(57)【要約】【課題】  高導電性を有し、生産性に優れる射出成形やトランスファー成形に容易に適用できる導電性エポキシ樹脂組成物、並びに高強度及び高導電性の燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】  エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、膨張黒鉛を含む炭素材料と、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方と反応し、かつ、分子中にエポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、一級アミノ基、二級アミノ基の何れかを有する液状化合物とを溶融混合してなる導電性エポキシ樹脂組成物、並びに前記導電性エポキシ樹脂組成物を射出成形またはトランスファー成形してなる燃料電池用セパレータ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、膨張黒鉛を含む炭素材料と、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方と反応し、かつ、分子中にエポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、一級アミノ基、二級アミノ基の何れかを有する液状化合物とを溶融混合してなることを特徴とする導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
液状化合物が水溶性であることを特徴とする請求項1記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
液状化合物の25℃における粘度が25Pa・s以下であることを特徴とする請求項１または２記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
液状化合物が下記化合物であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2006213786.tif 000008
【請求項５】
液状化合物が、組成物全量の1〜20質量％を占めることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
硬化剤が分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
エポキシ樹脂が多官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
炭素材料の5〜100質量％が膨張黒鉛であり、残部が人造黒鉛、天然燐状黒鉛、土壌黒鉛、カーボンブラック及びカーボンファイバーの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項９】
炭素材料が組成物全量の35〜85質量％を占めることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】
エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、膨張黒鉛を含む炭素材料と、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方と反応し、かつ、分子中にエポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、一級アミノ基、二級アミノ基の何れかを有する液状化合物とを溶融混合することを特徴とする導電性エポキシ樹脂組成物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物からなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】
請求項１〜９の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物を射出成形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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有するエポキシ樹脂組成物に関する。本発明はまた、前記導電性エポキシ樹脂組成物を成形してなる燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば図１に概略斜視図で示すように、燃料電池用セパレータ１０は、平板部１１の両面に所定間隔で複数の隔壁１２を立設して形成されている。燃料電池とするには、多数の燃料電池用セパレータ１０を、隔壁１２の突出方向（図中、上下方向）に積層する。そして、この積層により、隣接する一対の隔壁１２で形成されるチャネル１３に反応ガス（水素や酸素）を流通させる構成となっている。燃料電池用セパレータは、樹脂材料と、黒鉛等の導電性材料を含む樹脂組成物を上述したような形状に成形して製造される。
【０００３】
燃料電池用セパレータの成形方法としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、硬化剤や硬化促進剤、炭素材料等を含む混合物を金型に充填し、熱間でプレスする熱圧縮成形により成形するのが一般的である。しかし、この熱圧縮成形は生産性が低いことから、射出成形により燃料電池用セパレータを製造することも試みられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
射出成形では、上記組成の樹脂組成物からなるコンパウンドをシリンダーから金型内に射出するが、このとき、コンパウンドはランナーと呼ばれる狭い流路を通じて金型のキャビティに移送され、しかも、金型は閉じた状態であり、金型の隅々まで充填させるために、コンパウンドには高い流動性が必要となる。しかし、炭素材料として人造黒鉛や天然黒鉛を用いた場合、燃料電池用セパレータとして必要な導電性を確保するためには、多量添加する必要があり、相対的に樹脂量が少なくなることから樹脂組成物は粘度が高く、流動性が低いものとなる。
【０００５】
炭素材料として、導電性に優れる膨張黒鉛を用い、その使用量を低減して樹脂組成物の流動性を高めることも考えられるが、膨張黒鉛は薄い燐片状であるため、樹脂材料との混練中に破砕されやすいという問題がある。これは、樹脂組成物は通常、樹脂材料、硬化剤、硬化促進剤、炭素材料等を溶融混練して得られるが、溶融混練の際に硬化剤の硬化が進行して増粘し、大きなせん断力が作用して膨張黒鉛を破砕するためである。また、溶融混練に代えて、ドライミックスにより樹脂組成物を調製することも行なわれているが（例えば、特許文献４参照）、ほとんど流動しないほど粘度が高くなり、射出成形は実質的に不可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３８２９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７３８６号公報
【特許文献３】特開２００３−２４２９９４号公報
【特許文献４】特開２００３−２５７４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、高導電性を有し、生産性に優れる射出成形やトランスファー成形に容易に適用できる導電性エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。また、このような導電性エポキシ樹脂組成物を成形してなり、高強度で、高導電性の燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下を提供する。
（１）エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、膨張黒鉛を含む炭素材料と、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方と反応し、かつ、分子中にエポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、一級アミノ基、二級アミノ基の何れかを有する液状化合物とを溶融混合してなることを特徴とする導電性エポキシ樹脂組成物。
（２）液状化合物が水溶性であることを特徴とする上記（１）記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（３）液状化合物の25℃における粘度が25Pa・s以下であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（４）液状化合物が下記化合物であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
【０００９】
【化２】
2006213786.tif 000003
【００１０】
（５）液状化合物が、組成物全量の1〜20質量％を占めることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（６）硬化剤が分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有することを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（７）エポキシ樹脂が多官能エポキシ樹脂であることを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（８）炭素材料の5〜100質量％が膨張黒鉛であり、残部が人造黒鉛、天然燐状黒鉛、土壌黒鉛、カーボンブラック及びカーボンファイバーの少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（９）炭素材料が組成物全量の35〜85質量％を占めることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物。
（１０）エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、膨張黒鉛を含む炭素材料と、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方と反応し、かつ、分子中にエポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、一級アミノ基、二級アミノ基の何れかを有する液状化合物とを溶融混合することを特徴とする導電性エポキシ樹脂組成物の製造方法。
（１１）上記（１）〜（９）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物からなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
（１２）上記（１）〜（９）の何れか１項に記載の導電性エポキシ樹脂組成物を射出成形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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、膨張黒鉛は少ない使用量で十分な導電性を確保できるため、相対的に樹脂量を多くすることができ、流動性に優れたものとなる。また、特定の液状化合物により製造時の膨張黒鉛の破壊が抑えられ、膨張黒鉛による優れた導電性を維持できる。
【００１２】
そのため、本発明の導電性エポキシ樹脂組成物を用いることにより、生産性が高い射出成形やトランスファー成形が可能になり、高強度で導電性に優れる成形体並びに燃料電池用セパレータを効率良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１４】
本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、膨張黒鉛を含む炭素材料と、液状化合物とを必須成分として含有する。
【００１５】
エポキシ樹脂は、エポキシ基を2個以上有する化合物であり、従来公知のものを利用することが出来る。具体的には、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、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型のエポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、トリス・ヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシンエポサイド、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂；脂環式エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；ナフタレン型エポキシ樹脂；グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。中でも、耐熱性と強度の高い成形体が得られるため、多官能型エポキシ樹脂が本発明においては好適に使用される。尚、エポキシ当量は好ましくは50以上500以下であり、更に好ましくは100以上300以下である。エポキシ当量が低すぎる場合は、成形体が脆くなる。一方、エポキシ当量が高すぎる場合は耐熱性と強度の低い成形体しか得られなくなる。
【００１６】
エポキシ樹脂は、硬化剤と反応することによって、エポキシ硬化物を生成する。硬化剤も各種公知の化合物を使用することができる。例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、Ｎ-アミノエチルピペラジン、m-キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等の脂肪族、脂環式、芳香族のポリアミンまたはその炭酸塩；無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ドデシル無水コハク酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、ポリアゼライン酸無水物等の酸無水物；フェノールノボラック、クレゾールノボラックのようなポリフェノール；ポリメルカプタン；トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、イミダゾール、エチルメチルイミダゾール等のアニオン重合触媒；ＢＦ3やその錯体のようなカチオン重合触媒；更には熱分解や光分解によって上記化合物を生成する潜在性硬化剤等が挙げられるが、これらに限定されない。複数の硬化剤を併用することもできる。
【００１７】
上記の硬化剤の中で、ポリアミンやその炭酸塩、酸無水物、ポリフェノール、ポリメルカプタン等の硬化剤は、自身がエポキシ化合物と重付加反応してエポキシ硬化物を構成するので、重付加型硬化剤と呼ばれる。重付加型硬化剤の過不足は未反応官能基の残存につながる故、添加量には適正域が存在する。一般に、エポキシ樹脂前駆体のエポキシ基１個当たり０．７〜１．２当量の、特に０．８〜１．１当量の重付加型硬化剤を使用するのが好ましい。一方、アニオン重合触媒及びカチオン重合触媒は、エポキシ基の付加重合触媒として作用するものであり、それ故、適正添加域は存在せず、添加量は反応速度に応じて決定することができる。これら触媒は、触媒型硬化剤あるいは付加型硬化剤と呼ばれる。また、これら触媒を重付加型硬化剤と併用して用いる場合は、重合付加型硬化剤による硬化反応を促進させるため、硬化促進剤とも呼ばれる。これら硬化剤の種類、量と熱硬化性樹脂樹脂の種類、硬化促進剤の種類、量を種々に選択することにより、熱硬化性樹脂樹脂の硬化速度を任意に変化させることができる。当業者であれば、所望の硬化条件に合わせ、熱硬化性樹脂や硬化剤や硬化促進剤の種類及び使用量を決定することは容易であろう。
【００１８】
本発明では、硬化剤としてフェノール性水酸基を２個以上有する化合物が好ましい。このような化合物としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡノボラック、アラルキル型フェノールノボラック、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、ナフトールノボラック、フェノールジシクロペンタジエン樹脂のようなポリフェノールやビスフェノールＡが挙げられる。これらフェノール性水酸基を２個以上有する硬化剤は、耐熱性の高い成形体を得ることが出来る。
【００１９】
炭素材料は、膨張黒鉛を必須成分として含む。通常の鱗片状黒鉛は、薄板状の結晶が積層されたものである。これに対して、膨張黒鉛とは、鱗片状黒鉛を濃硫酸や硝酸や過酸化水素水等で処理し、薄板状結晶の隙間にこれら薬液をインターカレートさせ、更に加熱してインターカレートされた薬液が気化する際に薄板状結晶の隙間を広げることによって得られる黒鉛である。膨張黒鉛は、鱗片状黒鉛や球状黒鉛と比較して嵩密度が低く、表面積が大きく、粒子はより薄い薄板状となっているため、樹脂と混合した際に容易に導電パスを形成し、成形体の導電性が飛躍的に向上する。そのため、使用量を低減でき、相対的に樹脂量を増すことができるため、樹脂組成物の流動性を高めることができる。また、膨張黒鉛は薄板状となっているため、人造黒鉛や天然黒鉛と比較して柔軟であり、得られる成形体も柔軟なものとなる。
【００２０】
炭素材料の全てを膨張黒鉛としてもよく、一部を膨張黒鉛とし、それ以外を他の炭素材料としても良い。他の炭素材料としては、例えば、鱗片状人造黒鉛、球状人造黒鉛、天然の鱗辺状黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノホーン等が挙げられるが、これらに限定されない。炭素材料に占める膨張黒鉛の割合は、好ましくは10〜100質量％、より好ましくは20〜80質量％、更に好ましくは30〜70質量％、特に好ましくは40〜60質量％である。膨張黒鉛の比率が低い場合は、接触抵抗が高くなる。また、膨張黒鉛は嵩密度が低いため、膨張黒鉛の比率が高い場合はコンパウンド作製の混練時の材料ハンドリング性が悪く、作業環境を汚す懸念がある。
【００２１】
また、炭素材料は、樹脂組成物全量の35〜85質量％とする必要がある。炭素材料の比率が低すぎる場合は導電性が低下する。一方で、炭素材料の比率が高すぎる場合は強度が低くなり、また、コンパウンドの流動性が低くなるため、熱圧縮成形や射出成形の際に金型内に射出した再に金型内で成形材料の圧力分布が大きくなり、得られる成形体の寸法精度が悪くなるため問題である。
【００２２】
液状化合物は、上記したエポキシ樹脂及び硬化剤の少なくとも一方と反応し、分子中にエポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、一級アミノ基または二級アミノ基を有し、更には軟化温度または融点が30℃以下の化合物である。
【００２３】
また、液状化合物は、粘度が低いほど好ましく、好ましくは25℃の粘度が25Pa・s以下、更に好ましくは5Pa・ｓ以下、特に好ましくは0.5Pa・s以下である。この範囲の粘度の液状化合物を使用することにより、導電性と成形性に優れた導電性エポキシ樹脂組成物が得られる。
【００２４】
更に、液状化合物物は水溶性であることが好ましい。水溶性の液状化合物を使用することにより、非水溶性の液状化合物を使用した場合よりも導電性が向上する。そのため、炭素材料の比率を低くすることが可能となり、成形材料の流動性が高まり、従来の技術では困難であった流動性と導電性の両立が可能となる。また、炭素材料の比率を少なくしてバインダー成分である樹脂の比率を高くすることで、得られる成形体は強度も高いものとなる。尚、本発明における水溶性とは、25℃における水への溶解度が70%以上であることを示す。水への溶解度は高いものほど好ましく、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上である。
【００２５】
このような水溶性の液状化合物として、具体的には下記に示されるエチレングリコールグリシジルエーテル(n=1の場合、水への溶解度99%以上)またはポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(n>1の場合、水への溶解度99%以上)、プロピレングリコールジグリシジルエーテル(n=1の場合、水への溶解度75%)または ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル(n>1の場合、水への溶解度89%以上)、ソルビトールポリグリシジルエーテル(水への溶解度95%)、ポリグリセロールポルグリシジルエーテル(水への溶解度99%以上)、ジグリセロールポリグリシジルエーテル(水への溶解度88%)、グリセロールジグリシジルエーテル(水への溶解度99%以上)、フェノールポリエチレンオキサイドグリシジルエーテル(水への溶解度99%以上)、ラウリルアルコールポリエチレンオキサイドグリシジルエーテル(水への溶解度99%以上)等を挙げることができる。
【００２６】
【化３】
2006213786.tif 000004
【００２７】
また、非水溶性の液状化合物としては、下記に示される分子量1000以下のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチルプロパンジグリシジルエーテル、トリメチルプロパントリグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２エチルヘキシルグリシジルエーテル、p-tert-ブチルフェニルグリシジルエーテル、ラウリルアルコールグリシジルエーテル、ポリブタジエンジグリシジルエーテル、ジグルシジル-o-フタレート、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、4−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、4-メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、4-メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチル-3,6  エンドメチレン-1,2,3,6-テトラヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。
【００２８】
【化４】
2006213786.tif 000005
【００２９】
これらの中では、先に述べた理由から、特に好ましい液状化合物はエチレングリコールグリシジルエーテル(n=1の場合、水への溶解度99%以上)またはポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(n>1の場合、水への溶解度99%以上)である。
【００３０】
液状化合物の添加量が多いと、成形材料の流動性が高くなり、成形性や寸法精度が向上する。しかし、液状化合物の添加量が多すぎる場合は、強度や耐熱性が低くなるため問題である、よって、本発明における液状化合物は好ましい添加量が存在する。本発明における液状化合物の添加量範囲は、組成物全量に対して好ましくは1〜20質量％、より好ましくは3〜10質量％である。
【００３１】
本発明では、カルナバワックス等の滑剤を添加して、成形加工時に金型や混練機への貼りつきを防止することも可能である。滑剤としてはステアリン酸やモンタン酸ワックスやこれらの金属塩等の使用も可能である。また、導電性を低下させない範囲で、ガラス繊維、シリカ、タルク、クレー、炭酸カルシウム等の無機充填材や、木粉等の有機充填材、可塑剤を添加することも可能である。
【００３２】
本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、上記の各材料を溶融混合して得られる。尚、溶融混合の前に、ドライミックスによって予備混合を行ってもよい。混合に使用する装置としては各種の混合装置を使用することができる。例えば、ヘンシェルミキサー、リボンミキサー、プラネタリーミキサー、モルタルミキサー、コーンミキサー、Vミキサー、加圧ニーダー、パドルミキサー、二軸押出機、単軸押出機、バンバリーミキサー、二本ロールミル、三本ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されない。更に必要に応じて、混合した材料を粉砕または造粒化、更に分級することもできる。
【００３３】
また、導電性エポキシ樹脂組成物は、特に導電性及び流動性に優れたものとなるため、これを成形原料に用いることにより、機械的強度に優れかつ高い導電性を有する成形体を得ることができる。また、高流動性であることから、射出成形やトランスファー成形が可能であり、生産性にも優れる。
【００３４】
本発明はまた、上記の導電性エポキシ樹脂組成物を成形してなる燃料電池用セパレータを提供する。成形方法としては、生産性に優れる射出成形が好ましい。射出成形では流動性の高い成形材料を使用する必要があるが、上述のように本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、炭素材料が高導電性の膨張黒鉛を含むためその含有量が少なくて済み、更に液状化合物により低粘度化されるため、射出成形が可能な程度にまで流動性が高められている。以下に、射出成形条件の一例を示す。
【００３５】
シリンダー温度は、ホッパ下からノズルに向かって段階的に高くなるように設定される。ホッパ下の設定温度は好ましくは30℃〜80℃、更に好ましくは40〜60℃である。ホッパ下の温度が高すぎる場合は、射出成形時にシリンダー内で導電性エポキシ樹脂組成物が逆流して金型のキャビティを充填できない場合がある。また、ホッパ下の温度が低すぎる場合は、スクリューでシリンダーの先端に移送された導電性エポキシ樹脂組成物が十分に溶融せず、流動性不足により金型のキャビティを充填できない場合がある。一方、ノズル部の温度は好ましくは50〜120℃、更に好ましくは70〜100℃である。ノズル部の温度が高すぎる場合は、シリンダー内でエポキシ樹脂が硬化してシリンダーから導電性エポキシ樹脂組成物を射出できなくなる場合がある。また、ノズル部の温度が低すぎる場合は、導電性エポキシ樹脂組成物が十分に溶融せず、流動性不足により金型のキャビティを充填できない場合がある。
【００３６】
金型温度は好ましくは150〜200℃、より好ましくは160〜190℃である。金型温度が低すぎる場合は、導電性エポキシ樹脂組成物の流動性が不足して金型のキャビティを充填できない場合が発生したり、硬化に長時間要する。また、金型温度が高すぎる場合は、金型への射出開始から硬化による流動停止までの時間が短くなるため、金型のキャビティに導電性エポキシ樹脂組成物を充填できなくなる場合がある。
【００３７】
射出圧力は10〜250ＭＰａ、硬化時間は20秒〜10分とすることができるが、シリンダー温度や金型温度と同様に、使用するエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤の各種類、燃料電池用セパレータの形状等により適宜条件を設定すればよい。必要に応じて、成形後に切削加工を施すことも可能である。
【００３８】
また、圧縮成形も可能であり、金型温度は150℃〜220℃程度が適当である。導電性エポキシ樹脂組成物の流動性が高いことにより、金型の転写性が良好となるため、熱圧縮成形においても寸法精度に優れた燃料電池用セパレータを得ることができる。
【００３９】
本発明の重要な点は、膨張黒鉛と液状化合物とを併用することにある。膨張黒鉛を用いずに天然黒鉛や人造黒鉛等の一般的な黒鉛を用いた場合は、液状化合物の有無に関わらず、導電性はほぼ同等である。これに対し膨張黒鉛と液状化合物とを併用することで、導電性が大幅に向上する。更に液状化合物の作用で、導電性エポキシ樹脂組成物の流動性が向上し、成形性に優れたものとなるという効果もある。そのため、導電性エポキシ樹脂組成物は、従来では困難であった流動性と導電性という相反する特性を兼ね備え、得られる燃料電池用セパレータ等の成形体も機械的強度及び導電性に優れたものとなる。
【００４０】
本発明者らは、膨張黒鉛と液状化合物とを併用することにより導電性が向上する理由について、以下のように考えている。第一の理由は、導電性エポキシ樹脂組成物は上記の各材料を混練して得られるが、その際、混練物に作用する剪断力が液状化合物により低減され、膨張黒鉛の破砕を防ぐことにある。膨張黒鉛は薄片状の形状をしており、その形状が維持されれば容易に導電パスを形成するが、その形状のため混練時の剪断力で容易に破砕されて導電性が低下する。これに対し液状化合物を添加することで、混練物が低粘度化して混練時の剪断力が低減し、膨張黒鉛の破砕が防止されて混練後も大きな粒径が保持されるため、容易に導電パスを形成して導電性が向上する。また、混練時のみならず、射出成形する場合も、射出成形機のシリンダー内でスクリューによる剪断力を低減することができる。液状化合物を添加していない導電性エポキシ樹脂組成物では、熱圧縮成形品の方が射出成形品よりも導電性が高くなるが、本発明の導電性エポキシ樹脂組成物では射出成形品であっても十分に高い導電性を保持している。天然黒鉛や人造黒鉛等の一般的な黒鉛を使用すると、混練時や射出成形機のシリンダーで破砕され難いため、液状化合物の有無に関わらず導電性は同等である。更に、天然黒鉛や人造黒鉛は導電パスを容易に形成できないため、導電性を確保するためにはこれらを多量に添加する必要があり、流動性が低下してしまうという問題がある。
【００４１】
第二の理由は、液状化合物の添加により導電性エポキシ樹脂組成物が可塑化されて低粘度化し、膨張黒鉛の凝集を促進して導電パスが容易に形成されることである。北原文雄著の「分散・凝集の解明と応用技術」（テクノシステム発行）によると、粒子分散系における粒子の凝集と分散とを扱う一般的な理論であるDLVO理論から、粒子には凝集力と斥力のそれぞれの力が作用しているが、凝集するためには斥力のエネルギー障壁を超えるための運動エネルギーを粒子に与えればよいことになる。分散媒中での粒子の運動エネルギーは、ブラウン運動である。下記（１）式はブラウン運動の式であり、ブラウン運動により粒子が時間tの間に動く平均距離xを示している。尚、Rは気体定数、Tは絶対温度、NAはアボガドロ数、ηは分散媒の粘度である。
【００４２】
【数１】
2006213786.tif 000006
【００４３】
ブラウン運動を高めるためには、xが大きい値を採ればよく、更にそのためには分散媒(エポキシ樹脂)の粘度ηを低くすればよい。分散媒であるエポキシ樹脂の粘度を低くするためには、液状化合物を添加すればよいことになる。また、引力ポテンシャルVaに注目すると、引力ポテンシャルVaが大きいものほど粒子は凝集しやすくなる。引力ポテンシャルVaは下記（２）式で近似され、AはHamaker定数と呼ばれる分散媒と粒子の材質に依存する定数、aは粒子半径、Hは粒子間距離である。
Va = - Aa/(12H)     ・・・（２）                       
【００４４】
（２）式から、粒子半径aが大きく、粒子間距離Ｈが小さいものほどVaの値は小さくなり、粒子は凝集しやすくなる。膨張黒鉛は薄片状であるため、粒子半径aが大きく、粒子間距離Ｈが小さくなり、それ自体が凝集しやすい性質を有している。そのため、液状化合物を添加してエポキシ樹脂を低粘度化して凝集しやすくすると、容易に凝集して導電パスを形成して導電性が向上する。これに対し人造黒鉛や天然黒鉛等の一般的な黒鉛材料では、アスペクト比が小さいために粒子半径aが小さく、粒子間距離Ｈが大きいため、液状化合物を添加してエポキシ樹脂を低粘度化しても、凝集せずに導電パスが形成されない。
【００４５】
また、水溶性の液状化合物を使用すると、エポキシ樹脂または硬化剤と反応することで、エポキシ樹脂が親水性のものとなる。膨張黒鉛は疎水性であるため、親水性のエポキシ樹脂との界面がより少なくなるように運動して凝集が促進されるようになる。これが、水溶性の液状化合物がより高い導電性を示す理由である。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明に更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１〜１１及び比較例１〜４）
表１に示す配合に従い、材料合計500gを10Lのヘンシェルミキサーで予備混合した後、1Lの加圧ニーダーで、チャンバー温度100℃で5分間混練した。これを粉砕機で粒径約2mmの粒子状に粉砕して成形材料とし、熱圧縮成形と射出成形を行った。尚、表１の配合の単位は質量%である。
【００４８】
（熱圧縮成形品の作製）
成形材料約35gを、予め170℃に予熱した100×100×2mmまたは100×100×4mmの形状の金型に充填し、熱プレスで170℃で10分間熱圧縮成形した。
【００４９】
（射出成形品の作製）
射出成形機は型締め力80tの熱硬化性樹脂用成形機(菱屋精工製)を用い、シリンダー温度はホッパ下50℃、ノズルは90℃とし、金型温度は170℃とし、射出速度20mm/sec、硬化時間は60〜180秒とした。成形圧力は30〜70MPaの範囲で適宜設定した。そして、成形材料を、１辺100mm、厚さ2mmの正方形薄板状の形状に射出成形した。
【００５０】
各成形体に切断加工を施して試験体とし、下記に示す導電性の評価を行った。尚、成形体に膨れが生じた場合は、膨れの無い箇所を切り取って試験体とした。
【００５１】
(導電性の評価)
図２に示す方法で貫通方向の抵抗を測定し、導電性の評価を行った。試験体から切り出した試料21を、カーボンペーパー22を介して電極23にセットし、電極間に流した電流（電流計24で測定）とカーボンペーパー間の電圧（電圧計25で測定）から、電気抵抗を計算し、これに試料面積を掛けて貫通方向の抵抗率とした。結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2006213786.tif 000007
【００５３】
各実施例及び比較例は、何れもエポキシ樹脂としてビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールノボラック、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィンを使用している。実施例ではエポキシ樹脂または硬化剤の一部を液状化合物で置換しており、炭素材料として膨張黒鉛と人造黒鉛との等量混合物を用いている。
【００５４】
これに対し比較例１は、炭素材料の種類と量は各実施例と同じであるが、液状化合物を添加していない。各実施例と比較例１とを比較すると、液状化合物を添加している実施例は、熱圧縮成形品、射出成形品ともに電気抵抗が低く、良好な導電性を保持している。また、射出成形品は熱圧縮成形品よりも電気抵抗がやや高いが、差異は20％以下であり大幅な差異はない。これに対し比較例１は熱圧縮成形品、射出成形品ともに電気抵抗が各実施例と比較して高くなる。また、射出成形品は熱圧縮成形品と比較して電気抵抗が大幅に上昇している。このように、液状化合物の添加により、電気抵抗が低くなること、並びに射出成形しても熱圧縮成形品と同程度の電気抵抗が保持されることがわかる。
【００５５】
比較例２は実施例２と同じ液状化合物を使用しているが、炭素材料として人造黒鉛のみを使用している。比較例３は比較例２から液状化合物を抜いたものである。各実施例と比較例２を比較すると、膨張黒鉛を使用している各実施例は電気抵抗が大幅に低くなっている。比較例２と比較例３とを比較すると、比較例２では液状化合物を使用しているにもかかわらず、電気抵抗は液状樹脂を使用していない比較例３と大幅な差異はない。このことから、膨張黒鉛と液状化合物とを併用した場合のみ、導電性が向上することがわかる。また、比較例２及び比較例３はともに、熱圧縮成形品と射出成形品とで導電性の差異が各実施例と比べて大きい。このことから、膨張黒鉛と液状化合物とを併用した場合のみ、射出成形しても熱圧縮成形品と同程度の電気抵抗が保持されることがわかる。
【００５６】
比較例４は、液状化合物が過剰で、かつ硬化剤を添加しない配合を示しているが、熱圧縮成形及び射出成形を試みたが、共に成形できなかった。
【００５７】
実施例を詳細に比較すると、液状化合物の添加量は実施例１＜実施例２＜実施例３または実施例８＜実施例９＜実施例１０の順であるが、この順番で電気抵抗が低くなっており、液状化合物の添加で導電性が向上する傾向が明確に現れている。粘度が同一であり、水溶性の液状化合物を使用している実施例１と非水溶性の液状化合物を使用している実施例７及び実施例８とを比較すると、実施例１の方が電気抵抗が低くなる。このことから、水溶性の液状化合物を添加する方が導電性の向上に効果的であることがわかる。また、液状化合物の粘度は、実施例２＜実施例４＜実施例５の順であるが、粘度が低いものほど電気抵抗が低くなっており、低粘度の液状化合物を添加する方が導電性の向上に効果的であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】燃料電池用セパレータの一例を示す概略斜視図である。
【図２】実施例において全抵抗の測定方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  燃料電池用セパレータ
１１  平板部
１２  隔壁
１３  チャネル
【図１】
2006213786.tif 000009
【図２】
2006213786.tif 000010