(57)【要約】【課題】  燃料電池セパレータを作製するために用いる燃料電池セパレータ用プリプレグであって、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて成形される燃料電池セパレータは優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、さらに成形性が良好で効率的に生産することができる燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。【解決手段】  樹脂組成物を基材に含浸させて成る燃料電池用プリプレグであって、この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであり、且つ燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が４０〜７０質量％の範囲であることとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂組成物を基材に含浸させて成る燃料電池用プリプレグであって、この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであり、且つ燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が４０〜７０質量％の範囲であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項２】
基材が、炭素繊維、黒鉛不織布、ガラス繊維、ガラス不織布のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項３】
熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂を含むものであり、且つ硬化触媒及び硬化開始剤を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項４】
エポキシ樹脂の融点が７０〜１３０℃の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項５】
硬化触媒としてリン系化合物を含有することを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項６】
エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比が、１.００〜１．１５であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項７】
熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂を含むものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項８】
フェノール樹脂は、融点が７０〜８０℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項９】
黒鉛粒子が、球状天然黒鉛、平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛より選ばれる少なくとも一種を含むものであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグをインサート成形して成ることを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグを用いた燃料電池セパレータの製造方法であって、前記燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して被圧体とし、この被圧体を加熱加圧して成形することを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、燃料電池用プリプレグ及びこの燃料電池用プリプレグから成る燃料電池用セパレータ、並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油や石炭などの化石燃料の燃焼などによって排出される二酸化炭素が一因とされる地球温暖化が環境問題として取り上げられている。このような中、省エネルギー効果が期待でき、クリーンな発電システムとして燃料電池が注目され、様々な分野において実用化が検討されている。
【０００３】
図１は燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図であり、この図によれば、電解質（１）を挟むように燃料極（マイナスの電極）（２）と空気極（プラスの電極）（３）が配置され、その両側には、両側面に複数個の凸部（５）が形成されている燃料電池セパレータ（４）が配置され、単電池（単位セル）が構成されいる。前記凸部（５）は、隣り合う凸部（５）同士の間で、燃料である水素と酸素の流路であるガス供給排出用溝（６）を構成している。このガス供給排出用溝（６）は、燃料電池内を流れる水素、酸素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、燃料電池の単位セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり単位セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。
【０００４】
そして、上記の単位セルを数十個〜数百個積み重ねて電池本体（セルスタック）を形成している。この単位セルにおいては、電解質（１）を介して対向する一対の電極のうち燃料極（２）に水素を、空気極（３）に酸素を供給して、水素と酸素の電気化学反応により直接電気エネルギーに変換される。
【０００５】
すなわち、水素は、燃料極（２）中の触媒の働きにより、電子を切り離して水素イオンになり、この水素イオンは電解質（１）の中を移動する。水素イオンは、対向する電極である空気極（３）に供給された酸素と、外部回路を通じて戻ってきた電子と反応して水となる。そして、この外部回路を通じて電子が移動することで電気が発生するものである。
【０００６】
電解質（１）は、水酸化カリウム、リン酸、高分子膜等の種類があり、その種類によって燃料電池はそれぞれアルカリ型、リン酸型、固体高分子型に分類される。
【０００７】
これらのなかでも、特に固体高分子型燃料電池は、作動温度が常温〜約１２０℃程度と低く、小型化が可能なので、家庭向け、自動車などの用途への適用が期待されている。
【０００８】
このような燃料電池において、燃料電池セパレータ（４）は、優れた導電性や耐食性と共に、ガスの不透過性や、機械的強度、耐衝撃性を有することが強く求められており、これまでに数々の燃料電池セパレータやその製造方法が提案されている。
【０００９】
燃料電池セパレータの製造方法としては、微細な空隙部を有する金属材料からなる３次元網目状構造物にフェノール樹脂、エポキシ樹脂等を含浸させてプリプレグを作成し、ついでプレス成形して加熱硬化させる方法が提案されている（例えば特許文献１）。また、燃料電池セパレータ（４）としては、リブ部及び平坦部を有する燃料電池セパレータにおいて、平坦部が膨張黒鉛粉と固形樹脂の混合物を含む層及び固形樹脂を含有した絶縁性を有する材料を含む層からなり、かつ膨張黒鉛粉と混合する固形樹脂の融点と絶縁性を有する材料に含有する固形樹脂の融点がほぼ同等である燃料電池セパレータ（４）（例えば特許文献２）や、板厚のばらつきが０.１５ｍｍ以下の燃料電池セパレータ（４）（例えば特許文献３）が提案されており、さらには、炭素質粉末を被覆する樹脂被覆層と、この樹脂被覆層を形成する樹脂よりも高耐熱性の樹脂強化層とで形成された燃料電池セパレータ成形用複合材も提案されている（例えば特許文献４）。
【００１０】
しかしながら、これまでに提案された上記のような燃料電池セパレータは、家庭用据え置き型燃料電池セパレータとして使用するには十分な機械的強度を有するものであるが、過酷な条件で使用される車載用燃料電池のセパレータとして用いる場合には、セパレータの端部にクラックが生じたりするなど現状実用化されるまでの機械的強度を有していないのが実情である。
【特許文献１】特開２０００−１６４２２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７６２３号公報
【特許文献３】特開２００３−１９７２１５号公報
【特許文献４】特開２００３−２５７４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この出願の発明は、以上の通りの背景から、燃料電池セパレータを作製するために用いる燃料電池セパレータ用プリプレグであって、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて成形される燃料電池セパレータは優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、さらに成形性が良好で効率的に生産することができる燃料電池セパレータ用プリプレグ及びこの燃料電池用プリプレグから成る燃料電池用セパレータ、並びにその製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この出願は、上記の課題を解決するものとして、以下の発明を提供する。
【００１３】
第１には、脂組成物を基材に含浸させて成る燃料電池用プリプレグであって、この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであり、且つ燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が４０〜７０質量％の範囲であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００１４】
第２には、上記基材が、炭素繊維、黒鉛不織布、ガラス繊維、ガラス不織布であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００１５】
第３には、上記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂を含むものであり、且つ硬化触媒及び硬化開始剤を含有することを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００１６】
第４には、上記エポキシ樹脂の融点が７０〜１３０℃の範囲であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００１７】
第５には、上記硬化触媒としてリン系化合物を含有することを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００１８】
第６には、上記エポキシ樹脂に対する上記硬化開始剤の化学量論上の当量比が、１.００〜１．１５であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００１９】
第７には、上記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂を含むものであることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００２０】
第８には、上記フェノール樹脂は、融点が７０〜８０℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００２１】
第９には、上記黒鉛粒子が、球状天然黒鉛、平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛より選ばれる少なくとも一種を含むものであることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。
【００２２】
第１０には、上記の燃料電池セパレータ用プリプレグをインサート成形して成ることを特徴とする燃料電池セパレータを提供する。
【００２３】
第１１には、上記の燃料電池セパレータ用プリプレグを用いた燃料電池セパレータの製造方法であって、前記燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して被圧体とし、この被圧体を加熱加圧して成形することを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
上記第１の発明の燃料電池セパレータ用プリプレグでは、樹脂組成物を基材に含浸させて、この樹脂組成物は熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであり、且つ燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が４０〜７０質量％の範囲とすることにより、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて成形される燃料電池セパレータは優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、成形性が良好であり効率的に生産される。
【００２５】
また、上記第２の発明によれば、基材が、炭素繊維、黒鉛不織布、ガラス繊維、ガラス不織布のいずれかとすることで、上記第１の発明の効果とともに、より優れた機械的強度を有する燃料電池セパレータ用プリプレグが得られる。
【００２６】
また、上記第３の発明によれば、熱硬化性樹脂成分として、エポキシ樹脂を含み、且つ硬化触媒及び硬化開始剤を含有することにより、上記第１、第２の発明の効果とともに、成形性や寸法安定性が良好な燃料電池セパレータ用プリプレグが得られる。
【００２７】
上記第４の発明によれば、エポキシ樹脂の融点を７０〜１３０℃の範囲とすることにより、分散性が良好で熱安定性が高く、取り扱い性が容易な燃料電池セパレータ用プリプレグが得られ、上記第５の発明では、硬化触媒としてリン系化合物を含有することにより、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて得られる燃料電池セパレータからの不純物の溶出が抑えられる。さらに、上記第６の発明によれば、エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比を１.００〜１．１５とすることで、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有すると共に、成形性が良く、不純物溶出の少ない燃料電池セパレータを製造することが可能となる。
【００２８】
上記第７の発明によれば、熱硬化性樹脂成分としてフェノール樹脂を含有することにより、上記第１から第６の発明の効果とともに、これを用いた燃料電池セパレータの成形性が良好となり、得られる燃料電池セパレータの気密性も高くなる。
【００２９】
また、上記８の発明によれば、フェノール樹脂の融点が７０〜８０℃の範囲にあるフェノール樹脂とすることにより、成形性がよく、取り扱いが容易な燃料電池セパレータ用プリプレグが得られる。
【００３０】
さらに、上記９の発明によれば、黒鉛粒子を、球状天然黒鉛、平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛より選ばれる少なくとも一種を含むものとすることにより、上記第１から第８の発明の効果とともに、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータは、さらに優れた導電性とすることができる。また、燃料電池セパレータを実際に使用した場合には、燃料電池セパレータからの不純物の溶出を抑えることができる。
【００３１】
上記第１０の発明の燃料電池セパレータによれば、上記の燃料電池セパレータ用プリプレグをインサート成形するため、成形が容易であり、燃料電池セパレータが効率的に生産される。
【００３２】
上記第１１の発明の燃料電池セパレータの製造方法によれば、上記燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して被圧体とし、この被圧体を加熱加圧して成形することで燃料電池セパレータが製造され、簡便且つ効率よく生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下、さらに詳しく発明の実施の形態について説明する。なお、図１は前述した通り、燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図である。
【００３４】
この出願の発明に係る燃料電池セパレータ用プリプレグは、樹脂組成物を基材に含浸させて成る燃料電池用プリプレグであって、この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであり、且つ燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が４０〜７０質量％の範囲とするものである。
【００３５】
黒鉛粒子は、燃料電池セパレータ用プリプレグの電気比抵抗を低減させ、導電性を向上させるために含有されるもので、上記のように平均粒径１〜１５０μｍの範囲のものが用いられるが、平均粒径が１μｍ未満の場合には燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）の成形性が低下する恐れがあるため好ましくない。１５０μｍを超える場合には燃料電池セパレータ（４）の表面平滑性が損なわれたり、機械的強度が低下するなどの問題を生じる恐れがあるため好ましくない。
【００３６】
基材については、炭素繊維、黒鉛不織布、ガラス繊維、ガラス不織布のいずれかであることが好ましい。これらは、一般に市販されているものを使用してもよく、また、市販されている炭素繊維などのプリプレグを代用してもよい。これらは、強度・弾性が大きく、耐熱性や耐薬品性に優れ、さらに軽量であることから、燃料電池セパレータ用プリプレグの基材として用いることで、燃料電池セパレータ用プリプレグの機械的強度、耐食性といった性能の向上や軽量化を図ることができる。
【００３７】
この出願の発明の燃料電池セパレータ用プリプレグは、上記のような樹脂組成物を基材に含浸させ、さらに乾燥させて、導電性基材中の樹脂組成物を半硬化（Ｂステージ状態）させて得られる。その含浸方法については特に制限されることはなく、例えば樹脂組成物を有機溶媒に溶解させて樹脂ワニスを調製し、この樹脂ワニスに導電性基材を浸漬するなどして、導電性基材に樹脂ワニスを含浸させるようにしてもよい。有機溶媒としては、各種の溶媒を用いることができ、例えばメチルエチルケトン、トルエン、ベンゼン、ケトン、ホルムアミド、アルコールなどが考慮される。
【００３８】
プリプレグの製造方法や製造条件は、特に制限されることはなく、既知の方法や条件により製造される。例えば、基材に樹脂組成物を含浸させた後は、８０〜１８０℃の温度で、適宜の時間が設定され加熱乾燥される。この時、加熱乾燥が不十分であると燃料電池セパレータ用プリプレグ内部の有機溶媒が除去されなく、燃料電池セパレータ用プリプレグの表層部と内部の樹脂組成物の濃度差によって歪が生じ、燃料電池セパレータ用プリプレグの表層部には微細なクラックが発生してしまう可能性がある。また、加熱乾燥を過度に行った場合には、燃料電池セパレータ用プリプレグの表層部では筋むらや樹脂垂れが発生する可能性がある。
【００３９】
また、燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率は、プリプレグ全体の質量に対して４０〜７０質量％となるように含浸させることが好ましく、これによって優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有する燃料電池セパレータ用プリプレグを得ることができる。４０質量％未満では、ガスの不透過性が低下し、７０質量％より大きい場合には、導電性が低下してしまうため好ましくない。
【００４０】
熱硬化性樹脂としては、例えば、工ポキシ樹脂、フェノール樹脂、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など各種の樹脂が考慮され、これらの樹脂より選ばれる少なくとも一種の樹脂を用いることができるが、樹脂成形に適用可能であれば特に制限されることはない。樹脂粘度や不純物の少なさなどから、これらの熱硬化性樹脂のうち、特に工ポキシ樹脂とフェノール樹脂のうち少なくともいずれか一方を含むことが好ましく、更には、イオン性不純物が少ないエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂が含まれる場合には、硬化触媒及び硬化開始剤が含有されることが考慮される。
【００４１】
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含む場合は、熱硬化性樹脂全量に対して、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との合計量が、５０〜１００質量％の範囲にあることが考慮される。
【００４２】
また、工ポキシ樹脂やフェノール樹脂と共にポリイミド樹脂を使用することで、耐熱性や耐酸性の向上に効果が期待できる。例えば、ビスマレイミド樹脂である４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドを用いてもよい。
【００４３】
エポキシ樹脂としては、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、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、環状脂肪族エポキシ樹脂など各種のエポキシ樹脂が考慮されるが、好ましくはクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いる。
【００４４】
工ポキシ樹脂の融点としては、７０〜１３０℃が好ましい範囲として考慮される。これにより、工ポキシ樹脂を粉砕後、常温での形状が安定し成形時の取り扱い性が向上する。融点が７０℃未満の場合には、樹脂が凝集しやすく取り扱い性が低下し、１３０℃より高い場合には、後工程である樹脂組成物の混練が困難となる場合があるので好ましくない。
【００４５】
このエポキシ樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂全量に対して５０〜１００重量％の範囲でで含有させることが考慮される。
【００４６】
また、低粘度のエポキシ樹脂を選択することによって、成形性を維持し、黒鉛粒子を高充填化することができる。
【００４７】
上記のようなエポキシ樹脂を用いる場合には、硬化触媒と硬化開始剤が含有されるが、通常のエポキシ樹脂に使用されているものであれば特に制限されることはない。硬化触媒としては、アミン系化合物、リン系化合物が考慮されるが、アミン系化合物は燃料電池の触媒を被毒する恐れがあるため、リン系化合物を用いることが好ましい。リン系化合物を用いることで、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）を実際に使用した場合に、燃料電池セパレータ（４）からの塩素イオンの溶出を低減させることができる。このようなリン系化合物としては、例えばトリフェニルホスフィンが考慮される。
【００４８】
このような硬化触媒の含有量は適宜設定されるが、好ましくはエポキシ樹脂に対して０.５〜３質量部の範囲となるようにするものである。
【００４９】
硬化開始剤としては、アミン系化合物、酸無水物系化合物、フェノール系化合物など各種の化合物が挙げられるが、硬化性、成形性が優れるフェノール系化合物を用いることが好ましい。アミン系化合物を用いる場合には、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）の電気伝導度を高い状態に維持することが困難となり、また燃料電池の触媒を被毒する恐れもある。酸無水物系化合物は耐酸性の環境下で加水分解して、電気伝導度が低下したり、不純物の溶出が増大してしまう恐れがある。
【００５０】
硬化開始剤の含有量としては、エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比が、１．００〜１．１５の範囲が好適である。このことで、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有する燃料電池セパレータを製造することができる。１.００より小さいと、十分な強度を得ることができなくなり、１.１５を越えると硬化開始剤が未反応で残り性能が低下すると共に、成形性が低下したり、不純物が溶出するため好ましくない。
【００５１】
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用いる場合には、フェノール樹脂として開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂を用いることが好ましい。このようなフェノール樹脂では、成形工程での脱水によるガス発生がないことから、成形品、すなわち燃料電池セパレータにおけるボイドの発生を防止でき、これにより高い気密性が確保される。このようなフェノール樹脂として、取扱いが容易な、融点が７０〜８０℃のレゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。このようなレゾール型フェノール樹脂としては、例えば核磁気共鳴法（13Ｃ−ＮＭＲ）で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造を有するレゾール型フェノール樹脂を用いることが考慮される。
【００５２】
このようなレゾール型フェノール樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂全量に対して、単独で使用しても良いし、エポキシ樹脂などと共に使用する場合は１０〜７０質量％の範囲が考慮される。
【００５３】
また、上記の熱硬化性樹脂に対して、カップリング剤、離型剤などの添加剤を含有させてもよい。カップリング剤は黒鉛粒子の表面改質のために用いられ、分散性や熱硬化性樹脂の強度を向上させることができ、離型剤は、燃料電池セパレータを成形する際の金型離型性を向上させることができる。
【００５４】
カップリング剤の種類としてはシリコン系、チタネート系、アプミニウム系化合物など各種のカップリング剤が考慮される。これらの中でも特にシリコン系カップリング剤のエポキシシランを用いることが好ましい。このようなカップリング剤の添加方法としては、熱硬化性樹脂に直接もしくは有機溶媒などで希釈して添加してもよいし、黒鉛粒子の表面に直接または有機溶媒などで希釈した溶液を噴射して処理してもよい。カップリング剤の添加量は、黒鉛粒子の比表面積と使用するカップリング剤の単位質量当たりの被覆面積から適宜設定される。例えば、使用するカップリング剤の被覆面積の総量が、黒鉛粒子の表面積の総量に対して、０．５〜２倍が好ましい範囲として考慮される。カップリング剤の添加量が多すぎると、成形時に金型表面を汚染する原因になるため好ましくない。
【００５５】
また、離型剤としては、炭化水素系化合物、アマイド系化合物、脂肪酸系化合物など各種の離型剤が考慮され、これらを複数種使用してもよい。例えば、天然カルナバワックスやモンタン酸ビスアマイドを用いることが好ましい。離型剤の含有量は、適宜設定されるが、組成物全量に対して０．１〜４．０質量％の範囲であることが好ましく、この含有量が０．１質量％未満では成形時に十分な金型離型性が得られず、また４．０質量％を超えると、金型表面が汚染したり、成形して得られる燃料電池セパレータ（４）に必要とされる水との濡れ性が十分に得られなくなる場合がある。
【００５６】
黒鉛粒子の含有量としては、樹脂組成物に対して７０〜９０質量％であることが好ましい。７０質量％未満の場合には、燃料電池セパレータ用プリプレグにおいて十分な導電性が得られなくなる恐れがあり、また９０質量％を超える場合にはガス不透過性やこの燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）の成形性や機械的強度が低下する恐れがあるため好ましくない。
【００５７】
また、上記黒鉛粒子としては、人造黒鉛、天然黒鉛のいずれかを含むものであってもよいし、双方を含んでいてもよい。人造黒鉛は、石油コークス類を原料とし、これを高温焼成、更に黒鉛化炉で無定形炭素を人工的に転移変成されており、極低灰分で異方性が少ないことから、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）を実際に使用した場合には、燃料電池セパレータ（４）からの不純物の溶出を抑えることができると共に、優れた導電性を得ることができるため好ましい。天然黒鉛は、結晶が良く発達しており、高い導電性を得ることができる。特に、球状天然黒鉛、葉片状の結晶でその平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛を用いることで、燃料電池セパレータ（４）の優れた導電性を得ることができるため好ましい。球状天然黒鉛は、例えば、球状化粉砕加工により配向性を抑えたものが考慮される。
【００５８】
また、この出願の発明の燃料電池セパレータ用プリプレグで形成される燃料電池セパレータ成形品の全有機体炭素（ＴＯＣ：ｔｏｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）が１００ｐｐｍ以下となるようにすることが好ましい。このことによって、燃料電池として特性の低下を抑制することができる。ＴＯＣが１００ｐｐｍを超える場合には、燃料電池として特性の低下が発生する恐れがあるため好ましくない。ＴＯＣの値は、高純度の原材料を選択したり、熱硬化性樹脂の当量比を調整したり、また、後硬化処理することによって低減させることができる。
【００５９】
また、樹脂組成物全体における水溶性イオンである塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量が、それぞれ樹脂組成物全量に対して５ｐｐｍ以下であることが好ましい。この値が５ｐｐｍを超える場合には燃料電池として電圧などの特性が低下する可能性があるため好ましくない。塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量は、樹脂組成物を成形して得られる燃料電池セパレータ成形品から水溶性イオンを抽出し、これをイオンクロマトグラフ法で評価測定したものを、樹脂組成物の質量に基づいて換算することで導出することができる。
【００６０】
さらに、この出願の発明においては、上記のような燃料電池セパレータ用プリプレグをインサート成形して燃料電池セパレータ（４）が提供される。
【００６１】
この製造方法としては、例えば、図１に示したような複数個の凸部（３）が形成されている燃料電池セパレータ（４）を得るために、上型と下型にそれぞれ凹部を設けた金型が用いられる。この下型の上に、所定枚数を積層して被圧体とした燃料電池セパレータ用プリプレグ積層材料と樹脂組成物からなる成形用シートを載置し、次いで上型をセットし、型締めして加熱圧縮する。成形条件としては、例えば金型温度は１５０〜３００℃、圧力は、９.８〜４９.３ＭＰａ（１００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ2）、成形時間は１０〜６０分の範囲が考慮される。これらの条件は、、燃料電池セパレータ用プリプレグの種類、熱硬化性樹脂の硬化特性、プレスの性能により適宜設定されるが、高温で成形することで成形サイクルを短縮することができるため、効率的に生産することができる。
【００６２】
このように上型、下型によって、燃料電池セパレータ用プリプレグと成形用シートが加熱圧縮成形されて、上型、下型に設けられた凹部が燃料電池セパレータ用プリプレグと成形用シートに転写され、固化した後、脱型することで複数個の凸部（５）を備えた燃料電池セパレータ（４）が得られる。この凸部（５）は、隣り合う凸部（５）同士の問で、燃料である水素と酸素の流路であるガス供給排出用溝（６）が構成される。
【００６３】
なお、基材として炭素繊維や黒鉛不織布を用いた燃料電池セパレータ用プリプレグをインサート成形する場合には、これら基材は導電性を有しているため、燃料電池セパレータ（４）全面に燃料電池セパレータ用プリプレグが用いることができる。基材としてガラス繊維やガラス不織布を用いた燃料電池セパレータ用プリプレグをインサート成形する場合には、これら基材は導電性を有していないため、図１において燃料電池セパレータ（４）のうち燃料極（２）、空気極（３）に対応する部分に用いることはできない。このため、燃料電池セパレータのうち、これら燃料極（２）、空気極（３）に対応する部分を除いた外周部に燃料電池セパレータ用プリプレグが用いられる。したがって、前記被圧体は、燃料電池セパレータ用プリプレグが燃料極（２）、空気極（３）に対応する部分を除いた外周部を構成するように下型に載置してインサート成形される。
【００６４】
ここで成形された燃料電池セパレータ（４）は、燃料電池セパレータ用プリプレグと同様に、優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有するものである。さらに、燃料電池セパレータ用プリプレグは樹脂組成物に比べ取り扱いが容易であるため、簡便且つ効率的に燃料電池セパレータ（４）を生産することができる。
【実施例】
【００６５】
＜実施例１〜１２＞
（成形用シートの製造）
表１に示した配合で、加熱した混練機に原料を入れ混練し、成形材料（樹脂組成物）を得た。この成形材料を圧延ロールを有するシート成形機を用いて５０℃、面圧１９．６ＭＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ2）、成形時間１０分の条件で、寸法が２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さが５ｍｍの成形用シートを得た。なお、混練機としては、Ｓ２ＫＲＣニーダー（栗本鉄工所（株）製）を使用した。
【００６６】
（燃料電池セパレータ用プリプレグの製造方法）
表１に示した配合で、黒鉛粒子を除いて成分をセパラブルフラスコに入れ、室温で３０分間攪拌し２５℃の樹脂液を得た。この樹脂液に黒鉛粒子を加え、ディスパーで１０００〜１５００ｒｐｍ下で５分間攪拌しこの出願の発明の樹脂ワニスとした。この樹脂ワニスは初期の粘度も小さく、析出現象もなく保存性に優れていることが確認された。
【００６７】
２４時間後にこの樹脂ワニス中に基材を含浸させ、１４０℃で４分間乾燥し、燃料電池セパレータ用プリプレグを得た。この燃料電池セパレータ用プリプレグは表面が平滑で樹脂の含浸ムラもなく、樹脂ワニスの良好な含浸性を裏付けるものであった。なお、燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が４５〜６５質量％となるように調整した。
【００６８】
表１中の各成分の詳細は以下の通りである。
樹脂Ａ：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬製「ＥＯＣＮ−１０２０」）、エポキシ当量１９９、融点７５℃
樹脂Ｂ：フェノールノボラック樹脂（硬化開始剤）（群栄化学工業社製「ＰＳＭ６２００」）、ＯＨ当量１０５
樹脂Ｃ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学工業社製「サンプルＡ」）、融点７５℃、核磁気共鳴法（13Ｃ−ＮＭＲ）で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造である。
硬化剤Ａ：トリフェニルホスフィン（硬化触媒）（北興化学工業社製「ＴＰＰ」）
黒鉛Ａ：人造黒鉛（中越黒鉛工業所社製「ＳＧＳ２０Ａ」）、平均粒径２０μｍ
黒鉛Ｂ：天然黒鉛（中越黒鉛工業所社製「ＷＦ０２５」）、平均粒径２５μｍ
黒鉛Ｃ：天然黒鉛（中越黒鉛工業所社製「ＷＲ１５」）、平均粒径１５μｍ
カップリング剤：エポキシシラン（日本ユニカ−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℃
炭素繊維：三菱レイヨン（株）製商品名「パイロフィル」、１５０ｇ／ｃｍ2
（燃料電池セパレータの製造方法）
所定枚数の燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して、これを被圧体とし、セパレータ金型で得られる燃料電池セパレータ成形品の板厚が１．５ｍｍになるような条件、即ち１８０℃、面圧１９．６ＭＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ2）の条件で、成形用シート／燃料電池セパレータ用プリプレグ／成形用シートとなるように燃料電池セパレータ用プリプレグを２枚の成形用シートに挟んで載置し、１０分間成形し燃料電池セパレータを得た。この燃料電池セパレータについて、成形性、ＴＯＣ測定、水溶性イオン分析、電気伝導度、曲げ強度、体積抵抗率を測定し、これらの結果を表1に示した。
【００６９】
（評価方法）
成形性：各実施例、比較例において、同一条件で３０個の燃料電池セパレータを成形し、それらの外観観察より充填不良の有無を確認し、その発生数で評価した。
【００７０】
ＴＯＣ測定：ＪＩＳ  Ｋ０５５１−４.３に従い、燃料電池セパレータ成形品をメタノールで１分間洗浄した後、イオン交換水にて１分間洗浄した。次いで、ガラスビン中に燃料電池セパレータ成形品とイオン交換水とを、成形品１０ｇに対してイオン交換水が１００ｍｌとなるように入れ、９０℃で５０時間処理した。処理後のイオン交換水中に燐酸を添加しｐＨ２以下に調整した後、東レエンジニアリング社製「東レアストロＴＯＣ自動分析計ＭＯＤＥＬ１８００」にて、湿式−赤外線式ＴＯＣ測定法でＴＯＣを測定した。
【００７１】
水溶性イオン分析：燃料電池セパレータ成形品をメタノールで１分間洗浄した後、イオン交換水にて１分間洗浄した。次いで、ポリエチレンビン中に成形品とイオン交換水とを、燃料電池セパレータ成形品１０ｇに対してイオン交換水が１００ｍｌとなるように入れ、９０℃で５０時間処理した。処理後のイオン交換水を島津製作所製イオンクロマトグラフィ「ＣＤＤ−６Ａ」にて測定した。
【００７２】
電気伝導度：燃料電池セパレータ成形品をメタノールで１分間洗浄した後、イオン交換水にて１分間洗浄した。次いで、ポリエチレンビン中に燃料電池セパレータ成形品とイオン交換水とを、燃料電池セパレータ成形品１０ｇに対してイオン交換水が１００ｍｌとなるように入れ、９０℃で５０時間処理した。処理後のイオン交換水を導電率計で測定した。
【００７３】
曲げ強度：ＪＩＳ  Ｋ６９１１に従い、燃料電池セパレータ成形品の溝のない部分を切り出して、曲げ強度を測定した。
体積抵抗率：ＪＩＳ  Ｋ７１９４に従い、燃料電池セパレータ成形品の溝のない部分を切り出して、体積抵抗率を測定した。
【００７４】
＜比較例＞
燃料電池セパレータ用プリプレグを用いずに燃料電池セパレータ成形品を作製した以外は、実施例１と同様の条件で評価した。
【００７５】
この結果を表１に示した。
【００７６】
【表１】
2005339954.tif 000003
【００７７】
表１より、実施例１〜１２の燃料電池セパレータ成形品は、比較例の燃料電池セパレータ成形品に比べ優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、成形性が良好であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  電解質
２  燃料極
３  空気極
４  燃料電池セパレータ
５  凸部
６  ガス供給排出用溝
【図１】
2005339954.tif 000004