(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面がフェノール樹脂で被覆されたカーボンからなる樹脂・カーボン複合材と、エチレン・プロピレン系ゴムとカーボンとからなるゴム・カーボン複合材との混合コンパウンドからなり、該樹脂・カーボン複合材を、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、或いは第三級アミンから選択される少なくとも１種の触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを、黒鉛粉末と共に混合・反応させて得られる樹脂・カーボン複合材として該混合コンパウンド中の窒素成分の含有量を０.３質量％以下とした燃料電池用セパレータであって、前記混合コンパウンド中、前記カーボンが８６〜９０重量％であり、前記エチレン・プロピレン系ゴムが１．０〜５．０重量％であり、かつ、該エチレン・プロピレン系ゴムと前記フェノール樹脂との合計が１０．０〜１４．０重量％であり、前記樹脂・カーボン複合材と前記ゴム・カーボン複合材との混合比が、８５重量部：１５重量部〜４０重量部：６０重量部であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
表面がフェノール樹脂で被覆されたカーボンからなる樹脂・カーボン複合材と、エチレン・プロピレン系ゴムとカーボンとからなるゴム・カーボン複合材との混合コンパウンドからなり、前記混合コンパウンド中、前記カーボンが８６〜９０重量％であり、前記エチレン・プロピレン系ゴムが１．０〜５．０重量％であり、かつ、該エチレン・プロピレン系ゴムと前記フェノール樹脂との合計が１０．０〜１４．０重量％であり、前記樹脂・カーボン複合材と前記ゴム・カーボン複合材との混合比が、８５重量部：１５重量部〜４０重量部：６０重量部である燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記樹脂・カーボン複合材を、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、或いは第三級アミンから選択される少なくとも１種の触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを、黒鉛粉末と共に混合・反応させて製造し、前記混合コンパウンド中の窒素成分の含有量を０.３質量％以下としたことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池には、固体高分子型、リン酸型及び溶融炭酸塩型等のタイプがある。例えば固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜を挟んでアノード電極およびカソード電極とセパレータとを設けて単セルを構成し、この単セルを数百個のオーダーで積み重ねて形成されている。アノード電極側に、セパレータに形成されたガス供給溝を通して水素等の燃料ガスを供給し、カソード電極側に酸素等の酸化ガスを供給して電気化学反応を生じさせて、燃料が有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換し出力するようになっている。
【０００３】
このような燃料電池に用いられるセパレータの材質特性としては、各単セルで発生した電流がこれらセパレータを通して流れ、また、隣接する単セルは、各々のセパレータを相互に密着させることで、回路的に直列接続構造となるように形成されることから、セパレータ自身の固有抵抗と共に、セパレータ同士を重ねて締付けたときのセパレータ表面間およびセパレータとそれに密着する電極接面間の接触抵抗が極力小さいことが要求される。
【０００４】
また、このような燃料電池は、電気自動車に搭載した場合、電気自動車からの振動または衝撃によって燃料電池が破損する虞があるため、セパレータはそのような振動または衝撃に対する耐性が要求される。
【０００５】
現在、燃料電池用セパレータの材質は、樹脂・カーボン複合材（ボンドカーボン）、モールドカーボン、膨張黒鉛、焼結カーボンなどが用いられており、その中でも樹脂・カーボン複合材が注目されている。しかしながら、これらのカーボン材料は導電性に優れているが、強度上、割れやすいという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、可撓性を持つと共に、電気的特性にも優れたカーボン製の燃料電池用セパレータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、表面がフェノール樹脂で被覆されたカーボンからなる樹脂・カーボン複合材と、エチレン・プロピレン系ゴムとカーボンとからなるゴム・カーボン複合材との混合コンパウンドからなり、該樹脂・カーボン複合材を、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、或いは第三級アミンから選択される少なくとも１種の触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを、黒鉛粉末と共に混合・反応させて得られる樹脂・カーボン複合材として該混合コンパウンド中の窒素成分の含有量を０.３質量％以下とした燃料電池用セパレータであって、前記混合コンパウンド中、前記カーボンが８６〜９０重量％であり、前記エチレン・プロピレン系ゴムが１．０〜５．０重量％であり、かつ、該エチレン・プロピレン系ゴムと前記フェノール樹脂との合計が１０．０〜１４．０重量％であり、前記樹脂・カーボン複合材と前記ゴム・カーボン複合材との混合比が、８５重量部：１５重量部〜４０重量部：６０重量部であることを特徴とする燃料電池用セパレータ、及びその製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料電池用セパレータに使用されるフェノール樹脂の主原料の一つとしてのフェノール類としては、疎水性で水に難溶性のものを使用するのが好ましく、この疎水性のフェノール類としては水に対する溶解度が常温（３０℃）で５以下であるものが好ましい。ここで水に対する溶解度とは、水１００ｇに対して溶解するグラム数と定義されるものであり、水に対する溶解度が５以下とは、水１００ｇに対して５ｇの溶解で飽和状態になることを意味する。溶解度は低い方が好ましく、従って溶解度の下限は０である。
【０００９】
このような水に対する溶解度が常温で５以下の疎水性フェノール類としては、例えば、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、４−ｔ−ブチルカテコール、ｍ−フェニルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−（α−クミル）フェノール、ｐ−ノニルフェノール、グアヤコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＦ、ｏ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノール、２，４−ジクロロフェノール、ｏ−フェニルフェノール、３，５−キシレノール、２，３−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６キシレノール、３，４キシレノール、ｐ−オクチルフェノールなどを挙げることができ、これらのうち１種類を単独で用いる他、２種類以上を併用することもできる。
【００１０】
本発明ではフェノール類として、これら疎水性フェノール類のみを用いる他、親水性で水に対する溶解度が常温（３０℃）で５を超える水溶解性のフェノール類を併用することもできる。このような水溶解性のフェノール類としては、例えば、フェノール、カテコール、タンニン、レゾルシン、ヒドロキノン、ピロガロールなどを挙げることができ、これらのうち１種のものを単独で用いる他、２種以上のものを併用することもできる。
【００１１】
疎水性フェノール類の使用割合が大きい程、後述のようにして調製されるカーボン粉末とフェノール樹脂の含水顆粒状物が塊状化することを抑制する効果が大きいものであり、本発明では使用するフェノール類のうち、５質量％以上が疎水性フェノール類であることが好ましい。使用する疎水性フェノール類が５質量％未満であると、含水顆粒状物の塊状化を防ぐことが困難になる。フェノール類として疎水性フェノール類のみを用いても良いので、疎水性フェノール類の使用割合の上限は１００質量％である。
【００１２】
本発明において用いられるフェノール樹脂の主原料の他の一つであるアルデヒド類としては、ホルムアルデヒドの水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、トリオキサン、テトラオキサン、パラホルムアルデヒドのような形態のものを用いることもでき、その他ホルムアルデヒドの一部あるいは大部分をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えることも可能である。
【００１３】
またフェノール類とアルデヒド類を付加縮合反応させる触媒としては、レゾール型フェノール樹脂の合成時に使用される塩基性触媒を挙げることができる。しかし、生成されるフェノール樹脂がアンモニアレゾール型フェノール樹脂となる触媒、例えばアンモニア、第一級アミン、第二級アミンなどの含窒素化合物は好ましくない。すなわちこれらアンモニア、第一級アミン、第二級アミンなどの含窒素化合物を触媒としてフェノール樹脂を合成すると、触媒に起因するアンモニアなどの含窒素系不純物がフェノール樹脂中に多く残存する可能性がある。つまりこれらの触媒を用いると、レゾール型フェノール樹脂の合成に必要な塩基性雰囲気と樹脂骨格中に窒素成分を導入するための反応要素を兼用させることが可能になるが、その反面、触媒が樹脂反応に参加するに伴って副反応を生じ、これにより含窒素系不純物が生じて少なからずフェノール樹脂中に残存することのなるのである。
【００１４】
そしてフェノール樹脂中に窒素系不純物が残存する結果、複合材中の窒素成分の含有量が多くなると、この複合材を成形して作製されたセパレータを搭載する燃料電池には、次のような悪影響があることが、本発明者らの知見として得られている。
【００１５】
すなわち、燃料電池の運転時に、不凍性かつ低電導性の冷却水をセルスタック間に流す必要があるが、この際にセパレータ中に含まれている含窒素系不純物が冷却水中にイオン化した状態で流出又は溶出し、この結果、冷却水の電気伝導度が増加し、セパレータ間の電気の漏電や起電力の低下が生じ易くなり、燃料電池の安定性が低下するおそれがある。冷却後の電気伝導度は２００μＳ／ｃｍ以下の低電導率に維持されるのが望ましいが、含窒素系不純物の溶出により許容範囲を逸脱するおそれがある。このため本発明では、窒素成分の含有量は理想的には０％であるが、複合材中の窒素成分の含有量０．３質量％以下に規制することによって、窒素成分の流出や溶出を実質的に防ぐようにしているのである。
【００１６】
このように複合材中の窒素成分の含有量を少なくするために本発明では、フェノール類とアルデヒド類を付加縮合反応させる触媒として、ナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属の酸化物や水酸化物や炭酸塩、カルシウム、マグネシウム、バリウムなどアルカリ土類金属の酸化物や水酸化物や炭酸塩、第三級アミンを用いるのが好ましく、これらのうち１種のものを単独で用いる他、２種以上のものを併用することもできる。具体例を挙げれば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７などがある。
【００１７】
これらのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩は、いずれも窒素成分を全く含有せず、また第三級アミンは窒素成分を含有するが第三級アミンではこの窒素成分はメチロール基に付加するようなことがないものであり、窒素成分がフェノール樹脂の分子中に取り込まれるようなことなく、フェノール樹脂を調製することができるものである。
【００１８】
また、上記の各成分の他に、滑剤、繊維、エポキシ樹脂、カップリング剤などを配合することもできる。
【００１９】
本発明の燃料電池用セパレータで使用されるカーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラック、メソフェイスカーボン、コークス粉、木炭粉、籾殻炭、炭素繊維の粉末などが挙げられ、これらのカーボンはコストなどの条件を考慮して任意に１種又は２種以上を選択することができる。この中でも天然黒鉛や人造黒鉛が電気特性の点で好ましい。上記カーボンの平均粒子径は特に制限されるものではないが、１〜２５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは５０〜１５０μｍ、特に好ましくは１００μｍである。１μｍより小さいと電気抵抗を充分に小さなものとすることができず、２５０μｍを超えると強度が弱くなる。
【００２０】
尚、本発明では、上記のようなカーボンとして固定炭素が９０質量％以上の炭素質粉末を用いることが好ましい。固定炭素は高い程好ましいものであって、１００質量％であることが理想的である。複合材中に窒素成分が極力混入しないようにするために、複合材中に使用されるカーボンは、９５質量％以上の固定炭素を有するものを用いるのが特に好ましい。
【００２１】
本発明の燃料電池用セパレータで使用されるエチレン・プロピレン系ゴムとしては、ＥＰＭ（エチレン・プロピレン共重合体）やＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン共重合体）が挙げられる。エチレン・プロピレン系ゴムの中で、ＥＰＭは加硫剤として硫黄を使用することができないため、より好ましくは加硫剤として硫黄や過酸化物を使用することができるＥＰＤＭが用いられる。
【００２２】
エチレン・プロピレン系ゴムは分子が少ない直線的な分子構造を有しており、この構造によって柔軟性に富む分子状態となり、補強材や軟化剤の包含性が良好となり、カーボンなどを混練りする上で、これらの物質の高充填を可能とする。特にカーボン材料と複合材料をなす場合では、カーボン材料の充填率を著しく高めることができることを本発明者らは知見した。すなわち、ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタンジエンゴム）等の極性ゴムと比較して２倍以上の高充填を可能とする。また、二重結合を主鎖に含有しないため、一般のジエン系ゴムと比較して安定性が大きく、耐熱性、耐酸性や耐アルカリ性などの耐薬品性に優れる。
【００２３】
本発明の燃料セパレータにおいては、前記の樹脂・カーボン複合材とカーボンとエチレン・プロピレン系ゴムとからなるゴム・カーボン複合材との混合コンパウンドを用いる。カーボン、エチレン・プロピレン系ゴム及びフェノール樹脂の混合割合は、カーボンが８６〜９０重量％であり、エチレン・プロピレン系ゴムが１．０〜５．０重量％であり、なおかつ、エチレン・プロピレン系ゴムおよびフェノール樹脂の合計が１０．０〜１４．０重量％であるのが好ましい。
【００２４】
カーボンの配合割合が８６重量％未満であると、絶縁層の特性に起因する固有抵抗および接触抵抗の値が高く維持され、セパレータの導電性を高くすることができない。また、カーボンの配合割合が９０重量％を超えると、混練り時に粘性が高くなりすぎるため、製造上、均一な混合コンパウンドを得ることが困難となる。
【００２５】
エチレン・プロピレン系ゴムの配合割合が１．０重量％未満であると、所望の耐振動性や耐衝撃性が得られない。また、エチレン・プロピレン系ゴムとフェノール樹脂の合計が１０．０重量％未満であると、所望の流動性、機械的強度、耐振動性、および耐衝撃性が得られず、エチレン・プロピレン系ゴムとフェノール樹脂の合計が１４．０重量％を超えると、セパレータの導電性が著しく低下する。
【００２６】
また、本発明のより良い効果を得るためには、樹脂・カーボン複合材とゴム・カーボン複合材との混合比が、８５重量部：１５重量部〜４０重量部：６０重量部であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の燃料電池用セパレータには、本発明の作用を阻害しない範囲で、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫防止剤、軟化剤、老化防止剤、着色剤、可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、難燃剤、離型剤などを加えることができる。
【００２８】
加硫剤としては、例えば、硫黄、有機酸化物、ポリアミン、亜鉛華、マグネシア、酸化鉛などが挙げられる。但し、ＥＰＭを用いる場合、硫黄を使用することはできない。
【００２９】
加硫促進剤としては、グアニジン系、チラウム系、チアゾール系、チオウレア系、スルフェンアミド系、ジチオカルバミン酸系などが挙げられ、上記加硫促進剤と共に使用する促進助剤としては金属酸化物、有機酸などが挙げられる。また、この際、加硫を調節するために加硫防止剤を入れても良い。
【００３０】
軟化剤としては鉱油、石油樹脂、動植物油脂、脂肪酸、タール、ピッチ、アスファルトなどが挙げられる。例えば、ステアリン酸及び粘着剤を添加することにより、エチレン・プロピレン系ゴムとカーボンの加工性を向上させることが可能である。
【００３１】
老化防止剤としては、芳香族アミン類、フェノール類の誘導体が挙げられる。可塑剤としては、フタル酸系、リン酸系、脂肪酸系、エポキシ系などの可塑剤が挙げられる熱安定剤としては、金属の塩類が挙げられ、例えば鉛塩、カドミウム塩、バリウム塩、カルシウム塩、スズ塩などが挙げられる。酸化防止剤としては、アルキルフェノールなどが挙げられる。難燃剤としては、リン酸エステル、塩素化パラフィンなどのハロゲン化炭化水素、酸化アンチモンなどが挙げられる。離型剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸塩やシリコンオイルなどが挙げられる。
【００３２】
以下に、本発明に用いられる樹脂・カーボン複合材及びゴム・カーボン複合材の調整方法、並びにそれらの混合コンパウンドを用いた燃料電池用セパレータの製造工程を説明する。
【００３３】
１．樹脂・カーボン複合材の調整方法
本発明で用いられる樹脂・カーボン複合材は、カーボンの表面が樹脂で被覆されてなることを特徴とする。樹脂によるカーボンの被覆方法としては、特に限定されないが、例えば、下記に具体的に説明される化学反応による方法の他に、機械的粉砕過程で化学反応が起こる機械的（メカノ）ケミカル反応、つまり原料の粉粒体に強い圧縮力を付与させた状態で撹拌混合させると、粉粒体間に強い擦れ合いが起こり、粉粒体同士の間で結合作用が発生するという作用を用いて、微粉末化したカーボン粉末粒子を核として、その表面にフェノール樹脂の被覆層を形成させる方法が用いられる。この場合は、フェノール樹脂粉末粒子をカーボン樹脂粉末粒子に対して充分小さな粒径にしておくことが好ましい（１００〜１０００倍）。
【００３４】
樹脂・カーボン複合材の具体的な調製工程として、カーボン・フェノール樹脂複合材を調製する方法について説明する。すなわち本発明では、フェノール類とアルデヒド類とを、触媒の存在下で、カーボンと混合しつつ反応させることによって、カーボンが核物質となってカーボンとフェノール樹脂とが凝集された含水状態の顆粒状物を調製し、これを反応系から濾過して乾燥することによって、粒状のカーボン・フェノール樹脂複合材を得ることができるものである。この方法をさらに詳しく説明する。
【００３５】
上述のフェノール類とアルデヒド類と反応触媒とを反応釜などの反応容器にとり、さらに反応容器にカーボン、その他必要に応じた成分を投入し、これらの存在下でフェノール類とアルデヒド類を反応させるものである。この反応は反応系を攪拌するに足る量の水中で、攪拌しつつ行われるものであり、反応の当初では反応系は粘稠なマヨネーズ状であって攪拌に伴って流動する状態であるが、反応が進むにつれて次第に、カーボン粉末を含むフェノール類とアルデヒド類との縮合反応物が系中の水と分離し始め、反応生成されるフェノール樹脂とカーボン粉末とが凝集した複合粒子が突然に反応容器の全体に分散された状態になる。そしてさらに所望する程度にフェノール樹脂の反応を進めて冷却したのちに攪拌を停止すると、この複合粒子は沈殿して水と分離される。この複合粒子は微小な含水顆粒状物となっており、反応容器から取り出して濾過することによって水から容易に分離することができるものであり、これを乾燥することによって成形に適した粒状にすることができる。
【００３６】
上記のようにして得られる粒体は、カーボンの表面がフェノール樹脂で極めて薄く均一に被覆されており、フェノール樹脂量の少ない樹脂カーボン複合体を容易に得ることができる。即ち、フェノール樹脂の含有量が少ないと共にカーボン粉末の含有量が多く、カーボン粉末とフェノール樹脂とが均一に分散されたカーボン・フェノール樹脂複合材を容易に得ることができるものである。
【００３７】
ここで、樹脂・カーボン複合材における樹脂とカーボンの組成比は、樹脂が６〜１８重量％、カーボンが９４〜８２重量％とすることが好ましく、より好ましくは樹脂が９〜１５重量％、カーボンが９１〜８５重量％である。樹脂・カーボン複合材中のカーボン含有量が多い程、成形して得られるセパレータの導電性を高めることができ、セパレータの導電性能を十分に得るためには、樹脂・カーボン複合材中のカーボン含有量は８２重量％以上であることが好ましい。しかし、樹脂・カーボン複合材中のカーボン含有量が９４重量％を超えると、それに伴って樹脂・カーボン複合材中の樹脂の含有量が６重量％未満となり、成形して得られたセパレータの強度やガス不透過性が低下するので好ましくない。
【００３８】
また、上記のようにフェノール類とアルデヒド類をカーボン粉末と混合しながら反応させて、カーボン粉末とフェノール樹脂からなる含水顆粒状物を調製するにあたって、フェノール樹脂が親水性であると、フェノール樹脂の吸湿性と吸水性が高くなって、軟化点の低下が著しくなり、カーボン粉末とフェノール樹脂からなる含水顆粒状物を反応系から濾過する際や、濾過した後に乾燥する際に、粒状物が塊状化して、取り扱いが非常に困難になるおそれがある。
【００３９】
このために本発明では、既述のように、フェノール樹脂を調製するフェノール類として疎水性のものを使用するのが好ましい。疎水性のフェノール類を用いると、フェノール樹脂は付加縮合反応の進行とともに疎水性になり、フェノール樹脂とカーボン粉末とが凝集した含水顆粒状物は水と分離し易くなると共に、また疎水性であるために吸湿性や吸水性が小さくなる。従ってこの含水顆粒状物を水から濾過して分離する際や、乾燥する際に、塊状化するようなことを防ぐことができるものである。
【００４０】
また、上記のようにして得られるカーボン・フェノール樹脂複合材において、フェノール類とアルデヒド類を付加縮合反応させる触媒として、既述のように、ナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属の酸化物や水酸化物や炭酸塩、カルシウム、マグネシウム、バリウムなどアルカリ土類金属の酸化物や水酸化物や炭酸塩、第三級アミンを用いることによって、フェノール樹脂には窒素成分が含有されていないようにすることができるものであり、このカーボン・フェノール樹脂複合材を成形して得られるセパレータには窒素成分が取り込まれることを防ぐことができるものである。従ってカーボン・フェノール樹脂複合材のフェノール樹脂中に含有される窒素成分の量は少ないほど望ましく、窒素成分の含有量は理想的には０％である。
【００４１】
２．ゴム・カーボン複合材の調整方法
本発明で用いられるゴム・カーボン複合材の形成方法としては、一般的な混練り方を用いることができ、特に限定されない。以下にゴム・カーボン複合材の具体的な調整方法を説明する。
【００４２】
エチレン・プロピレン系ゴムをロール、加圧ニーダ、またはバンバリミキサーなどにて素練りし、その後、カーボンを徐々に添加し、均一になるまで混練りし、これらの混合物に、更に加硫剤を添加し混練した後、粉砕、分級してゴム・カーボン複合材とする。
【００４３】
エチレン・プロピレン系ゴムを使用すると、カーボン粉末を極めて高く充填させることができるため、エチレン・プロピレン系ゴムの含有量が少ないと共にカーボン粉末の含有量が多く、エチレン・プロピレン系ゴムマトリクスにカーボン粉末が均一に分散されたゴム・カーボン複合材を容易に得ることができるものである。
【００４４】
３．混合コンパウンドの調整方法
上記のようにして得られた樹脂・カーボン複合材とゴム・カーボン複合材とを秤量し、ミキサーにて混合し、混合コンパウンドとする。
【００４５】
４．燃料電池用セパレータの製造
上記混合コンパウンドをプレス成形して本成形金型形状にできる限り近い形状の予備成形体とし、その後、予備成形体を本成形の金型に装入し、成形温度１５０〜２００℃、成形圧力１５ＭＰａ〜５０ＭＰａにて熱圧成形することにより、所定の流路パターンを備えた薄板状の燃料電池用セパレータが製造される。
【００４６】
上記のようにして製造される本発明の燃料電池用セパレータは、導電性を有するカーボンと耐衝撃性の高いゴムと流動性や機械的強度の高い合成樹脂衝撃や振動に強く、またエチレン・プロピレン系ゴムを使用することにより、カーボン含量を増加させる事が出来、その結果、高い導電性を有する。
【００４７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例や、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更することが可能である。
【００４８】
１．樹脂・カーボン複合材の調製
反応容器に、樹脂・カーボン複合材として、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾールの混合クレゾールを３６５重量部、ホルマリンを３８１重量部、水酸化ナトリウムを７．７重量部仕込み、さらに平均粒子径が１００μｍで固定炭素が９９質量％のカーボン（（株）エスイーシー製、ＳＮ−１００）３３３０重量部及び水１５００重量部を仕込み、これを混合攪拌しつつ９０℃で４時間加熱した。反応容器の内容物を室温に冷却し攪拌を停止した後、黒色の粒状物を濾過により溶媒から分離し乾燥して、カーボンの表面がフェノール樹脂で被覆された樹脂・カーボン複合材を得た。得られた樹脂・カーボン複合材の樹脂量は１５％であった。
【００４９】
２．ゴム・カーボン複合材の調製
ＥＰＤＭ（ＪＳＲ（株）製、ＥＰ２４）１００重量部をロールにて素練りし、その後、平均粒子径１００μｍのカーボン粉末（（株）エスイーシー製、ＳＮ−１００）１２００重量部を設定量になるまで徐々に添加し、均一になるまで混練りし、更に、パーヘキサ２５Ｂ（日本油脂（株）製）を３重量部添加し混練した後、粉砕、分級して、ゴム・カーボン複合材を得た。得られたゴム・カーボン複合材の樹脂量は約７．７％であった。
【００５０】
実施例１〜３、比較例１，２
上記の樹脂・カーボン複合材とゴム・カーボン複合材を表１に示す配合比に秤量し、ミキサーにて混合して混合コンパウンドとし、この混合コンパウンドを予備成形した後、金型に入れて、１７０℃、圧力２０ＭＰａにて５分間熱圧縮成形し、後述する特性測定用の試験片を作製した。
【００５１】
【表１】
0003609385.tif 000002
【００５２】
実施例１〜３、比較例１，２で得られた各試験片を用いて、固有抵抗・接触抵抗・たわみ量・耐衝撃性・曲げ強度・曲げ弾性率を以下の測定法に従って測定し、得られた結果を表２に示す。
［測定方法］
（１）固有抵抗
体積抵抗率をＪＩＳ  Ｋ  ７１９４に準じて測定した（板厚２ｍｍ）。
（２）接触抵抗
２枚の試験片（□２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を測定電極間に重ねて配置し、接触面圧１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧し、電流１Ａ流した時の電圧を測定して接触抵抗を求めた。
（３）たわみ量
ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて測定した（試験片：８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ）。
（４）耐衝撃性
ＪＩＳ  Ｋ  ６７４５に順じて準じて測定した（落下高さ：５０ｃｍ、板厚：２ｍｍ）。なお、試験片１００個のうち、割れたものが存在しない場合を○で、割れたものが存在した場合を×で表した。
（５）曲げ強度
曲げ強度をＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて測定した（板厚２ｍｍ）。
（６）曲げ弾性率
曲げ弾性率をＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて測定した（試験片：８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ）。
【００５３】
【表２】
0003609385.tif 000003
【００５４】
表２に示すように、実施例１〜３は比較例１，２より接触抵抗値が顕著に低下した。また、エチレン・プロピレン系ゴムが添加されていない比較例１では、衝撃試験において割れる試験片も存在した。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の燃料電池用セパレータは、導電性を有するカーボンと耐衝撃性の高いゴムと流動性や機械的強度の高いフェノール樹脂を混合して成形することによって、衝撃や振動に強い燃料電池用セパレータとすることができ、また、エチレン・プロピレン系ゴムを使用することにより、カーボンを高充填する事が可能となり、それによって高い導電性を有する燃料用セパレータとすることができた。