專利名稱：燃料電池隔板用片狀成形材料、其制造方法及燃料電池用隔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及片狀成形材料、其制造方法及使用該片狀成形材料形成的燃料電池用隔板，該片狀成形材料用于磷酸型燃料電池、直接甲醇型燃料、固體高分子型燃料電池等的燃料電池用隔板，這些燃料電池用于電池汽車電源、便攜式電源、緊急電源等。
背景技術(shù)：
將氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)獲得的能量轉(zhuǎn)化為電能的燃料電池，被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備、汽車等各種用途。該燃料電池一般是將在電解質(zhì)膜的兩面上具備電極及碳紙(carbon paper)等的氣體擴(kuò)散層的膜、電極復(fù)合體(以下稱為MEA)，用至少在一面上形成有用于對(duì)燃料(氫氣等)、氧化劑(空氣或氧)或者單元進(jìn)行冷卻的制冷劑用流路的兩張隔板夾住的基本構(gòu)成單元(以下稱為單個(gè)單元)，數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)串聯(lián)層疊而獲得實(shí)用性電能。
所以，為了提高燃料電池的發(fā)電效率，對(duì)于這些燃料電池的隔板，要求其具有“導(dǎo)電性”的同時(shí)，根據(jù)燃料電池的小型化的要求，對(duì)隔板的“薄型化”也有很高的要求。另外，如上所述，為了獲得實(shí)用性電能的燃料電池，通常將多張隔板沿厚度方向?qū)盈B后使用，因此，要求隔板本身具有非常精確的厚度，從而降低隔板和MEA之間及燃料電池單元之間的接觸電阻，并且確保被導(dǎo)入燃料電池的各種氣體或液封用的密封條或密封墊的氣密性或水密性。從所述觀點(diǎn)可知，期望一種具有高導(dǎo)電性和薄型化以及高精度厚度的、用于制造隔板的成形材料。另外，還需要一種能夠低成本制造隔板的方法，從而獲得經(jīng)濟(jì)性和高生產(chǎn)性。
因此提出了一種方案，即將導(dǎo)電劑和熱塑性樹脂混合后，通過(guò)擠壓成形法或熱軋制等慣用的方法，制成片狀的成形材料，其次，用具備燃料及/或氧化劑流路的模具，將該片狀成形材料制成規(guī)定的隔板(例如參考特許文獻(xiàn)1及2)。
但是，在該方法中，在對(duì)熱塑性樹脂和作為導(dǎo)電劑使用的石墨等的導(dǎo)電性粒子的混合物進(jìn)行混練的工序中，以及對(duì)該混合物進(jìn)行擠出加工時(shí)，會(huì)向熱塑性樹脂和導(dǎo)電劑施加強(qiáng)剪斷力和壓力。由此，導(dǎo)電性粒子粉碎，從而造成導(dǎo)電性粒子數(shù)量增加，導(dǎo)電性粒子之間的接觸電阻增加，該片材成形后制成的隔板的導(dǎo)電性下降等問(wèn)題。
另外，為了提高隔板的導(dǎo)電性，使混合物中的導(dǎo)電劑的比率增加到80重量％以上時(shí)，在所述混合物的混練工序，薄片化工序以及成形工序中，需要更大的剪斷力和壓力。結(jié)果，難以獲得隔板所要求的導(dǎo)電性能，并且由于含有高濃度的導(dǎo)電劑，使加工性變差而難以制成薄片。再者，對(duì)這樣的片材成形后獲得的隔板，缺乏模具形狀的轉(zhuǎn)印性，容易產(chǎn)生尺寸精度不良，厚度精度成為問(wèn)題。
在專利文獻(xiàn)3中，提出了另外一種方法，作為不向?qū)щ妱┦┘訌?qiáng)剪斷力或壓力即可獲得導(dǎo)電性薄片的方法，是在無(wú)紡布上涂布所謂的導(dǎo)電性涂料，該導(dǎo)電性涂料是將石墨等的導(dǎo)電性粒子均勻分散于環(huán)氧樹脂中而成。
但是，根據(jù)該方法，為了將均勻分散有導(dǎo)電性微粒的環(huán)氧樹脂均勻地涂布在無(wú)紡布上，需要將導(dǎo)電性微粒的添加量降低到35～60重量％左右，并確保其流動(dòng)性，但以這樣的導(dǎo)電性微粒量，想要獲得燃料電池用隔板所要求的200mΩ·cm以下的導(dǎo)電性完全是不可能的。
所以，在現(xiàn)有的薄板沖壓成形、薄板軋制成形、沖孔成形中，難以制成具有燃料電池用隔板所要求的高度的導(dǎo)電性的、適合生產(chǎn)薄而厚度精度高的隔板的成形材料。
另外，還提出了一種方案，即將使具有直徑0.1～20μm的熱塑性樹脂纖維和內(nèi)部具有均勻分布的導(dǎo)電性粉粒體的無(wú)紡布加熱軟化后，在模具中成形獲得燃料電池用隔板(例如參考專利文獻(xiàn)4)。但是在這種方法中，雖然可以制成厚度為0.05mm左右的片狀成形材料，但由于在無(wú)紡布內(nèi)部分布有導(dǎo)電性粉粒體，導(dǎo)致出現(xiàn)不能制成薄片狀成形材料，同時(shí)不能制成超薄型的隔板的問(wèn)題。另外，以熱塑性樹脂纖維和導(dǎo)電性粉粒體為原料，一旦包含制備無(wú)紡布的工序，所以不利于提高生產(chǎn)效率，而且制成的無(wú)紡布的厚度精度也有變低的傾向。
專利文獻(xiàn)1特開2001-122677號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2002-198062號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2003-89969號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開2004-356091號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容所以，本發(fā)明的目的在于解決上述以往技術(shù)存在的問(wèn)題，具體地講，就是提供一種具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，比以往更薄的、且具有高精度厚度的、用于制備燃料電池隔板的片狀成形材料和其制造方法，以及用該成形材料制成的燃料電池用隔板。
本發(fā)明的發(fā)明人員，為了解決上述問(wèn)題進(jìn)行了努力研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)制備使導(dǎo)電性微粒層狀附著在樹脂片的表面上的片狀成形材料，通過(guò)對(duì)該片狀成形材料進(jìn)行成形，可以省略樹脂和導(dǎo)電性微粒的混練工序，還可以在比較寬松的條件下制成薄片，因?yàn)榭梢詫?dǎo)電性微粒的破碎控制到極小，所以能夠高效地制造出具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能的、薄型且厚度精度高的燃料電池隔板。
即，本發(fā)明提供一種燃料電池隔板用片狀成形材料，是在樹脂片的至少一面上具有由包含導(dǎo)電性微粒的粒子構(gòu)成的1個(gè)導(dǎo)電性的粒子層的片狀成形材料，該片狀成形材料的特征在于，所述片狀成形材料中的導(dǎo)電性微粒的含量為75～90重量％。
另外，本發(fā)明還提供一種燃料電池隔板用片狀成形材料的制造方法，其特征在于，對(duì)于樹脂片的至少一面，依次實(shí)施下述的工序(1)、工序(2)及工序(3)。
工序(1)在樹脂片的表面上均勻散布導(dǎo)電性微粒的工序工序(2)在所述樹脂片上附著所述導(dǎo)電性微粒的一部分的工序工序(3)去除在所述工序(2)中沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性微粒的工序。
再者，本發(fā)明還提供對(duì)所述片狀成形材料成形后制成的燃料電池用隔板。
采用本發(fā)明的片狀成形材料時(shí)，可以高效率地制造出以往沒(méi)有的具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、薄型且厚度精度高的燃料電池隔板，所涉及的隔板可以有效應(yīng)用于便攜式電源、汽車電源、緊急電源等的燃料電池。


圖1是表示兩種熱固性樹脂的復(fù)合片的概念圖。
圖2是表示兩種熱塑性樹脂的復(fù)合片的概念圖。
圖3是表示熱固性樹脂和熱塑性樹脂的復(fù)合片的概念圖。
圖4是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的、在一面上散布石墨微粒，用刮板將其擴(kuò)展到整面上的狀態(tài)的樹脂片的俯視圖及截面圖(A-A)。
圖5是表示將所述石墨微粒的一部分附著在樹脂片上的狀態(tài)的概念圖。
圖6是表示將非附著石墨微粒從燃料電池隔板成形用片狀成形材料前驅(qū)體上除去的裝置的概念圖。
圖7是表示燃料電池隔板成形用片狀成形材料的模式截面圖。
圖8是表示在樹脂的熔融狀態(tài)下，對(duì)層疊的片狀成形材料進(jìn)行沖壓加壓時(shí)的各階段的概念圖。
圖9是表示本發(fā)明的燃料電池用隔板的部分立體圖。
圖10是表示標(biāo)記厚度測(cè)量點(diǎn)的燃料電池用隔板的俯視圖(a)及其截面圖(b)。
符號(hào)說(shuō)明1……熱固性樹脂層2……1以外的熱固性樹脂層3……熱固性樹脂的復(fù)合片4……熱塑性樹脂層5……4以外的熱塑性樹脂層3′……熱塑性樹脂的復(fù)合片3″……熱塑性樹脂和熱塑性樹脂的復(fù)合片6……樹脂片7……石墨微粒8……墊板
9……擠壓板(squeegee board)10……壓光輥7′……附著石墨微粒7″……非附著石墨微粒11……樹脂片和石墨微粒的熱熔敷部12……隔板13……氣體或液體的流路14……隔板的肋部的頂點(diǎn)具體實(shí)施方式
以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。
本發(fā)明的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，在樹脂片的至少一面上具有一個(gè)導(dǎo)電性的粒子層，該片狀成形材料中的導(dǎo)電性粒子的含量為70～90重量％。只要導(dǎo)電性粒子的含量在上述范圍內(nèi)，所述粒子層可以僅形成在該片狀成形材料的一面上，也可以形成在兩面上。
本發(fā)明的片狀成形材料的特征在于，在片材的表面(單面或雙面)上存在導(dǎo)電性粒子，不均勻分布在片材的厚度方向上形成一個(gè)粒子層。圖7是表示本發(fā)明的燃料電池隔板用片狀成形材料的模式截面圖。
本發(fā)明的樹脂片中可以存在空隙，也可以不存在空隙，但有空隙的話，導(dǎo)電性粒子的比率變高，可以制成具有優(yōu)良導(dǎo)電性的隔板。另外，即使在樹脂片的真比重大的情況(樹脂片厚度變?yōu)樽畋?下，厚度大的片材也可以適用于本發(fā)明，可以提高制成的片狀成形材料的處理性。
用于本發(fā)明的樹脂片中的空隙的存在位置、空隙的形狀并不作特殊的限定，既可以存在于樹脂片的內(nèi)部，也可以存在于樹脂片的表面。為了使導(dǎo)電性粒子容易附著，優(yōu)選為空隙以開口的狀態(tài)存在于樹脂片的表面上，更優(yōu)的是片材表面的空隙開口面積大，而片材內(nèi)部的開口面積小，如此可以更確實(shí)地將導(dǎo)電性粒子附著在樹脂片上。
另外，優(yōu)選為選擇使用與空隙的形狀類似的導(dǎo)電性材料。
考慮到可以將更多的導(dǎo)電性粒子嵌入到樹脂片中，并且容易將導(dǎo)電性粒子固定在樹脂片上，從樹脂片及片狀成形材料的處理性等來(lái)看，樹脂片的空隙率優(yōu)選為30～90％，更優(yōu)的是50～80％。
此處，樹脂片的空隙率可以通過(guò)公式(I)算出。
樹脂片的空隙率(％)＝[1-(樹脂片的真正體積)/(樹脂片的表觀體積)]×100 (I)樹脂片的真正提及，可以通過(guò)測(cè)量樹脂片的重量，用樹脂的比重除以該重量值而算出。另外樹脂片的表觀體積，可以由片材的表觀厚度、寬度、長(zhǎng)度的測(cè)量值求出。在空隙開口在表面上的情況下，將本發(fā)明的樹脂片的表觀厚度設(shè)為樹脂片的上下平面之間的厚度。
樹脂片的空隙大小，可以因使用的導(dǎo)電性粒子的大小而定。即，使用大的導(dǎo)電性粒子時(shí)，樹脂片的空隙大，使用小的導(dǎo)電性粒子時(shí)，樹脂片的空隙小。
在本發(fā)明中，考慮到后述的導(dǎo)電性粒子的平均粒徑的范圍，空隙的平均孔徑優(yōu)選為10～800μm，特別優(yōu)選50～500μm。
空隙的平均孔徑在該范圍內(nèi)的話，可以將導(dǎo)電性粒子均勻地散布在樹脂片上，另外導(dǎo)電性粒子很少會(huì)從嵌入的樹脂片的空隙中脫落，從而獲得均質(zhì)的片狀成形材料。
在此，將空隙的平均孔徑設(shè)定為用體視顯微鏡等觀測(cè)的樹脂片表面的擴(kuò)大像的外接圓直徑，10mm邊的樹脂片中存在的空隙的平均孔徑的加重平均值。此時(shí)，空隙貫通樹脂片的厚度方向的話，采用貫通部的內(nèi)接圓的最短直徑。
本發(fā)明使用的樹脂片的密度優(yōu)選為5～300g/m2，更優(yōu)為5～200g/m2。樹脂片的密度在5～300g/m2的范圍內(nèi)時(shí)，可以獲得后述的導(dǎo)電性粒子的重量和樹脂片的重量的比率合理的片狀成形材料。采用該材料可以制成薄型的、厚度不規(guī)則小的燃料電池用隔板。
另外，樹脂片的厚度優(yōu)選為5～300μm，特別優(yōu)選50～200μm。樹脂片的厚度在5～300μm范圍內(nèi)的話，成形制備的隔板的厚度精度容易保持，且可以確保最終制備的隔板的導(dǎo)電性。使用更厚的樹脂片時(shí)，將多張樹脂片層壓成形為隔板形狀時(shí)，不能充分保障導(dǎo)電性粒子之間的接點(diǎn)，導(dǎo)致隔板的導(dǎo)電性下降。
作為本發(fā)明使用的樹脂片的樹脂，可以舉出熱固性樹脂、熱塑性樹脂。作為熱固性樹脂，可以舉出酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、硅氧樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙基樹脂、馬來(lái)酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等。
熱固性樹脂不僅可以使用由一種樹脂組成的樹脂，也可以使用兩種以上的樹脂的混合物，還可以使用將兩種以上的樹脂形成為層狀的復(fù)合樹脂片(參考圖1)。由熱固性樹脂組成的樹脂片，可以通過(guò)制備用溶劑將熱固性樹脂和固化催化劑稀釋后的樹脂溶液，將該溶液涂布在離型紙等上，然后進(jìn)行加熱和減壓，將溶劑從涂膜中去除后制得。但是，最終需要在隔板成形工序中使該樹脂片固化，但不用說(shuō)也可以在未固化狀態(tài)、或未固化狀態(tài)或者所謂的乙階狀態(tài)下使用。
另一方面，作為熱塑性樹脂，可以例舉出聚乙烯、聚丙烯、環(huán)烯烴聚合物、聚苯乙烯、間同立構(gòu)聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS樹脂、聚酰胺樹脂、聚縮醛(polyacetar)、聚碳酸酯、聚苯醚、改性聚苯醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚對(duì)苯二甲酸環(huán)己醇酯(Polycyclohexylene Terephthalate)、聚苯硫、聚硫醚砜(Polythioethersulfone)、聚醚醚酮、多芳基化合物、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺、熱可塑性聚酰亞胺、液晶聚合物、聚四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等的氟樹脂、全芳香族聚酯、半芳香族聚酯、聚乳酸、聚脂-聚脂彈性體、聚脂-聚醚彈性體等熱可塑性彈性體等。
另外，與熱固性樹脂同樣，不僅可以單獨(dú)使用一種熱塑性樹脂，也可以將其兩種以上混合后使用，還可以將兩種以上的樹脂形成層狀的復(fù)合樹脂片后使用。
由熱塑性樹脂組成的樹脂片，一般可以采用在擠壓機(jī)中，通過(guò)規(guī)定厚度的條狀模具對(duì)熔融的樹脂進(jìn)行擠壓加工而制成。
另外，本發(fā)明也可以采用將熱固性樹脂和熱塑性樹脂混合后制成的樹脂片(參考圖3)。當(dāng)熱固性樹脂處于液體狀態(tài)時(shí)，還可以將其作為樹脂片和導(dǎo)電性粒子的粘接劑。
再者，還可以向所述各樹脂片上添加纖維等的增強(qiáng)劑。作為增強(qiáng)劑使用的纖維可以舉出玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維或樹脂組成的纖維等。
可以根據(jù)對(duì)于各燃料電池的工作溫度的耐熱性和耐久性，適當(dāng)選用所述的熱塑性樹脂。
例如，用于磷酸型燃料電池時(shí)，考慮到耐蝕性和耐熱性，優(yōu)選使用聚苯硫樹脂(以下稱為PPS)，另外，用于固體高分子型燃料電池，或者采用甲醇作為燃料的所謂直接甲醇型燃料電池時(shí)，考慮到耐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)選使用PPS和聚丙烯。特別優(yōu)選使用PPS，因?yàn)樗娜廴谡扯鹊?，與導(dǎo)電性粒子的親和性高，可以提高成形品的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。
根據(jù)發(fā)明人員至今為止的研究結(jié)果判明，為了用導(dǎo)電性粒子和絕緣體樹脂達(dá)到燃料電池用隔板所需的數(shù)百mΩ·cm以下的體積電阻率，必須采用70重量％以上的導(dǎo)電性粒子。
理論上，為了用導(dǎo)電性粒子的直徑小，真比重大的樹脂片增大導(dǎo)電性粒子的重量比率的話，需要使樹脂片的厚度變薄。
綜合考慮到一般情況下熱塑性樹脂的機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)于未固化的熱固性樹脂的機(jī)械強(qiáng)度，以及本發(fā)明的片狀成形材料的處理容易度，本發(fā)明使用的樹脂片的樹脂，優(yōu)選采用熱塑性樹脂。
作為本發(fā)明使用的樹脂片的具體例子，可以舉出合成樹脂片、合成纖維的織物、無(wú)紡布等。其中，考慮到優(yōu)良的使用性及高空隙率，優(yōu)選使用無(wú)紡布。
受厚度和空隙率的影響，無(wú)紡布的密度和厚度的誤差一般為±5～10％。在本發(fā)明的樹脂片的厚度和空隙率的范圍內(nèi)，即使無(wú)紡布自身的厚度多少存在誤差，也可以在片狀成形材料的制備和用其制成隔板的工序中，充分地保障最終的隔板的厚度精度。
一般的無(wú)紡布是指通過(guò)化學(xué)方法、機(jī)械方法、或者這些方法的組合，對(duì)纖維進(jìn)行結(jié)合或纏繞而制成的構(gòu)造物。
所述無(wú)紡布可以是任何種類的無(wú)紡布，例如可以使用通過(guò)粘接劑粘接而成的、通過(guò)針刺等機(jī)械性接合的、或者像熱壓粘合那樣直接熔融結(jié)合而成的無(wú)紡布?？紤]到無(wú)紡布的厚度精度的好壞，優(yōu)選使用熱壓粘合那樣直接熔融結(jié)合而成的無(wú)紡布。
構(gòu)成無(wú)紡布的纖維的種類并不作特殊限定，但從容易纖維化的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為熱塑性樹脂纖維。作為熱塑性樹脂纖維的熱塑性樹脂，可以使用前面例示的樹脂片的熱塑性樹脂。
另外也可以將不同組成的多種纖維組合后使用。這種情況下，優(yōu)選為對(duì)熔點(diǎn)在10℃以上、更優(yōu)選為30℃以上的不同纖維進(jìn)行組合，特別優(yōu)選由芯部高熔點(diǎn)、鞘部低熔點(diǎn)的纖維組成的無(wú)紡布。如果采用這樣的無(wú)紡布的話，當(dāng)使散布在表面上的導(dǎo)電性粒子附著在無(wú)紡布上時(shí)，芯部的高熔點(diǎn)纖維保持原來(lái)的形態(tài)，僅使低熔點(diǎn)的纖維熔融，可以使導(dǎo)電性粒子容易地附著在無(wú)紡布的纖維表面上。
另外，作為本發(fā)明的片狀成形材料，可以采用包含碳纖維的無(wú)紡布。通過(guò)使用碳纖維，可以抑制成形時(shí)的熱膨脹，還可以使成形品的強(qiáng)度得到提高。作為所述的碳纖維，可以舉出瀝青系碳纖維、粘膠系碳纖維、聚丙烯腈系碳纖維等。它們既可以單獨(dú)使用，也可以將兩種以上混合后使用。
再者，在不超出片狀成形材料中的導(dǎo)電性粒子的重量范圍的范圍內(nèi)，可以用所述的熱固性樹脂對(duì)無(wú)紡布中的碳纖維表面進(jìn)行表面處理后使用。此時(shí)的熱固性樹脂，不僅在片狀成形材料中起到無(wú)紡布和碳纖維的粘接劑的作用，還在后述的將本片狀成形材料成形為隔板形狀時(shí)，起到隔板中的碳材料的粘接劑的作用。例如，將無(wú)紡布浸漬到將環(huán)氧樹脂和固化劑稀釋到溶劑中而成的樹脂溶液中后，或者用噴霧器等方法將該樹脂溶液涂布在無(wú)紡布上后，通過(guò)脫除溶劑，可以對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行表面處理。
其次，對(duì)由粒子組成的導(dǎo)電性粒子層進(jìn)行說(shuō)明。該粒子中包含構(gòu)成本發(fā)明的片狀成形材料的導(dǎo)電性粒子。
本發(fā)明的特征在于，所述的導(dǎo)電性粒子層為一層，具體地說(shuō)，如圖7所示。
另外，從導(dǎo)電性來(lái)看，優(yōu)選為粒子層中含有75重量％以上的導(dǎo)電性粒子，最優(yōu)的是包含100重量％的導(dǎo)電性粒子。
該粒子層可以層狀地形成在樹脂片的表面上，也可以附著于樹脂片，形成在該樹脂片的表面上，還可以以粒子嵌入到樹脂片表面上開口的空隙中而形成在樹脂片的表層上。
當(dāng)粒子不附著在樹脂片的表面上而存在于開口了的空隙中時(shí)，所述樹脂片的空隙的平均孔徑和導(dǎo)電性粒子的平均粒徑之間，需要滿足一定的關(guān)系。對(duì)于該關(guān)系正如前面所述的對(duì)空隙大小進(jìn)行的說(shuō)明。
作為導(dǎo)電性粒子，例如可以舉出碳粒子、金屬、金屬化合物等的粉粒體等，可以將這些導(dǎo)電性粒子的一種或者兩種以上組合后使用。另外，本發(fā)明中，可以將非導(dǎo)電性粒子或半導(dǎo)電性粒子與所述導(dǎo)電性粒子混合后使用。
作為非導(dǎo)電性粒子，可以例舉出碳酸鈣、硅石、高嶺土、黏土、滑石、云母、玻璃薄片、玻璃珠子、玻璃粉、水滑石、硅灰石等。
作為半導(dǎo)電性粒子，例如可以舉出氧化鋅、氧化錫、氧化鈦等。
作為所述的碳粒子，例如可以舉出人造石墨、天然石墨、玻璃狀碳、碳黑、乙炔黑、科琴炭黑等。這些碳粒既可以單獨(dú)使用，也可以將兩種以上組合后使用。對(duì)這些碳粒的形狀并不作特殊限定，可以是箔狀、鱗片狀、板狀、針狀、球狀、無(wú)定形等的任何一種。另外，也可以使用對(duì)石墨進(jìn)行化學(xué)處理而獲得的膨脹石墨?？紤]到導(dǎo)電性，即用更少量的碳粒制成具有高導(dǎo)電性的隔板的話，優(yōu)選使用人造石墨、天然石墨、膨脹石墨。
另外，作為所述的金屬、金屬化合物，可以例舉出鋁、鋅、鐵、銅、金、不銹鋼、鈀、鈦等，再者，可以舉出鈦、鋯、鉿等的硼化物。這些金屬或金屬化合物可以單獨(dú)使用，也可以兩種以上組合后使用。這些金屬、金屬化合物的粉粒體的形狀并不作特殊限定，可以是箔狀、鱗片狀、板狀、針狀、球狀、無(wú)定形等的任何一種。再者，也可以將這些金屬、金屬化合物被覆在非導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性材料的粉粒體表面上使用。
對(duì)導(dǎo)電性粒子的大小并不作特殊限定，只要能夠均勻地分布在樹脂片上即可，但考慮到成形制備的燃料電池用隔板的導(dǎo)電性和機(jī)械性質(zhì)，導(dǎo)電性粒子的平均粒徑優(yōu)選為1～800μm的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選50～600μm。
導(dǎo)電性粒子的粒徑測(cè)量方法有激光衍射法和篩選法等。
激光衍射法的原理是利用粒子的衍射光的強(qiáng)度分布和粒徑的函數(shù)關(guān)系。具體地說(shuō)就是使分散有碳粉體的懸濁液流入到激光光路中，通過(guò)透鏡將依次通過(guò)的粒子的衍射光轉(zhuǎn)為平面波，用轉(zhuǎn)動(dòng)間隙將其半徑方向的強(qiáng)度分布投影到光電探測(cè)器上后測(cè)得。
另外，在不影響導(dǎo)電性粒子在樹脂片表面上的散布均勻性和分布均勻性的范圍內(nèi)，可以并用碳纖維。通過(guò)并用碳纖維能夠改善隔板的彈性率。
從使片狀成形材料表面上的導(dǎo)電性粒子和碳纖維分布均勻的觀點(diǎn)來(lái)看，適宜采用纖維長(zhǎng)度為3mm以下，優(yōu)選為1mm以下的碳纖維。
為了減小成形品的厚度不均，因?yàn)榕c導(dǎo)電性粒子的平均粒徑的關(guān)系，本發(fā)明的片狀成形材料的表觀平均厚度優(yōu)選為0.1～0.6mm，特別優(yōu)選為0.1～0.4mm。
其次，對(duì)本發(fā)明的燃料電池隔板用片狀成形材料的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
作為本發(fā)明的燃料電池隔板用片狀成形材料的制造方法，例如可以舉出(a)不用粘接劑而使導(dǎo)電性粒子附著在樹脂片上的方法；(b)用粘接劑將導(dǎo)電性粒子附著在樹脂片上的方法等。這些方法中優(yōu)選為(a)方法，因?yàn)樵摲椒梢蕴岣邔?dǎo)電性粒子的含量，能夠獲得高導(dǎo)電性。
其次，對(duì)采用所述(a)方法制造本發(fā)明的燃料電池隔板用片狀成形材料進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。
即，該制造方法是在樹脂片的一面上依次實(shí)施下述的工序(1)、工序(2)及工序(3)而進(jìn)行的。
工序(1)是在樹脂片的表面上均勻散布導(dǎo)電性粒子的工序。
作為散布方法，優(yōu)選為使導(dǎo)電性粒子散布覆蓋在樹脂片表面的整面上，并將導(dǎo)電性粒子散布為與樹脂片的接觸面積盡可能大。
作為導(dǎo)電性粒子的具體散布方法，并不作特殊限定，但可以舉出(A1)用具有多個(gè)噴嘴的散布裝置將所需量的導(dǎo)電性粒子均勻地散布在樹脂片上的方法；(A2)將較大量的導(dǎo)電性粒子放置在樹脂片表面的一端上，用擠壓板將其均勻擴(kuò)展到樹脂片的整面上的方法。從可以獲得更加均勻的、無(wú)凹凸的導(dǎo)電性粒子的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選采用(A2)的方法。這種情況下，優(yōu)選為導(dǎo)電性粒子的散布量是預(yù)定附著量的2倍以上。
圖4是表示在樹脂片6的一面上散布導(dǎo)電性粒子7的工序(1)的概念圖。
基于圖4對(duì)上述(A2)方法進(jìn)行說(shuō)明。將導(dǎo)電性粒子放置在樹脂片6上，接著將導(dǎo)電性粒子擴(kuò)展到樹脂片6的整面上。擴(kuò)展導(dǎo)電性粒子的方法有多種，例如將位于導(dǎo)電性粒子的平均直徑的3～10倍高度的墊板放置在樹脂片6的兩側(cè)(上下或左右)，沿著墊板的一側(cè)到另一側(cè)，用擠壓板9將導(dǎo)電性粒子均勻地?cái)U(kuò)展到樹脂片6的整面上。通過(guò)用擠壓板9將導(dǎo)電性粒子擴(kuò)展在樹脂片6的整面上，可以在樹脂片6上形成具有一定厚度的、均勻的導(dǎo)電性粒子層。
所述(b)的使用粘接劑的方法，是在散布導(dǎo)電性粒子之前，事先在樹脂片的表面上涂布粘接劑的方法。
對(duì)用作該粘接劑的化合物，并不作特殊限定，可以是水性型、溶劑型及無(wú)溶劑型的任何一種。
無(wú)溶劑型粘接劑在常溫下需要是液體狀，這種情況下優(yōu)選為液體狀熱固性樹脂。使用水性型和溶劑型的粘接劑時(shí)，將其涂布在樹脂片上后，通過(guò)散布導(dǎo)電性粒子后進(jìn)行加熱和減壓，可以使導(dǎo)電性粒子粘接在樹脂片上。另外，任何一種粘接劑，都需要采用在樹脂片的熔點(diǎn)溫度下具有熱穩(wěn)定性的材料。
作為對(duì)樹脂片及導(dǎo)電性粒子雙方都具有優(yōu)良粘接性的粘接劑，可以優(yōu)選舉出含有羧基、羥基、氨基、璜酸基、磷酸基等一個(gè)或兩個(gè)官能基的化合物。
在使用粘接劑的方法中，可以獲得在樹脂片的表面上具有粘接劑層和導(dǎo)電性粒子層的成形材料。
工序(2)是將導(dǎo)電性粒子的一部分附著在所述樹脂片上的工序。
作為將導(dǎo)電性粒子附著在樹脂片上的方法，可以舉出將導(dǎo)電性粒子散布到樹脂片表面上后，(B1)用加壓輥或沖壓機(jī)將導(dǎo)電性粒子按壓到樹脂片上而使導(dǎo)電性粒子附著于樹脂片的方法；(B2)在樹脂片由無(wú)紡布等纖維構(gòu)成的情況下，將導(dǎo)電性粒子按壓到樹脂片上，使導(dǎo)電性粒子和纖維之間產(chǎn)生纏繞的方法；(B3)在通過(guò)加熱使樹脂片軟化或熔融的情況下，對(duì)樹脂片及/或?qū)щ娦粤Ｗ舆M(jìn)行加熱，使樹脂片的全部或一部分熔融后進(jìn)行冷卻，將導(dǎo)電性粒子熱熔敷到樹脂片中的方法。另外，也可以將上述(B1)～(B3)的方法組合后使用。
作為所述方法(B3)中熱熔敷的方法，例如有通過(guò)壓光輥、熱風(fēng)加熱器、紅外線加熱器、水蒸氣等進(jìn)行加熱的方法。本發(fā)明中，考慮到防止導(dǎo)電性粒子的飛散問(wèn)題，優(yōu)選為通過(guò)壓光輥或紅外線加熱器進(jìn)行加熱。
參考圖5對(duì)用壓光輥進(jìn)行加熱的方法進(jìn)行具體說(shuō)明。首先將壓光輥10加熱到比樹脂片6的熱軟化溫度高出5～20℃的溫度，在工序(1)制備的樹脂片6和導(dǎo)電性粒子7的層壓物上，使壓光輥10與導(dǎo)電性粒子7接觸的同時(shí)從層壓物上通過(guò)，將加熱后的壓光輥10的熱量傳遞到導(dǎo)電性粒子7上，用蓄積到導(dǎo)電性粒子7中的熱量使與導(dǎo)電性粒子7接觸的樹脂片6的局部熔融。接著，熔融的樹脂片6自然冷卻，與樹脂片6接觸的導(dǎo)電性粒子7和樹脂片6熔敷。
優(yōu)選采用這種壓光輥加熱的方法，因?yàn)樵摲椒ú皇菍?duì)樹脂片6的全部進(jìn)行加熱，而僅對(duì)與導(dǎo)電性粒子7接觸的樹脂片6的局部進(jìn)行加熱，使熱量不會(huì)傳遞到其他的部分，所以不會(huì)因熱量導(dǎo)致樹脂片6產(chǎn)生伸縮，從而可以獲得更均勻的片狀成形材料。此時(shí)，壓光輥的按壓壓力在5kgf/cm以下時(shí)，可以不破壞導(dǎo)電性粒子而使其附著在樹脂片上。在完成工序(2)的時(shí)點(diǎn)，可以獲得導(dǎo)電性粒子附著在樹脂片上，再在其上具有沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子的燃料電池用隔板用片狀成形材料前驅(qū)體。
另外，在工序(1)中事先在樹脂片上涂布粘接劑的所述(b)的方法中，在該工序(2)中，采用液體狀熱固性樹脂作為粘接劑的情況下，通過(guò)用壓光輥加熱法等使與該樹脂接觸的導(dǎo)電性粒子與樹脂片粘接，可以將導(dǎo)電性粒子的一部分粘接在樹脂片上。
工序(3)是去除在所述工序(2)中沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子的工序。不直接與樹脂片6接觸的導(dǎo)電性粒子不會(huì)熔敷，通過(guò)去除這些沒(méi)有熔敷的導(dǎo)電性粒子，可以獲得具有本發(fā)明的導(dǎo)電性粒子層的片狀成形材料。
作為去除沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子的方法，可以舉出(C1)將所述燃料電池用隔板用片狀成形材料前驅(qū)體的上下倒置后使沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子從樹脂片上落下的方法；(C2)用抽吸嘴從該前驅(qū)體的上方將沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子抽吸去除的方法；(C3)從該前驅(qū)體的上方吹氣，將沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子吹跑去除的方法。
通過(guò)所述(C1)的方法，采用圖6所示的裝置的話，可以連續(xù)地將沒(méi)有附著在燃料電池隔板用片狀成形材料前驅(qū)體上的導(dǎo)電性粒子除去。將該除去的導(dǎo)電性粒子回收后可以進(jìn)行再利用。
圖7中的符號(hào)11表示熱塑性樹脂片6和導(dǎo)電性粒子7的熱熔敷部。
通過(guò)依次實(shí)施以上的工序(1)、工序(2)及工序(3)，可以制造出導(dǎo)電性粒子層狀附著在樹脂片的一面上的燃料電池用隔板用片狀成形材料。
使導(dǎo)電性粒子層形成在樹脂片的另一面上時(shí)，將在所述工序中制備的片狀成形材料上下倒置，然后依次實(shí)施工序(1)、工序(2)及工序(3)即可。
本發(fā)明的片狀成形材料的制造方法，其特征在于，由于采用貫入樹脂片、熱熔敷或粘接對(duì)導(dǎo)電性粒子進(jìn)行附著，從而制成片狀成形材料的方法，在各工序中用作原料的導(dǎo)電性粒子幾乎不被破碎，能夠容易保持其粒徑。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過(guò)適當(dāng)選擇導(dǎo)電性粒子的大小及形狀和樹脂片的表面積，可以對(duì)附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子的量進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)閱挝幻娣e樹脂片上附著的導(dǎo)電性粒子的量，受到樹脂片的表面積和導(dǎo)電性粒子的大小及形狀的限制，所以通過(guò)使用通常使用的樹脂片及導(dǎo)電性粒子，可以制造出片狀成形材料的厚度和導(dǎo)電性粒子附著量的偏差極小的燃料電池隔板用片狀成形材料。
本發(fā)明的燃料電池用隔板，可以通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)所述各工序制備的一張或多張層壓后的片狀成形材料進(jìn)行成形后制得。
作為進(jìn)行成形的方法，可以舉出迄今為止采用的沖壓成形、液壓成形等。以下，將片狀成形材料由熱塑性樹脂組成的情況和由熱固性樹脂組成的情況分開進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
片狀成形材料由熱塑性樹脂組成時(shí)，至少將一張上述的片狀成形材料設(shè)置在具備隔板形狀的凹模中。此時(shí)，模具溫度優(yōu)選為在樹脂片的熔點(diǎn)以下。模具溫度在樹脂片的熔點(diǎn)以上時(shí)，將該片狀成形材料設(shè)置在模具中時(shí)，該樹脂片在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生收縮等變形，會(huì)出現(xiàn)樹脂和導(dǎo)電性粒子的部分分布變得不均勻的傾向。
其次，將凸模設(shè)置在上述片狀成形材料上，用凸模和凹模以0.05MPa～10MPa的壓力擠壓該片狀成形材料，同時(shí)采用加溫沖壓等將其升溫到樹脂片的熔點(diǎn)以上的溫度為止，然后用冷卻沖壓等將模具溫度冷卻到樹脂片的熔點(diǎn)以下，優(yōu)選為熔點(diǎn)以下到50℃的溫度為止，同時(shí)向該片狀成形材料施加0.5MPa～100MPa的壓力。模具被冷卻后，除壓后將隔板從模具中取出。
片狀成形材料由熱固性樹脂構(gòu)成時(shí)，使用被加溫到熱固性樹脂的固化溫度的隔板模具，通過(guò)壓縮成形法制成隔板。此時(shí)的成形壓力可以適當(dāng)在0.5MPa～100MPa的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
考慮到所述片狀成形材料的樹脂熔融后被加壓的狀態(tài)，被沖壓機(jī)負(fù)載的壓力經(jīng)固體導(dǎo)電性粒子傳遞到熔融樹脂，介于壓力負(fù)載方向的導(dǎo)電性粒子之間的熔融樹脂，在壓力作用下被推向與壓力負(fù)載方向正交的方向。
即，加壓前作為絕緣層存在的該片狀成形材料中的樹脂，在加壓過(guò)程中，被擠壓到形成于導(dǎo)電性粒子間的空隙部分中，從而能夠確保隔板的厚度方向的導(dǎo)電性(參考圖8)。
在以往的技術(shù)中，難以成形厚度為1mm以下的隔板，因?yàn)楸景l(fā)明的片狀成形材料的表觀厚度范圍為0.1～0.6mm，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行層壓，可以容易地制成厚度偏差小的、1mm以下的薄型隔板。
對(duì)本發(fā)明的片狀成形材料進(jìn)行成形后獲得的隔板的厚度偏差，優(yōu)選為15μm以下。
用本發(fā)明的片狀成形材料成形燃料電池用隔板時(shí)，尤其能夠使導(dǎo)電性粒子高密度、均勻地分布在熱塑性樹脂陣列上，從而可以制成具有優(yōu)良導(dǎo)電性的隔板。
一般情況下，對(duì)燃料電池用隔板進(jìn)行成形時(shí)，從燃料電池用隔板的導(dǎo)電性來(lái)看，優(yōu)選為在最終制成的燃料電池用隔板中，能夠盡可能地保持作為原料使用的導(dǎo)電性粒子的平均粒徑。由此，包含在最終制成的燃料電池用隔板中的導(dǎo)電性粒子的平均粒徑優(yōu)選為是對(duì)樹脂片進(jìn)行成形前的平均粒徑的60％以上，更優(yōu)的是70％以上，特優(yōu)的是80％以上。
所述燃料電池用隔板，自不必說(shuō)可以應(yīng)用于燃料電池的基本構(gòu)成單位，即僅由單個(gè)單元構(gòu)成的燃料電池，但也可以應(yīng)用于將多個(gè)單個(gè)單元層壓后形成的燃料電池堆。
燃料電池是以對(duì)化石燃料進(jìn)行改質(zhì)后獲得的氫為主燃料，將通過(guò)該氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)生成的能量作為電力輸出的發(fā)電裝置。通常采用將發(fā)電的多個(gè)單個(gè)單元串聯(lián)重疊的電池堆構(gòu)造，用設(shè)置在電池堆的兩端的集電板進(jìn)行集電。
對(duì)本發(fā)明制備的燃料電池用隔板的形狀并不作特殊限定，例如可以舉出圖9所示的燃料電池用隔板12。圖9中所示為在一面或兩面上具有氣體或液體流路13的形狀的隔板。
本發(fā)明的燃料電池用片狀成形材料特別適合于制造具有所述構(gòu)造的、即所謂具有帶肋形狀的燃料電池用隔板。
具體地說(shuō)，本發(fā)明的燃料電池用隔板，可以用作聯(lián)氨型、直接甲醇型、堿型、固體高分子型、磷酸型等各種形式的燃料電池用隔板。
用本發(fā)明的燃料電池用隔板制成的燃料電池，耐沖擊性強(qiáng)且可以實(shí)現(xiàn)小型化，因此除了能夠作為電動(dòng)汽車用電源、便攜式電源、緊急電源之外，還能夠當(dāng)作人造衛(wèi)星、飛機(jī)、宇宙飛船等各種移動(dòng)體用電源使用。
實(shí)施例其次，用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在實(shí)施例及比較例中，如果沒(méi)有特殊的說(shuō)明，“分”及“％”分別表示“重量分”及“重量％”。
實(shí)施例1在大小為150mm×150mm的PPS纖維無(wú)紡布(密度為15g/m2；厚度為60μm；空隙的平均孔徑為38μm；空隙率為85％；軟化溫度為260℃)上，散布5g人造石墨粒子(無(wú)定形、平均粒徑為88μm)，接著在無(wú)紡布的兩端設(shè)置高度為0.8mm的墊板，從墊板的一側(cè)起朝向另一側(cè)移動(dòng)擠壓板，將人造石墨粒子擴(kuò)展到無(wú)紡布整面上。
其次，將預(yù)先加熱到265～280℃的壓光輥按壓到所述無(wú)紡布的石墨一側(cè)，同時(shí)從一側(cè)向另一側(cè)移動(dòng)。自然冷卻后，以5kgf/cm2的鼓風(fēng)壓力，將沒(méi)有和無(wú)紡布纖維熔敷的石墨除去，制成表觀厚度為0.15mm、密度為75g/m2、空隙率約為73％的片狀成形材料。
將20張所述片狀成形材料重疊后在加熱爐中加熱到300℃，使PPS纖維熔融，立刻將其供給到被安裝在沖壓成形機(jī)上的、被加熱到150℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力，付型后使之冷卻固化，制成具有圖10所示形狀的、寬15cm、平均厚度為1.09mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為30秒。
進(jìn)行與所述同樣的操作，又制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。
該成形品的體積電阻率為6mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為53MPa、厚度偏差為0.009mm、成形品中的石墨的平均粒徑為81μm。
實(shí)施例2采用PPS纖維無(wú)紡布(密度20g/m2、厚度80μm、空隙的平均孔徑為38μm、空隙率85％)，在與實(shí)施例1相同的原料、方法及條件下進(jìn)行操作，制成表觀厚度為0.16mm、密度為80g/m2、空隙率約為75％的片狀成形材料。
使用該片狀成形材料，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的操作，制成具有圖10所示形狀的、寬15cm、平均厚度為1.1mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為30秒。
使用制成的片狀成形材料，進(jìn)行與所述同樣的操作，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。
該成形品的體積電阻率為16mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為60MPa、厚度偏差為0.007mm、成形品中的石墨的平均粒徑為83μm。
實(shí)施例3采用PPS纖維無(wú)紡布(密度25g/m2、厚度100μm、空隙的平均孔徑為38μm、空隙率85％)，在與實(shí)施例1相同的原料、方法及條件下進(jìn)行操作，制成表觀厚度為0.17mm、密度為85g/m2、空隙率約為77％的片狀成形材料。
使用該片狀成形材料，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的操作，制成具有圖10所示形狀的、寬15cm、平均厚度為1.1mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為30秒。
使用制成的片狀成形材料，進(jìn)行與所述同樣的操作，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。
該成形品的體積電阻率為17mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為64MPa、厚度偏差為0.007mm、成形品中的石墨的平均粒徑為83μm。
實(shí)施例4代替PPS纖維無(wú)紡布，采用PP/PE纖維無(wú)紡布(密度為10g/m2；厚度為45μm；空隙的平均孔徑為37μm；空隙率為85％；軟化溫度為100℃)，除了將壓光輥的溫度加熱到140℃為止的改變以外，在與實(shí)施例1同樣的方法和條件下進(jìn)行操作，制成表觀厚度為0.15mm、密度為70g/m2、空隙率約為75％的片狀成形材料。
將22張?jiān)撈瑺畛尚尾牧蠈盈B后在加熱爐中加熱到185℃，使聚烯烴熟知纖維熔融，立即將其供給到被安裝在沖壓成形機(jī)上的、被加熱到80℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力付型后使之冷卻固化，制成具有圖10所示形狀的、寬15cm、平均厚度為0.97mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為30秒。
使用制成的片狀成形材料，進(jìn)行與所述同樣的操作，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。
該成形品的體積電阻率為8mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為40MPa、厚度偏差為0.01mm、成形品中的石墨的平均粒徑為81μm。
實(shí)施例5采用PP/PE纖維無(wú)紡布(密度為15g/m2；厚度為68μm；空隙的平均孔徑為37μm；空隙率為85％；軟化溫度為100℃)，在與實(shí)施例1同樣的方法和條件下進(jìn)行操作，制成表觀厚度為0.16mm、密度為75g/m2、空隙率約為77％的片狀成形材料。
將22張?jiān)撈瑺畛尚尾牧蠈盈B后在加熱爐中加熱到185℃，使聚烯烴熟知纖維熔融，立即將其供給到被安裝在沖壓成形機(jī)上的、被加熱到80℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力付型后使之冷卻固化，制成具有圖10所示形狀的、寬15cm、平均厚度為0.99mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為30秒。
使用制成的片狀成形材料，進(jìn)行與所述同樣的操作，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。
該成形品的體積電阻率為10mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為43MPa、厚度偏差為0.009mm、成形品中的石墨的平均粒徑為80μm。
實(shí)施例6根據(jù)所述片狀成形材料的制造方法b)，即經(jīng)粘接劑將導(dǎo)電性粒子粘接在樹脂片上的方法，在環(huán)境溫度為40℃的環(huán)境下，將EPICLON830(粘度為4000mPa·s的環(huán)氧樹脂，大日本油墨化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社制造(注冊(cè)商標(biāo)))涂布在大小為150mm×150mm的PP/PE纖維無(wú)紡布(密度為5g/m2；厚度為20μm；空隙的平均孔徑為37μ m；空隙率為80％)上，使環(huán)氧樹脂的密度達(dá)到15g/m2，另外，在其上散布5g人造石墨粒子(無(wú)定形、平均粒徑為88μm)，接著在無(wú)紡布的兩端設(shè)置高度為0.8mm的墊板，從墊板的一側(cè)朝向另一側(cè)移動(dòng)擠壓板，將人造石墨擴(kuò)展到涂布了環(huán)氧樹脂的無(wú)紡布的整面上，然后去除沒(méi)有和無(wú)紡布粘接的石墨粒子，制成由無(wú)紡布、環(huán)氧樹脂和石墨粒子組成的復(fù)合樹脂片。
將該復(fù)合樹脂片在60℃的干燥爐中放置2小時(shí)，使之半固化后除去沒(méi)有與無(wú)紡布纖維粘接的石墨，制成表觀厚度為0.15mm、密度為75g/m2的片狀成形材料。
將20張?jiān)摌渲?150mm×150mm)層疊后充填到事先預(yù)熱到150℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力，制成寬15cm、平均厚度為1.06mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為45分鐘。
進(jìn)行與所述同樣的操作，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。該成形品的體積電阻率為22mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為44MPa、厚度偏差為0.011mm、成形品中的石墨的平均粒徑為80μm。
比較例1將70重量分的、與實(shí)施例1中使用的人造石墨同樣的人造石墨和30重量分的PPS，用攪拌器進(jìn)行10分鐘的干式混合。在成形壓力20MPa、320℃的條件下，對(duì)該混合物進(jìn)行輥壓成形，制成厚度為4mm的可沖壓樹脂片。
將制備的可沖壓樹脂片裁成規(guī)定的尺寸(120mm×120mm)，在加熱爐中320℃條件下加熱10分鐘，使PPS熔融后立刻將其供給到被安裝在沖壓成形機(jī)上的被加熱到150℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力付型后使之冷卻固化，制成寬15cm、平均厚度為1.1mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為30秒。同樣，還制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。這些成形品的體積電阻率為116mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為61MPa、厚度偏差為0.110mm、成形品中的石墨的平均粒徑為14μm。
比較例2將60重量分的與實(shí)施例1中使用的人造石墨同樣的人造石墨和40重量分的EPICLON830在氣氛溫度40℃的環(huán)境下充分混合攪拌兩分鐘，調(diào)制成均勻的分散體。用擠壓板將獲得的分散體以90g/m2的密度涂布在所述實(shí)施例3使用的PP/PE纖維無(wú)紡布(密度為10g/m2；厚度為45μm；空隙的平均孔徑為37μm；空隙率為85％；軟化溫度為100℃)的一面上，制成樹脂片(石墨含量54％)。將該樹脂片放置在60℃的干燥爐中2小時(shí)使之半固化。將20張這樣的樹脂片(150mm×150mm)層疊后填充到事先預(yù)熱到150℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力，制成寬15cm、平均厚度為1.27mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為45分鐘。同樣，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。這些成形品的體積電阻率為466mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為46MPa、厚度偏差為0.165mm、成形品中的石墨的平均粒徑為80μm。
比較例3將40重量分的、與實(shí)施例1中使用的人造石墨同樣的人造石墨和60重量分的、粘度為4000mPa·s的EPICLON830在氣氛溫度40℃的環(huán)境下充分混合攪拌兩分鐘，調(diào)制成均勻的分散體。用擠壓板將獲得的分散體以90g/m2的密度涂布在所述實(shí)施例3使用的PP/PE纖維無(wú)紡布(密度為10g/m2；厚度為45μm；空隙的平均孔徑為37μm；空隙率為85％；軟化溫度為100℃)的一面上，制成樹脂片(石墨含量36％)。將該樹脂片放置在60℃的干燥爐中2小時(shí)使之半固化。將20張這樣的樹脂片(150mm×150mm)層疊后填充到事先預(yù)熱到150℃的模具中，通過(guò)施加40MPa的壓力，制成寬15cm、平均厚度為1.25mm、長(zhǎng)15cm的帶肋成形品。成形周期為45分鐘。同樣，制成寬15cm、厚度約為1mm、長(zhǎng)15cm的平板狀成形品。這些成形品的體積電阻率為783mΩ·cm，彎曲強(qiáng)度為49MPa、厚度偏差為0.143mm、成形品中的石墨的平均粒徑為80μm。
如上所述，通過(guò)使用本發(fā)明的燃料電池隔板用片狀成形材料，可以容易地制成具有優(yōu)良導(dǎo)電性的、薄型的、厚度精度高的燃料電池隔板。


*1)單位是mΩ·cm
權(quán)利要求
1.一種燃料電池隔板用片狀成形材料，其在樹脂片的至少一面上具有由包含導(dǎo)電性粒子的粒子構(gòu)成的一個(gè)導(dǎo)電性粒子層，其特征在于，所述片狀成形材料中的導(dǎo)電性粒子的含量為70～90重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述粒子層中的導(dǎo)電性粒子的含量為75重量％以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述樹脂片具有空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述樹脂片的空隙率為30～90％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述樹脂片的空隙的平均孔徑為10～800μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述樹脂片的樹脂為熱塑性樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述樹脂片為無(wú)紡布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用片狀成形材料，其特征在于，所述導(dǎo)電性粒子為石墨。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板用成形材料，其特征在于，平均厚度為0.1～0.6mm。
10.一種燃料電池用片狀成形材料的制造方法，其特征在于，在樹脂片的至少一面上，依次實(shí)施如下工序工序(1)在樹脂片的表面上均勻散布導(dǎo)電性粒子的工序；工序(2)在所述樹脂片上附著所述導(dǎo)電性粒子的一部分的工序；工序(3)去除在所述工序(2)中沒(méi)有附著在樹脂片上的導(dǎo)電性粒子的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池用片狀成形材料的制造方法，其特征在于，所述工序(1)包括在樹脂片的表面上散布導(dǎo)電性粒子的工序；接著將所述被散布的導(dǎo)電性粒子均勻地?cái)U(kuò)散到樹脂片的整面上的工序。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池用片狀成形材料的制造方法，其特征在于，所述樹脂片的樹脂為熱塑性樹脂，且所述工序(2)包括通過(guò)對(duì)在工序(1)中制成的散布有導(dǎo)電性粒子的樹脂片進(jìn)行加熱，使所述導(dǎo)電性粒子的一部分與樹脂片熱熔敷的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池用片狀成形材料的制造方法，其特征在于，所述樹脂片具有空隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池用片狀成形材料的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性粒子為石墨。
15.一種燃料電池用隔板，其特征在于，對(duì)權(quán)利要求1所述的片狀成形材料進(jìn)行成形而成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池用隔板，其特征在于，厚度偏差在15μm以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制備可以薄壁化的、且具有優(yōu)良導(dǎo)電性和厚度精度的燃料電池隔板的片狀成形材料和其制造方法，以及用該成形材料成形的燃料電池用隔板。是在樹脂片的至少一面上具有碳粒層的片狀成形材料，燃料電池隔板用片狀成形材料及其制造方法的特征在于，所述片狀成形材料中的碳層粒子的比例為70～90重量％。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101080836SQ200580042999
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者蔣建業(yè), 原田哲哉 申請(qǐng)人:大日本油墨化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社