(57)【要約】【課題】  接触抵抗、貫通抵抗に優れた燃料電池用セパレータおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  片面または両面の表面層が、曲げ弾性率１．０×１０1〜６．０×１０3ＭＰａ、曲げ歪１％以上である性質を有する低弾性率層（Ａ）と、（Ａ）層以外の少なくとも１層が、曲げ弾性率６．０×１０3ＭＰａを超える性質を有する高弾性率層（Ｂ）との少なくとも２層を含む燃料電池用セパレータ。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面または両面の表面層が、曲げ弾性率１．０×１０1〜６．０×１０3ＭＰａ、曲げ歪１％以上である性質を有する低弾性率層（Ａ）と、（Ａ）層以外の少なくとも１層が、曲げ弾性率６．０×１０3ＭＰａを超える性質を有する高弾性率層（Ｂ）との少なくとも２層を含む燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
Ａ層の厚さが０．５ｍｍ以下であり、Ｂ層の厚さが０．０５〜２ｍｍである請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
層構成がＡ層／Ｂ層／Ａ層からなり、全厚さが０．２〜３ｍｍであり、Ａ層とＢ層の厚さ比Ａ／Ｂが０．００１〜１である請求項１または請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
Ａ層および／またはＢ層が（ａ）樹脂組成物バインダー４０〜２質量％と、（ｂ）導電性物質６０〜９８質量％を含む導電性樹脂複合材料である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
Ａ層の（ａ）成分はエラストマー２０〜９９質量％を含む２成分以上を含む熱可塑性または熱硬化性の樹脂組成物からなり、Ｂ層の（ａ）成分は１００℃以上の融点を持つ結晶性ポリマーおよび／または１００℃以上のガラス転移点を持つ非晶性ポリマーを少なくとも１種含む熱可塑性または熱硬化性の樹脂組成物である請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
Ａ層およびＢ層を構成する（ａ）成分中に少なくとも１種の同種ポリマーあるいは相容性ポリマー対となる成分を含むことを特徴とする請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
（ａ）成分がフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、アリルエステル樹脂、１，２−ポリブタジエンからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む組成物である請求項４または５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
（ａ）成分がポリオレフィン、ポリフェニルスルフィド、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリアセタールからなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂組成物である請求項４または５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
（ａ）成分が水添スチレンブタジエンラバー、スチレン・エチレンブチレン・スチレン
ブロックコポリマー、スチレン・エチレンプロピレン・スチレン  ブロックコポリマー、オレフィン結晶・エチレンブチレン・オレフィン結晶  ブロックコポリマー、スチレン・エチレンブチレン・オレフィン結晶  ブロックコポリマー、スチレン・イソプレン・スチレン  ブロックコポリマー及びスチレン・ブタジエン・スチレン  ブロックコポリマーからなる群から選ばれる少なくとも１種類と、ポリオレフィンの組成物を含むことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
（ａ）成分がポリ弗化ビニリデンと、軟質アクリル樹脂とを含むことを特徴とする請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
（ｂ）成分が金属材料、炭素質材料、導電性高分子、金属被覆フィラーおよび金属酸化物からなる群から選ばれる少なくと１種である請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】
（ｂ）成分が０．０５〜５質量％のホウ素を含む炭素質材料であることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１３】
（ｂ）成分中に気相法炭素繊維および／またはカーボンナノチューブを０．１〜５０質量％含むことを特徴とする請求項４ないし１２のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
気相法炭素繊維、またはカーボンナノチューブが０．０５〜５質量％のホウ素を含むことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１５】
シート状に成形された低弾性率層（Ａ）と高弾性率層（Ｂ）を、ロール圧延成形、圧縮成形またはスタンピング成形の中から少なくとも１種の成形法を用いて積層し、かつ、積層体の両面に溝を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１６】
低弾性率層（Ａ）と高弾性率層（Ｂ）を多層押出成形、多層射出成形、圧縮成形またはロール圧延の中から少なくとも１種の成形法を用いてシート状の積層体に成形し、一体化されたシートを圧縮成形、またはスタンピング成形いずれかの方法によって積層体の両面に溝を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の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、良好な特性（例えば、接触抵抗、貫通抵抗に優れる）を有するセパレータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題、エネルギー問題の観点から、燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素と酸素を利用して電気分解の逆反応で発電し、水以外の排出物がないクリーンな発電装置である。燃料電池は、その電解質の種類に応じて数種類に分類されるが、これらの中でも、固体高分子型燃料電池は低温で作動するため、自動車や民生用として最も有望である。このような燃料電池は、例えば、高分子固体電解質、ガス拡散電極、触媒、セパレータから構成された単セルを積層することによって、高出力の発電が達成できる。
【０００３】
上記構成を有する燃料電池において、単セルを仕切るためのセパレータには、通常、燃料ガス（水素等）と酸化剤ガス（酸素等）を供給し、発生した水分（水蒸気）を排出するための流路（溝）が形成されている。それゆえ、セパレータにはこれらのガスを完全に分離できる高い気体不透過性と、内部抵抗を小さくするために高い導電性が要求される。更には、熱伝導性、耐久性、強度等に優れていることが要求される。
【０００４】
これらの要求を達成する目的で、従来より、このような燃料電池用セパレータは、金属材料と炭素材料の両面から検討されてきた。金属材料は耐食性の問題から、表面に貴金属や炭素を被覆させる試みがされてきたが、充分な耐久性が得られず、更に被覆にかかるコストが問題になる。
【０００５】
燃料電池用セパレータ用の炭素材料に関しても多く検討が成され、膨張黒鉛シートをプレス成形して得られた成形品、炭素焼結体に樹脂を含浸させ硬化させた成形品、熱硬化性樹脂を焼成して得られるガラス状カーボン、炭素粉末と樹脂を混合後成形した成形品等が燃料電池用セパレータ用材料の例として挙げられる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、炭素質粉末に結合材を加えて加熱混合後ＣＩＰ成形（Cold Isostatic Pressing；冷間等方圧加工法）し、次いで焼成、黒鉛化して得られた等方性黒鉛材に熱硬化性樹脂を含浸、硬化処理し、溝を切削加工によって彫るという煩雑な工程が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、炭素粉末または炭素繊維を含む紙に熱硬化性樹脂を含浸後、積層圧着し、焼成することが開示されている。特許文献３には、フェノール樹脂をセパレータ形状の金型に射出成形し、焼成することが開示されている。
【０００８】
これらの例のように焼成処理された材料は高い導電性、耐熱性を示すが、焼成に要する時間が長く生産性が乏しく、また、曲げ強度が劣るという問題もある。更に、切削加工が必要な場合は、量産性が更に乏しく高コストであるため、将来普及する材料としては難しい面が多い。
【０００９】
一方、燃料電池用セパレータの導電性における、支配的因子である接触抵抗の低減は重要である。セパレータの構造を工夫し、接触抵抗を低減する試みがいくつか成されている。例えば、特許文献４には、セパレータの表面に導電性の高い、金属やカーボンを被覆することが開示されている。特許文献５には、導電性樹脂組成物の成形体表面に導電性ポリマーを被覆することが開示されている。特許文献６には、導電材を表面に被覆、または内部に縦方向に埋没させることが開示されている。
【００１０】
その他、特許文献７では、セパレータの表面の樹脂リッチ層（樹脂に富んだ層）を研削して、表面における炭素粉末の面積率を向上させることが開示されている。特許文献８では、バインダーにゴムを用いることで接触面の密着性を向上させることが開示されている。
【特許文献１】特開平８−２２２２４１号公報。
【特許文献２】特開昭６０−１６１１４４号公報。
【特許文献３】特開２００１−６８１２８号公報。
【特許文献４】特開２００１−１９６０７６号公報。
【特許文献５】特開２００２−８６８５号公報。
【特許文献６】特開２００１−５２７２１号公報。
【特許文献７】特開２００３−２８２０８４号公報。
【特許文献８】特開２００１−２１６９７７号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来、燃料電池用セパレータは高い導電性と、腐食に強く、コストが低いことが特に要求されている。そのため、切削工程が不要なモールド成形タイプのカーボン系の材料が注目され開発も進んでいる。しかし高い導電性を発現するためには、導電性付与材の充填量を大幅に増やす必要があるが、モールド成形性を保持するために樹脂の含有量を少なくするには限界があり、充分に高い導電性を得ることができなかった。
【００１２】
また、導電性付与材を高充填した結果、表面の平滑性が損われる、表面が硬くなる、等の影響で成形体の接触抵抗が悪化するうえ、脆い材料であった。その他、成形体の表面をバインダー樹脂が覆ってしまって接触抵抗が悪化した場合、表面を研削する等の処理を行っていた。
【００１３】
更に、高い導電性を得るために、成形体を１０００〜３０００℃の高温で長時間加熱を行う焼成の工程を含むと、製造に要する時間が長くなると共に、製造工程が煩雑となってコストが上昇してしまうという問題があった。
【００１４】
一方、多層構造のセパレータは主に、異種層との界面の接着が問題となり難しかった。
【００１５】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消した燃料電池用セパレータとその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、特に接触抵抗、貫通抵抗が低い、多層構造の燃料電池用セパレータとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは鋭意研究の結果、表面層を特定の物性を有する低弾性率層にし、また、低弾性率層以外の層として特定の物性を有する高弾性率層を設けた２層以上の多層構造とすることによって、接触抵抗、貫通抵抗が低い燃料電池用セパレータを実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
本発明者は上記知見に基づき更に研究を進めた結果、上記した各層の組成物中に同種のポリマー、あるいは相容性ポリマー対となるポリマーをそれぞれに含有させることによって、層界面の密着性を高め、接触抵抗、貫通抵抗を更に低減できることを見出した。
【００１８】
本発明者はまた、その表面層にホウ素を含有する炭素質材料と低弾性率樹脂バインダーを含む組成物を用いることによって、更に導電性が高く接触抵抗が低い燃料電池用セパレータが得られることを見出した。
【００１９】
すなわち、本発明は、例えば以下の［１］〜［１６］の事項を含む。
【００２０】
［１］  片面または両面の表面層が、曲げ弾性率１．０×１０1〜６．０×１０3ＭＰａ、曲げ歪１％以上である性質を有する低弾性率層（Ａ）と、（Ａ）層以外の少なくとも１層が、曲げ弾性率６．０×１０3ＭＰａを超える性質を有する高弾性率層（Ｂ）との少なくとも２層を含む燃料電池用セパレータ。
【００２１】
［２］  Ａ層の厚さが０．５ｍｍ以下であり、Ｂ層の厚さが０．０５〜２ｍｍである［１］の燃料電池用セパレータ。
【００２２】
［３］  層構成がＡ層／Ｂ層／Ａ層からなり、全厚さが、０．２〜３ｍｍであり、Ａ層とＢ層の厚さ比Ａ／Ｂが０．００１〜１である［１］または［２］のいずれかの燃料電池用セパレータ。
【００２３】
［４］  Ａ層および／またはＢ層が（ａ）樹脂組成物バインダー４０〜２質量％と、（ｂ）導電性物質６０〜９８質量％を含む導電性樹脂複合材料である［１］ないし［３］のいずれかの燃料電池用セパレータ。
【００２４】
［５］  Ａ層の（ａ）成分はエラストマー２０〜９９質量％を含む２成分以上を含む熱可塑性または熱硬化性の樹脂組成物からなり、Ｂ層の（ａ）成分は１００℃以上の融点を持つ結晶性ポリマーおよび／または１００℃以上のガラス転移点を持つ非晶性ポリマーを少なくとも１種含む熱可塑性または熱硬化性の樹脂組成物である〔４〕の燃料電池用セパレータ。
【００２５】
［６］  Ａ層およびＢ層を構成する（ａ）成分中に少なくとも１種の同種ポリマー、あるいは相容性ポリマー対となる成分をそれぞれの層に含むことを特徴とする［４］の燃料電池用セパレータ。
【００２６】
［７］  （ａ）成分がフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、アリルエステル樹脂、１，２−ポリブタジエンからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む組成物である［４］または［５］の燃料電池用セパレータ。
【００２７】
［８］  （ａ）成分がポリオレフィン、ポリフェニルスルフィド、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリアセタールからなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂組成物である［４］または［５］の燃料電池用セパレータ。
【００２８】
［９］  （ａ）成分が水添スチレンブタジエンラバー（Ｈ−ＳＢＲ）、スチレン・エチレンブチレン・スチレン  ブロックコポリマー（ＳＥＢＳ）、スチレン・エチレンプロピレン・スチレン  ブロックコポリマー（ＳＥＰＳ）、オレフィン結晶・エチレンブチレン・オレフィン結晶  ブロックコポリマー（ＳＥＰＳ）、スチレン・エチレンブチレン・オレフィン結晶  ブロックコポリマー（ＣＥＢＣ）、スチレン・イソプレン・スチレン  ブロックコポリマー（ＳＩＳ）及びスチレン・ブタジエン・スチレン  ブロックコポリマー（ＳＢＳ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類と、ポリオレフィンの組成物を含むことを特徴とする〔４〕の燃料電池用セパレータ。
【００２９】
［１０］  （ａ）成分がポリ弗化ビニリデンと、軟質アクリル樹脂とを含むことを特徴とする［４］の燃料電池用セパレータ。
【００３０】
［１１］  （ｂ）成分が金属材料、炭素質材料、導電性高分子、金属被覆フィラー、および金属酸化物からなる群から選ばれる少なくと１種であることを特徴とする［４］ないし［１０］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００３１】
［１２］  （ｂ）成分が０．０５〜５質量％のホウ素を含む炭素質材料であることを特徴とする［１］ないし［１０］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００３２】
［１３］  （ｂ）成分中に気相法炭素繊維および／またはカーボンナノチューブを０．１〜５０質量％含むことを特徴とする［４］ないし［１２］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００３３】
［１４］  気相法炭素繊維、またはカーボンナノチューブが０．０５〜５質量％のホウ素を含むことを特徴とする［１３］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００３４】
［１５］  シート状に成形された低弾性率層（Ａ）と高弾性率層（Ｂ）を、ロール圧延成形、圧縮成形、スタンピング成形の中から少なくとも１種の成形方法を用いて積層し、かつ、積層体の両面に溝を形成することを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００３５】
［１６］  低弾性率層（Ａ）と高弾性率層（Ｂ）を、多層押出成形、多層射出成形、圧縮成形またはロール圧延の中から少なくとも１種の成形方法を用いてシート状の積層体に成形し、一体化されたシートを圧縮成形またはスタンピング成形いずれかの方法によって積層体の両面に溝を形成することを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の燃料電池用セパレータは、接触抵抗、貫通抵抗が低く、セパレータとしての特性に優れているので有用である。また、本発明の製造方法は、シート状に積層した後、圧縮成形あるいはスタンピング成形等によって、両面に溝を形成できるので、低コストで燃料電池用セパレータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
【００３８】
（燃料電池用セパレータ）
本発明の燃料電池用セパレータは、片面または両面の表面層が、曲げ弾性率１．０×１０1〜６．０×１０3ＭＰａ、曲げ歪１％以上である性質を有する低弾性率層（Ａ）と、（Ａ）層以外の少なくとも１層が、曲げ弾性率６．０×１０3ＭＰａを超える性質を有する高弾性率層（Ｂ）との少なくとも２層を含む。本発明の燃料電池用セパレータの代表的な態様を、図１、図２、図３の模式断面図に示す。これらの図において、燃料電池用セパレータは、低弾性率層１を含む片側または両側の表面層と、高弾性率層２の少なくとも２層を含む多層構造体である。
【００３９】
（曲げ弾性率）
本発明の低弾性率層（Ａ）の曲げ弾性率は１．０×１０1〜６．０×１０3ＭＰａであり、より好ましくは２．０×１０1〜５．５×１０3ＭＰａであり、更に好ましくは３．０×１０1〜５．０×１０3ＭＰａである。曲げ弾性率が１．０×１０1ＭＰａ未満では、燃料電池スタックの締め付けにより変形してしまい、溝がつぶされてしまう傾向が生じる。他方、曲げ弾性率が６．０×１０3ＭＰａを超えると、表面が硬く、ガス拡散電極、セパレータ、集電体との接触抵抗が大きくなる傾向がある。
【００４０】
低弾性率層（Ａ）の曲げ歪は１％以上であり、より好ましくは１．２％以上であり、更に好ましくは１．４％以上である。曲げ歪が１％未満では、セパレータの表面にヒビが入り易くなる傾向がある。
【００４１】
本発明の高弾性率層（Ｂ）は、曲げ弾性率が６．０×１０3ＭＰａを超えるものであり、より好ましくは６．５×１０3ＭＰａ以上であり、更に好ましくは７．０×１０3ＭＰａ以上である。曲げ弾性率が６．０×１０3ＭＰａ以下では、燃料電池スタックの締め付けに問題が生じる可能性がある。
【００４２】
（各層の厚さ）
本発明のＡ層の厚さは０．５ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは０．４ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．３ｍｍ以下である。Ａ層の厚さが０．５ｍｍを超えるとスタックの締め付けで溝が潰れ易くなる傾向が生じる。
【００４３】
本発明のＢ層の厚さは、０．０５〜２ｍｍが好ましく、より好ましくは０．０７〜１．８ｍｍであり、更に好ましくは０．０９〜１．６ｍｍである。Ｂ層の厚さが０．０５ｍｍ未満では気体のバリヤー性が低くなる傾向が生じる。一方、Ｂ層の厚さが２ｍｍを超えると、貫通方向の抵抗が増す傾向が生じる。
【００４４】
多層構造体の全厚さは０．２〜３ｍｍが好ましく、より好ましくは０．２〜２．８ｍｍであり、更に好ましくは０．２５〜２．６ｍｍである。０．２ｍｍ未満では溝の深さを確保できにくく、３ｍｍを超えると貫通方向の導電性が悪くなるので好ましくない。
【００４５】
また、低弾性率層（Ａ）と高弾性率層（Ｂ）の厚さ比Ａ／Ｂは０．００１〜１が好ましく、より好ましくは０．０５〜１、更に好ましくは０．０５〜０．８である。この厚さ比Ａ／Ｂが０．００１未満では、低弾性率層の厚さが薄すぎるため接触抵抗の低減効果が低くなる可能性がある。他方、厚さ比Ａ／Ｂが１を超えるとクリープし易くなる傾向が生じる。
【００４６】
本発明における厚さ測定法については、例えば、測定精度０．０１ｍｍまで測定可能なマイクロメータを用いて、サンプル平面を２０分割し、その２０ヶ所を測定して平均値を求めることにより厚さを測定できるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
（低弾性率層および／または高弾性率層）
本発明において、低弾性率層および／または高弾性率層は、（ａ）樹脂組成物バインダーと（ｂ）導電性物質を含む導電性樹脂複合体であることが好ましい。樹脂組成物バインダーがなければ、モールド成形することが困難であり、導電性物質がなければセパレータとして機能することが困難である。
【００４８】
本発明における、（ａ）成分と（ｂ）成分の組成割合は、（ａ）成分が４０〜２質量％、（ｂ）成分が６０〜９８質量％であることが好ましい。より好ましくは、（ａ）成分が３０〜５質量％、（ｂ）成分が７０〜９５質量％である。更に好ましくは、（ａ）成分が２５〜５質量％、（ｂ）成分が７５〜９５質量％である。（ａ）成分が２質量％未満では、成形性が悪くなる傾向があるため好ましくない。一方、（ａ）成分が４０質量％を超えると、体積固有抵抗が１Ωｃｍ以上になり易くなるため好ましくない。
【００４９】
（（ａ）成分）
本発明における（ａ）成分は、熱硬化性樹脂組成物および／または熱可塑性樹脂組成物を含むことが好ましい。特に、低弾性率層はエラストマー成分を含む２成分以上の樹脂組成物バインダーに、導電性物質を充填した導電性複合材料よりなることが好ましい。低弾性率層は、エラストマー成分を好ましくは２０〜９９質量％、より好ましくは２５〜９５質量％、更に好ましくは３０〜９５質量％含有することが好ましい。
【００５０】
（エラストマー）
本発明において、エラストマーとは、常温付近でゴム状弾性を有する高分子を言う。このエラストマーとしては、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン三元共重合ゴム、エチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、ポリエーテル系特殊ゴム、四フッ化エチレン・プロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ノルボルネンゴム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、１，２−ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、軟質アクリル樹脂等の中から選ばれた１ないし２種類以上の組み合わせによるものが挙げられる。
【００５１】
これらの中でも、アクリロニトリルブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン三元共重合ゴム、エチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、１，２−ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、軟質アクリル樹脂が好ましい。
【００５２】
（高弾性率層）
一方、高弾性率層は、１００℃以上の融点を持つ結晶性ポリマー、および／または１００℃以上のガラス転移点を持つ非晶性ポリマーを少なくとも１種類以上含む樹脂組成物のバインダーに、導電性物質を高充填してなることが好ましい。融点及びガラス転移点は、１０５℃以上がより好ましく、更に好ましくは１１０℃以上である。融点、及びガラス転移点が１００℃未満では、燃料電池として耐久性に問題を生じる傾向がある。
【００５３】
上記の融点、及びガラス転移点の測定法については、例えば、ＪＩＳ  Ｋ７１２１のＤＳＣ法に準拠して、パーキンエルマー社製（ＤＳＣ７）を用いて測定することができるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
（他の成分）
本発明のような多層構造を有するセパレータは、特に界面の密着性が重要である。従って、低弾性率層と高弾性率層の成分中には、それぞれの層に同種ポリマー、あるいは相溶性のポリマー対となる成分を含有させ、界面強度および密着性を向上させるのが好ましい。
【００５５】
同種ポリマーとは、分子状に絡み合うことができる基本となる分子構造が同じポリマーであり、本発明においては全く同じポリマーがＡ層及びＢ層の各層に含まれていることが好ましい。一方、相溶性ポリマー対とは、分子状に完全に混合しにくい異種ポリマーであるが、分子構造の一部分が相容れ合って部分的に分子状に絡み合うことができる。または、相溶化剤の助けを借りて部分的に分子状に絡み合うことができる組合せである。例えば、分子構造の一部分が同じ構造である２種類のポリマーをＡ層およびＢ層のそれぞれに１種類づつ含ませる。また、相溶化剤を用いる場合は、Ａ層とＢ層の両方に同じ相溶化剤を含ませることが好ましい。
【００５６】
（接着性官能基を有する成分）
更に、界面の強度を向上させる目的で、必要に応じて、それぞれの層に化学的反応によって接着しうる官能基を有する成分を含有させることもできる。このような接着性官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基、グリシジルメタクリレート基、カルボニル基、アクリル基、無水マレイン酸基、シリル基、アミン系官能基等を有するポリマーやモノマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの成分を含有させることによって、界面強化の手法がなされ、熱履歴による界面剥離を、より有効に抑制することができる。
【００５７】
（熱硬化性樹脂）
本発明において、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アリルエステル樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。これらの中でも、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、アリルエステル樹脂、１，２−ポリブタジエンから選ばれた１種類または複数の熱硬化性樹脂であることが好ましい。
【００５８】
特に、気密性が要求される分野では、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の組み合わせ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、アリルエステル樹脂、１，２−ポリブタジエン等を選択することが好ましい。これらの樹脂を用いることによって硬化体中に空隙がない、気密性の高い成形体を得ることが更に容易となる。
【００５９】
更に、耐熱性、耐酸性等が要求される場合は、ビスフェノールＡ型、ノボラック型、クレゾールノボラック型等の分子骨格をもつ樹脂や、オレフィン系の分子骨格をもつ樹脂が好ましい。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、また、１，２−ポリブタジエン等が好ましい。
【００６０】
（熱可塑性樹脂）
本発明の熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルホン等が挙げられる。
【００６１】
これらの中でも、融点が１００℃以上のポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン、及びガラス転移点が１００℃以上のポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンオキシドから選ばれた１種類または複数の熱可塑性樹脂であることが好ましい。
【００６２】
（熱可塑性樹脂とエラストマーの組み合わせ）
本発明のＡ層の（ａ）成分における熱可塑性樹脂とエラストマーの組み合わせとしては、ポリスチレンとポリブタジエンの共重合、ポリスチレンとイソプレンゴムの共重合、ポリオレフィンとスチレン系熱可塑性エラストマーの混合、ポリ弗化ビニリデンとアクリル樹脂の混合、ポリフェニレンスルフィドと無水マレイン酸変性のスチレン系熱可塑性エラストマーの混合、その他、熱可塑性樹脂とエラストマー成分との共重合体、更に、相容化剤または界面活性剤を用いて熱可塑性樹脂とエラストマー成分をミクロ相分離構造させたポリマーアロイ等が好ましい。
【００６３】
これらの中でも、ポリオレフィンとスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリ弗化ビニリデンとアクリル樹脂およびポリフェニレンスルフィドと無水マレイン酸変性のスチレン系熱可塑性エラストマーから選ばれる組合せが好ましい。
【００６４】
（スチレン系熱可塑性エラストマー）
本発明のスチレン系熱可塑性エラストマーとしては、水添スチレンブタジエンラバー、スチレン・エチレンブチレン・スチレン  ブロックコポリマー、スチレン・エチレンプロピレン・スチレン  ブロックコポリマー、オレフィン結晶・エチレンブチレン・オレフィン結晶  ブロックコポリマー、スチレン・エチレンブチレン・オレフィン結晶  ブロックコポリマー、スチレン・イソプレン・スチレン  ブロックコポリマー、スチレン・ブタジエン・スチレン  ブロックコポリマー等が挙げられる。中でも、水添スチレンブタジエンラバー、スチレン・エチレンブチレン・スチレン  ブロックコポリマー、スチレン・エチレンプロピレン・スチレン  ブロックコポリマー、及びその変性品が好ましい。
【００６５】
（ポリオレフィン）
ポリオレフィンとは炭化水素系化合物の総称であり、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等が挙げられる。中でも、ポリプロピレン、ポリブテンが好ましい。
【００６６】
（他の添加剤）
この他、（ａ）成分中には、必要に応じて、モノマー、可塑剤、硬化剤、硬化開始剤、硬化助剤、溶剤、紫外線安定剤、酸化防止剤、熱安定剤、消泡剤、レベリング剤、離型剤、滑剤、撥水剤、増粘剤、低収縮剤、または親水性付与剤等から選ばれる成分を添加できる。
【００６７】
（（ａ）成分の製造方法）
本発明の（ａ）成分の製造方法は特に制限されないが、例えば、溶液法、エマルション法、溶融法等の物理的方法、あるいはグラフト重合法、ブロック重合法、ＩＰＮ（相互貫入高分子網目）法等の化学的方法による製造法が挙げられる。
【００６８】
異種ポリマーのブレンドによる（ａ）成分の製造の場合は、溶融法が好ましい。溶融法とは、特に制限されないが、ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、押出機等の混練機械を用いてブレンドする方法等が挙げられる。
【００６９】
また、異種ポリマーのブレンドだけでなく、相容化剤を介在させて界面張力を低下させ、ミクロ相分離構造を制御することによっても、目的とする（ａ）成分を得ることができる。これは、高分子反応を伴う連続押出機を用いた方法である、リアクティブプロセッシング法による製造がより好ましい。
【００７０】
（（ｂ）成分）
本発明の（ｂ）成分は、金属材料、炭素質材料、導電性高分子、金属被覆フィラー、または金属酸化物の中から選ばれた１種ないし２種類以上の組み合わせが好ましい。より好ましくは、炭素質材料および／または金属材料である。
【００７１】
（金属材料）
金属材料としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｗ、Ｐ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、Ｆｅ2Ｂのいずれか１種類または２種類以上の複合材料であることが好ましい。更に、これらの金属材料を粉末状、あるいは繊維状に加工して使用する。
【００７２】
（炭素質材料）
炭素質材料としては、カーボンブラック、炭素繊維、アモルファスカーボン、膨張黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレンの中から選ばれた１ないし２種類以上の組み合わせが挙げられる。
【００７３】
（ホウ素を含有する炭素質材料）
更に、炭素質材料中にホウ素が０．０５〜５質量％含まれることが好ましい。ホウ素量が０．０５質量％未満では、目的とする高導電性の黒鉛粉末が得られ難い傾向がある。ホウ素量が５質量％を超えて含まれていても、炭素材料の導電性向上に寄与し難くなる傾向がある。炭素質材料に含まれるホウ素の量の測定方法は特に制限はなく、どのような測定方法でも測定できる。本発明では誘導型プラズマ発光分光分析法（以下、「ＩＣＰ」と略す。）又は誘導型プラズマ発光分光質量分析法（以下、「ＩＣＰ−ＭＳ」と略す。）により測定した値を用いる。具体的には試料に硫酸および硝酸を加え、マイクロ波加熱（２３０℃）して分解（ダイジェスター法）し、更に過塩素酸（ＨＣｌＯ4）を加えて分解したものを水で希釈し、これをＩＣＰ発光分析装置にかけて、ホウ素量を測定する。
【００７４】
ホウ素を含有させる方法としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ等の単品、あるいはそれらの１種以上の混合物にホウ素源として、Ｂ単体、Ｂ4Ｃ、ＢＮ、Ｂ2０3、Ｈ3Ｂ０3等を添加し、よく混合して約２３００〜３２００℃で黒鉛化処理することによって、炭素質材料中にホウ素を含有させることができる。ホウ素化合物の混合が不均一な場合には、黒鉛粉末が不均一になるだけでなく、黒鉛化時に焼結する可能性が高くなる。ホウ素化合物を均一に混合させるために、これらのホウ素源は５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下程度の粒径を有する粉末にしてコークス等の粉末に混合することが好ましい。
【００７５】
ホウ素を添加しない場合、黒鉛化すると黒鉛化度（結晶化度）が下がり、格子間隔が大きくなり、高導電性の黒鉛粉末が得られ難くなる傾向がある。また、黒鉛中にホウ素および／またはホウ素化合物が混合されている限り、ホウ素の含有の形態は特に制限されないが、黒鉛結晶の層間に存在するもの、黒鉛結晶を形成する炭素原子の一部がホウ素原子に置換されたものも、より好適なものとして挙げられる。また、炭素原子の一部がホウ素原子に置換された場合のホウ素原子と炭素原子の結合は、共有結合、イオン結合等どのような結合様式であっても構わない。
【００７６】
（カーボンブラック）
上述した炭素質材料の一例であるカーボンブラックとしては、天然ガス等の不完全燃焼、アセチレンの熱分解により得られるケッチェンブラック、アセチレンブラック、炭化水素油や天然ガスの不完全燃焼により得られるファーネスカーボン、天然ガスの熱分解により得られるサーマルカーボン等が挙げられる。
【００７７】
（炭素繊維）
上記した炭素繊維としては、重質油、副生油、コールタール等から作られるピッチ系と、ポリアクリロニトリルから作られるＰＡＮ系が挙げられる。
【００７８】
（アモルファスカーボン）
上記したアモルファスカーボンを得るためには、フェノール樹脂を硬化させて焼成処理し粉砕して粉末とする方法、または、フェノール樹脂を球状、不定形状の粉末の状態で硬化させて焼成処理する方法等がある。導電性の高いアモルファスカーボンを得るためには２０００℃以上に加熱処理することが適する。
【００７９】
（膨張黒鉛粉末）
上記した膨張黒鉛粉末は、例えば、天然黒鉛、熱分解黒鉛等高度に結晶構造が発達した黒鉛を、濃硫酸と硝酸との混液、濃硫酸と過酸化水素水との混液の強酸化性の溶液に浸漬処理して黒鉛層間化合物を生成させ、水洗してから急速加熱して、黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張処理することによって得られた粉末や、それを一度シート状に圧延したものを粉砕した粉末である。
【００８０】
（人造黒鉛）
上記した人造黒鉛を得るためには、通常は先ずコークスを製造する。コークスの原料は石油系ピッチ、石炭系のピッチ等が用いられる。これらの原料を炭化してコークスとする。コークスから黒鉛化粉末にするには一般的にコークスを粉砕後黒鉛化処理する方法、コークス自体を黒鉛化した後粉砕する方法、あるいはコークスにバインダーを加え成形、焼成した焼成品（コークスおよびこの焼成品を合わせてコークス等という）を黒鉛化処理後粉砕して粉末とする方法等がある。原料のコークス等はできるだけ、結晶が発達していない方が良いので、２０００℃以下、好ましくは１２００℃以下で加熱処理したものが適する。
【００８１】
黒鉛化方法は、粉末を黒鉛ルツボに入れ直接通電するアチソン炉を用いる方法、黒鉛発熱体により粉末を加熱する方法等を使用することができる。
【００８２】
（粉砕・分級方法）
コークス、人造黒鉛および天然黒鉛等の粉砕には、高速回転粉砕機（ハンマーミル、ピンミル、ケージミル）や各種ボールミル（転動ミル、振動ミル、遊星ミル）、撹拌ミル（ビーズミル、アトライター、流通管型ミル、アニュラーミル）等が使用できる。また、微粉砕機であるスクリーンミル、ターボミル、スーパーミクロンミル、ジェットミルでも条件を選定することによって使用可能である。これらの粉砕機を用いてコークスおよび天然黒鉛等を粉砕し、その際の粉砕条件の選定、および必要により粉末を分級し、平均粒径や粒度分布をコントロールする。
【００８３】
コークス粉末、人造黒鉛粉末および天然黒鉛粉末等を分級する方法としては、分離が可能であれば何れでも良いが、例えば、篩分法や強制渦流型遠心分級機（ミクロンセパレーター、ターボプレックス、ターボクラシファイアー、スーパーセパレーター）、慣性分級機（改良型バーチュウアルインパクター、エルボジェット）等の気流分級機が使用できる。また湿式の沈降分離法や遠心分級法等も使用できる。
【００８４】
（Ｂ成分中の好ましい成分）
本発明のＢ成分中には、気相法炭素繊維、および／またはカーボンナノチューブを０．１〜５０質量％含むことが好ましい。より好ましくは、０．１〜４５質量％であり、更に好ましくは、０．２〜４０質量％である。０．１質量％未満では、導電性の向上に効果が得られ難い。また、５０質量％を超えると成形性が悪くなる傾向がある。
【００８５】
更に気相法炭素繊維またはカーボンナノチューブ中には０．０５〜５質量％のホウ素を含有することが好ましい。より好ましくは、０．０６〜４質量％であり、更に好ましくは、０．０６〜３質量％である。０．０５質量％未満では、ホウ素を添加したことで導電性を向上させる効果が小さい。また、５質量％を超えた添加では、不純物量が多くなり、他の物性の低下をもたらす傾向が生じ易くなる。
【００８６】
（気相法炭素繊維）
気相法炭素繊維とは、例えばベンゼン、トルエン、天然ガス等の有機化合物を原料に、フェロセン等の遷移金属触媒の存在下で、水素ガスとともに８００〜１３００℃で熱分解反応させることによって得られる（例えば繊維径が約０．５〜１０μｍの）炭素繊維が好ましい。更には、この炭素繊維をその後約２３００〜３２００℃で黒鉛化処理した炭素繊維が好ましい。より好ましくは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、ケイ素等の黒鉛化触媒とともに約２３００〜３２００℃で黒鉛化処理する。
【００８７】
（カーボンナノチューブ）
カーボンナノチューブとは、近年その機械的強度のみでなく、電界放出機能や、水素吸蔵機能が産業上注目され、更に磁気機能にも目が向けられ始めている。この種のカーボンナノチューブは、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ、カーボンナノファイバー等とも呼ばれており、繊維径が約０．５〜１００ｎｍのものをである。カーボンナノチューブにはチューブを形成するグラファイト膜が一層である単層カーボンナノチューブと、多層である多層カーボンナノチューブがある。本発明では、単層および多層カーボンナノチューブのいずれも使用可能であるが、単層カーボンナノチューブを用いた方が、より高い導電性や機械的強度の組成物が得られる傾向があるため好ましい。
【００８８】
カーボンナノチューブは、例えば、斉藤・板東「カーボンナノチューブの基礎」（２３〜５７頁、コロナ社出版、１９９８年発行）に記載のアーク放電法、レーザ蒸発法および熱分解法等により作製し、更に純度を高めるために水熱法、遠心分離法、限外ろ過法、および酸化法等により精製することによって得られる。より好ましくは、不純物を取り除くために約２３００〜３２００℃の不活性ガス雰囲気中で高温処理する。更に好ましくは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、ケイ素等の黒鉛化触媒とともに、不活性ガス雰囲気中、約２３００〜３２００℃で高温処理する。
【００８９】
（添加剤）
更に本発明の低弾性率層および高弾性率層の導電性樹脂組成物には、硬度、強度、導電性、成形性、耐久性、耐候性、耐水性等を改良する目的で、更にガラスファイバー、ウィスカー、金属酸化物、有機繊維、紫外線安定剤、酸化防止剤、離型剤、滑剤、撥水剤、増粘剤、低収縮剤、親水性付与剤等の添加剤を添加することができる。
【００９０】
（組成物の製造方法）
本発明における低弾性率層および高弾性率層の導電性樹脂組成物の製造方法は特に制限されないが、例えば、該導電性樹脂組成物の製造方法において、上記した各成分をロール、押出機、ニーダー、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー等の樹脂分野で一般的に用いられている混合機、混練機を使用し、なるべく均一に混合させるのが好ましい。
【００９１】
また、混合方法としては、上記した（ａ）成分を予め製造したのち（ｂ）成分と混合する方法と、（ｂ）成分の存在下で（ａ）成分の各成分を混練する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９２】
本発明における導電性樹脂組成物は、混練または混合した後、成形機や金型への材料供給を容易にする目的で、粉砕あるいは造粒することができる。粉砕には、ホモジナイザー、ウィレー粉砕機、高速回転粉砕機（ハンマーミル、ピンミル、ケージミル、ブレンダー）等が使用でき、材料同士の凝集を防ぐため冷却しながら粉砕することが好ましい。造粒には、押出機、ルーダー、コニーダー等を用いてペレット化する方法、あるいはパン型造粒機等を使用する。
【００９３】
（燃料電池用セパレータ）
本発明の燃料電池用セパレータは、低弾性率層および高弾性率層を押出成形機、ロール成形機、カレンダー成形機、圧縮成形機等を用いて、一度各層をシート状に成形する。その後、低弾性率層と高弾性率層を積層してロール圧延成形、圧縮成形、スタンピング成形のいずれか１種または２種以上の成形法を用いて一体化することによって、両面に水素および酸素を供給するための溝を形成したセパレータが得られる。セパレータ内部にボイドやエアーをなくすためには、真空状態で成形することが好ましい。
【００９４】
また、低弾性率層と高弾性率層を多層押出成形、多層射出成形、圧縮成形、またはロール圧延のいずれか１種または２種以上の成形法を用いてシート状の積層体を成形し、一体化されたシートを圧縮成形、またはスタンピング成形いずれかの方法によってセパレータの両面に水素および酸素を供給するための溝を形成することによって得られる。セパレータ内部にボイドやエアーをなくすためには、真空状態で成形することが好ましい。
【００９５】
さらには、一体化されたシートを目的の大きさにカットまたは、打ち抜いた後、金型内に１枚、または２枚以上並列に並べるか、重ねて挿入し、圧縮成形機で成形することによっても成形体を得ることができる。欠陥のない良品を得るためには、キャビティ内を真空にすることが好ましい。
【実施例】
【００９６】
以下に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は実施例になんら限定されるものではない。
【００９７】
積層体の物性の測定方法を以下に示す。
【００９８】
体積固有抵抗は、ＪＩＳ  Ｋ７１９４に準拠し、四探針法により測定した。
【００９９】
（接触抵抗）
接触抵抗は、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗値（Ｒｃ）を図４に示す四端子法によって、３つの抵抗値を測定し、下記の式１により算出した。
具体的には、試験片（２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍ）、カーボンペーパー（２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．１９ｍｍ）、金メッキ真鍮板（２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．５ｍｍ）を使用し、試験片を該カーボンペーパーで挟み、更にそれを２つの金メッキ真鍮板で挟んで２ＭＰａで均一に加圧し、金メッキ真鍮板間に１Ａの定電流を貫通方向に流して、電圧を測定することで抵抗（Ｒ1）を算出する。同様にカーボンペーパー３枚を二つの金メッキ真鍮板で挟んで、同様な測定を行うことで抵抗（Ｒ2）を算出する。更に、カーボンペーパー２枚を二つの金メッキ真鍮板で挟んで、同様な測定を行うことで抵抗（Ｒ3）を算出した。以上の３つの抵抗値から式１によって、カーボンペーパーと試験片との接触抵抗値を算出する。
【０１００】
〔式１〕  Ｒｃ＝（Ｒ1＋Ｒ2−２Ｒ3）×Ｓ／２
Ｒｃ：接触抵抗（Ωｃｍ2）、      Ｓ：接触面積（ｃｍ2）
Ｒ1：測定１により算出した抵抗（Ω）
Ｒ2：測定２により算出した抵抗（Ω）
Ｒ3：測定３により算出した抵抗（Ω）
【０１０１】
（貫通抵抗）
貫通抵抗は、図５で示す四端子法によって測定による。具体的には、試験片（５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ）を４枚重ね、それを２つの金メッキ真鍮板で挟んで２ＭＰａで均一に加圧し、金メッキ真鍮板間に１Ａの定電流を貫通方向に流して、電圧を測定することで抵抗（Ｒ1）を算出する。同様に試験片を２枚重ね、金メッキ真鍮板で挟んで、同様な測定を行うことで抵抗（Ｒ2）を算出する。更に式２に示すように、抵抗（Ｒ1）と抵抗（Ｒ2）差を取り、接触面積（Ｓ）を乗じて、２枚分の試験片の厚み（ｔ）で割ることで貫通抵抗を算出する。
【０１０２】
〔式２〕  Ｒｔ＝（Ｒ1−Ｒ2）×Ｓ／ｔ
Ｒｔ：貫通抵抗（Ωｃｍ）、      Ｓ：接触面積（ｃｍ2）
Ｒ1：測定１により算出した抵抗（Ω）
Ｒ2：測定２により算出した抵抗（Ω）
ｔ  ：試験片２枚分の厚さ（ｃｍ）
【０１０３】
（曲げ強度等）
曲げ強度、曲げ弾性率および曲げ歪みは、島津製作所（株）製のオートグラフ（ＡＧ−１０ｋＮＩ）を用いて測定を行った。ＪＩＳ  Ｋ６９１１法で、試験片（８０ｍｍ×１０ｍｍ×１．５ｍｍ）をスパン間隔６４ｍｍ、曲げ速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点式曲げ強度測定法により測定した。
【０１０４】
次に、用いた材料を以下に示す。
【０１０５】
（ａ）成分：表１に記載の樹脂組成物を用いた。表中の組成比率の単位は質量％で表記した。
【表１】
2005209641.tif 000003
【０１０６】
（ｂ）成分：導電性物質
＜ｂ１＞：ホウ素含有黒鉛微紛
非針状コークスであるエム・シー・カーボン（株）製ＭＣコークスをパルベライザー（ホソカワミクロン（株）製）で２ｍｍ〜３ｍｍ以下の大きさに粗粉砕した。この粗粉砕品をジェットミル（ＩＤＳ２ＵＲ、日本ニューマチック（株）製）で微粉砕した。その後、分級により所望の粒径に調整した。５μｍ以下の粒子除去は、ターボクラシファイアー（ＴＣ１５Ｎ、日清エンジニアリング（株）製）を用い、気流分級を行った。この調整した微粉砕品の一部１４．４ｋｇに炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）０．６ｋｇを加え、ヘンシェルミキサーにて８００ｒｐｍで５分間混合した。これを内径４０ｃｍ、容積４０リットルの蓋付き黒鉛ルツボに封入し、黒鉛ヒーターを用いた黒鉛化炉に入れてアルゴンガス雰囲気下２９００℃の温度で黒鉛化した。これを放冷後、粉末を取り出し、１４ｋｇの粉末を得た。得られた黒鉛微粉は平均粒径２０．５μｍ、Ｂ含有量１．９質量％であった。
【０１０７】
＜ｂ２＞：気相法炭素繊維（以下、「ＶＧＣＦ」と略す。昭和電工登録商標。）とｂ１（黒鉛微粉）との混合物
ｂ１成分９５質量％とＶＧＣＦ５質量％をヘンシェルミキサーにて混合した。得られた炭素材料混合物の平均粒径は１２．４μｍ、Ｂ含有量１．３質量％であった。
【０１０８】
気相法炭素繊維は、昭和電工社製  ＶＧＣＦ−Ｇ（繊維径０．１〜０．３μｍ、繊維長１０〜５０μｍ）を用いた。
【０１０９】
＜ｂ３＞：  カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と略す。）とｂ１（黒鉛微粉）との混合物
ｂ１成分９５質量％とＣＮＴ５質量％をヘンシェルミキサーにて混合した。得られた炭素材料混合物の平均粒径は９．２μｍ、Ｂ含有量１．２質量％であった。カーボンナノチューブは以下の方法で得た。
【０１１０】
直径６ｍｍ、長さ５０ｍｍのグラファイト棒に、先端から中心軸に沿って直径３ｍｍ、深さ３０ｍｍの穴をあけ、この穴にロジウム（Ｒｈ）：白金（Ｐｔ）：グラファイト（Ｃ）を質量比率１：１：１の混合粉末として詰め込み、陽極を作製した。一方、純度９９．９８質量％のグラファイトからなる、直径１３ｍｍ、長さ３０ｍｍの陰極を作製した。これらの電極を反応容器に対向配置し、直流電源に接続した。そして、反応容器内を純度９９．９体積％のヘリウムガスで置換し、直流アーク放電を行った。その後、反応容器内壁に付着した煤（チャンバー煤）と陰極に堆積した煤（陰極煤）を回収した。反応容器中の圧力と電流は、６００Ｔｏｒｒと７０Ａで行った。反応中は、陽極と陰極間のギャップが常に１〜２ｍｍになるように操作した。
【０１１１】
回収した煤は、水とエタノールが質量比で１：１の混合溶媒中に入れ超音波分散させ、その分散液を回収して、ロータリエバポレーターで溶媒を除去した。そして、その試料を陽イオン界面活性剤である塩化ベンザルコニウムの０．１％水溶液中に超音波分散させた後、５０００ｒｐｍで３０分間遠心分離して、その分散液を回収した。更に、その分散液を３５０℃の空気中で５時間熱処理することによって精製し、繊維径が１ｎｍ〜１０ｎｍ、繊維長が０．０５〜５μｍのカーボンナノチューブを得た。
【０１１２】
＜Ａ１〜Ａ６：低弾性率組成物、Ｂ１、Ｂ２：高弾性率組成物＞：
低弾性率層及び高弾性率層の組成物は、下記の方法で製作した。
上記の表１に示した組成の原材料をラボプラストミル（（株）東洋精機製作所製、モデル５０Ｃ１５０）を用いて温度２００℃、４５ｒｐｍで７分間混練した。その混練物を１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２３０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。各成形体の物性については表２に示した。
【０１１３】
【表２】
2005209641.tif 000004
【０１１４】
実施例１
上記の表２に示した組成物Ａ１、組成物Ｂ１をφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械（株）ＶＳ４０／２６ベント式）を用いて温度２５０℃、４０ｒｐｍで幅１００ｍｍのシートを成形し、そのシートをロールにより温度１８０℃で圧延し、組成物Ａ１は０．６ｍｍ、組成物Ｂ１は１．８ｍｍの厚みに調整した。その後、Ａ１／Ｂ１／Ａ１の順で積層し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２４０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。得られた積層体の物性測定結果は表３に示した。
【０１１５】
実施例２〜５
上記の表２に示した組成物Ａ２〜Ａ５、組成物Ｂ１をφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械（株）ＶＳ４０／２６ベント式）を用いて温度２５０℃、４０ｒｐｍで幅１００ｍｍのシートを成形し、そのシートをロールにより温度１８０℃で圧延し、組成物Ａ２〜Ａ５は０．４ｍｍ、組成物Ｂ１は２．２ｍｍの厚みに調整した。その後、それぞれ、Ａ２／Ｂ１／Ａ２、Ａ３／Ｂ１／Ａ３、Ａ４／Ｂ１／Ａ４、Ａ５／Ｂ１／Ａ５、の順で積層し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２４０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。得られた積層体の物性測定結果は表３に示した。
【０１１６】
実施例６
上記の表２に示した組成物Ａ６、組成物Ｂ２をφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械（株）ＶＳ４０／２６ベント式）を用いて温度２２０℃、４０ｒｐｍで幅１００ｍｍのシートを成形し、そのシートをロールにより温度１８５℃で圧延し、組成物Ａ６は０．４ｍｍ、組成物Ｂ２は２．２ｍｍの厚みに調整した。その後、Ａ６／Ｂ２／Ａ６の順で積層し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２２０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。得られた積層体の物性測定結果は表３に示した。
【０１１７】
比較例１
上記の表２に示した組成物Ａ１、組成物Ｂ１をφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械（株）ＶＳ４０／２６ベント式）を用いて温度２５０℃、４０ｒｐｍで幅１００ｍｍのシートを成形し、そのシートをロールにより温度１８０℃で圧延し、組成物Ａ１は１．２ｍｍ、組成物Ｂ１は０．６ｍｍの厚みに調整した。その後、Ｂ１／Ａ１／Ｂ１の順で積層し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２４０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。得られた積層体の物性測定結果は表３に示した。
【０１１８】
比較例２
上記の表２に示した組成物Ｂ１、Ｂ２をφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械（株）ＶＳ４０／２６ベント式）を用いてＢ１は温度２５０℃、Ｂ２は温度２２０℃で、回転数４０ｒｐｍにより幅１００ｍｍのシートを成形し、そのシートをロールにより温度１８０℃で圧延し、組成物Ｂ２は０．４ｍｍ、組成物Ｂ１は２．２ｍｍの厚みに調整した。その後、それぞれ、Ｂ２／Ｂ１／Ｂ２の順で積層し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２３０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。得られた積層体の物性測定結果は表３に示した。
【０１１９】
比較例３
上記の表２に示した組成物Ａ２、組成物Ａ６をφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械（株）ＶＳ４０／２６ベント式）を用いてＡ２は温度２５０℃、Ａ６は温度２２０℃で、回転数４０ｒｐｍにより幅１００ｍｍのシートを成形し、そのシートをロールにより温度１８０℃で圧延し、組成物Ａ２は０．４ｍｍ、組成物Ａ６は２．２ｍｍの厚みに調整した。その後、それぞれ、Ａ２／Ａ６／Ａ２の順で積層し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．５ｍｍの平板ができる金型に投入し、５０ｔ圧縮成形機を用いて温度２３０℃、予熱３分後、圧力１５ＭＰａで３分間加圧加熱し、その後、冷却プレスを用いて温度２５℃、圧力１５ＭＰａの条件で２分間冷却させて成形体を得た。得られた積層体の物性測定結果は表３に示した。
【０１２０】
【表３】
2005209641.tif 000005
【０１２１】
上記実施例および比較例の結果を示した表３より、表面を低弾性率組成物とし、中間を高弾性率組成物とした本発明の積層体は、導電性に優れ、特に貫通抵抗を向上させることがきた。
【０１２２】
比較例１のように、表面が厚く硬い層で覆われた場合は、貫通抵抗が悪くなる結果となった。
【０１２３】
また、比較例２、３のように異種材料の積層体は界面で剥離が生じ、貫通抵抗を悪くする結果となった。
【０１２４】
実施例７
実施例５の積層体を圧縮成形機に、２００×１２０×１．５ｍｍのサイズで溝幅１ｍｍピッチ、溝深さ０．５ｍｍの溝が両面にできる平板を成形できる金型に投入し、３８０ｔ圧縮成形機を用いて、金型温度２３０℃、５０ＭＰａの加圧下で３分間加圧加熱し、その後、金型温度を１００℃まで冷却し、両面溝付きで体積固有抵抗が６．８ｍΩｃｍ、貫通抵抗７．２ｍΩｃｍ、接触抵抗が２．９ｍΩｃｍ2、熱伝導率が１９Ｗ／ｍ・Ｋ、通気率が４．３×１０-9ｃｍ2／ｓｅｃである燃料電池用セパレータ形状の平板を得た。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明のセパレータの１例を示す模式断面図である。
【図２】本発明のセパレータの他の例を示す模式断面図である。
【図３】本発明のセパレータの他の例を示す模式断面図である。
【図４】接触抵抗の測定方法の一例を示す模式断面図である。
【図５】貫通抵抗の測定方法一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１    低弾性率層
２    高弾性率層
１１    カーボンペーパー
１２    試験片
１３    金メッキ真鍮
１４    定電流発生装置
１５    電圧計
２１    試験片
２２    金メッキ真鍮
２３    定電流発生装置
２４    電圧計
【図１】
2005209641.tif 000006
【図２】
2005209641.tif 000007
【図３】
2005209641.tif 000008
【図４】
2005209641.tif 000009
【図５】
2005209641.tif 000010