燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータ
【課題】 機械的特性の低下、成形不良、導電性の不足を招くことがなく、燃料電池の生産性や耐久性を向上させることのできる燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを提供する。
【解決手段】 リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛をポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合して成形材料５を調製し、成形材料５を金型６に充填して加熱加圧した後、加圧冷却して金型６から脱型する。リニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛が混合した成形材料５により燃料電池用セパレータを成形するので、優れた耐熱性や耐水性を得ることができ、燃料電池の耐久性に悪影響を及ぼす溶出イオンや重金属分の少ない燃料電池用セパレータを製造できる。
【解決手段】 リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛をポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合して成形材料５を調製し、成形材料５を金型６に充填して加熱加圧した後、加圧冷却して金型６から脱型する。リニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛が混合した成形材料５により燃料電池用セパレータを成形するので、優れた耐熱性や耐水性を得ることができ、燃料電池の耐久性に悪影響を及ぼす溶出イオンや重金属分の少ない燃料電池用セパレータを製造できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球温暖化防止や省エネルギー等に資する燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に使用される燃料電池用セパレータには、導電性、機械的特性、耐久性が重要な特性として求められるが、これら以外にも、低価格を実現して普及させるため、高い生産性が求められている。
このような燃料電池用セパレータを製造する場合には、図示しないが、従来、所定の樹脂と黒鉛とを所定量混合して成形する方法が採用されている（特許文献１、２、３、４参照）。所定の樹脂としては、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂があげられる。また、黒鉛は、導電性を確保するため、所定の樹脂に多く配合して溶融混練される。
【特許文献１】特開２００３‐１００３１３号公報
【特許文献２】特許第３６９３２７５号
【特許文献３】特開２００３‐３４６８２７号公報
【特許文献４】特開２００１‐０８５０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来における燃料電池用セパレータは、以上のように製造され、導電性を確保するために黒鉛の比率を多くしているが、黒鉛を多くすると、成形材料の流動性が非常に悪化してセパレータの凹凸や端部に成形材料を十分に充填することができず、機械的特性の低下や成形不良を招くという問題がある。また、特許文献１、２の場合には、熱可塑性樹脂を使用するが、熱可塑性樹脂と粉末の黒鉛とを溶融混練して成形すると、溶融混練時に熱可塑性樹脂が黒鉛の周辺に過度に密着して導電性を阻害し、導電性の不足するおそれが少なくない。
【０００４】
また、特許文献３、４の場合には、熱硬化性樹脂を使用するが、熱硬化性樹脂の硬化には長時間を要するので、生産性に難がある。さらに、未硬化成分や反応生成物が燃料電池用セパレータ中に残留物として残留しやすいので、燃料電池の作動中に係る残留物が溶出して燃料電池の耐久性を低下させるという問題がある。この欠点を解消するため、従来においては、後加熱して残留物を除去しているが、十分な効果が期待できず、生産性の低下を招いている。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたもので、機械的特性の低下、成形不良、導電性の不足を招くことがなく、燃料電池の生産性や耐久性を向上させることのできる燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては上記課題を解決するため、ベース板の少なくとも片面に、燃料用の流路を区画する溝を形成した燃料電池用セパレータの製造方法であって、
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とをポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合して成形材料を調製し、この成形材料を金型に充填して加熱加圧した後、脱型することを特徴としている。
【０００７】
なお、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とを、重量比で１：２．５〜１：５の比率で配合することが好ましい。
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂１００重量部に対して人造黒鉛を３００〜５００重量部配合することが好ましい。
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂を洗浄した後に粉末の人造黒鉛と混合することが好ましい。
【０００８】
また、人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に棒状の黒鉛を混在することにより調製し、この棒状の黒鉛の直径と長さの比を１：３〜２０とすることが好ましい。
また、金型の下型に計量した成形材料を充填して略均一にならし、溝を成形する金型の成形部の成形材料をかき取ると良い。
【０００９】
さらに、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１ないし４いずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法で製造される燃料電池用セパレータであって、
ロレスター抵抗率計により測定される体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴としている。
【００１０】
ここで、特許請求の範囲における燃料用の流路を区画する溝は、ベース板の表面、裏面、あるいは表裏面に必要数が形成される。また、人造黒鉛には、完全な人造の黒鉛の他、酸洗浄や１０００℃以上の加熱処理により、残留金属成分や溶出イオン等の除去された黒鉛が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池用セパレータの機械的特性の低下、成形不良、導電性の不足を招くことがなく、燃料電池用セパレータの生産性や耐久性を向上させることができるという効果がある。
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とを、重量比で１：２．５〜１：５の比率で配合すれば、ロレスター抵抗率計により測定される燃料電池用セパレータの体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以上になることがなく、良好な導電性を得ることができる。また、成形材料の流動性悪化を抑制し、燃料電池用セパレータ一枚当たりに必要な±３０μｍの厚さ寸法精度を比較的容易に得ることができる。
【００１２】
また、人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に棒状の黒鉛を混在することにより調製し、この棒状の黒鉛の直径と長さの比を１：３〜２０とすれば、燃料電池用セパレータの導電性、機械的特性、成形性をバランス良く満足させることが可能になる。また、燃料電池用セパレータの曲げ強度の向上が期待できる。
さらに、金型の下型に計量した成形材料を充填して略均一にならし、溝を成形する金型の成形部の成形材料をかき取れば、成形材料を無駄なく、かつバランス良く充填することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における燃料電池用セパレータ１は、図１ないし図３に示すように、ポリフェニレンスルフィド樹脂と導電フィラーである人造黒鉛とを混合して成形材料５を調製し、この成形材料５を金型６に充填して加熱加圧した後、加圧冷却して金型６から脱型することにより圧縮成形され、ＪＩＳ‐Ｋ７１９４に準拠したロレスター抵抗率計の４端子４探針法により測定される体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以下とされる。
【００１４】
燃料電池用セパレータ１は、図１や図２に示すように、平面略矩形のベース板２を備え、このベース板２の略平坦な表裏面の中央部には、燃料用の流路を区画する複数の溝３が横一列に並んでそれぞれ平面略Ｓ字形に配列形成されており、図示しない電解質層、空気極、燃料極と共に積層されて燃料電池を構成するよう機能する。複数の溝３は、その周囲に矩形を呈した複数の貫通口４が並べて穿孔され、各溝３が断面略Ｕ字形に凹み形成される。
【００１５】
成形材料５は、粉砕して粉末化されたリニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）と粉末の人造黒鉛とが、ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合されることにより調製される。
【００１６】
ポリフェニレンスルフィド樹脂が使用されるのは、実用上最適だからであるが、例えば液晶ポリマーの場合には、ポリエステル樹脂特有の加水分解に起因する経時での強度低下のおそれがあり、ポリプロピレン（ＰＰ）の場合には、機械的な強度が不足したり、酸化防止剤の影響による溶出イオンの問題が発生するからである。また、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン等からなる結晶性樹脂の場合には、黒鉛の充填不足に伴う靭性欠如等の問題が生じるからである。
【００１７】
ポリフェニレンスルフィド樹脂は、溶出イオン防止の観点から酸や水等により洗浄して使用されることが好ましい。これは、ポリフェニレンスルフィド樹脂を洗浄して使用すれば、燃料電池の作動中に熱水中に溶出するイオンを低減し、燃料電池の劣化を防止することができるからである。イオンの溶出は、ポリフェニレンスルフィド樹脂１ｇを純水４ｇに浸し、１２１℃のプレッシャークッカー中に１００ＨＲ放置後、純水の導電率を測定することにより、評価することができる。純水の導電率は１００μＳ（ジーメンス）以下が好ましい。
【００１８】
ポリフェニレンスルフィド樹脂は、高い流動性を得るため、架橋タイプではなく、リニアタイプが好ましい。このリニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂の重量平均分子量は、２５０００〜１０００００の範囲内が最適である。これは、重量平均分子量が２５０００未満の場合には、機械的強度が不足し、逆に重量平均分子量が１０００００を超える場合には、流動性が悪化して良好な成形が期待できないからである。
【００１９】
ポリフェニレンスルフィド樹脂の流動性の指標としては、メルトフローレート（ＭＦＲ：溶液指数）で把握した場合に、融点＋１００℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ2、ダイス径１ｍｍ、ランド長さ１０ｍｍでのメルトフローレートが３００ｃｃ／１０分〜１２００ｃｃ／１０分、好ましくは４００ｃｃ／１０分〜１０００ｃｃ／１０分が良い。これは、３００ｃｃ／１０分未満の場合には、流動性が小さく、精度の良い良好な成形ができないという理由に基づく。逆に、１２００ｃｃ／１０分を超える場合には、十分な機械的特性を得ることができないという理由に基づく。
【００２０】
人造黒鉛は、天然タイプではなく、人造タイプ、具体的にはタールやコークス等を高温で焼成し、所定の粒子径に粉砕したタイプ、フェノール等の有機材料を焼成したタイプが使用され、３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍの平均粒径に調整される。これは、黒鉛が天然タイプの場合には、各種の不純物が混入しているので、燃料電池用セパレータ１として使用するためには、鉄分、ケイ素分、灰分等からなる残留物、ナトリウム、塩素等の溶出イオン分を除去しなければならない。このため、酸洗浄や１０００℃以上の温度で揮発除去する必要があり、結果として製造コストが嵩むという理由に基づく。
【００２１】
人造黒鉛は、重視する特性に応じて塊状、棒状、球状、繊維状の形状が選択されたり、複数の形状が組み合わせて使用される。この人造黒鉛は、導電性、機械的特性、成形性をバランス良く満足させる観点から、塊状の黒鉛１００中に棒状の黒鉛が１０〜４０重量部混在したタイプが好ましい。これは、塊状の黒鉛の表面は、角張っているので、導電性や機械的特性の向上に資するからである。また、棒状の黒鉛を混在すれば、曲げ強度が向上するからである。
【００２２】
棒状の黒鉛は、直径と長さの比が１：３〜２０程度の繊維状ではないタイプが使用される。これは、繊維状の黒鉛の場合には、常温で混合する際、相互に絡まって良好な分散性を得ることができないからである。
【００２３】
なお、人造黒鉛が丸みを帯びた形状や球状の場合には、機械的強度が小さくなるものの、成形材料５の流動性が向上するので、生産性や寸法精度を向上させる場合に有意義である。したがって、人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に、棒状の黒鉛、丸みを帯びた黒鉛、及び／又は球状の黒鉛が混在したタイプとしても良い。
【００２４】
上記において、燃料電池用セパレータ１を製造する場合には、先ず、リニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂を粉砕して粉末化し、このポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とをポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう所定の比率で加熱することなく混合して成形材料５を調製する。
【００２５】
ポリフェニレンスルフィド樹脂の粉砕の方法としては、冷凍粉砕法や衝突破砕法等が採用される。この粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂の平均粒子径は、人造黒鉛の平均粒子径の１．５倍以下で１０μｍ以上であることが好ましい。これは、人造黒鉛の平均粒子径の１．５倍を超える場合には、成形材料５中のポリフェニレンスルフィド樹脂が減少し、燃料電池用セパレータ１内に樹脂ムラを生じさせ、特性のバラツキが生じるからである。また、１０μｍ未満の場合には、粉砕に手間がかかり、製造工程で飛散して製造環境が悪化するからである。
【００２６】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とは、重量比で１：２．５〜１：５、好ましくは１：３〜１：４．５の比率で配合される。これは、人造黒鉛が１：２．５未満の場合には、ロレスター抵抗率計により測定された燃料電池用セパレータ１の体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以上となり、逆に人造黒鉛が１：５を超える場合には、成形材料５の流動性が悪化し、燃料電池用セパレータ１一枚当たりに必要な±３０μｍの厚さ寸法精度を得ることができないからである。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛との混合に際しては、例えばタンブラーやヘンシェルミキサ等が使用される。
【００２７】
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂の流動性は、メルトフローレートで把握した場合に、融点＋１００℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ2、ダイス径１ｍｍ、ランド長さ１０ｍｍでのメルトフローレートが３００ｃｃ／１０分〜１２００ｃｃ／１０分が良い。この点について説明すると、人造黒鉛の配合比率により成形品である燃料電池用セパレータ１の線膨張係数が大きく変化し、金型６を構成する鋼材の線膨張係数との差が大きくなり過ぎると、金型６から脱型する際に燃料電池用セパレータ１の溝３等が引っかかり、取り出しに手間取ったり、燃料電池用セパレータ１を破損させるおそれがある。
【００２８】
金型６の線膨張係数は、一般的に１１〜１２（ｐｐｍ）であるが、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛の重量比が１：５の場合には６（ｐｐｍ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛の重量比が１：４の場合には１０（ｐｐｍ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛の重量比が１：３の場合には１４（ｐｐｍ）であり、１：５で圧縮成形した場合には燃料電池用セパレータ１に破損や傷が少なからず生じる。
【００２９】
図４は、３２０℃の成形材料５、流路径２ｍｍφ、ランド長さ５ｍｍ、圧力５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で測定したメルトフローレートのグラフである。ここで、成形材料５は重量平均分子量が３６０００のリニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とが混合することにより調製され、人造黒鉛は平均粒径が７０μｍの塊状の黒鉛中に平均粒径が１４５μｍの棒状の黒鉛が混在することにより調製される。
【００３０】
成形材料５のメルトフローレートは、Ｐ加工性の指標として活用することができる。実験の結果、流路径２ｍｍφ、ランド長さ５ｍｍ、圧力５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で測定したメルトフローレートは、３００ｃｃ／１０分〜１０００ｃｃ／１０分の範囲内にある値を使用すれば、必要な導電性や機械的特性を有する燃料電池用セパレータ１を一枚当たりの厚さ精度±３０μｍで安定して成形できるのが判明した。
【００３１】
係る値は、燃料電池用セパレータ１を粉砕してメルトフローレートを評価しても成形材料５と略同様の値となる。したがって、本実施形態における３２０℃の燃料電池用セパレータ１は、流路径２ｍｍφ、ランド長さ５ｍｍ、圧力５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で測定したメルトフローレートが３００ｃｃ／１０分であるのが良い。
【００３２】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とは、ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう加熱することなく混合される。これは、加熱して溶融混練すると、人造黒鉛の周辺にポリフェニレンスルフィド樹脂が過度に密着して導電性を阻害し、エネルギーコストを削減することができないという理由に基づく。
【００３３】
成形材料５を調製したら、この成形材料５を予備成形することなく、所定量金型６に充填（図３参照）してその上型７と下型８とを型締めし、金型６を加熱加圧して燃料電池用セパレータ１を圧縮成形する。
【００３４】
成形材料５を充填する場合には、燃料電池用セパレータ１のベース板２と複数の溝３とで成形材料５の成形量が相違するので、これを考慮して充填する。具体的には、（１）金型６の下型８に計量した成形材料５を充填してスクレバー等により均一にならし、複数の溝３を成形する金型６の成形部９の成形材料５をスクレバー等によりかき取り、成形材料５をバランス良く充填する方法、（２）燃料電池用セパレータ１の形状を考慮し、金型６の下型８に成形材料５をディスペンサーにより増減させながら充填する方法があげられる。
【００３５】
成形材料５の充填に際しては、金型６の成形温度をポリフェニレンスルフィド樹脂の融点よりも低くしておくことが好ましい。また、金型６の加熱加圧に際しては、成形材料５の充填された金型６を成形機の所定温度まで加熱した一対の熱板間にセットして加熱加圧する。また、金型６の加熱温度はポリフェニレンスルフィド樹脂の融点＋１００℃〜＋１５０℃程度が好ましく、金型６の加圧圧力は３００ｋｇ／ｃｍ2以上が必要である。
【００３６】
金型６が加熱加圧されると、成形材料５が加圧され、複数の人造黒鉛同士が接触してその間にポリフェニレンスルフィド樹脂の流入する空隙が形成される。そして、金型６の加熱により、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点を超えた温度域でポリフェニレンスルフィド樹脂が流動し始め、複数の人造黒鉛の間にポリフェニレンスルフィド樹脂が流入する。したがって、人造黒鉛の周辺にポリフェニレンスルフィド樹脂が過度に密着することがなく、良好な導電性を得ることができる。
【００３７】
金型６の加熱加圧時間としては、複数の人造黒鉛の間にポリフェニレンスルフィド樹脂が流入するのに要する時間であれば良い。具体的には、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点＋１００℃、加圧圧力８００ｋｇ／ｃｍ2（燃料電池用セパレータ１の投影面積に対して）の条件で２０〜１００秒である。
【００３８】
そしてその後、金型６を加圧冷却して燃料電池用セパレータ１を脱型すれば、図１や図２に示す燃料電池用セパレータ１を製造することができる。金型６を加圧（加圧圧力８００ｋｇ／ｃｍ2）冷却する方法としては、（１）金型６を取り外して冷却された別の成形機の一対の熱板間にセットし、加圧冷却する方法、（２）金型６を成形機の一対の熱板間にセットしたままで加圧冷却する方法等があげられる。
【００３９】
金型６は、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点以下、好ましくはポリフェニレンスルフィド樹脂の融点−１００℃以下、より好ましくはポリフェニレンスルフィド樹脂のガラス転移点以下まで冷却する。これは、係る温度まで金型６を冷却すれば、燃料電池用セパレータ１の導電性が向上したり、反り、曲がりの低減に資するからである。
【００４０】
但し、冷却温度の低下に伴い生産性が悪化するので、導電性を満足する範囲の高温で燃料電池用セパレータ１を脱型し、ガラス転移点以上の温度でアニーリングして燃料電池用セパレータ１の反り、曲がりを矯正しても良い。アニーリングは、燃料電池用セパレータ１を積層して０．０５ｋｇ／ｃｍ2の錘を載せることにより実施することが好ましい。
【００４１】
上記によれば、リニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とが混合した成形材料５により燃料電池用セパレータ１を射出成形するのではなく、圧縮成形するので、優れた耐熱性や耐水性を得ることができ、燃料電池の耐久性に悪影響を及ぼす溶出イオンや重金属分の少ない燃料電池用セパレータ１を製造することができる。
【００４２】
また、圧縮成形により樹脂量を多く、黒鉛分を少なくすることができるので、少ない人造黒鉛できわめて良好な導電性を確保することができ、機械的特性の低下や成形不良を招くことがなく、しかも、寸法精度の向上を図ることもできる。さらに、ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう加熱することなく混合するので、人造黒鉛の周辺にポリフェニレンスルフィド樹脂が過度に密着して導電性を阻害したり、導電性の不足するおそれを有効に排除することが可能になる。
【００４３】
なお、成形材料５を金型６に充填して加熱加圧する際に加熱機構を使用したり、加圧冷却する際に冷却機構を使用しても良い。こうすれば、設備費用が若干増加するものの、エネルギーコスト対策で有利である。具体的には、金型６に電気ヒータからなる加熱機構を設置したり、冷却水用の流路からなる冷却機構を内蔵することができる。また、金型６に流路を内蔵して加熱用の蒸気や冷却用の冷却水を流通させることもできる。この蒸気を使用する際、過熱蒸気を使用すれば、常温で高温を得ることができ、しかも、良好な加熱効率を得ることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータの実施例を比較例と共に説明する。
実施例１
先ず、リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。ポリフェニレンスルフィド樹脂は、重量平均分子量が３６０００の製品（東レ株式会社製：製品名Ｅ２１８０）を冷凍粉砕して平均粒径７０μｍに粉末化した。また、人造黒鉛は、平均粒径１４０μｍの製品（オリエンタルカーボン株式会社製：製品名８０２０Ｓ）を使用した。
【００４５】
ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう成形材料を調製したら、この成形材料を金型に均一に充填して加熱加圧した。成形材料の充填に際しては、燃料電池用セパレータの複数の溝を成形する金型の成形部の成形材料をスクレバー等によりかき取り、成形材料をバランス良く充填した。また、金型を加熱加圧する場合には、熱板温度が４４０℃の圧縮成形機に金型を載せ、燃料電池用セパレータの面積に対して８００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を作用させた。
【００４６】
次いで、金型を加熱加圧し、金型の温度が４００℃に達したら、熱板温度が３０℃の冷却用の圧縮成形機に金型を移載して加圧冷却し、その後、金型から脱型することにより、２９７ｍｍ×２１０ｍｍ×２ｍｍの外形の燃料電池用セパレータを得た。この燃料電池用セパレータは、表裏両面における複数の溝の形成領域が２１０ｍｍ×１７０ｍｍであり、各溝の幅が１ｍｍ、各溝の深さが０．７ｍｍである。
【００４７】
燃料電池用セパレータを製造したら、この燃料電池用セパレータの導電性、厚さバラツキ、及び溶出導電度をそれぞれ測定して評価し、表１にまとめた。燃料電池用セパレータの導電性は、燃料電池用セパレータの周辺の平坦部を切り出し、ロレスター抵抗率計（三菱化学製）により４端子法で測定した。
【００４８】
燃料電池用セパレータの厚さバラツキについては、燃料電池用セパレータの３５点をマクロメータにより測定した。また、燃料電池用セパレータの溶出導電度については、燃料電池用セパレータの一部３０ｇを略１５ｍｍ角で切り出して純水１２０ｇに浸し、１２１℃のプレッシャークッカー中に１００ＨＲ放置後、２３℃に戻した後に純水の導電率を測定することにより評価した。
【００４９】
実施例２
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛４．５重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５０】
実施例３
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。人造黒鉛は、平均粒径略５０μｍの製品（オリエンタルカーボン株式会社製：製品名ＡＴ−Ｎｏ．５ＳＸ）を使用した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５１】
実施例４
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。黒鉛は、天然品（日本黒鉛株式会社製：製品名ＣＧＣ１００）を硫酸により洗浄して水洗いし、１３００℃で３ＨＲ加熱し、天然黒鉛と同等の不純物レベルまで精製して使用した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５２】
比較例１
架橋タイプのポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛２．５重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５３】
比較例２
架橋タイプのポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛５重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５４】
比較例３
架橋タイプのポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。黒鉛は、平均粒径が略１００μｍの天然品（日本黒鉛株式会社製：製品名ＣＧＣ１００）をそのまま使用した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５５】
比較例４
ポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の黒鉛３重量比を３２０℃に加熱した加圧ニーダ中で混練して取り出し、この混練物を破砕して果粒状とし、成形材料を調製した。ポリフェニレンスルフィド樹脂と黒鉛とは、実施例１と同様とした。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータの実施形態を模式的に示す平面説明図である。
【図２】本発明に係る燃料電池用セパレータの実施形態を模式的に示す断面説明図である。
【図３】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の実施形態における金型を模式的に示す断面説明図である。
【図４】本発明に係る燃料電池用セパレータの実施形態を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 燃料電池用セパレータ
２ ベース板
３ 溝
５ 成形材料
６ 金型
７ 上型
８ 下型
９ 成形部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球温暖化防止や省エネルギー等に資する燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に使用される燃料電池用セパレータには、導電性、機械的特性、耐久性が重要な特性として求められるが、これら以外にも、低価格を実現して普及させるため、高い生産性が求められている。
このような燃料電池用セパレータを製造する場合には、図示しないが、従来、所定の樹脂と黒鉛とを所定量混合して成形する方法が採用されている（特許文献１、２、３、４参照）。所定の樹脂としては、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂があげられる。また、黒鉛は、導電性を確保するため、所定の樹脂に多く配合して溶融混練される。
【特許文献１】特開２００３‐１００３１３号公報
【特許文献２】特許第３６９３２７５号
【特許文献３】特開２００３‐３４６８２７号公報
【特許文献４】特開２００１‐０８５０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来における燃料電池用セパレータは、以上のように製造され、導電性を確保するために黒鉛の比率を多くしているが、黒鉛を多くすると、成形材料の流動性が非常に悪化してセパレータの凹凸や端部に成形材料を十分に充填することができず、機械的特性の低下や成形不良を招くという問題がある。また、特許文献１、２の場合には、熱可塑性樹脂を使用するが、熱可塑性樹脂と粉末の黒鉛とを溶融混練して成形すると、溶融混練時に熱可塑性樹脂が黒鉛の周辺に過度に密着して導電性を阻害し、導電性の不足するおそれが少なくない。
【０００４】
また、特許文献３、４の場合には、熱硬化性樹脂を使用するが、熱硬化性樹脂の硬化には長時間を要するので、生産性に難がある。さらに、未硬化成分や反応生成物が燃料電池用セパレータ中に残留物として残留しやすいので、燃料電池の作動中に係る残留物が溶出して燃料電池の耐久性を低下させるという問題がある。この欠点を解消するため、従来においては、後加熱して残留物を除去しているが、十分な効果が期待できず、生産性の低下を招いている。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたもので、機械的特性の低下、成形不良、導電性の不足を招くことがなく、燃料電池の生産性や耐久性を向上させることのできる燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては上記課題を解決するため、ベース板の少なくとも片面に、燃料用の流路を区画する溝を形成した燃料電池用セパレータの製造方法であって、
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とをポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合して成形材料を調製し、この成形材料を金型に充填して加熱加圧した後、脱型することを特徴としている。
【０００７】
なお、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とを、重量比で１：２．５〜１：５の比率で配合することが好ましい。
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂１００重量部に対して人造黒鉛を３００〜５００重量部配合することが好ましい。
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂を洗浄した後に粉末の人造黒鉛と混合することが好ましい。
【０００８】
また、人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に棒状の黒鉛を混在することにより調製し、この棒状の黒鉛の直径と長さの比を１：３〜２０とすることが好ましい。
また、金型の下型に計量した成形材料を充填して略均一にならし、溝を成形する金型の成形部の成形材料をかき取ると良い。
【０００９】
さらに、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１ないし４いずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法で製造される燃料電池用セパレータであって、
ロレスター抵抗率計により測定される体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴としている。
【００１０】
ここで、特許請求の範囲における燃料用の流路を区画する溝は、ベース板の表面、裏面、あるいは表裏面に必要数が形成される。また、人造黒鉛には、完全な人造の黒鉛の他、酸洗浄や１０００℃以上の加熱処理により、残留金属成分や溶出イオン等の除去された黒鉛が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池用セパレータの機械的特性の低下、成形不良、導電性の不足を招くことがなく、燃料電池用セパレータの生産性や耐久性を向上させることができるという効果がある。
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とを、重量比で１：２．５〜１：５の比率で配合すれば、ロレスター抵抗率計により測定される燃料電池用セパレータの体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以上になることがなく、良好な導電性を得ることができる。また、成形材料の流動性悪化を抑制し、燃料電池用セパレータ一枚当たりに必要な±３０μｍの厚さ寸法精度を比較的容易に得ることができる。
【００１２】
また、人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に棒状の黒鉛を混在することにより調製し、この棒状の黒鉛の直径と長さの比を１：３〜２０とすれば、燃料電池用セパレータの導電性、機械的特性、成形性をバランス良く満足させることが可能になる。また、燃料電池用セパレータの曲げ強度の向上が期待できる。
さらに、金型の下型に計量した成形材料を充填して略均一にならし、溝を成形する金型の成形部の成形材料をかき取れば、成形材料を無駄なく、かつバランス良く充填することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における燃料電池用セパレータ１は、図１ないし図３に示すように、ポリフェニレンスルフィド樹脂と導電フィラーである人造黒鉛とを混合して成形材料５を調製し、この成形材料５を金型６に充填して加熱加圧した後、加圧冷却して金型６から脱型することにより圧縮成形され、ＪＩＳ‐Ｋ７１９４に準拠したロレスター抵抗率計の４端子４探針法により測定される体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以下とされる。
【００１４】
燃料電池用セパレータ１は、図１や図２に示すように、平面略矩形のベース板２を備え、このベース板２の略平坦な表裏面の中央部には、燃料用の流路を区画する複数の溝３が横一列に並んでそれぞれ平面略Ｓ字形に配列形成されており、図示しない電解質層、空気極、燃料極と共に積層されて燃料電池を構成するよう機能する。複数の溝３は、その周囲に矩形を呈した複数の貫通口４が並べて穿孔され、各溝３が断面略Ｕ字形に凹み形成される。
【００１５】
成形材料５は、粉砕して粉末化されたリニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）と粉末の人造黒鉛とが、ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合されることにより調製される。
【００１６】
ポリフェニレンスルフィド樹脂が使用されるのは、実用上最適だからであるが、例えば液晶ポリマーの場合には、ポリエステル樹脂特有の加水分解に起因する経時での強度低下のおそれがあり、ポリプロピレン（ＰＰ）の場合には、機械的な強度が不足したり、酸化防止剤の影響による溶出イオンの問題が発生するからである。また、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン等からなる結晶性樹脂の場合には、黒鉛の充填不足に伴う靭性欠如等の問題が生じるからである。
【００１７】
ポリフェニレンスルフィド樹脂は、溶出イオン防止の観点から酸や水等により洗浄して使用されることが好ましい。これは、ポリフェニレンスルフィド樹脂を洗浄して使用すれば、燃料電池の作動中に熱水中に溶出するイオンを低減し、燃料電池の劣化を防止することができるからである。イオンの溶出は、ポリフェニレンスルフィド樹脂１ｇを純水４ｇに浸し、１２１℃のプレッシャークッカー中に１００ＨＲ放置後、純水の導電率を測定することにより、評価することができる。純水の導電率は１００μＳ（ジーメンス）以下が好ましい。
【００１８】
ポリフェニレンスルフィド樹脂は、高い流動性を得るため、架橋タイプではなく、リニアタイプが好ましい。このリニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂の重量平均分子量は、２５０００〜１０００００の範囲内が最適である。これは、重量平均分子量が２５０００未満の場合には、機械的強度が不足し、逆に重量平均分子量が１０００００を超える場合には、流動性が悪化して良好な成形が期待できないからである。
【００１９】
ポリフェニレンスルフィド樹脂の流動性の指標としては、メルトフローレート（ＭＦＲ：溶液指数）で把握した場合に、融点＋１００℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ2、ダイス径１ｍｍ、ランド長さ１０ｍｍでのメルトフローレートが３００ｃｃ／１０分〜１２００ｃｃ／１０分、好ましくは４００ｃｃ／１０分〜１０００ｃｃ／１０分が良い。これは、３００ｃｃ／１０分未満の場合には、流動性が小さく、精度の良い良好な成形ができないという理由に基づく。逆に、１２００ｃｃ／１０分を超える場合には、十分な機械的特性を得ることができないという理由に基づく。
【００２０】
人造黒鉛は、天然タイプではなく、人造タイプ、具体的にはタールやコークス等を高温で焼成し、所定の粒子径に粉砕したタイプ、フェノール等の有機材料を焼成したタイプが使用され、３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍの平均粒径に調整される。これは、黒鉛が天然タイプの場合には、各種の不純物が混入しているので、燃料電池用セパレータ１として使用するためには、鉄分、ケイ素分、灰分等からなる残留物、ナトリウム、塩素等の溶出イオン分を除去しなければならない。このため、酸洗浄や１０００℃以上の温度で揮発除去する必要があり、結果として製造コストが嵩むという理由に基づく。
【００２１】
人造黒鉛は、重視する特性に応じて塊状、棒状、球状、繊維状の形状が選択されたり、複数の形状が組み合わせて使用される。この人造黒鉛は、導電性、機械的特性、成形性をバランス良く満足させる観点から、塊状の黒鉛１００中に棒状の黒鉛が１０〜４０重量部混在したタイプが好ましい。これは、塊状の黒鉛の表面は、角張っているので、導電性や機械的特性の向上に資するからである。また、棒状の黒鉛を混在すれば、曲げ強度が向上するからである。
【００２２】
棒状の黒鉛は、直径と長さの比が１：３〜２０程度の繊維状ではないタイプが使用される。これは、繊維状の黒鉛の場合には、常温で混合する際、相互に絡まって良好な分散性を得ることができないからである。
【００２３】
なお、人造黒鉛が丸みを帯びた形状や球状の場合には、機械的強度が小さくなるものの、成形材料５の流動性が向上するので、生産性や寸法精度を向上させる場合に有意義である。したがって、人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に、棒状の黒鉛、丸みを帯びた黒鉛、及び／又は球状の黒鉛が混在したタイプとしても良い。
【００２４】
上記において、燃料電池用セパレータ１を製造する場合には、先ず、リニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂を粉砕して粉末化し、このポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とをポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう所定の比率で加熱することなく混合して成形材料５を調製する。
【００２５】
ポリフェニレンスルフィド樹脂の粉砕の方法としては、冷凍粉砕法や衝突破砕法等が採用される。この粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂の平均粒子径は、人造黒鉛の平均粒子径の１．５倍以下で１０μｍ以上であることが好ましい。これは、人造黒鉛の平均粒子径の１．５倍を超える場合には、成形材料５中のポリフェニレンスルフィド樹脂が減少し、燃料電池用セパレータ１内に樹脂ムラを生じさせ、特性のバラツキが生じるからである。また、１０μｍ未満の場合には、粉砕に手間がかかり、製造工程で飛散して製造環境が悪化するからである。
【００２６】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とは、重量比で１：２．５〜１：５、好ましくは１：３〜１：４．５の比率で配合される。これは、人造黒鉛が１：２．５未満の場合には、ロレスター抵抗率計により測定された燃料電池用セパレータ１の体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以上となり、逆に人造黒鉛が１：５を超える場合には、成形材料５の流動性が悪化し、燃料電池用セパレータ１一枚当たりに必要な±３０μｍの厚さ寸法精度を得ることができないからである。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛との混合に際しては、例えばタンブラーやヘンシェルミキサ等が使用される。
【００２７】
また、ポリフェニレンスルフィド樹脂の流動性は、メルトフローレートで把握した場合に、融点＋１００℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ2、ダイス径１ｍｍ、ランド長さ１０ｍｍでのメルトフローレートが３００ｃｃ／１０分〜１２００ｃｃ／１０分が良い。この点について説明すると、人造黒鉛の配合比率により成形品である燃料電池用セパレータ１の線膨張係数が大きく変化し、金型６を構成する鋼材の線膨張係数との差が大きくなり過ぎると、金型６から脱型する際に燃料電池用セパレータ１の溝３等が引っかかり、取り出しに手間取ったり、燃料電池用セパレータ１を破損させるおそれがある。
【００２８】
金型６の線膨張係数は、一般的に１１〜１２（ｐｐｍ）であるが、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛の重量比が１：５の場合には６（ｐｐｍ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛の重量比が１：４の場合には１０（ｐｐｍ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛の重量比が１：３の場合には１４（ｐｐｍ）であり、１：５で圧縮成形した場合には燃料電池用セパレータ１に破損や傷が少なからず生じる。
【００２９】
図４は、３２０℃の成形材料５、流路径２ｍｍφ、ランド長さ５ｍｍ、圧力５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で測定したメルトフローレートのグラフである。ここで、成形材料５は重量平均分子量が３６０００のリニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とが混合することにより調製され、人造黒鉛は平均粒径が７０μｍの塊状の黒鉛中に平均粒径が１４５μｍの棒状の黒鉛が混在することにより調製される。
【００３０】
成形材料５のメルトフローレートは、Ｐ加工性の指標として活用することができる。実験の結果、流路径２ｍｍφ、ランド長さ５ｍｍ、圧力５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で測定したメルトフローレートは、３００ｃｃ／１０分〜１０００ｃｃ／１０分の範囲内にある値を使用すれば、必要な導電性や機械的特性を有する燃料電池用セパレータ１を一枚当たりの厚さ精度±３０μｍで安定して成形できるのが判明した。
【００３１】
係る値は、燃料電池用セパレータ１を粉砕してメルトフローレートを評価しても成形材料５と略同様の値となる。したがって、本実施形態における３２０℃の燃料電池用セパレータ１は、流路径２ｍｍφ、ランド長さ５ｍｍ、圧力５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で測定したメルトフローレートが３００ｃｃ／１０分であるのが良い。
【００３２】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とは、ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう加熱することなく混合される。これは、加熱して溶融混練すると、人造黒鉛の周辺にポリフェニレンスルフィド樹脂が過度に密着して導電性を阻害し、エネルギーコストを削減することができないという理由に基づく。
【００３３】
成形材料５を調製したら、この成形材料５を予備成形することなく、所定量金型６に充填（図３参照）してその上型７と下型８とを型締めし、金型６を加熱加圧して燃料電池用セパレータ１を圧縮成形する。
【００３４】
成形材料５を充填する場合には、燃料電池用セパレータ１のベース板２と複数の溝３とで成形材料５の成形量が相違するので、これを考慮して充填する。具体的には、（１）金型６の下型８に計量した成形材料５を充填してスクレバー等により均一にならし、複数の溝３を成形する金型６の成形部９の成形材料５をスクレバー等によりかき取り、成形材料５をバランス良く充填する方法、（２）燃料電池用セパレータ１の形状を考慮し、金型６の下型８に成形材料５をディスペンサーにより増減させながら充填する方法があげられる。
【００３５】
成形材料５の充填に際しては、金型６の成形温度をポリフェニレンスルフィド樹脂の融点よりも低くしておくことが好ましい。また、金型６の加熱加圧に際しては、成形材料５の充填された金型６を成形機の所定温度まで加熱した一対の熱板間にセットして加熱加圧する。また、金型６の加熱温度はポリフェニレンスルフィド樹脂の融点＋１００℃〜＋１５０℃程度が好ましく、金型６の加圧圧力は３００ｋｇ／ｃｍ2以上が必要である。
【００３６】
金型６が加熱加圧されると、成形材料５が加圧され、複数の人造黒鉛同士が接触してその間にポリフェニレンスルフィド樹脂の流入する空隙が形成される。そして、金型６の加熱により、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点を超えた温度域でポリフェニレンスルフィド樹脂が流動し始め、複数の人造黒鉛の間にポリフェニレンスルフィド樹脂が流入する。したがって、人造黒鉛の周辺にポリフェニレンスルフィド樹脂が過度に密着することがなく、良好な導電性を得ることができる。
【００３７】
金型６の加熱加圧時間としては、複数の人造黒鉛の間にポリフェニレンスルフィド樹脂が流入するのに要する時間であれば良い。具体的には、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点＋１００℃、加圧圧力８００ｋｇ／ｃｍ2（燃料電池用セパレータ１の投影面積に対して）の条件で２０〜１００秒である。
【００３８】
そしてその後、金型６を加圧冷却して燃料電池用セパレータ１を脱型すれば、図１や図２に示す燃料電池用セパレータ１を製造することができる。金型６を加圧（加圧圧力８００ｋｇ／ｃｍ2）冷却する方法としては、（１）金型６を取り外して冷却された別の成形機の一対の熱板間にセットし、加圧冷却する方法、（２）金型６を成形機の一対の熱板間にセットしたままで加圧冷却する方法等があげられる。
【００３９】
金型６は、ポリフェニレンスルフィド樹脂の融点以下、好ましくはポリフェニレンスルフィド樹脂の融点−１００℃以下、より好ましくはポリフェニレンスルフィド樹脂のガラス転移点以下まで冷却する。これは、係る温度まで金型６を冷却すれば、燃料電池用セパレータ１の導電性が向上したり、反り、曲がりの低減に資するからである。
【００４０】
但し、冷却温度の低下に伴い生産性が悪化するので、導電性を満足する範囲の高温で燃料電池用セパレータ１を脱型し、ガラス転移点以上の温度でアニーリングして燃料電池用セパレータ１の反り、曲がりを矯正しても良い。アニーリングは、燃料電池用セパレータ１を積層して０．０５ｋｇ／ｃｍ2の錘を載せることにより実施することが好ましい。
【００４１】
上記によれば、リニアタイプのポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とが混合した成形材料５により燃料電池用セパレータ１を射出成形するのではなく、圧縮成形するので、優れた耐熱性や耐水性を得ることができ、燃料電池の耐久性に悪影響を及ぼす溶出イオンや重金属分の少ない燃料電池用セパレータ１を製造することができる。
【００４２】
また、圧縮成形により樹脂量を多く、黒鉛分を少なくすることができるので、少ない人造黒鉛できわめて良好な導電性を確保することができ、機械的特性の低下や成形不良を招くことがなく、しかも、寸法精度の向上を図ることもできる。さらに、ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう加熱することなく混合するので、人造黒鉛の周辺にポリフェニレンスルフィド樹脂が過度に密着して導電性を阻害したり、導電性の不足するおそれを有効に排除することが可能になる。
【００４３】
なお、成形材料５を金型６に充填して加熱加圧する際に加熱機構を使用したり、加圧冷却する際に冷却機構を使用しても良い。こうすれば、設備費用が若干増加するものの、エネルギーコスト対策で有利である。具体的には、金型６に電気ヒータからなる加熱機構を設置したり、冷却水用の流路からなる冷却機構を内蔵することができる。また、金型６に流路を内蔵して加熱用の蒸気や冷却用の冷却水を流通させることもできる。この蒸気を使用する際、過熱蒸気を使用すれば、常温で高温を得ることができ、しかも、良好な加熱効率を得ることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータの実施例を比較例と共に説明する。
実施例１
先ず、リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。ポリフェニレンスルフィド樹脂は、重量平均分子量が３６０００の製品（東レ株式会社製：製品名Ｅ２１８０）を冷凍粉砕して平均粒径７０μｍに粉末化した。また、人造黒鉛は、平均粒径１４０μｍの製品（オリエンタルカーボン株式会社製：製品名８０２０Ｓ）を使用した。
【００４５】
ポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう成形材料を調製したら、この成形材料を金型に均一に充填して加熱加圧した。成形材料の充填に際しては、燃料電池用セパレータの複数の溝を成形する金型の成形部の成形材料をスクレバー等によりかき取り、成形材料をバランス良く充填した。また、金型を加熱加圧する場合には、熱板温度が４４０℃の圧縮成形機に金型を載せ、燃料電池用セパレータの面積に対して８００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を作用させた。
【００４６】
次いで、金型を加熱加圧し、金型の温度が４００℃に達したら、熱板温度が３０℃の冷却用の圧縮成形機に金型を移載して加圧冷却し、その後、金型から脱型することにより、２９７ｍｍ×２１０ｍｍ×２ｍｍの外形の燃料電池用セパレータを得た。この燃料電池用セパレータは、表裏両面における複数の溝の形成領域が２１０ｍｍ×１７０ｍｍであり、各溝の幅が１ｍｍ、各溝の深さが０．７ｍｍである。
【００４７】
燃料電池用セパレータを製造したら、この燃料電池用セパレータの導電性、厚さバラツキ、及び溶出導電度をそれぞれ測定して評価し、表１にまとめた。燃料電池用セパレータの導電性は、燃料電池用セパレータの周辺の平坦部を切り出し、ロレスター抵抗率計（三菱化学製）により４端子法で測定した。
【００４８】
燃料電池用セパレータの厚さバラツキについては、燃料電池用セパレータの３５点をマクロメータにより測定した。また、燃料電池用セパレータの溶出導電度については、燃料電池用セパレータの一部３０ｇを略１５ｍｍ角で切り出して純水１２０ｇに浸し、１２１℃のプレッシャークッカー中に１００ＨＲ放置後、２３℃に戻した後に純水の導電率を測定することにより評価した。
【００４９】
実施例２
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛４．５重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５０】
実施例３
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。人造黒鉛は、平均粒径略５０μｍの製品（オリエンタルカーボン株式会社製：製品名ＡＴ−Ｎｏ．５ＳＸ）を使用した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５１】
実施例４
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。黒鉛は、天然品（日本黒鉛株式会社製：製品名ＣＧＣ１００）を硫酸により洗浄して水洗いし、１３００℃で３ＨＲ加熱し、天然黒鉛と同等の不純物レベルまで精製して使用した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５２】
比較例１
架橋タイプのポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛２．５重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５３】
比較例２
架橋タイプのポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の人造黒鉛５重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５４】
比較例３
架橋タイプのポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の黒鉛３重量比をタンブラーにより１時間混合して成形材料を調製した。黒鉛は、平均粒径が略１００μｍの天然品（日本黒鉛株式会社製：製品名ＣＧＣ１００）をそのまま使用した。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５５】
比較例４
ポリフェニレンスルフィド樹脂１に対して粉末の黒鉛３重量比を３２０℃に加熱した加圧ニーダ中で混練して取り出し、この混練物を破砕して果粒状とし、成形材料を調製した。ポリフェニレンスルフィド樹脂と黒鉛とは、実施例１と同様とした。その他の部分は、実施例１と同様にして評価した。
【００５６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータの実施形態を模式的に示す平面説明図である。
【図２】本発明に係る燃料電池用セパレータの実施形態を模式的に示す断面説明図である。
【図３】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の実施形態における金型を模式的に示す断面説明図である。
【図４】本発明に係る燃料電池用セパレータの実施形態を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 燃料電池用セパレータ
２ ベース板
３ 溝
５ 成形材料
６ 金型
７ 上型
８ 下型
９ 成形部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板の少なくとも片面に、燃料用の流路を区画する溝を形成した燃料電池用セパレータの製造方法であって、
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とをポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合して成形材料を調製し、この成形材料を金型に充填して加熱加圧した後、脱型することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とを、重量比で１：２．５〜１：５の比率で配合する請求項１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に棒状の黒鉛を混在することにより調製し、この棒状の黒鉛の直径と長さの比を１：３〜２０とする請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
金型の下型に計量した成形材料を充填して略均一にならし、溝を成形する金型の成形部の成形材料をかき取る請求項１、２、又は３記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法で製造される燃料電池用セパレータであって、
ロレスター抵抗率計により測定される体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項１】
ベース板の少なくとも片面に、燃料用の流路を区画する溝を形成した燃料電池用セパレータの製造方法であって、
リニアタイプで粉末のポリフェニレンスルフィド樹脂と粉末の人造黒鉛とをポリフェニレンスルフィド樹脂が溶融しないよう混合して成形材料を調製し、この成形材料を金型に充填して加熱加圧した後、脱型することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
ポリフェニレンスルフィド樹脂と人造黒鉛とを、重量比で１：２．５〜１：５の比率で配合する請求項１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
人造黒鉛を、塊状の黒鉛中に棒状の黒鉛を混在することにより調製し、この棒状の黒鉛の直径と長さの比を１：３〜２０とする請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
金型の下型に計量した成形材料を充填して略均一にならし、溝を成形する金型の成形部の成形材料をかき取る請求項１、２、又は３記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法で製造される燃料電池用セパレータであって、
ロレスター抵抗率計により測定される体積抵抗率が６ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−７８０２３（Ｐ２００８−７８０２３Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５７１６８（Ｐ２００６−２５７１６８）
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
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