(57)【要約】【課題】本発明の目的とするところは、良好な成形性を有し、樹脂成分と黒鉛粒子との分離が抑制され、且つ導電性の高い燃料電池セパレータを形成することができる燃料電池セパレータ成形用組成物を提供することにある。【解決手段】本発明に係る燃料電池セパレータ成形用材料は、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、前記黒鉛粒子の固形分割合が７０〜８０質量％であり、前記黒鉛粒子が、平均粒径２５〜１００μｍ、且つ３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗が３．０ｍΩｃｍ以下である粒子群を少なくとも一種含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、前記黒鉛粒子の固形分割合が７０〜８０質量％であり、
前記黒鉛粒子が、平均粒径２５〜１００μｍ、且つ３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗が３．０ｍΩｃｍ以下である粒子群を少なくとも一種含有する燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項２】
前記黒鉛粒子が、互いに平均粒径の異なる二種以上の粒子群を含有する請求項１に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項３】
ディスクフローが８０〜９５ｍｍである請求項１又は２に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物から形成される燃料電池セパレータ。
【請求項５】
体積抵抗率が１０ｍΩｃｍ以下である請求項４に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ成形用組成物を圧縮成形する工程を含む燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の燃料電池セパレータを備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータ成形用組成物、燃料電池セパレータ、燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に燃料電池は複数の単セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから構成され、これにより燃料電池が起電力を発生させる。燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力の燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の単セルは、例えば燃料電池用のセパレータ、ガスケット、膜−電極複合体が重ねられることで構成されている（図１参照）。セパレータには、ガス供給排出用の溝が形成されている領域を取り囲む外周部分に、マニホールドが形成されている。また、必要に応じ、セパレータの外周部分に、シーリングのためのガスケットが積層される。
【０００４】
このような燃料電池を構成する部品のうち、セパレータは、ガス供給排出用の溝とマニホールドとが形成されている特異な形状を有している。セパレータは、燃料電池内を流れる燃料、酸化剤及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池で生じた熱を外部へ放熱したりするという、重要な役割を担っている。
【０００５】
セパレータは、例えば黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形用組成物が金型内で成形されることによって、得られる。
【０００６】
近年、燃料電池におけるセルスタック数を低減して燃料電池の小型化、低コスト化を図りつつ、燃料電池の高い発電効率を維持することが求められている。このためには、セパレータの導電性の向上が求められている。
【０００７】
セパレータの導電性を向上する方法の一つとして、黒鉛粒子の抵抗を低減することが提案されている。例えば特許文献１には、エポキシ樹脂成分と硬化剤成分を主成分とするエポキシ樹脂結合材と黒鉛粉とを含有する組成物であって、圧力０．７０ＭＰａにおける該黒鉛粉の粉体抵抗が１０〜４０ｍΩｃｍの範囲である燃料電池セパレータ用組成物が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２７８０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のような導電性の高い黒鉛粒子を使用しても、セパレータの導電性が充分に向上しない場合があった。すなわち、上記のように規定される黒鉛粒子の導電性と、セパレータの導電性とが、うまく整合しないことがあった。また、黒鉛粒子の選択は、組成物の特性にも影響を与えてしまい、黒鉛粒子の選択によっては、成形用組成物中の樹脂成分と黒鉛粒子とが分離してしまったり、成形用組成物の良好な成形性が確保できなくなってしまったりする。尚、成形用組成物中の樹脂成分と黒鉛粒子との分離については、“平成１３年度成果報告書  固体高分子形燃料電池の研究開発  カーボン樹脂モールドセパレータの開発  （公開用）報告書、新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成１４年３月”で、詳しく説明されている。
【００１０】
上記のことから、特定の特性を有する黒鉛粒子を使用しながら、組成物を成形する際に、樹脂成分と黒鉛粒子との分離を抑制したり、良好な成形性を確保したりすることは困難であった。このため、組成物の良好な成形性を確保し、且つこの組成物中での樹脂成分と黒鉛粒子との分離を抑制しながら、この組成物から高い導電性を有するセパレータを形成することは、未だ困難であった。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、良好な成形性を有し、樹脂成分と黒鉛粒子との分離が抑制され、且つ導電性の高い燃料電池セパレータを形成することができる燃料電池セパレータ成形用組成物、導電性の高い燃料電池セパレータ、この燃料電池セパレータの製造方法、並びに導電性の高い燃料電池セパレータを備える燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃料電池セパレータ成形用材料は、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、前記黒鉛粒子の固形分割合が７０〜８０質量％であり、前記黒鉛粒子が、平均粒径２５〜１００μｍ、且つ３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗が３．０ｍΩｃｍ以下である粒子群を少なくとも一種含有する。
【００１３】
本発明の第２の態様では、第１の態様において、前記黒鉛粒子が、前記粒子群よりも平均粒径の小さい第二の粒子群を更に含有する。
【００１４】
本発明の第３の態様では、第１又は第２の態様において、燃料電池セパレータ成形用材料のディスクフローが８０〜９５ｍｍである。
【００１５】
本発明の第４の態様に係る燃料電池セパレータは、第１乃至第３のいずれか一の態様に係る燃料電池セパレータ成形用組成物から形成される。
【００１６】
本発明の第５の態様では、第４の態様において、燃料電池セパレータの体積抵抗率が１０ｍΩｃｍ以下である。
【００１７】
本発明の第６の態様に係る燃料電池セパレータの製造方法は、第１乃至第３のいずれか１の態様に係る燃料電池セパレータ成形用組成物を圧縮成形する工程を含む。
【００１８】
本発明の第７の態様に係る燃料電池は、第４又は第５の態様に係る燃料電池セパレータを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、良好な成形性を有し、樹脂成分と黒鉛粒子との分離が抑制され、且つ導電性の高い燃料電池セパレータを形成することができる燃料電池セパレータ成形用組成物を得ることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明は、導電性が高く且つ成形不良が抑制された燃料電池セパレータ、この燃料電池セパレータの製造方法、並びに導電性の高い燃料電池セパレータを備える燃料電池を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池の単位セルを示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態における燃料電池を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の、より具体的な実施形態を説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態における燃料電池用のセパレータ２０（以下、セパレータ２０という）、及びセパレータ２０を備える固体高分子型燃料電池の単位セルの構造の概略を示す。単位セルは、セパレータ２０、ガスケット１２、並びに膜−電極複合体５が重ねられることで構成されている。膜−電極複合体５は、酸化剤電極３１、燃料電極３２、及び電解質４から構成される。
【００２４】
セパレータ２０には、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却水を流通させるための溝２が形成されている。本実施形態では、一つの単位セルは、セパレータ２０として、カソード側セパレータ２１とアノード側セパレータ２２とを備える。カソード側セパレータ２１とアノード側セパレータ２２の各々は、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側にある第二の面とを有する。
【００２５】
単位セル内においては、カソード側セパレータ２１の第一の面は酸化剤電極３１と重なるように配置され、アノード側セパレータ２２の第一の面は燃料電極３２と重なるように配置される。アノード側セパレータ２２は、燃料ガスを流通させるための溝２（２０２）が形成されている領域と、この領域を取り囲む外周部分とを有する。溝２０２は、アノード側セパレータ２２の第一の面に形成されている。また、カソード側セパレータ２１は、酸化剤ガスを流通させるための溝が形成されている領域と、この領域を取り囲む外周部分とを有する。酸化剤ガスを流通させるための溝は、図示はされていないが、カソード側セパレータ２１の第一の面に形成されている。また、カソード側セパレータ２１の第二の面には、冷却水を流通させるための溝２（２０３）が形成されている。
【００２６】
二つの単位セルが重ねられる際には、一方の単位セルにおけるカソード側セパレータ２１の第二の面と、他方の単位セルにおけるアノード側セパレータ２２の第二の面とが、重ねられる。このカソード側セパレータ２１と、アノード側セパレータ２２との間には、溝２０３から構成される、冷却水を流通させるための流路が、形成される。
【００２７】
尚、本実施形態では、上記の通り冷却水を流通させるための溝２０３がカソード側セパレータ２１の第二の面に形成されているが、冷却水を流通させるための溝がアノード側セパレータ２２の第二の面に形成されていてもよい。また、カソード側セパレータ２１の第二の面に冷却水を流通させるための溝が形成され、且つアノード側セパレータ２２の第二の面にも冷却水を流通させるための溝が形成されていてもよい。
【００２８】
セパレータ２０には、このセパレータ２０を貫通する孔からなるマニホールド１３が形成されている。本実施形態では、セパレータ２０には、六個のマニホールド１３が形成されている。これらのマニホールド１３は、セパレータ２０の第一の面と第二の面の各々の外周部分で開口している。六個のマニホールド１３は、二つの燃料用マニホールド１３１、二つの酸化剤用マニホールド１３２、及び二つの冷却用マニホールド１３３を含んでいる。カソード側セパレータ２１における二つの酸化剤用貫通孔１３１，１３１は、カソード側セパレータ２１の第一の面における溝に連通する。アノード側セパレータ２２における二つの燃料用貫通孔１３２，１３２は、アノード側セパレータ２２の第一の面における溝２０２に連通する。また、カソード側セパレータ２１における二つの冷却用マニホールド１３３は、カソード側セパレータ２１の第二の面における溝２０３に連通する。
【００２９】
本実施形態では、図１に示されるように、セパレータ２０にはストレートタイプの溝２が形成されている。一般に、セパレータ２０における溝２としては、屈曲を有するサーペンタインタイプの溝と屈曲を有さないストレートタイプの溝とがある。勿論、図１に示されるセパレータ２０において、このセパレータ２０にサーペンタインタイプの溝が形成されてもよい。
【００３０】
セパレータ２０の厚みは例えば０．５〜３．０ｍｍの範囲に形成される。セパレータ２０の溝２の幅は例えば１．０〜１．５ｍｍ、深さは例えば０．５〜１．５ｍｍの範囲に形成される。また、溝２の幅（Ａ）と深さ（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１以上であることが好ましい。この場合、後述する親水化処理の効率が高くなる。また、マニホールド１３の開口面積は例えば０．５〜５．０ｃｍ2の範囲に形成される。
【００３１】
ガスケット１２は、カソード側セパレータ２１の第一の面とアノード側セパレータ２２の第一の面との各々における外周部分上に重ねられる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスのガスリークが抑制される。ガスケット１２には、その略中央部に、膜−電極複合体５における酸化剤電極３１又は燃料電極３２を収容するための開口１５が形成されている。この開口１５において、セパレータ２０の溝２が露出する。また、ガスケット１２には、セパレータ２０の酸化剤用貫通孔１３１、燃料用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、貫通孔１４１，１４２，１４３が、それぞれ形成されている。
【００３２】
また、二つの単位セルが重ねられる場合の、一方の単位セルにおけるカソード側セパレータ２１の第二の面と、他方の単位セルにおけるアノード側セパレータ２２の第二の面との間にも、ガスケット１２が介在する。このガスケット１２によって、冷却水の漏出が抑制される。このガスケット１２の略中央部にも、開口１５が形成されている。この開口１５において、セパレータ２０の溝２が露出する。また、このガスケット１２にも、セパレータ２０の酸化剤用貫通孔１３１、燃料用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、貫通孔１４１，１４２，１４３が、それぞれ形成されている。
【００３３】
尚、カソード側セパレータ２１の第二の面と、アノード側セパレータ２２の第二の面との間は、接着剤で接着されてもよく、この場合はカソード側セパレータ２１の第二の面と、アノード側セパレータ２２の第二の面との間にガスケットが介在しなくても、冷却水の漏出が抑制される。接着剤としては、特に限定されないが、オレフィン系樹脂接着剤が用いられることが好ましい。この場合、接着剤からの不純物の溶出が抑制され、また、燃料電池の耐久性が高くなる。
【００３４】
膜−電極複合体５における電解質４の外周部分には、セパレータ２０の酸化剤用貫通孔１３１、燃料用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、貫通孔１６１，１６２，１６３がそれぞれ形成されている。
【００３５】
図２は、セパレータ２０と膜−電極複合体５とを備える複数の単位セルから構成される燃料電池４０（セルスタック）の一例を示す。この燃料電池４０は、セパレータ２０の酸化剤用貫通孔１３１に連通する酸化剤の供給口１７１及び排出口１７２と、セパレータ２０の燃料用貫通孔１３２に連通する燃料の供給口１８１及び排出口１８２と、セパレータ２０の冷却用貫通孔１３３に連通する冷却水の供給口１９１及び排出口１９２とを有する。
【００３６】
以下、本実施形態に係る燃料電池セパレータ成形用組成物（以下、成形用組成物という）、及びこの成形用組成物から形成されるセパレータについて、更に詳しく説明する。
【００３７】
成形用組成物は、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有し、且つ、黒鉛粒子の割合が固形分割合で７０〜８０質量％である。このため、セパレータは、熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有し、セパレータ中の黒鉛粒子の割合は、７０〜８０質量％である。
【００３８】
黒鉛粒子は、セパレータ２０の電気比抵抗を低減してセパレータ２０の導電性を向上する。黒鉛粒子は、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛の、いずれを含んでもよい。但し、本実施形態では、黒鉛粒子は、平均粒径２５〜１００μｍ、且つ３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗が３．０ｍΩｃｍ以下である粒子群（第一の粒子群）を、少なくとも一種含有する。
【００３９】
尚、本明細書において、平均粒径２５〜１００μｍ、且つ３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗が３．０ｍΩｃｍ以下である粒子の集合は、第一の粒子群に該当する。本実施形態では、黒鉛粒子が、複数種の第一の粒子群を含有してもよい。
【００４０】
尚、平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分析計（日機装株式会社製のマイクロトラックＭＴ３０００ＩＩシリーズなど）でレーザ回折散乱法により測定される体積平均粒径である。
【００４１】
黒鉛粒子が第一の粒子群を含有するため、セパレータ２０は高い導電性を発揮する。これは、成形用組成物からセパレータ２０が成形される際には、高い圧力がかけられるために、セパレータ２０の導電性は、高圧下での黒鉛粒子の粉体抵抗との相関性が高くなるためであると、考えられる。すなわち、成形用組成物が成形される際に高い圧力がかけられることで、パレータ２０中では黒鉛粒子中の大きい粒子間の隙間に小さい粒子が入り込んだり、黒鉛粒子が変形したりし、これがセパレータの導電性に大きく影響を及ぼすが、このセパレータ２０中の黒鉛粒子の状態が、高圧下での黒鉛粒子の状態に類似する。このため、黒鉛粒子が、高圧下での粉体抵抗が低い第一の粒子群を含有することで、この第一の粒子群が、セパレータ２０の導電性の向上に大きく寄与するものと考えられる。特に、３０ＭＰａという圧力は，成形用組成物の成形時の成形圧力と同程度、或いはそれよりもやや低い圧力であるため、３０ＭＰａの圧力がかけられている黒鉛粒子の状態は、成形材料が成形された場合の黒鉛粒子の状態に近似する。このため、３０ＭＰａの圧力下での第一の粒子群の粉体抵抗が、セパレータの導電性と大いに相関するものと考えられる。一方、例えば０．７ＭＰａという低圧下での黒鉛粒子の粉体抵抗を測定しても、その値には、高圧下での粒子の充填性や粒子の変形等の影響が反映されていないため、低圧下での黒鉛粒子の粉体抵抗と、セパレータの導電性との間の相関性は低いものである。第一の粒子群の、３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗は、更に１．０〜２．５ｍΩｃｍの範囲であることが好ましい。
【００４２】
更に、黒鉛粒子が第一の粒子群を含有することで、成形用組成物が良好な成形性を発揮し、且つ、成形用組成物における樹脂成分と黒鉛粒子との分離が抑制される。すなわち、第一の粒子群の平均粒径が２５μｍ以上であることで、成形用組成物が良好な流動性を発揮し、この成形用組成物の成形性が向上する。また、第一の粒子群の平均粒径が１００μｍ以下であることで、成形時の成形用組成物中での樹脂成分と黒鉛粒子との分離が抑制される。更に、第一の粒子群の平均粒径が２５μｍ以上であると、第一の粒子群の粉体抵抗が高く維持されやすくなって、セパレータの導電性が向上し、またこの平均粒径が１００μｍ以下であると、セパレータの機械的強度が高く維持される。また、この平均粒径が１００μｍ以下であると、第一の粒子群の粉体抵抗が高く維持されると共に、セパレータの導電性が高く維持される。これは、平均粒径が１００μｍより大きくなると、高圧下において第一の粒子群中の粒子が劈開されやすくなり、これが、粉体抵抗の上昇及びセパレータの導電性の低下を引き起こしやすくなるためであると、考えられる。この第一の粒子群の平均粒径は、更に４０〜７５μｍの範囲であることが好ましい。
【００４３】
また、このような第一の粒子群を含有する黒鉛粒子の、成形用組成物中での固形分割合及びセパレータ中での割合が７０質量％以上であることで、セパレータが良好な導電性と機械的強度とを発揮し、更にこの割合が８０質量％以下であることで、成形用組成物が良好な流動性を発揮して成形性が高くなる。
【００４４】
黒鉛粒子は、一種類の粒子群のみから構成されても、複数種の粒子群から構成されていてもよい。黒鉛粒子が一種類の粒子群から構成される場合は、黒鉛粒子は第一の粒子群のみから構成される。黒鉛粒子が複数種の粒子群から構成される場合は、黒鉛粒子は、一種又は複数種の第一の粒子群と、第一の粒子群には該当しない一種又は複数種の粒子群（第二の粒子群）とから、構成される。黒鉛粒子が複数種の粒子群から構成される場合も、黒鉛粒子全体では、その３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗が３．０ｍΩｃｍ以下となることが好ましく、１．０〜２．５ｍΩｃｍの範囲であれば更に好ましい。セパレータ２０の導電性が充分に向上するためには、黒鉛粒子中の第一の粒子群の割合が、５０質量％以上であることが好ましい。
【００４５】
黒鉛粒子が複数種の粒子群から構成される場合、黒鉛粒子が、互いに平均粒径の異なる複数種の粒子群を含有してもよい。例えば、黒鉛粒子が、第一の粒子群と、この第一の粒子群よりも平均粒径の小さい第一の粒子群又は第二の粒子群とを含有してもよい。このような場合、セパレータ２０の導電性が更に向上する。これは、粒径の大きい粒子間の隙間に、粒径の小さい粒子が介在することで、黒鉛粒子全体としての粉体抵抗が低減し、このためにセパレータ２０の導電性が向上するためであると、考えられる。黒鉛粒子全体に対する、平均粒径がより小さい粒子群の割合は、５０質量％以下であることが好ましく、１０〜３０質量％の範囲であれば更に好ましい。また、黒鉛粒子が、第一の粒子群と、この第一の粒子群よりも平均粒径の小さい第一の粒子群又は第二の粒子群とを含有する場合、平均粒径の小さい粒子群の平均粒径は、３μｍ以上２５μｍ未満であることが好ましい。
【００４６】
また、黒鉛粒子は、精製されていることが好ましい。この場合は、黒鉛粒子中の灰分やイオン性不純物が低いため、セパレータ２０からの不純物の溶出が抑制される。黒鉛粒子における灰分は０．０５質量％以下であることが好ましく、灰分が０．０５質量％を超えると、セパレータ２０が用いられることで作製される燃料電池の特性が低下するおそれがある。
【００４７】
また、黒鉛粒子が、膨張黒鉛からなる第一の粒子群を含有する場合、成形用材料から形成されるセパレータの体積抵抗率が低減され、更に接触抵抗の低減も可能となる。このため、セパレータの導電性が向上する。この場合の膨張黒鉛の純度（固定炭素）は９９質量％以上であることが好ましい。この場合、セパレータからの不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出に起因する燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制されると共に、不純物に起因する成形材料の硬化阻害が抑制される。
【００４８】
尚、膨張黒鉛の固定炭素（Ｆ．Ｃ）は、次の式により導出される。
【００４９】
（Ｆ．Ｃ）＝１００−（Ｖ．Ｍ）−（ＡＳＨ）  （％）
式中の（Ｖ．Ｍ）は膨張黒鉛の揮発分を示し、（ＡＳＨ）は膨張黒鉛の灰分を示す。この揮発分及び灰分は、ＪＩＳ  Ｍ８５１１に従って測定される。すなわち、揮発分及び灰分は、下記の条件で試料を加熱し、それによる試料の重量減少量に基づいて導出される。
【００５０】
［揮発分］
試料重量：１〜２ｇ
加熱温度：９５０±２０℃
加熱時間：７ｍｉｎ
除熱：乾燥保管器で放熱。
【００５１】
［灰分］
試料重量：０．５〜１ｇ
加熱温度：８５０〜９００℃
加熱時間：灰化まで
除熱：乾燥保管器で放熱。
【００５２】
本実施形態では、黒鉛粒子が第一の粒子群を含有する結果、セパレータの体積抵抗率が１０ｍΩｃｍ以下となることが好ましい。このようにセパレータの導電性が向上することで、セパレータを備える燃料電池の発電効率が向上する。このため燃料電池におけるセルスタック数を低減して燃料電池の小型化、低コスト化を図りながら、燃料電池の高い発電効率を維持することが可能となる。また、セパレータ中の不純物量が抑制されることで、セパレータからの不純物の溶出が抑制される。このため、セパレータを備える燃料電池の耐久性が向上する。
【００５３】
また、本実施形態では、黒鉛粒子が第一の粒子群を含有する結果、成形用組成物のディスクフローが８０〜９５ｍｍとなることが好ましい。ディスクフローは、平面上の一箇所に３ｇの成形用組成物を密集させて配置し、これを温度１７０℃、圧力５ＭＰａの条件で３０秒間圧縮した場合に形成される成形体の、長径（最も長い径）の測定値である。成形用組成物のディスクフローは、成形用組成物の組成を変更することで適宜調整し得る。例えば、成形用組成物中の黒鉛含有量が減少すればディスクフローは増大し、黒鉛含有量が増大すればディスクフローは減少する。成形用組成物中の硬化促進剤の含有量が減少すればディスクフローは増大し、成形用組成物中の硬化促進剤の含有量が増大すればディスクフローは低減する。更に成形用組成物中の成分の種類が適宜変更されると、それに応じてディスクフローが増減する。
【００５４】
このように成形用組成物のディスクフローが８０〜９５ｍｍであると、成形用組成物の成形時（特に圧縮成形時）に、成形用組成物の適度な流動性が維持される。このため、成形用組成物の成形性が特に向上し、また、成形用組成物中での樹脂成分と黒鉛粒子との分離が更に抑制される。
【００５５】
一方、熱硬化性樹脂成分には、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含む熱硬化性樹脂が含まれていることが好ましい。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。この熱硬化性樹脂成分中には、必要に応じて使用される硬化剤及び触媒（硬化促進剤）も含まれる。
【００５６】
熱硬化性樹脂成分中の熱硬化性樹脂全体に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の合計量の割合は、５０〜１００質量％の範囲にあることが好ましい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみであれば、特に好ましい。
【００５７】
エポキシ樹脂は固形状であることが好ましく、特に融点が７０〜９０℃の範囲であることが好ましい。この融点が７０℃未満であると、成形用組成物中で樹脂成分の凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。また、この融点が９０℃以上であると、成形用組成物中での樹脂成分の分散が不十分になり、硬化時に十分な物性が得られないおそれがある。また、エポキシ樹脂の溶融粘度が低粘度であると、成形用組成物の良好な成形性が維持されつつ、成形用組成物及びセパレータ中に黒鉛粒子が高充填されることが可能となる。尚、このような作用が発揮される範囲内で、エポキシ樹脂の一部が液状であってもよい。
【００５８】
エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が使用されることが好ましい。このオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。
【００５９】
特にエポキシ樹脂が、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂からなる成分、或いはオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種とからなる成分を含有することが、好ましい。これらの成分の、熱硬化性樹脂全量に対する割合は、５０〜１００質量％の範囲にあることが好ましい。
【００６０】
オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が必須の成分であると、成形用組成物が成形性に優れたものになると共に、セパレータが耐熱性に優れたものとなる。また、製造コストの低減も可能になる。エポキシ樹脂全体に対するオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の割合は、前記成形性の向上、セパレータの耐熱性の向上、製造コストの低減の観点から、５０〜１００質量％の範囲であることが好ましく、特に５０〜７０質量％の範囲であることが好ましい。
【００６１】
オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、及びビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種が併用されることも好ましい。この場合、成形用組成物の溶融粘度が更に低減し、特に薄型のセパレータが作製される場合にはこのセパレータの靱性が向上する。特にビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が使用されると、成形用組成物の粘度が低減し、成形性の特に高い成形用組成物が得られる。この場合のエポキシ樹脂全体に対するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の割合は３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。また、ビフェニル型エポキシ樹脂が使用されると、このビフェニル型樹脂は溶融粘度が低いため、成形用組成物の流動性が著しく向上し、薄型成形性が特に向上する。この場合のエポキシ樹脂全体に対するビフェニル型エポキシ樹脂の割合は３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。また、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が使用されると、セパレータの強度及び靱性が更に向上し、更にセパレータの吸湿性が低減する。このため、セパレータの機械的特性、導電性、長期使用時の特性の安定性が優れたものとなる。この場合のエポキシ樹脂全体に対するビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。
【００６２】
エポキシ樹脂として、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が用いられ、或いは更にビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種が用いられる場合に、更にこれら以外の熱硬化性樹脂が併用されてもよい。例えば前記列挙されたエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解するおそれがあるため、使用されないことが望ましい。また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂が用いられることも適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが好ましい。特に４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられると、セパレータの耐熱性が更に向上する。
【００６３】
エポキシ樹脂が使用される場合、成形用組成物は、必要に応じてエポキシ樹脂の硬化剤を含有する。硬化剤は、成形用組成物が含有するエポキシ樹脂を硬化させる能力を有するのであれば特に限定されないが、フェノール系化合物を必須成分とすることが好ましい。このフェノール系化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の各種多価フェノール樹脂が挙げられる。
【００６４】
硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。特に、フェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２の範囲となることが好ましい。
【００６５】
硬化剤として、フェノール系化合物と共に、非アミン系の化合物が使用されることも好ましい。この場合、セパレータの電気伝導度が高い状態に維持されると共に、燃料電池における電極触媒の被毒が抑制される。また硬化剤が酸無水物系の化合物を含有しないことが好ましい。
【００６６】
熱硬化性樹脂として熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合は、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂が用いられることが好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。この場合は、成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生しにくくなり、セパレータのガス透過性の低下が抑制される。また、レゾール型フェノール樹脂が用いられることも好ましく、例えば１３Ｃ−ＮＭＲ分析の結果、オルト−オルト結合割合２５〜３５％、オルト−パラ結合割合６０〜７０％、パラ−パラ結合割合５〜１０％である構造を有するレゾール型フェノール樹脂が用いられることが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、レゾール型フェノール樹脂は軟化点を容易に調整され、融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂も容易に得られる。これにより、成形用組成物の変化が少なくなり、成形時の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形用組成物中で成分の凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。
【００６７】
熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の樹脂が併用されてもよい。例えばポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられる。但し、エステル結合を含む樹脂は、耐酸性環境下で加水分解する恐れがあるため、使用されないことが好ましい。
【００６８】
また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが挙げられる。その具体例として例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。このような他の樹脂が併用されるとセパレータの耐熱性が更に高まる。
【００６９】
熱硬化性樹脂成分には上記のとおり必要に応じて触媒（硬化促進剤）が含まれる。硬化促進剤としては、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、トリ−ｐ−トリルホスフィン（ＴＰＴＰ）等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類等が挙げられる。
【００７０】
特に熱硬化性樹脂成分が、硬化促進剤として、有機ホスフィン類を含有することが好ましい。この場合、有機ホスフィン類は塩化物イオン等の不純物の含有量が少ないため、セパレータ中のイオン性不純物の含有量が少なくなる。このため、セパレータからの不純物溶出量が少なくなり、これにより燃料電池の耐久性が向上する。更に、特に硬化促進剤として、トリ−ｐ−トリルホスフィン（ＴＰＴＰ）が使用されると、成形用組成物が加熱硬化される際の硬化速度が充分に高くなり、且つ成形用組成物の硬化物であるセパレータのガラス転移点が充分に高くなる。このため、セパレータの生産効率が向上し、またセパレータの耐熱性も向上する。
【００７１】
成形用組成物中の硬化促進剤の含有量は適宜調整され、それにより成形用組成物の成形硬化時間が適宜調整される。特に成形用組成物中の硬化促進剤の含有量が、成形用組成物中の熱硬化性樹脂と硬化剤の合計量に対して０．５〜３質量％の範囲であることが好ましい。
【００７２】
成形用組成物は、更に内部離型剤を含有してもよい。内部離型剤としては適宜のものが用いられるが、特に１２０〜１９０℃において、成形用組成物中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する内部離型剤が好ましい。このような内部離型剤として、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、および長鎖脂肪酸系のワックスから選ばれる少なくとも一種が用いられることが好ましい。内部離型剤の割合は、成形用組成物全量に対して０．１〜２．５質量％の範囲であることが好ましい。
【００７３】
成形用組成物は、必要に応じてカップリング剤等の添加剤を含有してもよい。カップリング剤としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系のカップリング剤などが挙げられる。特にシリコン系のカップリング剤のうち、エポキシランカップリング剤が適している。カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着されていてもよい。エポキシランカップリング剤の使用量は、成形用組成物の固形分全体に対して、０．５〜１．５質量％の範囲であることが好ましい。この範囲において、カップリング剤がセパレータ表面にブリードすることが、充分に抑制される。
【００７４】
成形用組成物は溶媒を含有してもよい。特に薄型のセパレータが作製される場合には、成形用組成物が溶媒を含有することで、この成形用組成物が液状（ワニス状及びスラリー状を含む）に調製されてもよい。溶媒としては、たとえばメチルエチルケトン、メトキシプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が好ましい。溶媒は一種のみが用いられても、二種以上が併用されてもよい。溶媒の使用量は、成形用組成物からシート状のセパレータを作製する際の成形性を考慮して適宜設定される。特に、成形用組成物の粘度が１０００〜５０００ｃＰの範囲となるように、溶媒の使用量が設定されることが好ましい。尚、溶媒は必要に応じて使用されればよく、熱硬化性樹脂として液状樹脂が使用されるなどにより成形用組成物が液状に調製されるならば、溶媒が使用されなくてもよい。
【００７５】
セパレータ中のイオン性不純物の含有量は少ないことが好ましく、特に質量比率でナトリウムイオン含量が５ｐｐｍ以下、塩化物イオン含量が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。そのためには、成形用組成物中のイオン性不純物の含有量が低いことが好ましく、特に成形用組成物の固形分全量に対する質量比率で、ナトリウムイオン含量が５ｐｐｍ以下、塩化物イオン含量が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。
【００７６】
セパレータ及び成形用組成物のイオン性不純物の含有量が上記のように低減されるためには、成形用組成物を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分それぞれのイオン性不純物の含有量が低いことが好ましく、特に各成分に対する質量比率で、ナトリウムイオン含量が５ｐｐｍ以下、塩化物イオン含量が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００７７】
尚、イオン性不純物の含有量は、対象物（セパレータ又は成形用組成物）の抽出水中のイオン性不純物の量に基づいて導出される。前記抽出水は、対象物１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で、イオン交換水中に対象物を投入し、９０℃で５０時間処理することで得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィにて評価される。この抽出水中のイオン性不純物量に基づいて、対象物中のイオン性不純物の量が、対象物に対する質量比に換算して導出される。
【００７８】
本実施形態では、天然黒鉛、人造黒鉛及び膨張黒鉛を含有する黒鉛粒子を使用し、或いは更に硬化促進剤としてＴＰＴＰ等の有機ホスフィン類を使用することで、上記のようにセパレータ中のイオン性不純物の量が容易に低減され得る。
【００７９】
成形用組成物は、この成形用組成物から形成されるセパレータのＴＯＣ（ｔｏｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）が１００ｐｐｍ以下となるように調製されることが好ましい。ＴＯＣは、セパレータの質量１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で、イオン交換水中にセパレータが投入され、９０℃で５０時間処理された後の水溶液を用いて測定される数値である。ＴＯＣは、例えばＪＩＳ  Ｋ０１０２に準拠して、株式会社島津製作所製の全有機炭素分析装置「ＴＯＣ−５０」などで測定される。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生するＣＯ2濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、サンプル中の炭素濃度が定量される。この炭素濃度の測定によって、有機物質濃度が間接的に測定され、サンプル中の無機炭素（ＩＣ）、全炭素（ＴＣ）が測定され、全炭素と無機炭素の差（ＴＣ−ＩＣ）から全有機炭素（ＴＯＣ）が計測される。セパレータのＴＯＣが１００ｐｐｍ以下となると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。ＴＯＣの値は、成形用組成物を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、更に樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理がおこなわれたりすることで、低減される。
【００８０】
本実施形態では、例えば純度の高い（例えば純度９９．９％以上）天然黒鉛及び人造黒鉛を使用したり、天然黒鉛と膨張黒鉛の配合量を適宜調節したりすることで、セパレータのＴＯＣが容易に低減され得る。
【００８１】
成形用組成物は、上記のような各成分が適宜の手法で混合され、必要に応じて混練・造粒等されることで調製される。この成形用組成物が成形されることで、セパレータが得られる。
【００８２】
ワニス状に調製された成形用組成物がシート状に成形されるなどして、セパレータ成形用シート（成形用シート）が形成され、この成形用シートが成形されることで薄型のセパレータが得られてもよい。この場合、成形用組成物は、例えばキャスティング（展進）成形によりシート状に成形される。成形用シートの厚みは、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．３ｍｍであれば更に好ましい。セパレータの作製にあたっては、１枚の成形用シートからセパレータが作製されてもよく、複数枚の成形用シートからセパレータが作製されてもよい。このように成形用シートが使用されることで、薄型のセパレータの製造が可能となり、特に厚み０．２〜１．０ｍｍの範囲のセパレータの製造も可能となる。また、薄型のセパレータが製造される場合でも成形性及び厚み精度が高くなる。
【００８３】
尚、セパレータの作製時には、成形用シートと適宜の導電性基材とが積層されてもよい。導電性基材が用いられると、セパレータの機械的強度が向上する。導電性基材としては、たとえば、カーボンペーパー、カーボンプリプレグ、カーボンフェルト等が挙げられる。これらの導電性基材は、導電性を損なわない範囲で、ガラス、樹脂等の基材成分を含有してもよい。
【００８４】
ワニス状の成形用組成物は、成形用シートの作製を経て薄型のセパレータが製造される場合だけでなく、成形用シートの作製を経ることなくセパレータが製造される場合にも有用である。この場合、成形用組成物の保存安定性や成形性が優れたものになる。
【００８５】
成形用組成物（成形用組成物から形成された成形用シートを含む）からセパレータを得るためには、減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形が採用されることが好ましい。上述のような組成を有する成形用組成物から、減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形によりセパレータが作製されることで、密度ばらつきが少なく、且つ厚み精度の高いセパレータが得られる。
【００８６】
圧縮成形時の加熱温度及び圧縮圧力は、成形用組成物の組成、導電性基材の有無及び種類、成形厚みなどにもよるが、例えば加熱温度１２０〜１９０℃の範囲、圧縮圧力１〜４０ＭＰａの範囲で設定されることが好ましい。また、成形時間が１５秒〜６００秒の範囲で設定されることが好ましい。
【００８７】
特に、成形用組成物が硬化促進剤としてトリ−ｐ−トリルホスフィン（ＴＰＴＰ）を含有する場合は、圧縮成形の成形時間が６０秒以下であることが好ましい。この場合、ＴＰＴＰによって成形用組成物の硬化速度が向上することから、成形時間が短時間であっても成形用組成物が充分に硬化する。更に、圧縮成形には成形金型が使用されるため、圧縮成形の工程はセパレータの製造工程全体におけるボトルネックとなり、このため、圧縮成形に要する時間が短縮化されることで、セパレータの製造効率が向上する。
【００８８】
圧縮成形により得られたセパレータに、更に加熱処理が施されてもよい。この加熱処理における加熱温度は１５０〜１８０℃の範囲であることが好ましく、加熱時間は３０秒〜１時間の範囲であることが好ましい。
【００８９】
セパレータには、更にブラスト処理が施されることが好ましい。この場合、セパレータの表層のスキン層が除去されると共にセパレータの表面粗さが調整される。ブラスト処理によって、セパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）が、０．４〜１．６μｍの範囲に調整されることが好ましい。この場合、後述する親水化処理によって、セパレータの表面の親水性が特に向上する。また、セパレータにガスケットが重ねられる場合には、セパレータとガスケットとの間のリークが抑制される。
【００９０】
ブラスト処理として、ウエットブラスト処理が採用されることが好ましい。この場合、ブラスト処理の程度、並びにブラスト処理後のセパレータの表面の粗さに、ばらつきが生じにくくなる。このためセパレータの品質の安定性が高くなる。
【００９１】
ブラスト処理後のセパレータに、親水化処理が施されることが好ましい。また、ブラスト処理の後、親水化処理の前に、セパレータに洗浄処理が施され、或いは更に乾燥処理が施されることも、好ましい。洗浄処理では、例えばセパレータが、イオン交換水等により洗浄される。乾燥処理では、セパレータがエアブローなどにより風乾されることが好ましい。また、乾燥処理にあたっては、セパレータをシリカゲル等の乾燥剤を入れたデシケータ中に静置する方法、セパレータ及びガスケットを室温以上（例えば５０℃）の温度の乾燥機中に静置する方法、真空乾燥機を使用してセパレータから水分を除去する方法等が採用されてもよい。
【００９２】
親水化処理は、セパレータの表面の親水性を向上させるための処理である。これによりセパレータの表面に高い親水性が付与されると、セパレータにおける溝が結露水で閉塞されにくくなる。このため燃料電池の高い発電効率が長期間維持される。
【００９３】
親水化処理としては、セパレータの表面の親水性を向上させることが可能な処理であれば、特に制限されない。親水化処理は、例えばセパレータをプラズマに曝露するプラズマ処理、セパレータをオゾンガスに曝露するオゾンガス処理、セパレータをＳＯ3に曝露するＳＯ3処理、セパレータをフッ素を含有するガスに曝露させるフッ素処理、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながらセパレータに吹き付けるフレイム処理、並びにセパレータにオゾン水を接触させるオゾン水処理から、一種以上が選択される。
【００９４】
親水化処理として、特にプラズマ処理が採用されることが好ましい。プラズマ処理としては、大気圧プラズマ処理が施されることが好ましく、特にリモート方式でのプラズマ処理が施されることが好ましい。プラズマ処理後の成形体は、そのまま大気中に放置されてもよいが、成形体をイオン交換水などの水に浸漬させるなどしてこの成形体の表面と水と接触させる水接触処理が施されることが好ましく、この場合、セパレータの表面の親水性が更に向上する。
【実施例】
【００９５】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例には限定されない。
【００９６】
［実施例及び比較例］
原料として、エポキシ樹脂（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、日本化薬株式会社製、品番ＥＯＣＮ−１０２０−７５、エポキシ当量１９９、融点７５℃）、フェノール系化合物（ノボラック型フェノール樹脂、群栄化学工業株式会社製、品番ＰＳＭ６２００、ＯＨ当量１０５）、硬化促進剤（トリフェニルホスフィン、北興化学工業株式会社製、ＴＰＰ）、熱硬化性フェノール樹脂（レゾール型フェノール樹脂、群栄化学工業株式会社製、品番ＰＬ４８０４）、カップリング剤（エポキシシラン、日本ユニカー社製「Ａ１８７」）、ワックスＡ（天然カルナバワックス、大日化学社製「Ｈ１−１００」、融点８３℃）、ワックスＢ（モンタン酸ビスアマイド、大日化学社製「Ｊ−９００」、融点１２３℃）、及び黒鉛粒子Ａ〜Ｎを用意した。黒鉛粒子の種類、真比重、平均粒径、０．７ＭＰａの圧力下での粉体抵抗、及び３０ＭＰａの圧力下での粉体抵抗を、後掲の表に示す。尚、粉体抵抗の測定は、後掲の「粉体抵抗評価」に示す方法でおこなった。また、膨張黒鉛については、嵩が大きすぎるため、真比重の測定ができなかった。また、今回使用した三種の各膨張黒鉛の純度（固定炭素）は、９９質量％以上であった。
【００９７】
実施例１〜１４，比較例１〜６については、上記のエポキシ樹脂、フェノール系化合物、硬化促進剤、カップリング剤、ワックスＡ、ワックスＢ及び黒鉛粒子を、フェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が０．９の範囲となり、カップリング剤の固形分割合が０．６質量％になり、ワックスＡの固形分割合が０．１質量％になり、ワックスＢの固形分割合が０．１質量％になり、黒鉛粒子の割合が後掲の表に示すようになるように、配合することで、混合物を得た。
【００９８】
また、実施例１５，１６については、上記の熱硬化性フェノール樹脂、カップリング剤、ワックスＡ、ワックスＢ及び黒鉛粒子を、カップリング剤の固形分割合が０．６質量％になり、ワックスＡの固形分割合が０．１質量％になり、ワックスＢの固形分割合が０．１質量％になり、黒鉛粒子の割合が後掲の表に示すようになるように、配合することで、混合物を得た。
【００９９】
各実施例及び比較例で得られた混合物を、攪拌混合機（ダルトン製「５ＸＤＭＶ−ｒｒ型」）で攪拌混合した。続いて、この混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕することで、成形用組成物を得た。
【０１００】
この成形用組成物を用いて、次のようにしてセパレータを作製した。まず、真空チャンバー内で金型に成形用組成物を配置してから、５秒間経過した時点で、真空チャンバー内の減圧を開始し、１０秒間かけて真空チャンバー内を９７ｋＰａの真空度まで到達させた。続いて、上型を下型に向けて降下させて型締めすることで、成形用組成物を圧縮成形した。圧縮成形条件は、金型温度１７０℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間３分間とした。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、続いて金型からセパレータを取り出した。
【０１０１】
得られたセパレータの形状は、平面視２００ｍｍ×２５０ｍｍの矩形状であり、厚みは最も厚い箇所で１．５ｍｍ、最も薄い箇所で０．５ｍｍであった。また、圧縮成形によって、セパレータの片側の面（第一の面）には長さ２５０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を２５本形成し、第一の面とは反対側の面（第二の面；水路面）には長さ２５０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を２５本形成した。
【０１０２】
続いて、セパレータの表面に、ウェットブラスト処理を施すことで、セパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）を、１．０μｍに調整した。ウェットブラスト処理にあたっては、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いた。アルミナ粒子としては、昭和電工株式会社製のホワイトモランダム（登録商標）ＷＡシリーズを用いた。続いて、セパレータをイオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。続いて、セパレータに対して、リモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理にあたり、プラズマ処理装置としては積水化学工業株式会社製のＡＰ−Ｔシリーズを使用した。処理条件は、処理幅：３００ｍｍ、プラズマユニット数：１個、サンプル−電極間距離：３ｍｍ、プラズマ生成用ガス種：窒素、ガス中の酸素含有量：１０００ｐｐｍ、ガス流量：１５０Ｌ／分、サンプル搬送速度：０．２５ｍ／分、処理時温度：２５℃とした。
【０１０３】
［粉体抵抗評価］
各実施例及び比較例で用いた黒鉛粒子全体の粉体抵抗を、次のようにして測定した。黒鉛粒子を円筒容器内に入れてから、この黒鉛粒子に、ロードセル付き加圧機で、３０ＭＰａの圧力の圧縮荷重を上下方向にかけた。この状態で、黒鉛粒子の上下方向の電気抵抗値を抵抗測定装置で測定した。これにより得られた電気抵抗値と、加圧時の円筒容器内における黒鉛粒子の充填高さと、円筒容器の断面積とに基づいて、３０ＭＰａの圧力下での黒鉛粒子の粉体抵抗を導出した。これと同様の手法により、０．７ＭＰａの圧力下での黒鉛粒子の粉体抵抗も導出した。
【０１０４】
［分離現象評価］
各実施例及び比較例における成形用組成物を、キュラストメーター（ＪＳＲトレーディング社製「ＣＵＲＥＬＡＳＴＯＭＥＴＥＲ  ＶII」）を用いて１７０℃で１８０秒間加熱し、これにより得られた硬化物を観察することにより、成形用組成物中の樹脂成分と黒鉛粒子との分離の有無を確認した。その結果、樹脂成分と黒鉛粒子とが分離していることが確認できなかった場合を「無」、分離が確認された場合を「有」と、評価した。
【０１０５】
［曲げ強度評価］
各実施例及び比較例において、セパレータを作製する場合と同じ方法で８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの寸法の曲げ強度測定用の成形品を作製し、ＪＩＳ  Ｋ６９１１に準拠して曲げ強度を測定した。支点間距離は６４ｍｍ、クロスヘッドスピードは２ｍｍ／分とした。
【０１０６】
［体積抵抗率］
各実施例及び比較例で得られたセパレータの体積抵抗率を、ＪＩＳ  Ｋ７１９４に従って評価した。その結果を後掲の表に示す。
【０１０７】
［ディスクフロー］
各実施例及び比較例で得られた成形用組成物のディスクフローを測定した。その結果を後掲の表に示す。
【０１０８】
［成形性］
各実施例及び比較例において、５０個のセパレータを作製し、これらのセパレータの未充填及びカスレの有無を確認した。その結果を、未充填又はカスレが生じているセパレータの個数で評価した。その結果を後掲の表に示す。
【０１０９】
【表１】
2014032906.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2014032906.tif 000004
【０１１１】
この結果に示される通り、実施例１〜１６では、成形用組成物に樹脂成分と黒鉛粒子との分離は認められず、成形性が良好であり、且つ成形用組成物を成形することで導電性の高いセパレータが得られた。
【０１１２】
また、この結果によれば、３０ＭＰａの圧力下での黒鉛粒子の粉体抵抗とセパレータの導電性との間に、強い相関関係が認められるのに対し、低圧下での黒鉛粒子の粉体抵抗とセパレータの導電性との間には、強い相関関係は認められなかった。
【０１１３】
尚、比較例１では、黒鉛粒子の分離が生じたことから、成形用材料を成形することができず、このため、曲げ強度、体積抵抗率、及び成形性の評価をおこなうことができなかった。
【符号の説明】
【０１１４】
２０  燃料電池セパレータ
【図１】
2014032906.tif 000005
【図２】
2014032906.tif 000006