JP2001335695A

JP2001335695A - 熱硬化性樹脂成形材料及びそれを用いた成形体

Info

Publication number: JP2001335695A
Application number: JP2000155985A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Fujii; 俊介藤井; Takayuki Suzuki; 孝之鈴木
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、成形性及び導電性に優れた熱硬化
性樹脂成形材料を提供することを目的とするものであ
る。更に詳しくは、成形性に優れ、導電性、機械的強
度、気体不透過性が良好である燃料電池セパレーター等
の成形品を提供することを目的とするものである。【解決手段】成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１
０〜２５重量％、黒鉛７０〜８５重量％及び平均粒子径
が黒鉛の平均粒子径の１／２０以下である球状シリカ
０．１〜３重量％を含有してなることを特徴とする熱硬
化性樹脂成形材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱硬化性樹脂に黒
鉛とともに粒径の小さい球状シリカを添加混合してな
る、成形性に優れた高電導性の熱硬化性樹脂成形材料及
びその成形体に関するものである。この成形材料は水
素、アルコール等を燃料とする燃料電池のセパレーター
等に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池のセパレーターは大型で薄肉の
成形品であり、従来この種の材料としては黒鉛粉末に熱
硬化性樹脂等の結合剤を加え、混練、成形、焼成し、さ
らに気体透過性、導電性を向上させるため前記結合剤を
含浸し、高温焼成したあと、切削加工して必要形状を得
ていた。このような炭素素材に２次加工を施す方法は高
温焼成しているため耐熱性が良好である利点はあるが、
その反面気孔が生じやすく、液状の熱硬化性樹脂等を含
浸する工程が必要となり、また切削加工工程が必須条件
であるため加工費が高くなる。

【０００３】更に黒鉛粉末、熱硬化性樹脂、機械的強度
の補強材等を混練した材料を成形し、その成形体を製品
とする方法も提案されている。このように結合材として
樹脂を用いる方法では前記炭素素材に２次加工を施す方
法に比べ加工費を大幅に低減できるが、成形体の導電性
が劣るという欠点がある。そのため黒鉛粒度・形状を最
適化することにより黒鉛粉末の充填量を増やし、この成
形体の導電性を高める手法がとられている。しかし、黒
鉛粒度・形状を調整するために、黒鉛の粉砕、分級が必
要となり工程が複雑になるだけでなく、黒鉛粉末充填量
の増加は成形材料の流動性を低下させるため、燃料電池
のセパレーターのような大型かつ薄肉で複雑な形状を有
した成形体を得ることは難しくなる。従って、揮発性有
機溶媒を混和し材料をペースト化したり、樹脂の粘度、
不揮発分を調整したりして成形体を得る手法がとられて
いる。これらの手法は効果的ではあるが、成形体の硬化
時に気泡が生じたり、硬化不足により形状保持が困難に
なったりするため、予熱工程や硬化時間の延長が必要に
なり、成形性、生産性が悪い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な欠点を改良するものであり、成形性及び導電性に優れ
た熱硬化性樹脂成形材料を提供することを目的とするも
のである。更には、成形性及び導電性に優れていること
から、複雑な形状を有し大型で薄肉な導電性成形体、例
えば、燃料電池のセパレーター等の成形品を提供するこ
とを目的とするものである。燃料電池のセパレーターで
は、導電性を示す体積固有抵抗が１０^-3〜１０^-1Ω・ｃ
ｍ、あるいはより小さい値が要求され、表面に多数の溝
を有する複雑な形状であり、精密な寸法精度が要求され
る。

【０００５】

【課題を解決する手段】本発明は、上記目的を達成すべ
く鋭意検討を行った結果、完成されたものであり、成形
材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜２５重量％、黒
鉛７０〜８５重量％及び平均粒子径が黒鉛の平均粒子径
の１／２０以下である球状シリカ０．１〜３重量％を含
有してなることを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料に関
するものであり、成形時の流動性に優れていることか
ら、成形性に優れた高電導性の熱硬化性樹脂成形材料に
関するものである。

【０００６】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明において、球状シリカは黒鉛の平均粒子径に対して
１／２０以下の平均粒子径であることを必要とする。黒
鉛粒子は通常アスペクト比（長径と短径の比）を持ち、
この異方性が黒鉛の流動を妨げ成形材料の成形性を阻害
する要因の一つとなっているが、上記範囲の平均粒子径
である球状シリカが存在すると、成形材料が溶融し流動
するとき、黒鉛粒子は球状シリカを支点とし球状シリカ
の流動に併せて滑るため、黒鉛粒子間の摩擦を押さえ、
黒鉛の流動を円滑にするため成形時の成形材料の流動性
が向上する。一方、成形後においては球状シリカは黒鉛
粒子間に形成される空隙に存在し、粒子間の接触面での
導電性を下げることがない。また、黒鉛のモース硬度
（１〜３）が球状シリカ（モース硬度５〜８）に比べて
低く、球状シリカの粒径が小さいため、球状シリカが黒
鉛粒子間の接触面に存在しても、黒鉛表面に埋没し黒鉛
粒子間の接触を阻害しないため導電性を著しく妨げるこ
とはない。球状シリカの平均粒子径が黒鉛の平均粒子径
に対して１／２０より大きいと黒鉛表面に球状シリカが
完全に埋没せず、また黒鉛粒子間の空隙に収まらず黒鉛
同士の接触を阻害するため導電性の維持が困難になる。

【０００７】組成物中の各成分の割合は、熱硬化性樹脂
１０〜２５重量％、黒鉛７０〜８５重量％及び球状シリ
カ０．１〜３重量％である。熱硬化性樹脂が１０重量％
未満であると、流動性が低下するため成形性が厳しくな
り、２５重量％を超えると実用的な導電性を得られな
い。黒鉛が７０重量％未満では導電性に乏しく、８５重
量％を超えると流動性が低下するため成形性に難点が生
じる。また、球状シリカが０．１重量％未満では導電性
に影響は無いが流動性の向上に乏しく成形性が改善され
ない。３重量％を超えると黒鉛もしくは樹脂の配合量が
押さえられ、実用レベルの導電性と成形性が維持できな
い。本発明においては、１０^-3 〜１０^-1Ω・ｃｍの高
伝導性と優れた成形性を得るために、黒鉛と球状シリカ
との合計配合量が成形材料全体の７５〜８５重量％の範
囲であることが好ましい。

【０００８】本発明で使用できる黒鉛としては特に限定
されない。例えば鱗片状、塊状、土状等の天然黒鉛や人
造黒鉛が使用できる。黒鉛の平均粒径は成形材料に必要
な性能に併せて選択可能であるが、通常１０〜４００μ
ｍのものが使用できる。好ましくは、成形性及び導電性
の点から２０〜２００μｍである。球状シリカとしては
黒鉛の平均粒子径に対して１／２０以下の平均粒子径で
あれば使用可能であるが、効果的に成形時の成形材料の
流動性を向上させ、且つ導電性を維持するために通常
０．０１〜２０μｍのものが使用でき、更には上記黒鉛
の平均粒径の好ましい範囲から０．５〜５μｍのものが
好ましい。

【０００９】本発明で使用できる熱硬化性樹脂として
は、常温で固体であるものが使用できる。液状である
と、例えば加圧ロールでの混練性が著しく低下し、均一
な分散が得られない。例えばフェノール樹脂、エポキシ
樹脂、不飽和ポリエルテル樹脂等が用いられる。特に耐
熱性のよいフェノール樹脂、エポキシ樹脂が好ましく、
フェノール樹脂では、成形時にアンモニアが発生せず成
形品中に残存しないという点でレゾール型フェノール樹
脂が好ましい。

【００１０】次に、本発明の熱硬化性樹脂成形材料を製
造する方法について、その一例を詳しく説明すると、黒
鉛、球状シリカ、微粉砕した熱硬化性樹脂、及び離型剤
をヘンシェルミキサーにて均一に混合する。この混合組
成物はこのままでも成形でき高導電性を有しているが、
更に均一な導電性と実用的な機械的強度、気体不透過性
を付与すると同時に成形性を高めるために加熱ロールで
成形材料化し破砕する。必要により顆粒状にすることも
できる。導電性、成形性を損なわない範囲で、黒鉛の代
わりにカーボンブラック、炭素繊維等の導電性の充填材
を一部使用することも可能であり、シリカ以外の無機充
填材も一部併用使用することができる。

【００１１】このようにして得られた熱硬化性樹脂成形
材料は通常の熱硬化性樹脂の成形機で成形できる。特
に、従来成形が困難であった厚みが０．５〜５．０ｍｍ
程度の薄板状の導電性成形体を首尾よく成形することが
できる。例えば、２２０角×２ｍｍの溝付き成形品を、
金型温度１３０〜２００℃、成形圧力２００〜８００ｋ
ｇ／ｃｍ²、硬化時間５分の条件で得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。
しかし本発明はこれらの実施例によって限定されるもの
ではない。また、実施例及び比較例に記載されている
「部」及び「％」は、すべて「重量部」及び「重量％」
を示す。

【００１３】実施例１〜３，比較例１〜３表１に示した人造黒鉛と球状シリカ、離型剤としてステ
アリン酸及びフェノール樹脂としてジメチレンエーテル
型レゾールフェノール樹脂（数平均分子量７００、融点
８０℃）をヘンシェルミキサーにて混合して組成物を得
た。得られた組成物を８０℃の加熱ロールで溶融混練し
た後取り出し、顆粒状に粉砕してフェノール成形材料を
得た。この成形材料を金型温度１７０℃、成形圧力２０
０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間３分で圧縮成形し２２０角×
２ｍｍの大きさの溝付き成形品を得た。得られた成形品
の特性を表１下段に示す。

【００１４】

【表１】各実施例で得られた成形品は良好な導電性と成形性を有
している。比較例１で得られた成形品は良好な成形性を
有しているが、球状シリカの粒子径が大きいため導電性
がやや低下している。比較例２は球状シリカの量が多い
ため導電性が低下し、成形性も低下している。比較例３
は球状シリカを使用していないことから、成形性が劣っ
ている。

【００１５】（測定方法）体積固有抵抗：ＪＩＳＫ７１９４により測定した。成形性：充填性及び外観が良好なものを○、外観にフク
レ・溝凸部の割れが生じるものを△、未充填部やフク
レ、溝凸部の割れがあるものを×とした。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の熱硬化性樹脂成形材料は、成形性に優れた高電導性の
熱硬化性樹脂成形材料であり、複雑な形状を有する薄肉
の成形体を得ることができる。従って、水素、アルコー
ル等を燃料とする燃料電池のセパレーター等の成形品を
容易に製造することが出来るため、工業的な導電性樹脂
成形材料として好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｈ０１Ｍ 8/02 ＢＦターム(参考） 4F071 AA41 AA42 AA49 AB03 AB26 AD02 AD06 AE15 AH15 4J002 CC031 CD001 CF211 DA026 DJ016 GQ02 5G301 DA19 DA33 DA42 DA55 DD08 DD10 5H026 AA02 EE06 EE18 HH00 HH01 HH03 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１
０〜２５重量％、黒鉛７０〜８５重量％及び平均粒子径
が黒鉛の平均粒子径の１／２０以下である球状シリカ
０．１〜３重量％を含有してなることを特徴とする熱硬
化性樹脂成形材料。
【請求項２】請求項１記載の成形材料を成形してな
り、成形体の厚みが０．５〜５．０ｍｍであることを特
徴とする導電性成形体。
【請求項３】燃料電池セパレーター用である請求項１
記載の熱硬化性樹脂成形材料。
【請求項４】請求項３記載の成形材料を成形してなる
燃料電池セパレーター。