表面処理用である請求項１または２記載のエアブラスト用研創材。
  4. 　請求項３記載のエアブラスト用研創材で、表面の少なくとも一部が粗面化処理されている燃料電池用セパレータ。
  5. 　黒鉛粉末、並びに主剤、硬化剤および硬化促進剤を含むエポキシ樹脂成分を含む組成物の成形物の表面の少なくとも一部が、前記エアブラスト用研創材で粗面化処理されている請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
  6. 　前記粗面化処理された表面の算術平均高さＳａが、０．５～１．５μｍである請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
  7. 　ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定で測定される、前記粗面化処理された表面に残った粒子径５０～４００μｍの研創材の残渣が５００個以下である請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
  8. 　前記粗面化処理された表面の接触抵抗が、７ｍΩ・ｃｍ以下である請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
  9. 　黒鉛粉末、並びに主剤、硬化剤および硬化促進剤を含むエポキシ樹脂成分を含む組成物の成形物の表面の少なくとも一部が研創材で粗面化処理されている燃料電池用セパレータであって、
    　ＶＤＡ１９．２の直接的／間接的測定で測定される、前記粗面化処理された表面に残った粒子径５０～４００μｍの研創材の残渣が５００個以下であり、
    　前記粗面化処理された表面の算術平均高さＳａが、０．５～１．５μｍである燃料電池用セパレータ。
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