JP4580676B2

JP4580676B2 - 導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法

Info

Publication number: JP4580676B2
Application number: JP2004120449A
Authority: JP
Inventors: 隆義田中; 徹伊賀; 晴彦阿江
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: CN1942300B; EP1736295A8; WO2005099994A1; JP2005297486A; EP1736295A4; KR101181107B1; MY141178A; TW200606007A; EP1736295A1; KR20070004839A; CN1942300A; TWI336655B

Description

本発明は、導電性フィラーを高い含有率で充填した導電性熱可塑性樹脂組成物について、成形体に対して当該フィラーを均一に分散させて成形することができる導電性熱可塑性樹脂の射出圧縮成形方法に関する。

近年、環境問題やエネルギー問題の観点から、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する空気を利用して電気分解反応により発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置として燃料電池が注目されており、家庭用や自動車用の燃料電池の開発が活発に行われている。このような燃料電池は、低公害で高い発電効率を有する一方、単位セル（１つの電池）から取り出すことができる電圧が低いため、各単位セルを数１０〜数１００個直列に積層して使用されている。

各単位セルを積層する場合にあって、各単位セルに電気伝導性を持たせ、単位セルに対して供給され燃料ガス及び空気の分離境界膜の機能を果たすものが障壁板（セパレーター）である。この燃料電池用セパレーターは、製品面として、電極からの集電機能を備えるため、高い電気伝導性が必要とされ、また、その表面に対して燃料ガス等が通過する流路を形成する等により、ガスバリア性、機械的強度、電解質（リン酸、硫酸等）、イオンに対する耐腐食性等の諸特性が要求される。

一方、製造面としては、成形時の樹脂の流動性が良好で、均一な肉厚分布となる成形体を得ることが重要であるが、カーボンパウダー等の導電性フィラーを高い含有率（例えば、８０質量％以上）で含有した熱可塑性樹脂は非常に流動性が悪くなり、しかも冷えやすいために成形が困難であるという問題があった。これに対して、一般に、成形性の悪い材料の成形方法としては、スタンピングや圧縮成形が一般的に用いられているが、その成形方法は溶融プレス成形機によるものであるため、スタンピング成形やプレス成形は、生産性に劣り、大量生産には適さなかった。

従って、生産性の高い射出成形方法を用いて、燃料電池用セパレーターを得る技術の提供が求められていた。このような技術としては、例えば、ピッチ系炭素繊維を８０〜９８質量％含有した、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂組成物を、射出成形を含む各種の成形方法を用いて成形体とする技術や（特許文献１）、また、燃料電池用セパレーターを導電性無機系材料及び樹脂材料を用いて射出成形、射出圧縮成形により成形する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００３−８２２４７号公報（［請求項４］，［００６３］）特開２００３−２４２９９４号公報（［００１４］〜［００２４］）

しかしながら、燃料電池用セパレーター等導電性フィラーを多く含む樹脂材料を射出圧縮成形で成形するにあっては、熱可塑性樹脂と比較して充填された導電性フィラーの冷却が速く行われるため、肉厚が均一な成形体を得ることが難しく、例えば、均一な肉厚の成形体を得るには、金属加熱冷却による樹脂充填時の金型温度を非常に高温（例えば、２７０〜３００℃）状態にして、その後冷却処理をする必要がある一方、前記した特許文献１及び特許文献２に記載された技術にあっては、このような処理を実施することはできない場合があり、導電性フィラー高い含有率で充填した燃料電池用セパレーターを成形することは困難であった。

従って、前記の課題に鑑み、本発明の目的は、導電性フィラーを高い含有率で充填した導電性熱可塑性樹脂組成物を、成形時の当該樹脂組成物の流動性を良好にして、導電性フィラーが均一に分散された成形体を得ることができる導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法を提供することにある。

前記の課題を解決すべく、本発明の導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法は、導電性熱可塑性樹脂組成物を射出圧縮成形により成形する方法であって、金型温度が１５０〜２５０℃とされた金型の合わせ面により形成された間隔を０．５〜５．０ｍｍとしたキャビティ空間に対して７０〜９５質量％の球状の黒鉛を含有した導電性熱可塑性樹脂組成物を射出充填する射出・充填工程と、充填完了後、金型空間を閉じて、当該空間に充填された導電性熱可塑性樹脂組成物を、圧縮速度を１．０〜２０ｍｍ／秒、圧縮圧力を１０ＭＰａ以上として圧縮賦形する圧縮・賦形工程からなることを特徴とする。

この本発明の導電性熱可塑性樹脂の射出圧縮成形方法によれば、導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形が、所定の射出・充填工程及び圧縮・賦形工程により行われるので、成形過程中の導電性熱可塑性樹脂組成物の流動性が非常に良好となるため樹脂の流動性もよく、導電性フィラーを高含有率で充填した成形体を成形する成形方法を好適に提供可能となる。

また、本発明の射出圧縮成形方法は、導電性熱可塑性樹脂組成物の射出充填における下記（Ｉ）式または（II）式で示されるせん断速度が、５０００〜５００００／秒であることが好ましい。

このような本発明によれば、導電性熱可塑性樹脂組成物の射出充填における（Ｉ）式（金型内のゲートの断面が円形状の場合）あるいは（II）式（金型内のゲートの断面が矩形状の場合）で示されるせん断速度が特定の範囲内にあるので、射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性樹脂内にパウダー状で均一に分散されることになる。このため、金型内での導電性熱可塑性樹脂組成物の流動性も良好となり、また、得られる成形体も、導電性フィラーが均一に分散され、優れた外観となる。

なお、本発明の射出圧縮成形方法にあっては、射出充填する導電性熱可塑性樹脂組成物に対して超臨界流体を注入してもよく、これによっても、射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性樹脂内にパウダー状で均一に分散されることになり、前記した効果を好適に享受することができる。
ここで、超臨界流体としては、超臨界状態の炭酸ガス及び／または超臨界状態の窒素ガを使用することが好ましい。

また、本発明の射出圧縮成形方法にあっては、前記した導電性熱可塑性樹脂に対して、炭酸ガス及び／または窒素ガスを発生する化学発泡剤を添加してもよく、これによっても、射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性樹脂内にパウダー状で均一に分散されることになり、前記した効果を好適に享受することができる。

本発明の射出圧縮成形方法は、前記した金型の表面に対して、厚みが０．５〜３．０ｍｍの断熱層を形成することが好ましい。
かかる本発明によれば、金型の表面に対して、特定の厚みの断熱層を形成する用にしたので、成形体のウェルドラインの発生やヒケ発生を好適に防止することができる。

本発明の射出圧縮成形方法は、前記した熱可塑性樹脂がポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であることが好ましい。
かかる本発明によれば、導電性熱可塑性樹脂組成物の構成として、熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、導電性フィラーとして黒鉛を採用しているので、燃料電池用セパレーター用途としても最適な成形体を提供することができる。

本発明の導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法（以下、単に「本発明の成形方法」とする場合もある）は、熱可塑性樹脂と導電性フィラーからなる導電性熱可塑性樹脂を、所定の射出・充填工程及び圧縮・賦形工程を採用して実施するものであり、また、本発明の成形方法により得られる導電性熱可塑性樹脂成形体（以下、単に「成形体」とする場合もある）は、導電性フィラーを高い含有率で充填し、当該導電性フィラーも良好に分散されていることから、燃料電池用セパレーター等に適用することができる。

本発明の成形方法で使用することができる熱可塑性樹脂としては、耐熱性、耐水性、耐薬品性を備えた樹脂材料を使用することが好ましく、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン（ＡＢＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）樹脂、ポリアセタール樹脂等が挙げられ、これらの一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。本発明の方法を実施するにあたっては、燃料電池用セパレーターを構成する材料として最適な、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂を使用することが好ましい。

また、導電性フィラーとしては、天然黒鉛、人工黒鉛、膨脹黒鉛等の各種黒鉛、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が挙げられ、これらの一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。本発明の方法を実施するにあたっては、電気比抵抗が小さく電気伝導度に優れ、分散性も良好な黒鉛を使用することが好ましい。
なお、導電性フィラーの形状は球状、粉末状が好ましく、例えば、平均粒径を１０〜２００μｍ、嵩比重を０．１５〜０．９０ｇ／ｃｍ^３とすることができる。

この導電性フィラーと、前記した熱可塑性樹脂と混合されることにより、導電性熱可塑性樹脂組成物を形成する。導電性フィラーは、熱可塑性樹脂に対して７０〜９５質量％含有され、７５〜８５質量％含有されることが好ましく、８０〜８５質量％含有されることが特に好ましい。
本発明の方法に使用される導電性熱可塑性樹脂組成物は、このように導電性フィラーの含有率が高いので、高い導電性を備えたものとなる。そして、かかる導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形において、本発明の成形方法を適用することにより、これらの導電性フィラーを、成形体に対して良好に分散することができることとなる。

また、熱可塑性樹脂と導電性フィラーを混合ないし混練して、導電性熱可塑性樹脂組成物を得るには、両者をロール、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各種ミキサー等公知の混合機や混練機を使用して、均一に混合することが好ましい。

本発明の方法は、この熱可塑性樹脂と導電性フィラーを混合してなる導電性熱可塑性樹脂を射出圧縮成形することにより実施されるが、かかる射出圧縮成形を実施する一態様を、図１及び図２を用いて説明する。

図１は本発明の射出圧縮成形方法を実施する射出圧縮成形ユニット１を示した図であって、金型１１，１２を開いて、導電性熱可塑性樹脂組成物１５を射出・充填している状態を示した模式図であり、また、図２は、図１の射出圧縮成形ユニット１において金型１１，１２を閉じて、当該樹脂組成物１５を圧縮・賦形している状態を示した模式図である。

ここで、射出圧縮成形方法を実施するにあっては、図１に示すように、まず、圧縮ユニット１０を後退させた状態として、金型１１，１２の合わせ面を開いた状態としてキャビティ空間１３（以下、単に「空間１３」とすることもある）を形成し、当該空間１３に対して、射出ユニット２０内から、導電性熱可塑性樹脂組成物１５を射出充填する（（１）射出・充填工程）。

次に、所定量の当該樹脂組成物１５の射出充填が完了したら、図２に示すように、圧縮ユニット１０を進行させた状態として（図２の矢印方向に動かして）、金型１１，１２を閉じて型締め力をかけて、充填された導電性熱可塑性樹脂組成物１５を圧縮、賦形するようにして、所定形状の成形体を得るようにする（（２）圧縮・賦形工程）。

本発明の射出圧縮成形方法にあっては、まず、前記の（１）射出充填工程における金型の合わせ面１１ａ，１２ａにより形成されるキャビティ空間１３の間隔を、０．５〜５．０ｍｍとして、３．０〜５．０ｍｍとすることが好ましい。当該間隔をかかる範囲とすることにより、溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物１５を好適に射出充填することができるほか、後工程である（２）圧縮・賦形工程における圧縮しろとしても適当となり、圧縮・賦形処理が良好に行われることになる。

（１）射出・充填工程における金型１１，１２の加熱方式としては、特に制限はなく、従来公知のヒーターを用いて、導電性熱可塑性樹脂組成物１５の充填前に金型１１，１２を加熱状態とすればよい。
また、例えば、金型１１，１２の表面に通電加熱体を配設して、樹脂充填前に当該通電加熱体に通電し、金型１１，１２を所定の温度に加熱するようにしてもよい。この通電加熱体の種類としては、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化アルミニウム、酸化ジルコニア等が挙げられる。

なお、金型温度は、導電性熱可塑性樹脂組成物の種類に応じて決定すればよいが、１５０〜２５０℃程度とすればよい。本発明の成形方法にあっては、従来の射出圧縮成形方法のように、金型温度を高温状態（例えば、２７０〜３００℃）とする必要もないため、成形体の冷却もスムースに行われ、射出圧縮成形を簡便に行うことができる。

また、金型１１，１２の表面に対しては、断熱層を設けてもよく、このように金型１１，１２の表面に断熱層を設けることにより、成形体のウェルドラインの発生やヒケ発生を防止することができる。断熱層の厚さは、０．５〜３．０ｍｍ程度とすればよい。
なお、断熱層の構成材料としては、ジルコニア系セラミックス、耐熱性ポリイミド、アルミナ等が挙げられる。また、市販品としては、ＵＬＰＡＣ（登録商標）金型（あるいはＵＬＰＡＣ層：（（株）太洋工作所製）を使用するようにしてもよい。

そして、（１）射出・充填工程において、導電性熱可塑性樹脂組成物１５を当該空間１３に対して射出充填する場合にあっては、成形体に対する前記した比較的高含有率の導電性フィラーの分散性、及び成形性を向上させる目的で、下記の手段１ないし手段３を施すことが好ましい。これらの手段は、それぞれを単独で行ってもよいし、組み合わせて適用するようにしてもよい。

まず、導電性フィラーを成形体に対して好適に分散させ、成形性を向上させるための手段１としては、下記（Ｉ）式または（II）式で示される射出充填時のせん断速度を、５０００〜５００００／秒とすることが挙げられる。
ここで、式（Ｉ）で算出されるせん断速度γ_ａは、ゲート３０の断面形状が円形状である場合におけるせん断速度、式（II）で算出されるせん断速度γ_ｂは、ゲート３０の断面形状が矩形状である場合におけるせん断速度にそれぞれ対応するものである。

また、式（Ｉ）及び式（II）に示される射出率Ｑとは、単位時間あたりに射出される樹脂の量（体積）を示し、本発明の（１）射出・充填工程にあっては、一般に、８０〜５００（ｃｃ／秒）程度とすることができ、使用する熱可塑性樹脂の種類等に対応して任意の数値を設定すればよい。

また、手段２としては、溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物１５に対して、超臨界流体を注入することが挙げられる。ここで、超臨界流体の種類としては、超臨界状態の炭酸ガスや窒素ガス使用することが好ましい。
なお、超臨界状態とは、気体と液体が共存できる限界の温度及び圧力を超えることによって、気体と液体の密度が等しくなり２層が区別できなくなった状態をいい、この超臨界状態で生じる流体を超臨界流体という。また、超臨界状態における温度及び圧力が超臨界温度及び超臨界圧力であり、例えば、炭酸ガスでは、例えば、３１℃、７．４ＭＰａである。これらの超臨界流体は、導電性熱可塑性樹脂組成物に対して０．５〜３．０質量％程度注入するようにすればよく、例えば、シリンダー内において、溶融状態の当該組成物に対して注入することができる。

更には、手段３としては、導電性熱可塑性樹脂組成物１５に対して、化学発泡剤を添加することが挙げられる。使用される化学発泡剤は、当該樹脂組成物に添加して可塑化して溶融させた場合において、熱分解を起こして窒素ガスや炭酸ガスを発生する化学発泡剤を使用することが好ましく、溶融される前の導電性熱可塑性樹脂組成物に対して、１．０〜
５．０質量％程度をドライブレンドするようにすればよい。

このようにして、（１）射出・充填工程において可塑化された溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物１５は、金型１１，１２の合わせ面１１ａ，１２ａとの間に形成された空間１３に対して、射出・充填されることとなる。
そして、所定量の当該樹脂組成物１５の射出充填が完了したら、圧縮ユニット１０を進行させ、金型１１，１２を閉じて充填された導電性熱可塑性樹脂組成物１５を圧縮、賦形させる（２）圧縮・賦形工程を実施する。
なお、（２）圧縮・賦形工程の開始は、導電性熱可塑性樹脂組成物１５の充填完了時であるが、これは、充填が完全に完了した場合のほか、充填が完了する直前（例えば、充填完了の０．１〜０．５秒前）であってもよい。

本発明の成形方法を実施するにあたり、この（２）圧縮・賦形工程における圧縮速度は、１〜２０ｍｍ／秒とし、５〜２０ｍｍ／秒とすることが好ましい。圧縮速度をかかる範囲にすることにより、射出充填された導電性熱可塑性樹脂組成物１５の圧縮、賦形を好適に行うことができる一方、圧縮速度が１ｍｍ／秒より小さいと、得られる成形体の肉厚分布が悪くなったり（例えば、ゲート側が厚く、流動末端が薄くなる）、ショートショットが多くなる等、連続成形性に悪影響を与える場合がある。また、２０ｍｍ／秒より大きいと、
成形体の品質が安定化される一方、成形機や金型に対しての負荷が大きく、当該成形機等の消耗が激しくなる等の問題が生じる場合がある。

更には、（２）圧縮・賦形工程における圧縮圧力は、１０ＭＰａ以上とし、５０ＭＰａとすることが好ましい。また、その際の型締圧力は６０トン程度として、３００トン程度とすることが好ましい。圧縮圧力が１０ＭＰａ以上であれば、圧縮、賦形が十分に行われ、良好な外観の成形体を得ることができる一方、圧縮圧力が１０ＭＰａより小さいと、圧力が十分でなく、成形体の外観にヒケや反りが発生し、外観不良となる場合があるため好ましくない。

このようにして圧縮ユニット１０を進行させて、金型１１，１２を閉じて型締め力をかけて、充填された導電性熱可塑性樹脂組成物１５を圧縮、賦形したら、金型１１，１２を冷却して、金型１１，１２内部の導電性熱可塑性樹脂組成物１５を冷却固化させる。冷却条件としては、特に制限はないが、冷却温度を１６０〜２５０℃（好ましくは１８０〜２３０℃）として、また、冷却時間を３０〜９０秒（好ましくは５０〜７０秒）程度とすればよい。
そして、当該樹脂組成物１５が冷却固化されたら、金型１１，１２を開いて成形体を取り出すことにより、導電性フィラーが均一に分散された成形体を得ることができる。

以下、本発明の射出圧縮成形方法について、代表的な実施態様の一例を、図１及び図２の射出圧縮成形ユニット１を用いて説明する。
まず、図１に示すような、金型１１，１２の合わせ面１１ａ，１２ａで形成される空間１３の間隔を０．５〜５．０ｍｍとした状態で、溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物１５を金型１１，１２内に射出充填する（（１）射出・充填工程）。なお、この場合にあっては、前記した手段１ないし手段３の少なくとも何れかの処理を施せば、射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性樹脂内にパウダー状で均一に分散されることになる。

この（１）射出・充填工程により溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物１５が金型内に充填されたら、図２に示すように、圧縮ユニット１０を進行させ、型締めして金型１１，１２を閉じ、下記の圧縮・賦形条件により金型内の当該樹脂組成物１５を圧縮賦形するようにする（（２）圧縮・賦形工程）。

（圧縮・賦形条件）
圧縮速度１〜２０ｍｍ／秒
圧縮圧力１０ＭＰａ以上

そして、この（２）圧縮・賦形工程の後、金型１１，１２を、冷却温度を１６０〜２５０℃（好ましくはで１８０〜２３０℃）とし、また、冷却時間を３０〜９０秒（好ましくは５０〜７０秒）程度で冷却して金型内の導電性熱可塑性樹脂組成物１５を冷却固化させる。当該組成物が固化したら、金型１１，１２を開いて取り出し、所望形状の成形体を得ることができる。

以上説明した本発明の射出圧縮成形方法によれば、所定の（１）射出・充填工程及び（２）圧縮・賦形工程により行われるので、成形過程中の導電性熱可塑性樹脂組成物１５の流動性も良好となるため成形性もよい。このため、導電性フィラーを高含有率で充填した成形体を成形可能な成形方法を好適に提供することができる。

また、（１）射出・充填工程において、前記手段１ないし手段３の処理を施すことにより、
射出充填時に導電性フィラーが熱可塑性樹脂内にパウダー状で均一に分散されることになるため、金型内での導電性熱可塑性樹脂組成物１５の流動性も良好となり、得られる成形体も、導電性フィラーが均一に分散されるほか、優れた外観となる。

更には、金型１１，１２の表面に対して、厚みが０．５〜３．０ｍｍ断熱層を形成するようにすれば、成形体のウェルドラインの発生やヒケ発生を好適に防止することができる。

更にまた、導電性熱可塑性樹脂組成物１５の構成として、熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、導電性フィラーとして黒鉛を採用することにより、燃料電池用セパレーター用途としても最適な成形体を提供する射出圧縮成形方法となる。

そして、本発明の射出圧縮成形方法により得られる成形体は、導電性フィラーを高い含有率で充填し、かつ当該導電性フィラーを均一に分散しているため、高い電気伝導性を必要とする成形体となる。かかる本発明の成形体は、所望の形状に成形することができるため、例えば、燃料電池用セパレーター（特に、固体高分子型燃料電池用セパレーター）や、樹脂製電極及び電気回路として広く利用することができる。

ここで、図３は、本発明の射出圧縮成形方法により得られる成形体によりなる燃料電池用セパレーターを使用した燃料電池５０の基本的な構成例を示した概略図である。
図３に示す燃料電池５０は、燃料極５１、電解質板５２、酸化極板５３、及び燃料電池用セパレーター５４（以下、単に「セパレーター５４」とすることもある）からなり、このセパレーター５４の表裏両面に対して、それぞれ複数の溝５５が形成されている。

また、この燃料電池用セパレーター５４に形成された複数の溝５５については、本発明の射出圧縮成形方法により、一度に形成するようにしてもよく、これにより、切削などの機械加工も必要なく、セパレーター５４を低コストで得ることが可能となる。また、セパレーター５４の形状によっては、金型を用いた１回の射出圧縮成形だけでは所定の形状が得られない場合もあり、その場合には、追加的な処理として、得られた成形体に対して、切削、穴明け、ねじ切り等の機械加工を施すようにしてもよい。

なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としてもよい。

例えば、前記した実施形態では、導電性熱可塑性樹脂組成物１５は、導電性フィラーと熱可塑性樹脂からなる例を示したが、導電性熱可塑性樹脂組成物１５には、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の充填材を添加することができる。

この充填材の具体例としては、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー、硼酸アルミニウムウィスカー、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石膏繊維、金属繊維などの繊維系充填材、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどのケイ酸塩、アルミナ、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの金属化合物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、ガラスビーズ、ガラスフレーク、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化ケイ素、シリカなどの非繊維系充填材などが挙げられ、これらは中空体であってもよい。また、これらは一種類を単独で使用してもよく、また、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。更には、より優れた機械的強度を得るためには、これらの繊維状充填材、非繊維状充填材をイソシアネート系化合物、有機シラン系化合物、有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物、エポキシ系化合物等のカップリング剤により前処理して使用するようにしてもよい。

また、導電性熱可塑性樹脂組成物１５に対しては、本発明の効果を妨げない範囲において、有機リン化合物、ポリエーテルエーテルなどの結晶核剤、次亜リン酸ンドの着色防止剤、ヒンダードフェノール、ヒンダードアミンなどの酸化防止剤、紫外線防止剤、染料や顔料などの着色剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、可塑剤等の添加剤を適宜添加することができる。

更には、図３において挙げた燃料電池５０（固体高分子型燃料電池）及びセパレーター５４の形状は、あくまでも一例であり、燃料電池５０の構成及びセパレーター５４の形状等はかかる内容に限定されず、任意の構成及び形状とすることができる。

そして、本発明の射出圧縮成形方法を実施するに際して、成形体の寸法等は、導電性熱可塑性樹脂組成物１５のヒケ等をあらかじめ予測して金型設計をしておくことが好ましく、これにより、基本的に金型形状がそのまま成形体の形状に反映され、特に厚み方向の寸法精度の向上を図ることができる。
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等に何ら制約されるものではない。

［実施例１］
熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）（ＩＰＣ−１：出光石油化学（株）製、溶融粘度、７Ｐａ・ｓ）、導電性フィラーとして黒鉛（ＣＧＣ−１００Ｈ：日本黒鉛工業（株）製）を、当該樹脂組成物全体に対して導電性フィラーを８２質量％含有するようにして、導電性熱可塑性樹脂組成物とした。
なお、この導電性熱可塑性樹脂組成物の流動性としては、樹脂温度が３２０℃、金型温度が１３５℃におけるスパイラルフロー値が、肉厚を１．０ｍｍとした場合には６０ｍｍ、肉厚を１．５ｍｍとした場合には９０ｍｍとなるようにした。

そして、この導電性熱可塑性樹脂組成物を、図１及び図２の射出圧縮成形ユニットを備えた射出圧縮成形機（ＡＺ−７０００：日精樹脂工業（株）製、型締力３５０トン（３４３０ｋＮ）を用いて、下記の（１）射出・充填工程、及び（２）圧縮・賦形工程に従い、本発明の射出圧縮成形方法を実施し、板状成形体（サイズ：縦２００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚み１．５ｍｍ）を得た。
なお、使用した金型は、いわゆるホットランナー金型であり、ホットランナーの出口径はφ２．０ｍｍである。また、ゲートは、幅が２０ｍｍ、厚みが２．０ｍｍの４点ファンゲートであり、ゲートは板状成形体の縦側（２００ｍｍ側）に形成するようにした。
そして、金型温度は、ヒーターにより後記する表１に示す温度（１８０℃または２３０℃）に制御した。

（１）射出・充填工程：
図１に示す射出圧縮ユニットにおいて、金型の合わせ面同士の間隔を２．０ｍｍとして、溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物を、成形体の肉厚が１．５mmとなるように金型のキャビティ空間内に射出充填した。なお、射出充填においては、せん断速度が５１００／秒となるように、下記（II）式に従い、射出量を調整した。

（２）圧縮・賦形工程：
前記した（１）射出・充填工程により溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物が金型内に充填されたら、図２に示すように、圧縮ユニットを進行させて型締めして金型を閉じて、圧縮速度を５．０mm／秒、圧縮圧力を５０ＭＰａとして、金型のキャビティ空間内の導電性熱可塑性樹脂組成物を圧縮賦形するようにした。

そして、（２）圧縮・賦形工程の後、金型を１８０℃で５０秒程度で冷却して、金型内の導電性熱可塑性樹脂組成物を冷却固化させ、当該組成物が固化したら、金型から取り出して、本発明の成形体を得た。

［実施例２］
実施例１に示した射出圧縮成形方法において、せん断速度を５１００／秒から３４４００秒に変更した以外は、実施例１と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例３］
実施例１に示した射出圧縮成形方法において、金型温度を１８０℃から２３０℃に変更した以外は、実施例１と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例４］
実施例３に示した射出圧縮成形方法において、せん断速度を５１００／秒から３４４００秒に変更した以外は、実施例３と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例５］
実施例３に示した射出圧縮成形方法において、金型の間隔を５．０ｍｍから２．０ｍｍに変更した以外は、実施例３と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例６］
実施例３に示した射出圧縮成形方法において、圧縮速度を５．０ｍｍ／秒から１．０ｍｍ／秒に変更した以外は、実施例３と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。
なお、前記した実施例１ないし実施例６の射出圧縮成形方法において採用した成形条件を表１にまとめて示した。

（射出圧縮成形条件）

［試験例１］
実施例１ないし実施例６で得られた板状成形体に対して、下記の方法により（Ａ）肉厚分布及び（Ｂ）体積抵抗率を測定した。結果を表２に示す。

（Ａ）肉厚分布：
成形体の２箇所（ゲート側と流動部末端）について、市販のノギス（１／１００ｍｍ）を用いて肉厚を測定して、最大値及び最小値を確認した。

（Ｂ）体積抵抗率：
市販の抵抗率計（ロレスターＧＰ／ＡＳＰプローブ（三菱化学（株））を用いて）、ＪＩＳＫ７１９４に準拠し、四深針法に従い測定を行うとともに、最大値と最小値を確認した。

（結果）

表２の結果からわかるように、実施例１ないし実施例６の射出圧縮成形方法により得られた本発明の板状成形体は、肉厚分布が均一であり、また、体積抵抗率も優れたものであった。
なお、実施例１ないし実施例６の射出圧縮成形方法を実施するにあたり、射出時における溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物における導電性フィラーである黒鉛の分散状態を確認するために、いわゆるホットランナーパージに従い、ホットランナー出口のφ２ｍｍにおける樹脂の形態を確認したところ、実施例１ないし実施例６のいずれも、射出時においては、導電性フィラーがパウダー状で導電性熱可塑性樹脂組成物内に均一に分散されていた。

［実施例７］
実施例１に示した射出圧縮成形方法において、せん断速度を５１００／秒に調整する代わり（せん断速度を１０００／秒としたままで）、射出される溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物に対して、超臨界状態の炭酸ガスを、導電性熱可塑性樹脂組成物に対して０．５〜３．０質量％となるように注入した以外は、実施例１と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。
なお、超臨界状態の炭酸ガスは、射出圧縮成形機のシリンダー部にて、溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物に対して注入するようにした。

［実施例８］
実施例７に示した射出圧縮成形方法において、金型温度を１８０℃から２３０℃に変更した以外は、実施例７と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例９］
実施例８に示した射出圧縮成形方法において、超臨界状態の炭酸ガスを注入する代わりに、化学発泡剤（ポリスチレンＥＢ２０１（バリウムアゾジカルボキシレートを成分とする２０％マスターバッチ）：永和化成（株）製）を、導電性熱可塑性樹脂組成物に対して
３質量％ドライブレンドした以外は、実施例８と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。
なお、前記した実施例７ないし実施例９の射出圧縮成形方法において採用した成形条件を表３にまとめて示した。

（射出圧縮成形条件）

［試験例２］
実施例７ないし実施例９で得られた成形体について、試験例１と同様な方法を用いて（Ａ）肉厚分布及び（Ｂ）体積抵抗率を測定した。結果を表４に示す。

（結果）

表４の結果からわかるように、実施例７ないし実施例９の射出圧縮成形方法により得られた本発明の板状成形体は、肉厚分布が均一であり、また、体積抵抗率も優れたものであった。
なお、前記実施例１ないし実施例６と同様に、射出時における溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物における導電性フィラーである黒鉛の分散状態を確認したところ、実施例７ないし実施例９のいずれも、射出時においては、導電性フィラーがパウダー状で導電性熱可塑性樹脂組成物内に均一に分散されていた。

［実施例１０］
実施例１に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが２．０ｍｍの断熱層（（株）太洋製作所製のＵＬＰＡＣ（登録商標。以下同）を使用）を形成した以外は、実施例１と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例１１］
実施例２に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが２．０ｍｍの断熱層（（株）太洋製作所製のＵＬＰＡＣを使用）を形成した以外は、実施例２と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例１２］
実施例３に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが２．０ｍｍの断熱層（（株）太洋製作所製のＵＬＰＡＣを使用）を形成した以外は、実施例３と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例１３］
実施例４に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが２．０ｍｍの断熱層（（株）太洋製作所製のＵＬＰＡＣを使用）を形成した以外は、実施例４と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例１４］
実施例５に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが２．０ｍｍの断熱層（（株）太洋製作所製のＵＬＰＡＣを使用）を形成した以外は、実施例５と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例１５］
実施例６に示した射出圧縮成形方法において、使用する金型の表面に対して厚さが２．０ｍｍの断熱層（（株）太洋製作所製のＵＬＰＡＣを使用）した以外は、実施例６と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。

［実施例１６］
実施例１５に示した射出圧縮成形方法において、圧縮速度を１．０ｍｍ／秒から５．０ｍｍ／秒とし、断熱層の厚さを２．０ｍｍから０．５ｍｍに変更した以外は、実施例１５と同様な方法を用いて、本発明の板状成形体を得た。
なお、前記した実施例１０ないし実施例１６の射出圧縮成形方法において採用した成形条件を表５にまとめて示した。

（射出圧縮成形条件）

［試験例３］
実施例１０ないし実施例１６で得られた成形体について、試験例１と同様な方法を用いて（Ａ）肉厚分布及び（Ｂ）体積抵抗率を測定した。結果を表６に示す。

（結果）

表６の結果からわかるように、実施例１０ないし実施例１６の射出圧縮成形方法により得られた本発明の板状成形体は、肉厚分布が均一であり、また、体積抵抗率も優れたものであった。
なお、前記実施例１ないし実施例９と同様に、射出時における溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物における導電性フィラーである黒鉛の分散状態を確認したところ、実施例１０ないし実施例１６のいずれも、射出時においては、導電性フィラーがパウダー状で導電性熱可塑性樹脂組成物内に均一に分散されていた。

以上の結果により、実施例１ないし実施例１６に示した本発明の射出圧縮成形方法を用いることにより、肉厚分布が均一であり、かつ、導電性フィラーを高い含有率で充填し、導電性フィラーを均一に分散した電気伝導性に優れた板状成形体を得ることができることが確認できた。この板状成形体は、例えば、燃料電池用セパレーター等に広く利用することができる。

本発明の導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法及び導電性熱可塑性樹脂成形体は、例えば、燃料電池用セパレーター等を製造する射出圧縮成形方法として有利に使用することができる。

本発明の射出圧縮成形方法を実施する射出圧縮ユニットの一形態を示した図であって、金型を開いた状態（射出充填を行っている状態）を示した概略図である。図１において、金型を閉じた状態（圧縮賦形を行っている状態）を示した概略図である。本発明の射出圧縮成形方法により成形される燃料電池用セパレーターを使用した燃料電池の一形態を示した概略図である。

符号の説明

１… 射出圧縮成形ユニット
１１，１２… 金型
１１ａ，１２ａ…合わせ面
１３… キャビティ空間
１５… 導電性熱可塑性樹脂組成物
２０… 射出ユニット
３０… ゲート
５０… 燃料電池
５１… 燃料極
５２… 電解質板
５３… 酸化極板
５４… 燃料電池用セパレーター
５５… 溝

Claims

導電性熱可塑性樹脂組成物を射出圧縮成形により成形する方法であって、
金型温度が１５０〜２５０℃とされた金型の合わせ面により形成された間隔を０．５〜５．０ｍｍとしたキャビティ空間に対して７０〜９５質量％の球状の黒鉛を含有した導電性熱可塑性樹脂組成物を射出充填する射出・充填工程と、
充填完了後、金型空間を閉じて、当該空間に充填された導電性熱可塑性樹脂組成物を、圧縮速度を１．０〜２０ｍｍ／秒、圧縮圧力を１０ＭＰａ以上として圧縮賦形する圧縮・賦形工程からなることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項１に記載の射出圧縮成形方法において、
前記導電性熱可塑性樹脂組成物の射出充填における下記（Ｉ）で示されるせん断速度が、５０００〜５００００／秒であることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項１に記載の射出圧縮成形方法において、
前記導電性熱可塑性樹脂組成物の射出充填における下記（II）で示されるせん断速度が、５０００〜５００００／秒であることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項１に記載の射出圧縮成形方法において、
射出充填する溶融状態の導電性熱可塑性樹脂組成物に対して超臨界流体を注入することを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項４に記載の射出圧縮成形方法において、
前記超臨界流体が、超臨界状態の炭酸ガス及び／または超臨界状態の窒素ガスであることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項１に記載の射出圧縮成形方法において、
前記導電性熱可塑性樹脂組成物に対して、炭酸ガス及び／または窒素ガスを発生する化学発泡剤を添加することを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項１ないし請求項６の何れかに記載の射出圧縮成形方法において、
前記金型の表面に対して、厚みが０．５〜３．０ｍｍの断熱層を形成したことを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。
請求項１ないし請求項７の何れかに記載の射出圧縮成形方法において、
前記熱可塑性樹脂がポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂組成物の射出圧縮成形方法。