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JP6260886B2 - Method for producing separator with gasket for fuel cell, and separator with gasket for fuel cell - Google Patents

Method for producing separator with gasket for fuel cell, and separator with gasket for fuel cell Download PDF

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JP6260886B2 JP2012091683A JP2012091683A JP6260886B2 JP 6260886 B2 JP6260886 B2 JP 6260886B2 JP 2012091683 A JP2012091683 A JP 2012091683A JP 2012091683 A JP2012091683 A JP 2012091683A JP 6260886 B2 JP6260886 B2 JP 6260886B2
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Description

本発明は、燃料電池に適用される燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法、及び燃料電池用ガスケット付きセパレータに関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a separator with a gasket for a fuel cell applied to a fuel cell, and a separator with a gasket for a fuel cell.

一般に燃料電池は複数の単セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから成り、これにより燃料電池が起電力を発生させる。燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力の燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。   In general, a fuel cell is composed of a cell stack formed by stacking several tens to several hundreds of single cells in series, whereby the fuel cell generates electromotive force. Fuel cells are classified into several types according to the type of electrolyte. Recently, solid polymer fuel cells using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte have attracted attention as high-power fuel cells.

固体高分子型燃料電池の単セルは、例えば燃料電池用のセパレータ、ガスケット、膜−電極複合体が重ねられることで構成されている(図2参照)。セパレータには、ガス供給排出用の溝が形成されている領域を取り囲む外周部分に、マニホールドが形成されている。また、必要に応じ、セパレータの外周部分に、シーリングのためのガスケットが積層される。   A single cell of a polymer electrolyte fuel cell is configured by stacking, for example, a fuel cell separator, a gasket, and a membrane-electrode composite (see FIG. 2). In the separator, a manifold is formed in an outer peripheral portion surrounding a region where a gas supply / discharge groove is formed. Further, if necessary, a gasket for sealing is laminated on the outer peripheral portion of the separator.

このような燃料電池を構成する部品のうち、セパレータは、ガス供給排出用の溝とマニホールドとが形成されている特異な形状を有している。セパレータは、燃料電池内を流れる燃料、酸化剤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、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池で生じた熱を外部へ放熱したりするという、重要な役割を担っている。   Among the components constituting such a fuel cell, the separator has a unique shape in which a gas supply / discharge groove and a manifold are formed. The separator has a function of separating the fuel, oxidant, and cooling water flowing in the fuel cell so as not to mix, and transmits the electric energy generated by the fuel cell to the outside, and the heat generated by the fuel cell to the outside. It plays an important role of heat dissipation.

セパレータは、例えば黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形材料などから形成される。このような成形材料が使用される場合、一般的には成形材料が金型内で成形されることで、セパレータが得られる。   The separator is formed from, for example, a molding material containing graphite particles and a resin component. When such a molding material is used, a separator is generally obtained by molding the molding material in a mold.

このようなセパレータには、スキン層の除去や表面粗さ調整のためのブラスト処理、親水性を向上させるための処理等が施されることがある。また、セパレータには、シーリングのためのガスケットが取り付けられることもある。   Such a separator may be subjected to a blasting treatment for removing the skin layer, adjusting the surface roughness, a treatment for improving hydrophilicity, and the like. In addition, a gasket for sealing may be attached to the separator.

例えば、特許文献1には、エポキシ樹脂、フェノール系化合物、及び黒鉛粒子を含有する成形用組成物を成形し、これにより得られたセパレータの表面に、ウエットブラスト処理、及びリモート方式での大気圧プラズマ処理を順次施し、続いて、セパレータの表面上にガスケットを積層し、更にセパレータの表面に再度リモート方式での大気圧プラズマ処理を施すことで、燃料電池用ガスケット付きセパレータを得ることが、開示されている。   For example, in Patent Document 1, a molding composition containing an epoxy resin, a phenolic compound, and graphite particles is molded, and the surface of the separator obtained thereby is subjected to wet blasting and remote atmospheric pressure. It is disclosed that a separator with a gasket for a fuel cell is obtained by sequentially performing plasma treatment, subsequently laminating a gasket on the surface of the separator, and further subjecting the surface of the separator to atmospheric pressure plasma treatment by a remote method again. Has been.

しかし、このような燃料電池用ガスケット付きセパレータでは、大気圧プラズマ処理などの親水化の処理を施しても、セパレータの表面の親水性が充分に向上しないことがあった。このため、セパレータの溝が水滴によって閉塞されてしまい、そのために燃料電池の発電効率が低下してしまうことがあった。   However, in such a separator with a gasket for a fuel cell, even if a hydrophilic treatment such as an atmospheric pressure plasma treatment is performed, the hydrophilicity of the separator surface may not be sufficiently improved. For this reason, the groove | channel of the separator was obstruct | occluded with the water droplet, and the power generation efficiency of the fuel cell might fall for that reason.

特開2011−150858号公報JP 2011-150858 A

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セパレータの親水性を向上することができる燃料電池用ガスケット付きセパレータを効率良く製造することができる方法、及び親水性が高いセパレータを備える燃料電池用ガスケット付きセパレータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and the object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a separator with a gasket for a fuel cell that can improve the hydrophilicity of the separator, and hydrophilicity. An object of the present invention is to provide a separator with a gasket for a fuel cell provided with a high separator.

本発明に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法は、
黒鉛粒子と熱硬化性樹脂成分とを含有し、且つ前記黒鉛粒子の割合が固形分全量に対して70〜90質量%の範囲である成形材料を調製するステップ、
前記成形材料を成形することでセパレータを作製するステップ、
前記セパレータにガスケットを積層するステップ、
前記セパレータ及び前記ガスケットに、ブラスト処理を施すステップ、及び
前記ブラスト処理の後、前記セパレータに、その表面の親水性を向上する親水化処理を施すステップを含む。
A method for producing a separator with a gasket for a fuel cell according to the present invention includes:
Preparing a molding material containing graphite particles and a thermosetting resin component, wherein the ratio of the graphite particles is in the range of 70 to 90% by mass with respect to the total solid content;
Producing a separator by molding the molding material;
Laminating a gasket to the separator;
A step of subjecting the separator and the gasket to blasting; and a step of subjecting the separator to hydrophilic treatment for improving hydrophilicity of the surface after the blasting.

前記ブラスト処理によって、前記セパレータの表面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを0.4〜1.2μmの範囲に調整することが好ましい。   It is preferable to adjust the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 on the surface of the separator to a range of 0.4 to 1.2 μm by the blast treatment.

また、前記親水化処理によって、前記セパレータの表面の水との静的接触角を40°以下に調整することが好ましい。   Moreover, it is preferable to adjust a static contact angle with the water of the surface of the said separator to 40 degrees or less by the said hydrophilic treatment.

前記セパレータが、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側の第二の面とを有し、前記第一の面に、燃料ガス又は酸化剤ガスを流通させるための溝を形成し、
前記ブラスト処理によって、前記第一の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを、0.8〜1.2μmの範囲に、前記第二の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが、0.5〜0.7μmの範囲に、それぞれ調整することが好ましい。
The separator has a first surface in the thickness direction and a second surface opposite to the first surface, and causes the fuel gas or the oxidant gas to flow through the first surface. Forming a groove of
By the blasting process, the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of the first surface is within a range of 0.8 to 1.2 μm, and the ISO 25178- 2: The arithmetic average height Sa defined by 2012 is preferably adjusted in the range of 0.5 to 0.7 μm.

また、前記親水化処理が、前記セパレータをプラズマに曝露するプラズマ処理と、前記セパレータをオゾンガスに曝露するオゾンガス処理とのうち、少なくとも一種を含むことが好ましい。   The hydrophilization treatment preferably includes at least one of plasma treatment for exposing the separator to plasma and ozone gas treatment for exposing the separator to ozone gas.

本発明に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータは、
熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有し、且つ前記黒鉛粒子の割合が70〜90質量%の範囲であるセパレータと、前記セパレータに積層しているガスケットとを備え、
前記セパレータの表面の水との静的接触角が40°以下であり、前記セパレータの表面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが、0.4〜1.2μmの範囲である。
The separator with a gasket for a fuel cell according to the present invention is:
A separator containing a cured product of a thermosetting resin component and graphite particles, and a ratio of the graphite particles in the range of 70 to 90% by mass, and a gasket laminated on the separator,
The static contact angle with water on the surface of the separator is 40 ° or less, and the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 on the surface of the separator is 0.4 to 1.2 μm. It is a range.

前記セパレータが、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側の第二の面とを有し、前記第一の面に、燃料ガス又は酸化剤ガスを流通させるための溝が形成され、
前記第一の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが、0.8〜1.2μmの範囲であり、
前記第二の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが、0.5〜0.7μmの範囲であることが好ましい。
The separator has a first surface in the thickness direction and a second surface opposite to the first surface, and causes the fuel gas or the oxidant gas to flow through the first surface. Groove is formed,
The arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of the first surface is in a range of 0.8 to 1.2 μm,
The arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of the second surface is preferably in the range of 0.5 to 0.7 μm.

本発明に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法によれば、ガスケットを備え、且つ親水性の高いセパレータを備える燃料電池用ガスケット付きセパレータを、効率良く製造することができる。   According to the method for manufacturing a separator with a gasket for a fuel cell according to the present invention, a separator with a gasket for a fuel cell including a gasket and having a highly hydrophilic separator can be efficiently manufactured.

本発明に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータは、ガスケットを備えるにもかかわらず、そのセパレータの表面の親水性が高くなる。   Although the separator with a gasket for a fuel cell according to the present invention includes a gasket, the hydrophilicity of the surface of the separator is increased.

(a)及び(b)は、本発明の一実施形態における燃料電池用ガスケット付きセパレータを示す斜視図である。(A) And (b) is a perspective view which shows the separator with the gasket for fuel cells in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における燃料電池の単位セルを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the unit cell of the fuel cell in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における燃料電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell in one Embodiment of this invention.

以下、発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the invention will be described below.

図2は、本実施形態における燃料電池用のセパレータ20、及びセパレータ20を備える固体高分子型燃料電池の単位セルの構造の概略を示す。単位セルは、セパレータ20、ガスケット12、並びに膜−電極複合体5が重ねられることで構成されている。膜−電極複合体5は、酸化剤電極31、燃料電極32、及び電解質4から構成される。   FIG. 2 schematically shows the structure of a unit cell of a fuel cell separator 20 and a polymer electrolyte fuel cell including the separator 20 in the present embodiment. The unit cell is configured by stacking the separator 20, the gasket 12, and the membrane-electrode assembly 5. The membrane-electrode assembly 5 includes an oxidant electrode 31, a fuel electrode 32, and an electrolyte 4.

セパレータ20には、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却水を流通させるための溝2が形成されている。本実施形態では、一つの単位セルは、セパレータ20として、カソード側セパレータ21とアノード側セパレータ22とを備える。カソード側セパレータ21とアノード側セパレータ22の各々は、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側にある第二の面とを有する。   The separator 20 is formed with a groove 2 for circulating fuel gas, oxidant gas or cooling water. In the present embodiment, one unit cell includes a cathode-side separator 21 and an anode-side separator 22 as the separator 20. Each of the cathode side separator 21 and the anode side separator 22 has a first surface in the thickness direction and a second surface on the opposite side of the first surface.

単位セル内においては、カソード側セパレータ21の第一の面は酸化剤電極31と重なるように配置され、アノード側セパレータ22の第一の面は燃料電極32と重なるように配置される。アノード側セパレータ22は、燃料ガスを流通させるための溝2(202)が形成されている領域と、この領域を取り囲む外周部分とを有する。燃料ガスを流通させるための溝2(202)は、アノード側セパレータ22の第一の面に形成されている。また、カソード側セパレータ21は、酸化剤ガスを流通させるための溝が形成されている領域と、この領域を取り囲む外周部分とを有する。酸化剤ガスを流通させるための溝は、図示はされていないが、カソード側セパレータ21の第一の面に形成されている。また、カソード側セパレータ21の第二の面には、冷却水を流通させるための溝2(203)が形成されている。   In the unit cell, the first surface of the cathode separator 21 is disposed so as to overlap the oxidant electrode 31, and the first surface of the anode separator 22 is disposed so as to overlap the fuel electrode 32. The anode-side separator 22 has a region where a groove 2 (202) for allowing the fuel gas to flow is formed, and an outer peripheral portion surrounding the region. The groove 2 (202) for allowing the fuel gas to flow is formed on the first surface of the anode separator 22. Moreover, the cathode side separator 21 has the area | region in which the groove | channel for distribute | circulating oxidizing agent gas is formed, and the outer peripheral part surrounding this area | region. Although not shown, the groove for allowing the oxidant gas to flow is formed on the first surface of the cathode-side separator 21. A groove 2 (203) for circulating cooling water is formed on the second surface of the cathode separator 21.

また、二つの単位セルが重ねられる際には、一方の単位セルにおけるカソード側セパレータ21の第二の面と、他方の単位セルにおけるアノード側セパレータ22の第二の面とが、重ねられる。このカソード側セパレータ21と、アノード側セパレータ22との間には、溝2(203)から構成される流路が形成される。この流路は、冷却水を流通させるための流路である。   Further, when two unit cells are overlapped, the second surface of the cathode side separator 21 in one unit cell and the second surface of the anode side separator 22 in the other unit cell are overlapped. Between the cathode side separator 21 and the anode side separator 22, a flow path constituted by the groove 2 (203) is formed. This channel is a channel for circulating cooling water.

尚、本実施形態では、上記の通り冷却水を流通させるための溝203がカソード側セパレータ21の第二の面に形成されているが、冷却水を流通させるための溝がアノード側セパレータ22の第二の面に形成されていてもよい。また、カソード側セパレータ21の第二の面に冷却水を流通させるための溝が形成され、且つアノード側セパレータ22の第二の面にも冷却水を流通させるための溝が形成されていてもよい。   In the present embodiment, the groove 203 for circulating the cooling water is formed on the second surface of the cathode side separator 21 as described above, but the groove for circulating the cooling water is formed on the anode side separator 22. It may be formed on the second surface. Further, a groove for circulating cooling water is formed on the second surface of the cathode-side separator 21, and a groove for circulating cooling water is also formed on the second surface of the anode-side separator 22. Good.

各セパレータ20には、このセパレータ20を貫通する孔からなるマニホールド13が形成されている。本実施形態では、各セパレータ20には、六個のマニホールド13が形成されている。これらのマニホールド13は、各セパレータ20の第一の面と第二の面の各々の外周部分で開口している。六個のマニホールド13は、二つの燃料用マニホールド131、二つの酸化剤用マニホールド132、及び二つの冷却用マニホールド133を含んでいる。カソード側セパレータ21における二つの酸化剤用貫通孔131,131は、カソード側セパレータ21の第一の面における溝に連通する。アノード側セパレータ22における二つの燃料用貫通孔132,132は、アノード側セパレータ22の第一の面における溝202に連通する。また、カソード側セパレータ21における二つの冷却用マニホールド133は、カソード側セパレータ21の第二の面における溝203に連通する。   Each separator 20 is formed with a manifold 13 having holes penetrating the separator 20. In the present embodiment, six separators 13 are formed in each separator 20. These manifolds 13 are opened at the outer peripheral portions of the first surface and the second surface of each separator 20. The six manifolds 13 include two fuel manifolds 131, two oxidant manifolds 132, and two cooling manifolds 133. The two oxidant through holes 131 and 131 in the cathode separator 21 communicate with a groove in the first surface of the cathode separator 21. The two fuel through holes 132 and 132 in the anode side separator 22 communicate with the groove 202 in the first surface of the anode side separator 22. Further, the two cooling manifolds 133 in the cathode side separator 21 communicate with the groove 203 in the second surface of the cathode side separator 21.

本実施形態では、図2に示されるように、セパレータ20にはストレートタイプの溝2が形成されている。一般に、セパレータ20における溝2としては、屈曲を有するサーペンタインタイプの溝と屈曲を有さないストレートタイプの溝とがある。勿論、図2に示されるセパレータ20において、このセパレータ20にサーペンタインタイプの溝2が形成されてもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the straight groove 2 is formed in the separator 20. In general, the grooves 2 in the separator 20 include a serpentine type groove having a bend and a straight type groove having no bend. Of course, in the separator 20 shown in FIG. 2, the serpentine type groove 2 may be formed in the separator 20.

セパレータ20の厚みは例えば0.5〜3.0mmの範囲に形成される。セパレータ20のガス供給排出用の溝2の幅は例えば1.0〜1.5mm、深さは例えば0.5〜1.5mmの範囲に形成される。また、溝2の幅(A)と深さ(B)との比(A/B)が1以上であることが好ましい。この場合、後述する親水化処理の効率が高くなる。また、マニホールド13の開口面積は例えば0.5〜5.0cm2の範囲に形成される。 The thickness of the separator 20 is formed in the range of 0.5-3.0 mm, for example. The width of the gas supply / discharge groove 2 of the separator 20 is, for example, 1.0 to 1.5 mm, and the depth is, for example, 0.5 to 1.5 mm. The ratio (A / B) of the width (A) to the depth (B) of the groove 2 is preferably 1 or more. In this case, the efficiency of the hydrophilization process mentioned later becomes high. Moreover, the opening area of the manifold 13 is formed in the range of 0.5-5.0 cm < 2 >, for example.

ガスケット12は、カソード側セパレータ21の第一の面とアノード側セパレータ22の第一の面との各々における外周部分上に重ねられる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスのガスリークが抑制される。ガスケット12には、その略中央部に、膜−電極複合体5における酸化剤電極31又は燃料電極32を収容するための開口15が形成されている。この開口15において、セパレータ20の溝2が露出する。また、ガスケット12には、セパレータ20の酸化剤用貫通孔131、燃料用貫通孔132及び冷却用貫通孔133と合致する位置に、酸化剤用貫通孔141、燃料用貫通孔142及び冷却用貫通孔143が、それぞれ形成されている。   The gasket 12 is overlaid on the outer peripheral portion of each of the first surface of the cathode side separator 21 and the first surface of the anode side separator 22. Thereby, the gas leak of fuel gas and oxidant gas is suppressed. In the gasket 12, an opening 15 for accommodating the oxidant electrode 31 or the fuel electrode 32 in the membrane-electrode assembly 5 is formed at a substantially central portion thereof. In the opening 15, the groove 2 of the separator 20 is exposed. In addition, the gasket 12 has an oxidant through hole 141, a fuel through hole 142, and a cooling through hole at positions matching the oxidant through hole 131, the fuel through hole 132, and the cooling through hole 133 of the separator 20. Each hole 143 is formed.

また、二つの単位セルが重ねられる場合の、一方の単位セルにおけるカソード側セパレータ21の第二の面と、他方の単位セルにおけるアノード側セパレータ22の第二の面との間にも、ガスケット12が介在する。このガスケット12によって、冷却水の漏出が抑制される。このガスケット12の略中央部にも、開口15が形成されている。この開口15において、セパレータ20の溝2が露出する。また、このガスケット12にも、セパレータ20の酸化剤用貫通孔131、燃料用貫通孔132及び冷却用貫通孔133と合致する位置に、酸化剤用貫通孔141、燃料用貫通孔142及び冷却用貫通孔143が、それぞれ形成されている。   Further, when two unit cells are overlapped, the gasket 12 is also provided between the second surface of the cathode separator 21 in one unit cell and the second surface of the anode separator 22 in the other unit cell. Intervenes. This gasket 12 suppresses leakage of cooling water. An opening 15 is also formed at a substantially central portion of the gasket 12. In the opening 15, the groove 2 of the separator 20 is exposed. Further, the oxidant through-hole 141, the fuel through-hole 142, and the cooling gas are also provided in the gasket 12 at positions that coincide with the oxidant through-hole 131, the fuel through-hole 132, and the cooling through-hole 133 of the separator 20. Through holes 143 are formed respectively.

尚、カソード側セパレータ21の第二の面と、アノード側セパレータ22の第二の面との間は、接着剤で接着されてもよく、この場合はカソード側セパレータ21の第二の面と、アノード側セパレータ22の第二の面との間にガスケットが介在しなくても、冷却水の漏出が抑制される。接着剤としては、特に限定されないが、オレフィン系樹脂接着剤が用いられることが好ましい。この場合、接着剤からの不純物の溶出が抑制され、また、燃料電池の耐久性が高くなる。   The second surface of the cathode-side separator 21 and the second surface of the anode-side separator 22 may be bonded with an adhesive. In this case, the second surface of the cathode-side separator 21 and Even if no gasket is interposed between the second surface of the anode-side separator 22, leakage of the cooling water is suppressed. Although it does not specifically limit as an adhesive agent, It is preferable that an olefin resin adhesive agent is used. In this case, the elution of impurities from the adhesive is suppressed, and the durability of the fuel cell is increased.

膜−電極複合体5における電解質4の外周部分には、セパレータ20の酸化剤用貫通孔131、燃料用貫通孔132及び冷却用貫通孔133と合致する位置に、酸化剤用貫通孔161、燃料用貫通孔162及び冷却用貫通孔163がそれぞれ形成されている。   In the outer peripheral portion of the electrolyte 4 in the membrane-electrode assembly 5, an oxidant through-hole 161, a fuel are provided at positions that coincide with the oxidant through-hole 131, the fuel through-hole 132, and the cooling through-hole 133 of the separator 20. The through-hole 162 for cooling and the through-hole 163 for cooling are each formed.

この単位セル構造では、セパレータ20、ガスケット12、及び電解質4の各酸化剤用貫通孔131,141,161が連通することで、酸化剤電極への酸化剤の供給及び排出のための酸化剤用流路が構成される。また、各燃料用貫通孔132,142,162が連通することで、燃料電極への燃料の供給及び排出のための燃料用流路が構成される。また、各冷却用貫通孔133,143,163が連通することで、冷却水等が流通する冷却用流路が構成される。   In this unit cell structure, the separator 20, the gasket 12, and the oxidant through holes 131, 141, 161 of the electrolyte 4 communicate with each other, so that the oxidant is supplied to and discharged from the oxidant electrode. A flow path is configured. Further, the fuel through-holes 132, 142, 162 communicate with each other to form a fuel flow path for supplying and discharging fuel to and from the fuel electrode. In addition, the cooling through holes 133, 143, and 163 communicate with each other to form a cooling flow path through which cooling water and the like flow.

酸化剤電極31と燃料電極32、並びに電解質4は、燃料電池のタイプに応じた公知の材料で形成される。固体高分子型燃料電池の場合、酸化剤電極31及び燃料電極32は例えばカーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等の基材が触媒を担持することで構成される。酸化剤電極31における触媒としては例えば白金触媒、白金・ルテニウム触媒、コバルト触媒等が挙げられ、燃料電極32における触媒としては白金触媒、銀触媒等が挙げられる。また、固体高分子型燃料電池の場合、電解質4は例えばプロトン伝導性の高分子膜から形成され、特にメタノール直接型燃料電池の場合は例えばプロトン伝導性が高く、電子導電性やメタノール透過性を殆ど示さないフッ素系樹脂等から形成される。   The oxidant electrode 31, the fuel electrode 32, and the electrolyte 4 are formed of a known material corresponding to the type of fuel cell. In the case of a polymer electrolyte fuel cell, the oxidant electrode 31 and the fuel electrode 32 are configured by supporting a catalyst on a substrate such as carbon cloth, carbon paper, or carbon felt. Examples of the catalyst in the oxidant electrode 31 include a platinum catalyst, a platinum / ruthenium catalyst, and a cobalt catalyst. Examples of the catalyst in the fuel electrode 32 include a platinum catalyst and a silver catalyst. In the case of a solid polymer fuel cell, the electrolyte 4 is formed of, for example, a proton conductive polymer membrane. In particular, in the case of a methanol direct fuel cell, for example, the proton conductivity is high, and the electronic conductivity and methanol permeability are high. It is formed from a fluorine resin or the like that is hardly shown.

図3は、セパレータ20と膜−電極複合体5とを備える複数の単位セルから構成される、燃料電池40(セルスタック)の一例を示す。この燃料電池40は、酸化剤用流路に連通する酸化剤の供給口171及び排出口172と、燃料用流路に連通する燃料の供給口181及び排出口182と、冷却用流路に連通する冷却水の供給口191及び排出口192とを有する。   FIG. 3 shows an example of a fuel cell 40 (cell stack) composed of a plurality of unit cells including the separator 20 and the membrane-electrode assembly 5. The fuel cell 40 communicates with an oxidant supply port 171 and an exhaust port 172 that communicate with the oxidant flow channel, a fuel supply port 181 and an exhaust port 182 that communicate with the fuel channel, and a cooling channel. A cooling water supply port 191 and a discharge port 192.

本実施形態では、燃料電池用ガスケット付きセパレータを製造する。燃料電池用ガスケット付きセパレータ30は、セパレータ20と、このセパレータ20に積層しているガスケット12とを備える。本実施形態に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータでは、セパレータ20の表面の親水性が充分に高いものである。通常、セパレータ20にガスケットを積層する場合には、セパレータ20の表面にガスケットを形成するための材料に由来する成分が付着しやすい。このため、セパレータ20に親水化処理を施しても、前記の成分が親水化処理の作用を阻害してしまい、このためにセパレータ20の親水性が充分に向上しないことがある。しかし、本実施形態では、セパレータ20にガスケットが積層されてから、セパレータ20及びガスケットにブラスト処理が施される。そのため、セパレータ20の表面における不純物の量が低減し、これにより、セパレータ20の表面におけるガスケットを形成するための材料に由来する成分の量が低減する。このために、本実施形態に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータ30では、セパレータ20に予めガスケット12が積層されているにもかかわらず、セパレータ20の表面が優れた親水性を発揮する。   In this embodiment, a separator with a gasket for a fuel cell is manufactured. The separator 30 with a fuel cell gasket includes a separator 20 and a gasket 12 laminated on the separator 20. In the separator with a gasket for a fuel cell according to the present embodiment, the hydrophilicity of the surface of the separator 20 is sufficiently high. Usually, when a gasket is laminated on the separator 20, components derived from the material for forming the gasket are likely to adhere to the surface of the separator 20. For this reason, even if the separator 20 is subjected to a hydrophilization treatment, the above-described components interfere with the action of the hydrophilization treatment, and thus the hydrophilicity of the separator 20 may not be sufficiently improved. However, in this embodiment, after the gasket is laminated on the separator 20, the separator 20 and the gasket are blasted. Therefore, the amount of impurities on the surface of the separator 20 is reduced, and thereby the amount of components derived from the material for forming the gasket on the surface of the separator 20 is reduced. For this reason, in the separator 30 with a gasket for a fuel cell according to the present embodiment, the surface of the separator 20 exhibits excellent hydrophilicity even though the gasket 12 is previously laminated on the separator 20.

以下、本実施形態に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法について、更に詳しく説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the separator with the gasket for fuel cells according to the present embodiment will be described in more detail.

本実施形態において、セパレータを製造するために用いられるセパレータ成形材料(以下、成形材料という)は、黒鉛及び熱硬化性樹脂成分を含有する。   In the present embodiment, a separator molding material (hereinafter referred to as a molding material) used for manufacturing a separator contains graphite and a thermosetting resin component.

成形材料中の黒鉛粒子は、セパレータの電気比抵抗の低減によるセパレータの導電性向上のために使用される。成形材料中の黒鉛粒子の割合は、成形材料中の固形分全量に対して70〜90質量%の範囲であることが好ましい。黒鉛粒子の割合が70質量%以上であることでセパレータに充分に優れた導電性が付与されるようになり、この割合が90質量%以下であることで成形材料に充分に優れた成形性が付与されると共にセパレータに充分に優れたガス透過性が付与される。この黒鉛粒子の割合は、70質量%以上81質量%以下の範囲であれば更に好ましい。   The graphite particles in the molding material are used for improving the conductivity of the separator by reducing the electrical specific resistance of the separator. The ratio of the graphite particles in the molding material is preferably in the range of 70 to 90% by mass with respect to the total solid content in the molding material. When the ratio of the graphite particles is 70% by mass or more, the separator is provided with sufficiently excellent conductivity. When the ratio is 90% by mass or less, the molding material has sufficiently excellent moldability. As well as being imparted, the separator is provided with sufficiently excellent gas permeability. The ratio of the graphite particles is more preferably in the range of 70% by mass to 81% by mass.

高い導電性を示すのであれば、各種の黒鉛粒子が制限なく用いられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化して得られる黒鉛粒子、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化して得られる黒鉛粒子、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等の、適宜の黒鉛粒子が用いられる。このような各種の黒鉛粒子は、一種単独で用いられ、或いは複数種が併用される。   If it shows high electroconductivity, various graphite particles will be used without a restriction | limiting. For example, graphite particles obtained by graphitizing carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, graphite particles obtained by graphitizing coal-based coke and petroleum-based coke, processed powder of graphite electrodes and special carbon materials, natural graphite, quiche graphite Appropriate graphite particles such as expanded graphite are used. Such various graphite particles are used singly or in combination.

黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれであってもよい。天然黒鉛粉には導電性が高いという利点があり、人造黒鉛粉には天然黒鉛粉に比べて導電性は多少劣るものの、異方性が少ないという利点がある。   The graphite particles may be either artificial graphite powder or natural graphite powder. Natural graphite powder has the advantage of high conductivity, and artificial graphite powder has the advantage of low anisotropy, although the conductivity is somewhat inferior to that of natural graphite powder.

黒鉛粒子は、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉のいずれの場合であっても、精製されていることが好ましい。この場合は、黒鉛粒子中の灰分やイオン性不純物の含有量が低くなるため、セパレータからの不純物の溶出が抑制される。黒鉛粒子中の灰分の含有量は特に0.05質量%以下であることが好ましい。この灰分が0.05質量%を超えると、セパレータを備える燃料電池の特性低下が引き起こされるおそれがある。   The graphite particles are preferably purified regardless of whether they are natural graphite powder or artificial graphite powder. In this case, since the contents of ash and ionic impurities in the graphite particles are reduced, the elution of impurities from the separator is suppressed. The ash content in the graphite particles is particularly preferably 0.05% by mass or less. When this ash content exceeds 0.05 mass%, there exists a possibility that the characteristic fall of a fuel cell provided with a separator may be caused.

黒鉛粒子の平均粒径は10〜100μmの範囲であることが好ましい。この平均粒径が10μm以上であることで成形材料の成形性が優れたものとなり、この平均粒径が100μm以下となることでセパレータの表面平滑性が更に向上する。成形材料の成形性が特に向上するためには前記平均粒径が30μm以上であることが好ましい。また、セパレータの表面平滑性が特に向上して後述するようにセパレータの表面の算術平均高さSaが0.4〜1.2μmの範囲となるためには、前記平均粒径が70μm以下であることが好ましい。   The average particle size of the graphite particles is preferably in the range of 10 to 100 μm. When the average particle size is 10 μm or more, the moldability of the molding material becomes excellent, and when the average particle size is 100 μm or less, the surface smoothness of the separator is further improved. In order to particularly improve the moldability of the molding material, the average particle size is preferably 30 μm or more. Moreover, in order that the surface smoothness of a separator improves especially and arithmetic mean height Sa of the surface of a separator may become the range of 0.4-1.2 micrometers as it mentions later, the said average particle diameter is 70 micrometers or less. It is preferable.

特に薄型のセパレータが得られる場合には、黒鉛粒子は100メッシュ篩(目開き150μm)を通過する粒径を有することが好ましい。この黒鉛粒子中に100メッシュ篩を通過しない粒子が含まれていると、成形材料中に粒径の大きい黒鉛粒子が混入してしまい、特に成形材料が薄型のシート状に成形される際の成形性が低下してしまう。   In particular, when a thin separator is obtained, the graphite particles preferably have a particle size that passes through a 100-mesh sieve (aperture 150 μm). If the graphite particles contain particles that do not pass through the 100 mesh sieve, graphite particles with a large particle size will be mixed in the molding material, especially when the molding material is molded into a thin sheet. The nature will decline.

黒鉛粒子のアスペクト比は10以下であることが好ましい。この場合、セパレータに異方性が生じることが抑制されると共に、セパレータの反りなどの変形も抑制される。   The aspect ratio of the graphite particles is preferably 10 or less. In this case, the occurrence of anisotropy in the separator is suppressed, and deformation such as warpage of the separator is also suppressed.

尚、セパレータの異方性の低減に関しては、セパレータにおける、成形時の成形材料の流動方向と、この流動方向と直交する方向との間での接触抵抗の比が、2以下となることが好ましい。   Regarding the reduction of the anisotropy of the separator, the contact resistance ratio between the flow direction of the molding material at the time of molding and the direction orthogonal to the flow direction in the separator is preferably 2 or less. .

黒鉛粒子は、特に2種以上の粒度分布を有することが好ましい。すなわち、黒鉛粒子が、平均粒径の異なる2種以上の粒子群を含んでいることが好ましい。この場合、特に黒鉛粒子は平均粒径1〜50μmの範囲の粒子群と、平均粒径30〜100μmの粒子群とを含んでいることが好ましい。このような粒度分布を有する黒鉛粒子が用いられると、平均粒径の大きい粒子群は表面積が小さいため、この粒子群により、樹脂量が少量であっても成形材料の混練が可能となる。更に平均粒径の小さい粒子群によって、黒鉛粒子同士の接触性が高まると共に、成形品の強度が向上する。これにより、セパレータの嵩密度の向上、導電性の向上、ガス不透過性の向上、強度の向上等といった、性能の向上が図られる。平均粒径1〜50μmの粒子群と平均粒径30〜100μmとの粒子群の混合比は、適宜調整されるが、特に前者対後者の混合質量比が40:60〜90:10、特に65:35〜85:15であることが好ましい。   In particular, the graphite particles preferably have two or more particle size distributions. That is, it is preferable that the graphite particles include two or more kinds of particle groups having different average particle diameters. In this case, it is particularly preferable that the graphite particles include a particle group having an average particle diameter of 1 to 50 μm and a particle group having an average particle diameter of 30 to 100 μm. When graphite particles having such a particle size distribution are used, a group of particles having a large average particle diameter has a small surface area, so that the molding material can be kneaded even with a small amount of resin. Further, the particle group having a small average particle size improves the contact property between the graphite particles and improves the strength of the molded product. Thereby, the improvement of performance, such as the improvement of the bulk density of a separator, the improvement of electroconductivity, the improvement of gas impermeability, the improvement of an intensity | strength, is achieved. The mixing ratio of the particle group having an average particle diameter of 1 to 50 μm and the particle group having an average particle diameter of 30 to 100 μm is appropriately adjusted. In particular, the mixing ratio of the former to the latter is 40:60 to 90:10, particularly 65. : It is preferable that it is 35-85: 15.

尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分析計(日機装株式会社製のマイクロトラックMT3000IIシリーズなど)でレーザ回折散乱法により測定される体積平均粒径である。   The average particle diameter of the graphite particles is a volume average particle diameter measured by a laser diffraction / scattering method using a laser diffraction / scattering particle size analyzer (such as Microtrack MT3000II series manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

熱硬化性樹脂成分には、エポキシ樹脂とフェノール樹脂のうち少なくとも一方を含む熱硬化性樹脂が含まれていることが好ましい。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。この熱硬化性樹脂成分中には、必要に応じて使用される硬化剤や触媒(硬化促進剤)も含まれる。成形材料中の熱硬化性樹脂成分の含有量は、固形分全量に対して15〜28質量%の範囲とされる。   The thermosetting resin component preferably contains a thermosetting resin containing at least one of an epoxy resin and a phenol resin. Epoxy resins and thermosetting phenol resins are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, in particular, a small amount of ionic impurities. In the thermosetting resin component, a curing agent and a catalyst (curing accelerator) used as necessary are also included. The content of the thermosetting resin component in the molding material is in the range of 15 to 28% by mass with respect to the total solid content.

熱硬化性樹脂成分中の熱硬化性樹脂全体に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の含有量は50〜100質量%の範囲にあることが好ましい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみであれば特に好ましい。   It is preferable that content of the epoxy resin and thermosetting phenol resin with respect to the whole thermosetting resin in a thermosetting resin component exists in the range of 50-100 mass%. It is particularly preferable that the thermosetting resin is only an epoxy resin, only a thermosetting phenol resin, or only an epoxy resin and a thermosetting phenol resin.

エポキシ樹脂は固形状であることが好ましく、特に融点が70〜90℃の範囲であることが好ましい。これにより、材料の変化が少なくなり、成形時の成形材料の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、成形材料中で凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。また、エポキシ樹脂として溶融粘度が低粘度の樹脂が選択されれば、成形性用組成物の良好な成形性が維持されつつ、成形材料及びセパレータ中に黒鉛粒子が高充填されることが可能となる。尚、前記作用が発揮される範囲内でエポキシ樹脂の一部が液状であってもよい。   The epoxy resin is preferably solid, and particularly preferably has a melting point in the range of 70 to 90 ° C. Thereby, the change of a material decreases and the handleability of the molding material at the time of shaping | molding improves. When the melting point is less than 70 ° C., aggregation tends to occur in the molding material, and the handleability may be reduced. Also, if a resin having a low melt viscosity is selected as the epoxy resin, the molding material and the separator can be highly filled with graphite particles while maintaining good moldability of the moldable composition. Become. In addition, a part of epoxy resin may be liquid within the range where the said effect | action is exhibited.

エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が使用されることが好ましい。このオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。   As the epoxy resin, an ortho cresol novolak type epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton, or the like is preferably used. This ortho-cresol novolac type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, and phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, and in particular, a small amount of ionic impurities.

特にエポキシ樹脂としてオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂からなる成分、或いはオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種とからなる成分が使用されることが好ましい。これらの成分の、成形材料中の熱硬化性樹脂全量に対する割合は、50〜100質量%の範囲にあることが好ましい。   In particular, a component comprising an ortho cresol novolac type epoxy resin as an epoxy resin, or an ortho cresol novolac type epoxy resin, and at least one selected from a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, and a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton. Are preferably used. The ratio of these components to the total amount of the thermosetting resin in the molding material is preferably in the range of 50 to 100% by mass.

オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が必須の成分であると、成形材料が成形性に優れたものになると共に、セパレータが耐熱性に優れたものとなる。また、製造コストの低減も可能になる。エポキシ樹脂全体に対するオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の割合は、前記成形性の向上、セパレータの耐熱性の向上、製造コストの低減の観点から、50〜100質量%の範囲であることが好ましく、特に50〜70質量%の範囲であることが好ましい。   When the ortho-cresol novolac type epoxy resin is an essential component, the molding material is excellent in moldability and the separator is excellent in heat resistance. In addition, the manufacturing cost can be reduced. The ratio of the ortho-cresol novolac type epoxy resin to the entire epoxy resin is preferably in the range of 50 to 100% by mass, particularly from the viewpoint of improving the moldability, improving the heat resistance of the separator, and reducing the manufacturing cost. It is preferable to be in the range of -70% by mass.

オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、及びビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種が併用されることも好ましい。この場合、成形材料の溶融粘度が更に低減し、特に薄型のセパレータが作製される場合にはこのセパレータの靱性が向上する。   It is also preferable that at least one selected from a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, and a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton is used in combination with the orthocresol novolac type epoxy resin. In this case, the melt viscosity of the molding material is further reduced, and the toughness of the separator is improved particularly when a thin separator is produced.

特にビスフェノールF型エポキシ樹脂が使用されると、成形材料の粘度が低減し、成形性の特に高い成形材料が得られる。この場合のエポキシ樹脂全体に対するビスフェノールF型エポキシ樹脂の割合は30〜50質量%の範囲であることが好ましい。   In particular, when a bisphenol F type epoxy resin is used, the viscosity of the molding material is reduced, and a molding material having particularly high moldability can be obtained. In this case, the ratio of the bisphenol F type epoxy resin to the whole epoxy resin is preferably in the range of 30 to 50% by mass.

また、ビフェニル型エポキシ樹脂が使用されると、このビフェニル型樹脂は溶融粘度が低いため、成形材料の流動性が著しく向上し、薄型成形性が特に向上する。この場合のエポキシ樹脂全体に対するビフェニル型エポキシ樹脂の割合は30〜50質量%の範囲であることが好ましい。   Further, when a biphenyl type epoxy resin is used, since the biphenyl type resin has a low melt viscosity, the fluidity of the molding material is remarkably improved, and the thin moldability is particularly improved. In this case, the ratio of the biphenyl type epoxy resin to the whole epoxy resin is preferably in the range of 30 to 50% by mass.

また、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が使用されると、セパレータの強度及び靱性が更に向上し、更にセパレータの吸湿性が低減する。このため、セパレータの機械的特性、導電性、長期使用時の特性の安定性が優れたものとなる。この場合のエポキシ樹脂全体に対するビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、30〜50質量%の範囲であることが好ましい。   In addition, when a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton is used, the strength and toughness of the separator are further improved, and the hygroscopicity of the separator is further reduced. For this reason, the mechanical properties, conductivity, and stability of the properties during long-term use of the separator are excellent. In this case, the ratio of the phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton to the whole epoxy resin is preferably in the range of 30 to 50% by mass.

エポキシ樹脂として、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が用いられ、或いは更にビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種が用いられる場合に、更にこれら以外の熱硬化性樹脂が併用されてもよい。例えば前記列挙されたエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解するおそれがあるため、使用されないことが望ましい。また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂が用いられることも適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが好ましい。特に4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられると、セパレータの耐熱性が更に向上する。   An ortho-cresol novolac type epoxy resin is used as the epoxy resin, or when at least one selected from a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, and a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton is used, in addition to these. These thermosetting resins may be used in combination. For example, one or more kinds of resins selected from epoxy resins other than the listed epoxy resins, thermosetting phenol resins, vinyl ester resins, polyimide resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, and the like may be used. . However, it is desirable not to use a resin containing an ester bond because it may hydrolyze in an acid resistant environment. In addition, it is also suitable to use a polyimide resin as the thermosetting resin in that it contributes to the improvement of the heat resistance and acid resistance of the separator. As such a polyimide resin, bismaleimide resin is particularly preferable. In particular, when 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide is used, the heat resistance of the separator is further improved.

エポキシ樹脂が使用される場合、成形材料はエポキシ樹脂の硬化剤を含有する。硬化剤は、成形材料が含有するエポキシ樹脂を硬化させる能力を有するのであれば特に限定されないが、フェノール系化合物を必須成分とすることが好ましい。このフェノール系化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の各種多価フェノール樹脂が挙げられる。   When an epoxy resin is used, the molding material contains an epoxy resin curing agent. Although it will not specifically limit if a hardening | curing agent has the capability to harden the epoxy resin which a molding material contains, It is preferable to make a phenol type compound into an essential component. Examples of the phenol compound include various polyphenol resins such as a phenol novolak resin, a cresol novolak resin, a phenol aralkyl resin, and a naphthol aralkyl resin.

硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。特に、フェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲となることが好ましい。   The content of the phenolic compound relative to the total amount of the curing agent is determined depending on the amount of the epoxy resin used. Further, it is particularly preferable that the curing agent is only a phenol compound. In particular, the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound is preferably in the range of 0.8 to 1.2.

フェノール系化合物以外の他の硬化剤が併用される場合、他の硬化剤は非アミン系の化合物であることが好ましく、この場合、セパレータの電気伝導度が高い状態に維持されると共に、燃料電池の触媒の被毒が抑制される。また硬化剤として酸無水物系の化合物も用いられないことが好ましい。酸無水物系の化合物が使用される場合は硫酸酸性環境下等の酸性環境下で加水分解して、セパレータの電気伝導度の低下が引き起こされたり、セパレータからの不純物の溶出が増大してしまうおそれがある。   When other curing agents other than the phenolic compound are used in combination, the other curing agent is preferably a non-amine compound. In this case, the separator is maintained in a high electrical conductivity, and the fuel cell. The poisoning of the catalyst is suppressed. Further, it is preferable that an acid anhydride compound is not used as a curing agent. When an acid anhydride compound is used, it will hydrolyze in an acidic environment such as sulfuric acid, causing a decrease in the electrical conductivity of the separator or increasing the elution of impurities from the separator. There is a fear.

熱硬化性樹脂として熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合は、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂が用いられることが好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。この場合は、成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生しにくくなり、セパレータのガス透過性の低下が抑制される。また、レゾール型フェノール樹脂が用いられることも好ましく、例えば13C−NMR分析の結果、オルト−オルト結合割合25〜35%、オルト−パラ結合割合60〜70%、パラ−パラ結合割合5〜10%である構造を有するレゾール型フェノール樹脂が用いられることが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、レゾール型フェノール樹脂は軟化点を容易に調整され、融点が70〜90℃のレゾール型フェノール樹脂も容易に得られる。これにより、成形材料の変化が少なくなり、成形時の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、成形材料中で成分の凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。   When a thermosetting phenol resin is used as the thermosetting resin, it is particularly preferable to use a phenol resin that undergoes a polymerization reaction by ring-opening polymerization. Examples of such phenol resins include benzoxazine resins. In this case, since gas due to dehydration is not generated in the molding process, voids are hardly generated in the molded product, and a decrease in gas permeability of the separator is suppressed. It is also preferable to use a resol type phenol resin. For example, as a result of 13C-NMR analysis, ortho-ortho bond ratio 25 to 35%, ortho-para bond ratio 60 to 70%, para-para bond ratio 5 to 10%. It is preferable to use a resol type phenolic resin having a structure of The resol resin is usually in a liquid state, but the resol type phenol resin can easily adjust the softening point, and a resol type phenol resin having a melting point of 70 to 90 ° C. can be easily obtained. Thereby, the change of a molding material decreases and the handleability at the time of shaping | molding improves. When the melting point is less than 70 ° C., the components are likely to aggregate in the molding material, and the handleability may be reduced.

熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の他の樹脂が併用されてもよい。例えばポリイミド樹脂、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から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられる。但し、エステル結合を含む樹脂は、耐酸性環境下で加水分解する恐れがあるため、使用されないことが好ましい。   As the thermosetting resin, other resins than the epoxy resin and the thermosetting phenol resin may be used in combination. For example, one or a plurality of resins selected from polyimide resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, and the like are used. However, it is preferable that a resin containing an ester bond is not used because it may hydrolyze in an acid resistant environment.

また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが挙げられる。その具体例として例えば、4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。このような他の樹脂が併用されるとセパレータの耐熱性が更に高まる。   A polyimide resin is also suitable as a thermosetting resin in that it contributes to improving the heat resistance and acid resistance of the separator. Examples of such a polyimide resin include bismaleimide resin. Specific examples thereof include 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide. When such other resins are used in combination, the heat resistance of the separator is further increased.

熱硬化性樹脂成分には上記のとおり必要に応じて触媒(硬化促進剤)が含まれる。触媒としては、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等の三級アミン類、2−メチルイミダゾール等のイミダゾール類等が挙げられる。   As described above, the thermosetting resin component contains a catalyst (curing accelerator) as necessary. Examples of the catalyst include organic phosphines such as triphenylphosphine, tertiary amines such as 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7, and imidazoles such as 2-methylimidazole.

特に触媒として、測定開始温度30℃、昇温速度10℃/分、保持温度120℃、保持温度での保持時間30分の条件で加熱された場合の重量減少が5%以下である、2位に炭化水素基を有する置換イミダゾールが使用されることが好ましい。このような置換イミダゾールが使用されると、特に液状(ワニス状又はスラリー状)の成形材料の保存安定性、成形材料からシートが形成される際の揮発性、前記シートの平滑性などが良好となる。この置換イミダゾールとしては、特に2位の炭化水素基の炭素数が6〜17の置換イミダゾールが好ましい。   In particular, as a catalyst, the weight loss is 5% or less when heated under the conditions of a measurement start temperature of 30 ° C., a heating rate of 10 ° C./min, a holding temperature of 120 ° C., and a holding time of 30 minutes at the holding temperature It is preferable to use a substituted imidazole having a hydrocarbon group. When such a substituted imidazole is used, the storage stability of a liquid (varnish or slurry) molding material, the volatility when a sheet is formed from the molding material, and the smoothness of the sheet are particularly good. Become. As this substituted imidazole, a substituted imidazole having 6 to 17 carbon atoms in the 2-position hydrocarbon group is particularly preferable.

この置換イミダゾールの具体例としては、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール等が挙げられる。このうち、2−ウンデシルイミダゾール及び2−ヘプタデシルイミダゾールが好適である。これらの化合物は一種単独で用いられ、或いは二種以上が併用される。   Specific examples of this substituted imidazole include 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole and the like. Of these, 2-undecylimidazole and 2-heptadecylimidazole are preferred. These compounds are used alone or in combination of two or more.

触媒として、前記のような置換イミダゾールと共に、他の化合物が併用されてもよい。特にトリフェニルホスフィン等のリン系化合物(有機ホスフィン類)が併用されると、セパレータからの塩素イオンの溶出が更に抑制される。   As the catalyst, other compounds may be used in combination with the substituted imidazole as described above. In particular, when a phosphorus compound (organic phosphine) such as triphenylphosphine is used in combination, elution of chlorine ions from the separator is further suppressed.

成形材料中の触媒の含有量は適宜調整され、それにより成形材料の成形硬化時間が適宜調整される。特に成形材料中の触媒の含有量が、成形材料中の熱硬化性樹脂と硬化剤の合計量に対して0.5〜3質量%の範囲であることが好ましい。   The content of the catalyst in the molding material is appropriately adjusted, whereby the molding hardening time of the molding material is appropriately adjusted. In particular, the content of the catalyst in the molding material is preferably in the range of 0.5 to 3% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin and the curing agent in the molding material.

成形材料は、更に内部離型剤を含有してもよい。内部離型剤としては適宜のものが用いられるが、特に120〜190℃において、成形材料中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する内部離型剤が好ましい。このような内部離型剤として、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、および長鎖脂肪酸系のワックスから選ばれる少なくとも一種が用いられることが好ましい。このような内部離型剤が成形材料の成形過程で熱硬化性樹脂及び硬化剤と相分離することで、離型性向上作用が良好に発揮される。   The molding material may further contain an internal mold release agent. As the internal mold release agent, an appropriate one is used, but an internal mold release agent that separates in phase without being incompatible with the thermosetting resin and the curing agent in the molding material is particularly preferable at 120 to 190 ° C. As such an internal mold release agent, it is preferable to use at least one selected from polyethylene wax, carnauba wax, and long-chain fatty acid wax. Such an internal mold release agent is phase-separated from the thermosetting resin and the hardener in the molding process of the molding material, so that the mold release improving effect is satisfactorily exhibited.

内部離型剤の使用量は、セパレータの形状の複雑さ、溝深さ、抜き勾配など金型面との離形性の容易さなどが考慮されて、適宜設定される。特に成形材料全量に対する内部離型剤の割合が0.1〜2.5質量%の範囲であることが好ましい。この割合が0.1質量%以上であると金型成形時に十分な離型性が発現し、この割合が2.5質量%以下であると内部離型剤によってセパレータの表面の親水性が阻害されることが、十分に抑制される。この内部離型剤の割合は0.1〜1質量%の範囲であれば更に好ましく、0.1〜0.5質量%の範囲であれば特に好ましい。   The amount of the internal mold release agent used is appropriately set in consideration of the complexity of the separator shape, the groove depth, the ease of releasability from the mold surface such as the draft angle, and the like. In particular, the ratio of the internal mold release agent to the total amount of the molding material is preferably in the range of 0.1 to 2.5 mass%. When this ratio is 0.1% by mass or more, sufficient release properties are exhibited at the time of molding the mold, and when this ratio is 2.5% by mass or less, the hydrophilic property on the surface of the separator is inhibited by the internal mold release agent. Is sufficiently suppressed. The ratio of the internal mold release agent is more preferably in the range of 0.1 to 1% by mass, and particularly preferably in the range of 0.1 to 0.5% by mass.

成形材料は、必要に応じてカップリング剤等の添加剤を含有してもよい。カップリング剤としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系のカップリング剤などが挙げられる。特にシリコン系のカップリング剤のうち、エポキシランカップリング剤が適している。カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着されていてもよい。エポキシランカップリング剤の使用量は、成形材料の固形分全体に対して、0.5〜1.5質量%の範囲であることが好ましい。この範囲において、カップリング剤がセパレータ表面にブリードすることが、充分に抑制される。   The molding material may contain additives such as a coupling agent as necessary. Examples of the coupling agent include silicon-based silane compounds, titanate-based, and aluminum-based coupling agents. In particular, an epoxy run coupling agent is suitable among silicon coupling agents. The coupling agent may be previously attached to the surface of the graphite particles by spraying or the like. The amount of the epoxy run coupling agent used is preferably in the range of 0.5 to 1.5 mass% with respect to the entire solid content of the molding material. In this range, bleeding of the coupling agent to the separator surface is sufficiently suppressed.

成形材料は溶媒を含有してもよい。特に薄型のセパレータが作製される場合には、成形材料が溶媒を含有することで、この成形材料が液状(ワニス状及びスラリー状を含む)に調製されてもよい。溶媒としては、たとえばメチルエチルケトン、メトキシプロパノール、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が好ましい。溶媒は一種のみが用いられても、二種以上が併用されてもよい。溶媒の使用量は、成形材料からシート状のセパレータを作製する際の成形性を考慮して適宜設定される。特に、成形材料の粘度が1000〜5000cPの範囲となるように、溶媒の使用量が設定されることが好ましい。尚、溶媒は必要に応じて使用されればよく、熱硬化性樹脂として液状樹脂が使用されるなどにより成形材料が液状に調製されるならば、溶媒が使用されなくてもよい。   The molding material may contain a solvent. In particular, when a thin separator is produced, the molding material may be prepared in a liquid form (including varnish and slurry) by containing a solvent. As the solvent, for example, polar solvents such as methyl ethyl ketone, methoxypropanol, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide are preferable. Only one type of solvent may be used, or two or more types may be used in combination. The amount of the solvent used is appropriately set in consideration of moldability when producing a sheet-like separator from the molding material. In particular, the amount of solvent used is preferably set so that the viscosity of the molding material is in the range of 1000 to 5000 cP. In addition, a solvent should just be used as needed, and if a molding material is prepared in a liquid state by using liquid resin as a thermosetting resin etc., a solvent does not need to be used.

セパレータ中のイオン性不純物の含有量は少ないことが好ましく、特に質量比率でナトリウム含量が5ppm以下、塩素含量が5ppm以下であることが好ましい。そのためには、成形材料中のイオン性不純物の含有量が低いことが好ましく、特に成形材料の固形分全量に対する質量比率で、ナトリウム含量が5ppm以下、塩素含量が5ppm以下であることが好ましい。この場合、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。   The content of ionic impurities in the separator is preferably small, and in particular, the sodium content is preferably 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less in terms of mass ratio. For this purpose, the content of ionic impurities in the molding material is preferably low, and in particular, the sodium content is preferably 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less in terms of mass ratio to the total solid content of the molding material. In this case, elution of ionic impurities from the separator is suppressed, and deterioration of characteristics such as a decrease in starting voltage of the fuel cell due to the elution of impurities is suppressed.

セパレータ及び成形材料のイオン性不純物の含有量が上記のように低減されるためには、成形材料を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分それぞれのイオン性不純物の含有量が低いことが好ましく、特に各成分に対する質量比率で、ナトリウム含量が5ppm以下、塩素含量が5ppm以下であることが好ましい。   In order to reduce the content of ionic impurities in the separator and the molding material as described above, the ionic impurities of each component such as thermosetting resin, curing agent, graphite, and other additives constituting the molding material. In particular, the sodium content is preferably 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less in terms of mass ratio to each component.

尚、イオン性不純物の含有量は、対象物の抽出水中のイオン性不純物の量に基づいて導出される。前記抽出水は、対象物10gに対してイオン交換水100mlの割合で、イオン交換水中に対象物を投入し、90℃で50時間処理することで得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィにて評価される。この抽出水中のイオン性不純物量に基づいて、対象物中のイオン性不純物の量が、対象物に対する質量比に換算して導出される。   The content of ionic impurities is derived based on the amount of ionic impurities in the extraction water of the object. The extracted water can be obtained by putting the object into ion-exchanged water at a rate of 100 ml of ion-exchanged water with respect to 10 g of the object and treating it at 90 ° C for 50 hours. Ionic impurities in the extracted water are evaluated by ion chromatography. Based on the amount of ionic impurities in the extracted water, the amount of ionic impurities in the object is derived in terms of a mass ratio with respect to the object.

成形材料は、この成形材料から形成されるセパレータのTOC(total organic carbon)が100ppm以下となるように調製されることが好ましい。   The molding material is preferably prepared so that the TOC (total organic carbon) of the separator formed from the molding material is 100 ppm or less.

TOCは、セパレータの質量10gに対してイオン交換水100mlの割合で、イオン交換水中にセパレータが投入され、90℃で50時間処理された後の水溶液を用いて測定される数値である。TOCは、例えばJIS K0102に準拠して、株式会社島津製作所製の全有機炭素分析装置「TOC−50」などで測定される。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生するCO2濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、サンプル中の炭素濃度が定量される。この炭素濃度の測定によって、有機物質濃度が間接的に測定され、サンプル中の無機炭素(IC)、全炭素(TC)が測定され、全炭素と無機炭素の差(TC−IC)から全有機炭素(TOC)が計測される。   The TOC is a numerical value measured using an aqueous solution after the separator is put into ion-exchanged water at a rate of 100 ml of ion-exchanged water with respect to 10 g of the separator and treated at 90 ° C. for 50 hours. The TOC is measured by, for example, a total organic carbon analyzer “TOC-50” manufactured by Shimadzu Corporation based on JIS K0102. In the measurement, the CO2 concentration generated by burning the sample is measured by a non-dispersive infrared gas analysis method, and the carbon concentration in the sample is quantified. By measuring the carbon concentration, the organic substance concentration is indirectly measured, and the inorganic carbon (IC) and total carbon (TC) in the sample are measured. From the difference between the total carbon and inorganic carbon (TC-IC), the total organic Carbon (TOC) is measured.

セパレータのTOCが100ppm以下となると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。   When the TOC of the separator is 100 ppm or less, deterioration of the characteristics of the fuel cell is further suppressed.

TOCの値は、成形材料を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、更に樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理がおこなわれたりすることで、低減される。   The value of TOC is reduced by selecting a high-purity component as each component constituting the molding material, further adjusting the equivalent ratio of the resin, or performing a post-curing process during molding.

成形材料は、上記のような各成分が適宜の手法で混合され、必要に応じて混練・造粒等されることで調製される。   The molding material is prepared by mixing the above-described components by an appropriate method and kneading and granulating as necessary.

この成形材料が成形されることで、セパレータが得られる。   A separator is obtained by molding the molding material.

ワニス状に調製された成形材料から薄型のセパレータが得られる場合には、成形材料は特に、100メッシュ篩(目開き150μm)を通過する粒径を有し、且つ平均粒径30〜70μmの黒鉛粒子;オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂から成り、或いはこのオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種とからなるエポキシ樹脂成分;硬化剤であるフェノール樹脂;並びに、測定開始温度30℃、昇温速度10℃/分、保持温度120℃、保持温度での保持時間30分の条件で加熱した場合の重量減少が5%以下である、2位に炭化水素基を有する置換イミダゾールを、含有することが好ましい。この場合、まず成形材料がシート状に成形されることで、セパレータ成形用シート(成形用シート)が得られる。成形材料は、例えばキャスティング(展進)成形によりシート状に成形される。この成形の際には、複数種の膜厚調節手段が適用され得る。このような複数種の膜厚調節手段が適用されるキャスティング法は、例えばすでに実用化されているマルチコータによって実現される。キャスティングのための膜厚調節手段としては、スリットダイとともに、ドクターナイフおよびワイヤーバーの少なくとも一方が用いられることが好ましい。   When a thin separator is obtained from a molding material prepared in the form of a varnish, the molding material particularly has a particle size that passes through a 100 mesh sieve (aperture 150 μm) and has an average particle size of 30 to 70 μm. Particles; an epoxy resin component comprising an ortho-cresol novolac type epoxy resin, or consisting of this ortho-cresol novolac type epoxy resin and at least one selected from a bisphenol type epoxy resin and a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton; a curing agent A phenol resin; and a measurement start temperature of 30 ° C., a heating rate of 10 ° C./min, a holding temperature of 120 ° C., and a holding time of 30 minutes at the holding temperature, the weight loss is 5% or less, It is preferable to contain a substituted imidazole having a hydrocarbon group at the 2-position. In this case, first, the molding material is molded into a sheet shape to obtain a separator molding sheet (molding sheet). The molding material is molded into a sheet by, for example, casting (progressive) molding. In this molding, a plurality of types of film thickness adjusting means can be applied. The casting method to which such a plurality of types of film thickness adjusting means are applied is realized by, for example, a multi-coater that has already been put into practical use. As a film thickness adjusting means for casting, it is preferable to use at least one of a doctor knife and a wire bar together with a slit die.

成形用シートの厚みは、0.05mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であれば更に好ましい。また、この厚みは0.5mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であれば更に好ましい。成形用シートの厚みが0.5mm以下であればセパレータの薄型化や軽量化、並びにそれによる低コスト化が充分に達成され、特に厚みが0.3mm以下であれば溶媒が使用される場合の成形用シート内部の溶媒の残存が効果的に抑制される。またこの厚みが0.05mm未満の場合にはセパレータの製造にあたっての有利さが充分に発揮されなくなり、特に成形性を考慮すると、この厚みは0.1mm以上であることが好ましい。   The thickness of the molding sheet is preferably 0.05 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more. The thickness is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.3 mm or less. If the thickness of the molding sheet is 0.5 mm or less, the separator can be made thin and light, and the cost can be reduced sufficiently. Especially when the thickness is 0.3 mm or less, a solvent is used. The remaining solvent in the molding sheet is effectively suppressed. Further, when the thickness is less than 0.05 mm, the advantage in producing the separator is not sufficiently exhibited, and in consideration of moldability, the thickness is preferably 0.1 mm or more.

この成形用シートが、キャスティングにともなう乾燥によって半硬化(Bステージ)状態とされ、必要に応じて所定の平面寸法にカット(切断)もしくは打ち抜かれた後、成形されることで、両面に複数個の凸部(リブ)21が形成されると共にこの凸部(リブ)21間にガス供給排出用溝2が形成される。これにより、セパレータが得られる。このセパレータが波板状に形成され、且つその一方の面の凸部21の裏側に、他方の面のガス供給排出用溝2が形成されると、薄型でありながら両面に複数個の凸部(リブ)21を有すると共にこの凸部(リブ)21間にガス供給排出用溝2を有するセパレータが得られる。   The molding sheet is made into a semi-cured (B stage) state by drying along with casting, and is cut (cut) or punched into a predetermined plane dimension as necessary, and then molded on both sides. The convex portion (rib) 21 is formed, and the gas supply / discharge groove 2 is formed between the convex portions (rib) 21. Thereby, a separator is obtained. When this separator is formed in a corrugated plate shape and the gas supply / discharge groove 2 on the other surface is formed on the back side of the convex portion 21 on one surface, a plurality of convex portions are formed on both surfaces while being thin. A separator having the (rib) 21 and the gas supply / discharge groove 2 between the convex portions (ribs) 21 is obtained.

セパレータの作製にあたっては、1枚の成形用シートからセパレータが作製されてもよく、複数枚の成形用シートからセパレータが作製されてもよい。このように成形用シートが使用されることで、薄型のセパレータの製造が可能となり、特に厚み0.2〜1.0mmの範囲のセパレータの製造も可能となる。また、セパレータの製造時に成形用シートが使用されることで、薄型のセパレータが製造される場合でも成形材料を薄く且つ均一に配置して成形することが容易となり、成形性や厚み精度が高くなる。   In producing the separator, the separator may be produced from one molding sheet, or the separator may be produced from a plurality of molding sheets. By using the molding sheet in this manner, a thin separator can be manufactured, and particularly a separator having a thickness in the range of 0.2 to 1.0 mm can be manufactured. In addition, by using a molding sheet when manufacturing the separator, it becomes easy to form and arrange the molding material thinly and uniformly even when a thin separator is manufactured, and the moldability and thickness accuracy are improved. .

尚、セパレータの作製時には、成形用シートと適宜の導電性基材とが積層されてもよい。導電性基材が用いられると、セパレータの機械的強度が向上する。導電性基材が用いられる場合には、例えば導電性基材の両側にそれぞれ成形用シート(複数枚の成形用シートの積層物を含む)が積層された積層物が圧縮・熱硬化成形され、或いは成形用シート(複数枚の成形用シートの積層物を含む)の両側にそれぞれ導電性基材を積層された積層物が圧縮・熱硬化成形される。   In addition, at the time of preparation of a separator, the sheet | seat for shaping | molding and a suitable electroconductive base material may be laminated | stacked. When a conductive substrate is used, the mechanical strength of the separator is improved. When a conductive substrate is used, for example, a laminate in which molding sheets (including a laminate of a plurality of molding sheets) are laminated on both sides of the conductive substrate is compression / thermosetting, Alternatively, a laminate in which a conductive base material is laminated on both sides of a molding sheet (including a laminate of a plurality of molding sheets) is compression / thermosetting molded.

導電性基材としては、たとえば、カーボンペーパー、カーボンプリプレグ、カーボンフェルト等が挙げられる。これらの導電性基材は、導電性を損なわない範囲で、ガラス、樹脂等の基材成分を含有してもよい。導電性基材の厚みは、0.03〜0.5mmの範囲が好ましく、0.05〜0.2mmの範囲がより好ましい。   Examples of the conductive substrate include carbon paper, carbon prepreg, carbon felt and the like. These conductive substrates may contain substrate components such as glass and resin as long as the conductivity is not impaired. The thickness of the conductive substrate is preferably in the range of 0.03 to 0.5 mm, and more preferably in the range of 0.05 to 0.2 mm.

ワニス状の成形材料は、成形用シートの作製を経て薄型のセパレータが製造される場合だけでなく、成形用シートの作製を経ることなくセパレータが製造される場合にも有用である。この場合、成形材料の保存安定性や成形性が優れたものになる。   The varnish-like molding material is useful not only when a thin separator is produced through the production of a molding sheet, but also when the separator is produced without producing a molding sheet. In this case, the storage stability and moldability of the molding material are excellent.

成形材料(成形材料から形成された成形用シートを含む)からセパレータを得るためには、減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形が採用されることが好ましい。上述のような組成を有する成形材料から、減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形によりセパレータが作製されることで、密度ばらつきが少なく、且つ厚み精度の高いセパレータが得られる。   In order to obtain a separator from a molding material (including a molding sheet formed from the molding material), it is preferable to employ compression molding under reduced pressure or vacuum conditions. By producing a separator from a molding material having the above composition by compression molding under reduced pressure or under vacuum, a separator with little density variation and high thickness accuracy can be obtained.

減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形においては、成形材料が金型内に充填された後、金型内或いは金型内を含む金型の周囲が減圧されて、金型内が減圧条件下又は真空条件下に維持される。この状態で、金型が加熱されると共に所定の圧縮力でプレスされることで、圧縮成形がされる。その後、金型が冷却装置により常温になるまで冷却された後、金型からセパレータが取り出される。   In compression molding under reduced pressure or vacuum conditions, after the molding material is filled in the mold, the inside of the mold or around the mold including the mold is decompressed, and the inside of the mold is decompressed. Maintained under vacuum or vacuum conditions. In this state, the mold is heated and pressed with a predetermined compression force, whereby compression molding is performed. Thereafter, the mold is cooled to room temperature by a cooling device, and then the separator is taken out from the mold.

この圧縮成形時には、金型内或いは金型内を含む金型の周囲の真空度が80kPa以上であることが好ましく、特に真空度が95kPa以上であることが好ましい。この真空度の上限は特に制限されないが、実用上は100kPaまでである。   In this compression molding, the degree of vacuum around the mold or around the mold including the inside of the mold is preferably 80 kPa or more, and particularly preferably 95 kPa or more. The upper limit of the degree of vacuum is not particularly limited, but is practically up to 100 kPa.

圧縮成形時の加熱温度及び圧縮圧力は、成形材料の組成、導電性基材の有無及び種類、成形厚みなどにもよるが、例えば加熱温度120〜190℃の範囲、圧縮圧力1〜40MPaの範囲で設定されることが好ましい。また、成形時間が15秒〜600秒の範囲で設定されることが好ましい。   The heating temperature and compression pressure at the time of compression molding depend on the composition of the molding material, the presence and type of the conductive base material, the molding thickness, etc., for example, the range of heating temperature 120 to 190 ° C., the range of compression pressure 1 to 40 MPa It is preferable that The molding time is preferably set in the range of 15 seconds to 600 seconds.

減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形にあたっては、任意の構造の成形装置が用いられる。例えば真空吸引のための微小な開口を有する金型を備える成形装置が用いられる。また、真空吸引可能な機構を有する成形機を備える成形装置が用いられてもよい。特に成形機が真空吸引可能な機構を備えている場合、金型設計の自由度が高くなり、更に金型のメンテナンスも容易となる点で、好ましい。このような成形機としては、大竹機械工業製の真空エアー抜きゴム成形機が挙げられる。一方、真空吸引のための小孔を有する金型が使用される場合には、減圧時間の短縮化が可能になるという利点がある。   In compression molding under reduced pressure or vacuum conditions, a molding apparatus having an arbitrary structure is used. For example, a molding apparatus including a mold having a minute opening for vacuum suction is used. Moreover, a molding apparatus including a molding machine having a mechanism capable of vacuum suction may be used. In particular, when the molding machine is equipped with a mechanism capable of vacuum suction, it is preferable in that the degree of freedom in designing the mold is increased and the maintenance of the mold is facilitated. An example of such a molding machine is a vacuum air venting rubber molding machine manufactured by Otake Machinery Co., Ltd. On the other hand, when a mold having a small hole for vacuum suction is used, there is an advantage that the decompression time can be shortened.

減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形における圧縮方法としては、機械式の圧縮方法や、油圧、空圧、水圧などを利用した機構による圧縮方法などが採用される。圧縮成形に要する成形時間は適宜設定されるが、金型の冷却時間を含めても1分前後から5分程度で充分である。   As a compression method in compression molding under a reduced pressure condition or a vacuum condition, a mechanical compression method, a compression method using a mechanism using hydraulic pressure, pneumatic pressure, water pressure, or the like is employed. The molding time required for compression molding is set as appropriate, but about 1 minute to 5 minutes is sufficient even when the mold cooling time is included.

圧縮成形に用いられる金型は、例えば加熱手段を内蔵し、下型及び上型を備えている。下型と上型の双方には、セパレータの凸部に対応する凹部が形成される。真空吸引可能な機構を備えている成形機が用いられる場合には、例えばまず金型が開かれた状態で上型と下型とが予備加熱された後、下型上に篩などから成形材料が落下して載せられる。これにより下型の上に成形材料が均一に載せられる。成形材料から成形用シートが形成されている場合には、成形用シート、或いは成形用シートと導電性基材とが、下型の上に載せられる。続いて、金型を収容する真空チャンバーが閉じられ、真空チャンバー内が減圧される。真空チャンバー内が所定の真空度となったら、上型が下型に向けて降下して型締めがされる。これにより成形材料が所定の金型温度及び圧縮力により加熱圧縮され、金型内でセパレータが形成される。続いて、金型が冷却装置により常温まで冷却された後、この金型からセパレータが取り出される。   A mold used for compression molding includes, for example, a heating unit and includes a lower mold and an upper mold. A concave portion corresponding to the convex portion of the separator is formed on both the lower die and the upper die. When a molding machine having a vacuum sucking mechanism is used, for example, the upper mold and the lower mold are first preheated in a state where the mold is opened, and then the molding material is formed on the lower mold from a sieve or the like. Falls and is placed. As a result, the molding material is uniformly placed on the lower mold. When the molding sheet is formed from the molding material, the molding sheet, or the molding sheet and the conductive substrate are placed on the lower mold. Subsequently, the vacuum chamber containing the mold is closed, and the inside of the vacuum chamber is decompressed. When the inside of the vacuum chamber reaches a predetermined degree of vacuum, the upper mold is lowered toward the lower mold and the mold is clamped. As a result, the molding material is heated and compressed by a predetermined mold temperature and compression force, and a separator is formed in the mold. Then, after a metal mold | die is cooled to normal temperature with a cooling device, a separator is taken out from this metal mold | die.

真空吸引のための微小な開口を有する金型が用いられる場合には、例えばまず金型が開かれた状態で上型と下型とが予備加熱された後、下型の上に成形材料が篩から落下させられる。これにより下型の上に成形材料が均一に載せられる。成形材料から成形用シートが形成されている場合には、成形用シート、或いは成形用シートと導電性基材とが、下型の上に載せられる。続いて、上型が下型に向けて降下して型締めがされると共に、金型の開口を通じて金型内が真空吸引されて、金型内が減圧される。この状態で、所定の金型温度及び圧縮力により成形材料が加熱圧縮され、金型内でセパレータが形成される。この金型が冷却装置により常温まで冷却された後、この金型からセパレータが取り出される。   When a mold having a minute opening for vacuum suction is used, for example, the upper mold and the lower mold are first preheated in a state where the mold is opened, and then the molding material is placed on the lower mold. Dropped from the sieve. As a result, the molding material is uniformly placed on the lower mold. When the molding sheet is formed from the molding material, the molding sheet, or the molding sheet and the conductive substrate are placed on the lower mold. Subsequently, the upper mold is lowered toward the lower mold and the mold is clamped, and the inside of the mold is vacuumed through the opening of the mold to reduce the pressure in the mold. In this state, the molding material is heated and compressed by a predetermined mold temperature and compression force, and a separator is formed in the mold. After the mold is cooled to room temperature by a cooling device, the separator is taken out from the mold.

更に、圧縮成形により得られたセパレータに、加熱処理が施されることが好ましい。この加熱処理における加熱温度は150〜180℃の範囲であることが好ましく、加熱時間は30秒〜1時間の範囲であることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the separator obtained by compression molding is subjected to heat treatment. The heating temperature in this heat treatment is preferably in the range of 150 to 180 ° C., and the heating time is preferably in the range of 30 seconds to 1 hour.

セパレータの厚みは、3mm以下であることが好ましい。特にセパレータにおける最も厚み寸法の大きい箇所の厚み寸法が0.5〜3.0mmの範囲であり、最も厚み寸法の小さい箇所の厚み寸法が0.3〜0.7mmの範囲であることが好ましい。このような薄型のセパレータを作製するにあたり、本実施形態によれば、上記のような組成を有する成形性の高い成形材料から、減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形によりセパレータが作製されることで、成形時に成形材料中からボイドが速やかに取り除かれることで、厚み精度の高いセパレータが得られる。   The thickness of the separator is preferably 3 mm or less. In particular, it is preferable that the thickness dimension of the separator having the largest thickness dimension is in the range of 0.5 to 3.0 mm, and the thickness dimension of the smallest thickness dimension is in the range of 0.3 to 0.7 mm. In producing such a thin separator, according to this embodiment, the separator is produced from a highly moldable molding material having the above composition by compression molding under reduced pressure or vacuum conditions. As a result, the void is quickly removed from the molding material during molding, so that a separator with high thickness accuracy can be obtained.

セパレータの密度ばらつき幅は0.02g/cm3以下であることが好ましい。密度ばらつき幅とは、セパレータにおける密度が最も高い部位における密度の値と、密度が最も低い部位における密度の値との差のことである。本実施形態によれば、上記のような組成を有する成形性の高い成形材料から、減圧条件下又は真空条件下での圧縮成形によりセパレータが作製されることで、成形時に成形材料中からボイドが速やかに取り除かれる。これにより、成形材料が均一化し、密度ばらつき幅の小さいセパレータの製造が可能となる。このようにセパレータの密度ばらつきが0.02g/cm3以下であると、セパレータが薄型であっても割れが生じにくくなって生産性が向上すると共に、セパレータの電気伝導度、ガス透過性及び機械的強度が向上する。このセパレータの密度ばらつき幅は、0.015g/cm3以下であればより好ましく、0.01g/cm3以下であれば更に好ましい。 The density variation width of the separator is preferably 0.02 g / cm 3 or less. The density variation width is the difference between the density value at the highest density part and the density value at the lowest density part in the separator. According to this embodiment, a separator is produced from a highly moldable molding material having the above composition by compression molding under reduced pressure or vacuum conditions, so that voids are formed from the molding material during molding. Get rid of promptly. As a result, the molding material becomes uniform, and a separator having a small density variation width can be manufactured. Thus, when the density variation of the separator is 0.02 g / cm 3 or less, even if the separator is thin, cracks are less likely to occur and productivity is improved, and the electrical conductivity, gas permeability and mechanical properties of the separator are improved. The mechanical strength is improved. The density variation width of the separator is more preferably 0.015 g / cm 3 or less, and further preferably 0.01 g / cm 3 or less.

セパレータが作製されてから、このセパレータにブラスト処理が施される前に、このセパレータにガスケットが積層される。単位セルがセパレータとしてカソード側セパレータとアノード側セパレータとを備える場合には、ガスケットとしては、カソード側セパレータの第一の面に重ねられるガスケット、カソード側セパレータの第二の面に重ねられるガスケット、カソード側セパレータの第一の面に重ねられるガスケット、及びカソード側セパレータの第二の面に重ねられるガスケットが、挙げられる。燃料電池用ガスケット付きセパレータが備えるガスケットは、前記四種のガスケットから選ばれる一種以上であってよい。   After the separator is manufactured, a gasket is laminated on the separator before the blasting process is performed on the separator. When the unit cell includes a cathode-side separator and an anode-side separator as separators, the gasket includes a gasket that is stacked on the first surface of the cathode-side separator, a gasket that is stacked on the second surface of the cathode-side separator, and a cathode. A gasket that is overlaid on the first side of the side separator and a gasket that is overlaid on the second side of the cathode side separator. The gasket provided in the fuel cell separator with a gasket may be one or more selected from the above-mentioned four types of gaskets.

図1(a)は、セパレータ20としてカソード側セパレータ21を備える燃料電池用ガスケット付きセパレータ30(31)の一例を示す。また図1(b)は、セパレータ20としてアノード側セパレータ22を備える燃料電池用ガスケット付きセパレータ30(32)の一例を示す。図1(a)に示される燃料電池用ガスケット付きセパレータ31は、カソード側セパレータ21と、カソード側セパレータ21の第一の面に重ねられているガスケット12と、カソード側セパレータ2120の第二の面に重ねられているガスケット12とを備える。また、図1(b)に示される燃料電池用ガスケット付きセパレータ32は、アノード側セパレータ22と、アノード側セパレータ22の第一の面に重ねられているガスケット12とを備える。   FIG. 1A shows an example of a separator 30 (31) with a gasket for a fuel cell that includes a cathode-side separator 21 as the separator 20. FIG. 1B shows an example of a fuel cell gasketed separator 30 (32) provided with an anode side separator 22 as the separator 20. A separator 31 with a gasket for a fuel cell shown in FIG. 1A includes a cathode-side separator 21, a gasket 12 superimposed on the first surface of the cathode-side separator 21, and a second surface of the cathode-side separator 2120. And a gasket 12 stacked on the surface. Moreover, the separator 32 with a gasket for fuel cells shown in FIG. 1B includes an anode-side separator 22 and a gasket 12 that is stacked on the first surface of the anode-side separator 22.

ガスケットは、例えば天然ゴム、シリコーンゴム、SIS共重合体、SBS共重合体、SEBS、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(HNBR)、クロロプレンゴム、アクリルゴム、フッ素系ゴム等などから選択されるゴム材料から形成される。このゴム材料には粘着付与剤が配合されてもよい。   Gaskets include, for example, natural rubber, silicone rubber, SIS copolymer, SBS copolymer, SEBS, ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), acrylonitrile-butadiene rubber, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (HNBR). It is formed from a rubber material selected from chloroprene rubber, acrylic rubber, fluorine rubber and the like. This rubber material may contain a tackifier.

セパレータにガスケットが積層されるにあたっては、例えば予めシート状又は板状に形成されたガスケットがセパレータに接着や融着されるなどして接合される。   When the gasket is laminated on the separator, for example, a gasket formed in a sheet shape or a plate shape in advance is bonded or bonded to the separator.

また、セパレータの表面上でガスケットを形成するための材料が成形されることで、ガスケットが形成されてもよい。この場合、例えばセパレータの表面上でガスケットを形成するための材料がスクリーン印刷法等により塗布され、続いてこの材料が硬化されることで、セパレータ上にガスケットが形成されてもよい。例えば未加硫のゴム材料がスクリーン印刷等によりセパレータの表面上の所定位置に塗布され、このゴム材料の塗膜が加硫されることで、セパレータの表面上の所定位置に所望の形状のガスケットが形成されてもよい。前記加硫にあたっては、加熱、電子線などの放射線の照射、或いはその他適宜の加硫方法が採用される。この場合、薄型のセパレータに対してもガスケットが容易に積層される。   Further, the gasket may be formed by molding a material for forming the gasket on the surface of the separator. In this case, for example, a gasket may be formed on the separator by applying a material for forming a gasket on the surface of the separator by a screen printing method or the like and subsequently curing the material. For example, an unvulcanized rubber material is applied to a predetermined position on the surface of the separator by screen printing or the like, and a coating film of this rubber material is vulcanized to form a gasket having a desired shape at a predetermined position on the surface of the separator. May be formed. In the vulcanization, heating, irradiation with radiation such as an electron beam, or other appropriate vulcanization methods are employed. In this case, the gasket is easily laminated even on the thin separator.

また、セパレータが金型内にセットされ、このセパレータの表面上の所定位置に未加硫のゴム材料が射出されると共にこのゴム材料が加熱されるなどして加硫されることで、セパレータの表面上の所定位置に所望の形状のガスケットが形成されてもよい。このように金型成形によりガスケットが形成されるにあたっては、トランスファー成形のほか、コンプレッション成形、インジェクション成形等の成形法が採用され得る。   In addition, the separator is set in a mold, and an unvulcanized rubber material is injected into a predetermined position on the surface of the separator, and the rubber material is heated and vulcanized to vulcanize the separator. A gasket having a desired shape may be formed at a predetermined position on the surface. Thus, when forming a gasket by metal mold | die shaping | molding, shaping | molding methods, such as compression molding and injection molding, can be employ | adopted besides transfer molding.

金型成形によりガスケットが形成される場合には、ガスケットが積層されたセパレータが金型から取り出されてから、ガスケットが更に加熱されることが好ましい。この場合、ガスケットの硬化反応が更に進行し、これにより、ガスケットからの不純物の溶出が抑制される。   When the gasket is formed by molding, it is preferable that the gasket is further heated after the separator on which the gasket is laminated is taken out of the mold. In this case, the curing reaction of the gasket further proceeds, thereby suppressing the elution of impurities from the gasket.

セパレータにガスケットが積層されてから、このセパレータにブラスト処理が施される。このため、ガスケットがセパレータに重ねられる際に、ガスケットを形成するための材料に由来する成分がセパレータに付着しても、この成分がブラスト処理によってセパレータから除去される。このため、ガスケットを形成するための材料に由来する成分が後述する親水化のための表面処理の作用を阻害することが、抑制される。これにより、セパレータの表面の良好な親水性が維持される。   After the gasket is laminated on the separator, the separator is blasted. For this reason, even when a component derived from the material for forming the gasket adheres to the separator when the gasket is stacked on the separator, the component is removed from the separator by blasting. For this reason, it is suppressed that the component derived from the material for forming a gasket inhibits the effect | action of the surface treatment for the hydrophilization mentioned later. Thereby, the favorable hydrophilicity of the surface of a separator is maintained.

ブラスト処理により、セパレータの表層のスキン層が除去されると共にセパレータの表面粗さが調整される。ブラスト処理によって、セパレータの表面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSa(arithmetical mean height of the scale limited surface; Sa)が、0.4μm以上1.2μm以下の範囲に調整されることが好ましい。この場合、後述する親水化処理によって、セパレータの表面の親水性が特に向上する。また、セパレータにガスケットが重ねられる場合には、セパレータとガスケットとの間のリークが抑制される。このセパレータの表面の算術平均高さSaが0.6〜1.0μmの範囲であれば、更に好ましい。   By blasting, the surface skin layer of the separator is removed and the surface roughness of the separator is adjusted. The arithmetic mean height Sa (arithmetic mean height of the scale limited surface; Sa) defined by ISO 25178-2: 2012 is adjusted to a range of 0.4 μm to 1.2 μm by blasting. It is preferred that In this case, the hydrophilicity of the separator surface is particularly improved by the hydrophilization treatment described later. Further, when the gasket is stacked on the separator, leakage between the separator and the gasket is suppressed. The arithmetic average height Sa on the surface of the separator is more preferably in the range of 0.6 to 1.0 μm.

特に、ブラスト処理によって、セパレータにおける、燃料ガスを流通させるための溝又は酸化剤ガスを流通させるための溝が形成されている面の算術平均高さSaが、0.4μm以上1.2μm以下の範囲に調整されることが、好ましい。すなわち、本実施形態では、カソード側セパレータ21の第一の面の算術平均高さSa、並びにアノード側セパレータ22の第一の面の算術平均高さSaが、0.4μm以上1.2μm以下の範囲に調整されることが好ましい。この場合、セパレータからスキン層が充分に除去される。また、セパレータの表面の親水性が特に向上することで、燃料ガス及び酸化剤ガスの流路が水滴によって閉塞されることが、効果的に抑制される。この算術平均高さSaは、特に0.8〜1.2μmの範囲であることが好ましい。   In particular, the arithmetic average height Sa of the surface on which the groove for flowing the fuel gas or the groove for flowing the oxidant gas is formed in the separator by blasting is 0.4 μm or more and 1.2 μm or less. It is preferable that the range is adjusted. That is, in the present embodiment, the arithmetic average height Sa of the first surface of the cathode side separator 21 and the arithmetic average height Sa of the first surface of the anode side separator 22 are 0.4 μm or more and 1.2 μm or less. It is preferable to adjust to the range. In this case, the skin layer is sufficiently removed from the separator. Further, since the hydrophilicity of the separator surface is particularly improved, it is possible to effectively prevent the fuel gas and oxidant gas flow paths from being blocked by water droplets. This arithmetic average height Sa is particularly preferably in the range of 0.8 to 1.2 μm.

また、セパレータにおける、燃料ガス又は酸化剤ガスを流通させるための溝が形成される面とは反対側の面(以下、水路面という)の算術平均高さSaが、0.4μm以上1.2μm以下の範囲に調整されることが好ましい。この水路面は、冷却水を流通させるための流路を構成する面であり、本実施形態では、アノード側セパレータ22の第二の面及びカソード側セパレータ21の第二の面が、水路面である。水路面の算術平均高さSaが前記のように調整されると、水路面にガスケットが重ねられる場合の、水路面とガスケットとの間からの冷却水の漏出が、効果的に抑制される。特に、燃料電池用ガスケットセパレータが水路面に重なっているガスケットを備えず、この燃料電池用ガスケットセパレータから単位セルが構成される場合に水路面にガスケットが重ねられる場合に、水路面とガスケットとの間からの冷却水の漏出が、効果的に抑制される。このため、本実施形態では、アノード側セパレータ22の第二の面の算術平均高さSaが、前記のように調整されることが、特に好ましい。水路面の算術平均高さSaが0.5〜0.7μmの範囲であれば、更に好ましい。   In addition, the arithmetic average height Sa of the surface (hereinafter referred to as a water channel surface) opposite to the surface on which the groove for allowing the fuel gas or the oxidant gas to flow in the separator is 0.4 μm or more and 1.2 μm. It is preferable to adjust to the following range. This water channel surface is a surface constituting a flow path for circulating cooling water. In the present embodiment, the second surface of the anode-side separator 22 and the second surface of the cathode-side separator 21 are water channel surfaces. is there. When the arithmetic average height Sa of the water channel surface is adjusted as described above, leakage of cooling water from between the water channel surface and the gasket when the gasket is overlapped on the water channel surface is effectively suppressed. In particular, when the fuel cell gasket separator is not provided with a gasket that overlaps the water channel surface, and the unit cell is formed from this fuel cell gasket separator, the gasket is overlapped on the water channel surface. Leakage of cooling water from between is effectively suppressed. For this reason, in the present embodiment, it is particularly preferable that the arithmetic average height Sa of the second surface of the anode-side separator 22 is adjusted as described above. It is more preferable if the arithmetic mean height Sa of the waterway surface is in the range of 0.5 to 0.7 μm.

また、セパレータにブラスト処理が施される際に、同時にガスケットにもブラスト処理が施されてもよい。この場合、ガスケットをマスクする必要がなく、このためブラスト処理の処理効率が高くなる。   Further, when the blasting process is performed on the separator, the blasting process may be performed on the gasket at the same time. In this case, it is not necessary to mask the gasket, which increases the processing efficiency of the blasting process.

また、ガスケットにブラスト処理が施されることで、ガスケットの表面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSa(arithmetical mean height of the scale limited surface; Sa)が、0.3〜0.6μmの範囲に調整されることが好ましい。   In addition, by performing blasting on the gasket, the arithmetic mean height Sa (arithmetical mean height of the scale limited surface; Sa) defined by ISO 25178-2: 2012 is 0.3. It is preferable to adjust to a range of ~ 0.6 μm.

尚、セパレータ及びガスケットの算術平均高さSaは、レーザ顕微鏡によるセパレータ及びガスケットの三次元表面性状の測定結果から導出される。レーザ顕微鏡としては、例えば株式会社島津製作所製の3D測定レーザー顕微鏡(型番OLS4000)を用いることができる。   The arithmetic average height Sa of the separator and gasket is derived from the measurement result of the three-dimensional surface properties of the separator and gasket by a laser microscope. As the laser microscope, for example, a 3D measurement laser microscope (model number OLS4000) manufactured by Shimadzu Corporation can be used.

上記のようにセパレータ及びガスケットの表面粗さを評価するにあたって、レーザ顕微鏡により三次元表面性状を測定し、その結果から導出される算術平均高さSaを利用すると、通常の接触式粗さ計によって二次元輪郭曲線を測定する場合と比べて、セパレータ及びガスケットのより微細かつ正確な形状が測定される。セパレータの表面は非常に微細な凹凸を有しているため、レーザ顕微鏡による測定結果に基づく算術平均高さSaを利用することで、セパレータの表面性状が、より正確に特定される。また、砥粒の粒径などのブラスト処理の条件を設定するにあたっても、ブラスト処理条件とレーザ顕微鏡による測定結果に基づく算術平均高さSaとの関係を調査することで、より適切なブラスト処理の条件を設定することが可能となる。また、レーザ顕微鏡による測定は非接触の測定であるので、軟質なガスケットの表面性状を測定する場合であっても、それが正確に測定され、このためガスケットの算術平均高さSaが正確に導出される。   When evaluating the surface roughness of the separator and gasket as described above, the three-dimensional surface property is measured by a laser microscope, and the arithmetic average height Sa derived from the result is used. Compared to the case of measuring a two-dimensional contour curve, a finer and more accurate shape of the separator and the gasket is measured. Since the surface of the separator has very fine irregularities, the surface property of the separator can be specified more accurately by using the arithmetic average height Sa based on the measurement result by the laser microscope. Also, in setting the blasting conditions such as the grain size of the abrasive grains, by investigating the relationship between the blasting conditions and the arithmetic average height Sa based on the measurement result by the laser microscope, more appropriate blasting can be performed. It is possible to set conditions. In addition, since the measurement with a laser microscope is a non-contact measurement, even when measuring the surface properties of a soft gasket, it is accurately measured, and therefore the arithmetic average height Sa of the gasket is accurately derived. Is done.

セパレータ及びガスケットに施されるブラスト処理として、ウエットブラスト処理が採用されることが好ましい。この場合、ブラスト処理の程度、並びにブラスト処理後のセパレータ及びガスケットの表面の粗さに、ばらつきが生じにくくなる。このため燃料電池用ガスケット付きセパレータの品質の安定性が高くなる。   It is preferable to employ wet blasting as the blasting applied to the separator and the gasket. In this case, variations are less likely to occur in the degree of blasting and the roughness of the surface of the separator and gasket after blasting. For this reason, the stability of the quality of the separator with a gasket for a fuel cell is increased.

ブラスト処理のために用いられる砥粒の材質としては、特に制限されないが、アルミナ、炭化ケイ素等が、挙げられる。また、砥粒の平均粒径は、適宜設定されるが、例えば3〜200μmの範囲である。   The material of the abrasive grains used for the blast treatment is not particularly limited, and examples thereof include alumina and silicon carbide. Moreover, although the average particle diameter of an abrasive grain is set suitably, it is the range of 3-200 micrometers, for example.

特に砥粒の平均粒径が、7.8〜43.6μmの範囲であることが好ましい。このように砥粒の平均粒径が43.6μm以下であることで、ブラスト処理時のスラリーの噴射圧の変動に対する、セパレータ及びガスケットの表面の算術平均高さSaの変動が小さくなる。このため、ブラスト処理によって、セパレータの表面の算術平均高さSaが、安定して制御される。また、ブラスト処理による衝撃によってセパレータから黒鉛粒子が脱落することが抑制され、このため、セパレータの接触抵抗が低く維持される。更に、このような砥粒によって、セパレータ及びガスケットの表面に非常に細かい凹凸が形成され、更に、セパレータの表面に露出する黒鉛粒子にも凹凸が形成され得る。尚、このようにセパレータが細かい凹凸を有していても、セパレータ及びガスケットの算術平均高さSaは、レーザ顕微鏡による測定結果によって正確に導出される。また、砥粒の平均粒径が7.8μm以上であることで、ブラスト処理によってセパレータのスキン層が充分に除去され、このためセパレータの接触抵抗が充分に低くなる。   In particular, the average grain size of the abrasive grains is preferably in the range of 7.8 to 43.6 μm. Thus, when the average particle size of the abrasive grains is 43.6 μm or less, the variation of the arithmetic average height Sa of the surface of the separator and the gasket with respect to the variation of the spray pressure of the slurry during the blasting process is reduced. For this reason, the arithmetic average height Sa on the surface of the separator is stably controlled by the blast treatment. In addition, the graphite particles are prevented from dropping from the separator due to the impact of the blast treatment, and therefore the contact resistance of the separator is kept low. Furthermore, such abrasive grains can form very fine irregularities on the surfaces of the separator and the gasket, and can also form irregularities on the graphite particles exposed on the surface of the separator. Even if the separator has fine irregularities in this way, the arithmetic average height Sa of the separator and the gasket can be accurately derived from the measurement result by the laser microscope. Further, when the average grain size of the abrasive grains is 7.8 μm or more, the skin layer of the separator is sufficiently removed by the blasting process, and thus the contact resistance of the separator is sufficiently lowered.

尚、砥粒の平均粒径は、累積高さ50%点の粒子径(d50)である。   The average particle size of the abrasive grains is the particle size (d50) at the 50% cumulative height.

セパレータ及びガスケットにブラスト処理が施されるにあたっては、セパレータの第一の面と第二の面に、同時にブラスト処理が施されてもよい。すなわち、ウエットブラスト処理が採用される場合には、セパレータの第一の面と第二の面に、同時に砥粒を含有するスラリーが吹き付けられてもよい。この場合、ブラスト処理の効率が向上する。   When the blasting process is performed on the separator and the gasket, the blasting process may be performed simultaneously on the first surface and the second surface of the separator. That is, when wet blasting is employed, slurry containing abrasive grains may be simultaneously sprayed on the first surface and the second surface of the separator. In this case, the efficiency of the blasting process is improved.

セパレータ及びガスケットにウエットブラスト処理が施される際には、砥粒を含むスラリーから金属成分が、磁石を用いて除去されてから、このスラリーを用いてウエットブラスト処理が施されることが、好ましい。ブラスト処理に用いられる砥粒には不純物として金属成分が混入していることがある。またブラスト処理時に砥粒を含むスラリーに金属成分が混入することもある。このような金属成分を含むスラリーがウエットブラスト処理に用いられると、セパレータ及びガスケットの表面に金属成分が付着してしまう。しかし、前記のようにスラリーから金属成分が除去されてから、このスラリーを用いてウエットブラスト処理が施されると、ブラスト処理時にセパレータに金属成分が付着しにくくなる。ウエットブラスト処理にあたって、スラリーを循環させながら繰り返し使用する場合には、ウエットブラスト処理に使用されたスラリーから金属成分が除去されてから、再度このスラリーがウエットブラスト処理に使用されることが好ましい。   When wet blasting is performed on the separator and the gasket, it is preferable that the metal component is removed from the slurry containing abrasive grains using a magnet and then wet blasting is performed using this slurry. . Abrasive grains used for blasting may contain metal components as impurities. Moreover, a metal component may mix in the slurry containing an abrasive grain at the time of a blasting process. When a slurry containing such a metal component is used for wet blasting, the metal component adheres to the surfaces of the separator and the gasket. However, if the metal component is removed from the slurry as described above and then wet blasting is performed using this slurry, the metal component is less likely to adhere to the separator during blasting. In the wet blast treatment, when the slurry is repeatedly used while being circulated, it is preferable that the slurry is used again in the wet blast treatment after the metal component is removed from the slurry used in the wet blast treatment.

ブラスト処理後のセパレータに、親水化処理が施される。尚、ブラスト処理の後、親水化処理の前に、セパレータ及びガスケットに洗浄処理が施され、或いは更に乾燥処理が施されることが、好ましい。洗浄処理では、例えばセパレータ及びガスケットが、イオン交換水等により洗浄される。乾燥処理では、セパレータ及びガスケットがエアブローなどにより風乾されることが好ましい。この場合、必要に応じて常温若しくは温風によるエアブローが採用され、或いは常温でのエアブローの後に温風によるエアブローを追加的に施されてもよい。また、乾燥処理にあたっては、セパレータ及びガスケットをシリカゲル等の乾燥剤を入れたデシケータ中に静置する方法、セパレータ及びガスケットを室温以上(例えば50℃)の温度の乾燥機中に静置する方法、真空乾燥機を使用してセパレータ及びガスケットから水分を除去する方法等が採用されてもよい。この乾燥処理により、セパレータ及びガスケットが、その吸湿率が0.1%以下になるまで乾燥されることが好ましい。   The separator after the blast treatment is subjected to a hydrophilic treatment. In addition, it is preferable that after a blasting process and before a hydrophilic treatment, the separator and the gasket are subjected to a cleaning process or further subjected to a drying process. In the cleaning process, for example, the separator and the gasket are cleaned with ion exchange water or the like. In the drying process, the separator and the gasket are preferably air-dried by air blow or the like. In this case, air blow by normal temperature or warm air may be adopted as necessary, or air blow by warm air may be additionally performed after air blow at normal temperature. In the drying process, the separator and the gasket are allowed to stand in a desiccator containing a desiccant such as silica gel, the separator and the gasket are allowed to stand in a dryer having a temperature of room temperature or higher (for example, 50 ° C.), A method of removing moisture from the separator and the gasket using a vacuum dryer may be employed. It is preferable that the separator and the gasket are dried by this drying treatment until the moisture absorption rate is 0.1% or less.

親水化処理は、セパレータの表面の親水性を向上させるための処理である。これによりセパレータの表面に高い親水性が付与されると、セパレータにおける溝2が結露水で閉塞されにくくなる。このため燃料電池の高い発電効率が長期間維持される。   The hydrophilic treatment is a treatment for improving the hydrophilicity of the separator surface. Thus, when high hydrophilicity is imparted to the surface of the separator, the grooves 2 in the separator are not easily blocked by condensed water. For this reason, the high power generation efficiency of the fuel cell is maintained for a long time.

親水化処理としては、セパレータの表面の親水性を向上させることが可能な処理であれば、特に制限されない。親水化処理は、例えばセパレータをプラズマに曝露するプラズマ処理、セパレータをオゾンガスに曝露するオゾンガス処理、セパレータをSO3に曝露するSO3処理、セパレータをフッ素を含有するガスに曝露させるフッ素処理、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながらセパレータに吹き付けるフレイム処理、並びにセパレータにオゾン水を接触させるオゾン水処理から、一種以上が選択される。特に、プラズマ処理が採用されることが好ましい。 The hydrophilic treatment is not particularly limited as long as it can improve the hydrophilicity of the separator surface. Hydrophilic treatment includes, for example, plasma treatment for exposing the separator to plasma, ozone gas treatment for exposing the separator to ozone gas, SO 3 treatment for exposing the separator to SO 3 , fluorine treatment for exposing the separator to a gas containing fluorine, silicon compound Alternatively, one or more are selected from flame treatment in which a gas containing a modifier compound containing an aluminum compound is burned and sprayed onto the separator, and ozone water treatment in which ozone water is brought into contact with the separator. In particular, it is preferable to employ plasma treatment.

プラズマ処理としては、大気圧プラズマ処理が施されることが好ましく、特にリモート方式でのプラズマ処理が施されることが好ましい。このリモート方式での大気圧プラズマ処理では、例えば吹き出し口を有する放電空間と、この放電空間に電界を発生させるための放電用電極とを備えるプラズマ処理装置が用いられる。このプラズマ処理装置では、放電空間にプラズマ生成用ガスが供給されると共にこの放電空間内の圧力が大気圧近傍に維持され、更に放電用電極間に電圧が印加されることで放電空間に放電を発生すると、放電空間内でプラズマが生成する。このプラズマを含むガス流が吹き出し口から吹き出されて成形体に吹き付けられることによって、成形体にプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理装置としては、例えば積水化学工業株式会社製のAPTシリーズが挙げられるが、パナソニック株式会社、ヤマトマテリアル株式会社などから提供されている適宜のプラズマ処理装置が用いられてもよい。   As the plasma treatment, it is preferable to perform an atmospheric pressure plasma treatment, and it is particularly preferable to perform a plasma treatment by a remote method. In this remote atmospheric pressure plasma processing, for example, a plasma processing apparatus including a discharge space having an outlet and a discharge electrode for generating an electric field in the discharge space is used. In this plasma processing apparatus, a plasma generating gas is supplied to the discharge space, the pressure in the discharge space is maintained near atmospheric pressure, and a voltage is applied between the discharge electrodes to discharge the discharge space. When generated, plasma is generated in the discharge space. The gas stream containing the plasma is blown out from the outlet and blown onto the molded body, whereby the molded body is subjected to plasma treatment. Examples of such a plasma processing apparatus include the APT series manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., but an appropriate plasma processing apparatus provided by Panasonic Corporation, Yamato Material Corporation, or the like may be used.

このようなリモート方式のプラズマ処理が採用されると、成形体の表面に向けてプラズマが吹き付けられ、このため成形体の溝の内面まで充分に処理がなされる。またプラズマ処理時に成形体が放電に曝されず、このため成形体がプラズマ処理時に損傷しにくくなる。   When such a remote-type plasma treatment is employed, plasma is sprayed toward the surface of the molded body, so that the inner surface of the groove of the molded body is sufficiently processed. Further, the molded body is not exposed to electric discharge during the plasma treatment, and therefore, the molded body is hardly damaged during the plasma treatment.

大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に所望の親水性が付与されるように適宜設定された条件でおこなわれる。この大気圧プラズマ処理におけるプラズマ生成用ガスは、窒素ガスであることが好ましく、特にこの窒素ガス中の酸素含有量が2000ppm以下であることが好ましい。この場合、大気圧プラズマ処理によってセパレータに特に高い親水性が付与される。   The atmospheric pressure plasma treatment is performed under conditions appropriately set so that desired hydrophilicity is imparted to the surface of the molded body. The plasma generating gas in the atmospheric pressure plasma treatment is preferably nitrogen gas, and particularly preferably the oxygen content in the nitrogen gas is 2000 ppm or less. In this case, particularly high hydrophilicity is imparted to the separator by the atmospheric pressure plasma treatment.

また、成形材料中のフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲であると、プラズマ処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる。   Further, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound in the molding material is in the range of 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the surface of the separator is particularly increased by the plasma treatment.

大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に結露が生じないように成形体の温度及び雰囲気温度が調整された条件下で行われることが好ましい。この場合、成形体の表面に付着した水滴によりプラズマが消費されてしまうことが抑制され、処理効率が向上する。成形体の温度は、前記のとおりこの成形体の表面に結露が生じない温度(露点温度)以上であることが好ましく、安定した大気圧プラズマ処理のためには70℃以下であることが好ましい。大気圧プラズマ処理の安定化のためには、成形体の温度及び雰囲気温度が一定に保たれることも重要である。雰囲気温度の調節にあたっては、通常、プラズマ処理装置のプラズマユニット部分の温度が調節され、プラズマ処理装置の構成によってはプラズマ処理時に成形体を支える台の温度が調節される。   The atmospheric pressure plasma treatment is preferably performed under conditions in which the temperature of the molded body and the ambient temperature are adjusted so that condensation does not occur on the surface of the molded body. In this case, the consumption of plasma due to water droplets adhering to the surface of the compact is suppressed, and the processing efficiency is improved. As described above, the temperature of the molded body is preferably equal to or higher than the temperature at which dew condensation does not occur on the surface of the molded body (dew point temperature), and is preferably 70 ° C. or lower for stable atmospheric pressure plasma treatment. In order to stabilize the atmospheric pressure plasma treatment, it is also important to keep the temperature of the compact and the ambient temperature constant. In adjusting the atmospheric temperature, the temperature of the plasma unit of the plasma processing apparatus is usually adjusted. Depending on the configuration of the plasma processing apparatus, the temperature of the stage that supports the compact during plasma processing is adjusted.

尚、大気圧プラズマ処理にあたり、リモート方式以外の方式のプラズマ処理、例えばダイレクト方式のプラズマ処理が採用されてもよい。   In the atmospheric pressure plasma processing, plasma processing other than the remote method, for example, direct plasma processing may be employed.

プラズマ処理後の成形体は、そのまま大気中に放置されてもよいが、成形体をイオン交換水などの水に浸漬させるなどしてこの成形体の表面と水と接触させる水接触処理が施されることが好ましい。   The molded product after the plasma treatment may be left in the air as it is, but is subjected to a water contact treatment in which the molded product is brought into contact with water by immersing the molded product in water such as ion exchange water. It is preferable.

このようにして大気圧プラズマ処理を含む表面処理が成形体に施されると、成形体の表面の親水性が向上すると共に、この高い親水性が長期に亘って維持されるようになる。この親水化のメカニズムの詳細は不明であるが、成形体の表面に水酸基が分布することでこの表面に水分が吸着して官能基が生成しやすくなり、更に大気圧プラズマ処理により、成形体の表面から汚染物質が除去されて活性の高い状態となると共にこの活性化された表面に水酸基等の親水性の官能基が導入されて、成形体の表面に親水性の官能基が多く形成し、これが親水性向上に寄与していると考えられる。   When surface treatment including atmospheric pressure plasma treatment is performed on the molded body in this way, the hydrophilicity of the surface of the molded body is improved and this high hydrophilicity is maintained for a long period of time. The details of the hydrophilization mechanism are unknown, but the hydroxyl groups are distributed on the surface of the molded body, so that moisture is adsorbed on the surface and functional groups are easily generated. Contaminants are removed from the surface to be in a highly active state, and hydrophilic functional groups such as hydroxyl groups are introduced into the activated surface to form many hydrophilic functional groups on the surface of the molded body, This is considered to contribute to the improvement of hydrophilicity.

特に成形体にプラズマ処理に先だって上記のような乾燥処理が施されると、成形体への大気圧プラズマ処理が水分子によって阻害されにくくなり、大気圧プラズマ処理の効率が向上する。   In particular, when the molded body is subjected to the drying treatment as described above prior to the plasma treatment, the atmospheric pressure plasma treatment on the molded body is not easily inhibited by water molecules, and the efficiency of the atmospheric pressure plasma treatment is improved.

尚、大気圧プラズマ処理にあたっては、成形体でアークが発生しないことが好ましい。そのためには、たとえば、プラズマ処理装置の電極部にアース装置が設置されていることなどが望ましい
またプラズマ処理後の成形体に上記のような水接触処理が施されると、成形体の表面の親水性が更に向上する。その詳細なメカニズムは明らかではないが、大気圧プラズマ処理によって活性化された成形体の表面に水分子が吸着することに起因して成形体の表面の親水性が向上すると考えられる。
In the atmospheric pressure plasma treatment, it is preferable that no arc is generated in the molded body. For this purpose, for example, it is desirable that a grounding device is installed in the electrode part of the plasma processing apparatus. Further, when the above-mentioned water contact treatment is performed on the molded body after the plasma processing, the surface of the molded body Hydrophilicity is further improved. Although the detailed mechanism is not clear, it is considered that the hydrophilicity of the surface of the molded body is improved due to the adsorption of water molecules on the surface of the molded body activated by the atmospheric pressure plasma treatment.

オゾンガス処理は、セパレータの表面にオゾンガスを接触させることでおこなわれる。オゾンガスを含むガスとしては、オゾンガスと酸素ガスや空気等とを含む混合ガスが挙げられる。この表面処理におけるオゾンガス濃度は、特に限定されず、例えば3.5〜8.0容量%の範囲の比較的低濃度であっても、8.0〜14.0容量%の範囲の比較的高濃度であってもよい。   The ozone gas treatment is performed by bringing ozone gas into contact with the surface of the separator. Examples of the gas containing ozone gas include a mixed gas containing ozone gas, oxygen gas, air, and the like. The ozone gas concentration in this surface treatment is not particularly limited. For example, even if it is a relatively low concentration in the range of 3.5 to 8.0% by volume, it is relatively high in the range of 8.0 to 14.0% by volume. It may be a concentration.

このオゾンガス処理時の処理温度は、−50℃以上が好ましく、0℃以上であればより好ましく、室温以上であれば更に好ましい。また、セパレータの耐熱性の限界を考慮し、処理温度は200℃以下が好ましく、100℃以下であればより好ましく、50℃以下であれば更に好ましく、30℃以下が最も好ましい。すなわち、処理温度は−50℃〜200℃の範囲であることが好ましく、0℃〜100℃の範囲であれば更に好ましく、0℃〜50℃の範囲であれば更に好ましく、室温以上30℃以下の範囲が最も好ましい。   The treatment temperature during this ozone gas treatment is preferably −50 ° C. or higher, more preferably 0 ° C. or higher, and even more preferably room temperature or higher. In consideration of the heat resistance limit of the separator, the treatment temperature is preferably 200 ° C. or less, more preferably 100 ° C. or less, further preferably 50 ° C. or less, and most preferably 30 ° C. or less. That is, the treatment temperature is preferably in the range of −50 ° C. to 200 ° C., more preferably in the range of 0 ° C. to 100 ° C., still more preferably in the range of 0 ° C. to 50 ° C., room temperature to 30 ° C. The range of is most preferable.

この表面処理の処理時間は、1秒以上が好ましく、数秒以上であればより好ましく、10秒以上であれば更に好ましく、0.1時間以上であれば更に好ましく、0.2時間以上が最も好ましい。またこの処理時間は、10日以下であることが好ましく、10時間以下であればより好ましく、5時間以下であれば更に好ましく、1時間以下であれば特に好ましい。実用的な処理時間は、長くても1〜4時間の範囲が好ましく、更に長時間処理を施す場合でも1日以下が好ましい。例えば0.1〜5時間の範囲が好ましく、0.2〜1時間の範囲が更に好ましい。   The surface treatment time is preferably 1 second or longer, more preferably several seconds or longer, further preferably 10 seconds or longer, further preferably 0.1 hours or longer, and most preferably 0.2 hours or longer. . The treatment time is preferably 10 days or less, more preferably 10 hours or less, further preferably 5 hours or less, and particularly preferably 1 hour or less. Practical treatment time is preferably in the range of 1 to 4 hours at the longest, and is preferably 1 day or less even when the treatment is performed for a long time. For example, the range of 0.1 to 5 hours is preferable, and the range of 0.2 to 1 hour is more preferable.

オゾンガス処理時の雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましい。また雰囲気圧力は常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよいが、この場合でも雰囲気圧力は数hPa〜0.2MPaの範囲であることが好ましい。   The atmospheric pressure during the ozone gas treatment is preferably near normal pressure. The atmospheric pressure may be lower or higher than normal pressure. Even in this case, the atmospheric pressure is preferably in the range of several hPa to 0.2 MPa.

これらの処理条件は、セパレータに十分な量のオゾンガスを効率良く導入することができると共に、オゾンガス処理によってセパレータの劣化、燃焼等が引き起こされないように、適宜設定される。   These treatment conditions are appropriately set so that a sufficient amount of ozone gas can be efficiently introduced into the separator and the separator is not deteriorated or burned by the ozone gas treatment.

オゾンガス処理にあたっては、セパレータにオゾンガスを適宜の手法で接触させる。例えば処理容器内にセパレータを入れ、この処理容器内にオゾンガスを含むガスを供給することで、セパレータにオゾンガスを接触させることができる。   In the ozone gas treatment, ozone gas is brought into contact with the separator by an appropriate method. For example, ozone gas can be brought into contact with the separator by placing a separator in the processing container and supplying a gas containing ozone gas into the processing container.

オゾンガス処理が施されたセパレータは、そのまま大気中に放置されてもよく、また水洗されてから乾燥されてもよい。   The separator subjected to the ozone gas treatment may be left in the air as it is, or may be washed with water and then dried.

このようなオゾンガス処理によっても、セパレータの表面の親水性が向上する。これは、表面処理によりセパレータの表面でオゾンが反応することでセパレータの表面に親水性の官能基が導入されるためと考えられる。また、成形材料中のフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲であると、オゾンガス処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる。   Such ozone gas treatment also improves the hydrophilicity of the separator surface. This is thought to be because hydrophilic functional groups are introduced into the surface of the separator due to ozone reacting on the surface of the separator by the surface treatment. Further, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound in the molding material is in the range of 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the separator surface is particularly increased by the ozone gas treatment.

セパレータにプラズマ処理が施され、続いてオゾンガス処理が施されてもよい。この場合、まずプラズマ処理によってセパレータの表面上から汚染物質が除去されることで、セパレータの表面が活性の高い状態となる。また、このプラズマ処理によって、セパレータの表面に水酸基等の官能基が導入される。これに続いてセパレータにオゾンガス処理が施されると、セパレータの表面でオゾンガスが更に反応しやすくなる。このため、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。オゾンガス処理の前に施されるプラズマ処理は、セパレータの表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなわれるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「PDC210」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力150〜500W、処理時間30秒〜10分の条件でおこなわれる。   Plasma treatment may be performed on the separator, followed by ozone gas treatment. In this case, first, contaminants are removed from the surface of the separator by plasma treatment, so that the surface of the separator becomes highly active. In addition, functional groups such as hydroxyl groups are introduced to the surface of the separator by this plasma treatment. If ozone gas treatment is subsequently applied to the separator, the ozone gas is more likely to react on the surface of the separator. For this reason, the hydrophilicity of the surface of the separator is maintained for a longer period. The plasma treatment performed before the ozone gas treatment is performed under conditions appropriately set so that a desired functional group can be introduced on the surface of the separator. For example, a model number “PDC210” manufactured by Yamato Material Co., Ltd. is used. Oxygen is used as the plasma generation gas, and the applied power is 150 to 500 W and the treatment time is 30 seconds to 10 minutes.

SO3処理は、例えばセパレータの表面にSO3を含有するガス(SO3含有ガス)を接触させることでおこなわれる。この場合、SO3含有ガスが、SO3ガスのみを含有してもよく、SO3ガスと、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、酸素、炭酸ガスなど含有してもよい。またSO3含有ガスが、ガス状のルイス塩基を含有していてもよい。SO3含有ガス中のSO3濃度は、限定されないが、0.1〜80体積%の範囲であることが好ましく、0.1〜10体積%であればより好ましく、0.1〜5体積%であれば更に好ましい。 SO 3 treatment is performed, for example, by contacting the gas (SO 3 containing gas) containing SO 3 on the surface of the separator. In this case, the SO 3 -containing gas may contain only SO 3 gas, or may contain SO 3 gas, an inert gas such as nitrogen, argon or helium, oxygen, carbon dioxide gas or the like. The SO 3 -containing gas may contain a gaseous Lewis base. The SO 3 concentration in the SO 3 -containing gas is not limited, but is preferably in the range of 0.1 to 80% by volume, more preferably 0.1 to 10% by volume, and 0.1 to 5% by volume. If it is more preferable.

SO3処理にあたっては、例えばセパレータが耐酸性の密閉容器に収容され、この密閉容器内にSO3含有ガスが流通された状態が、一定時間保持される。また、SO3含有ガスが内部を流通する室内にセパレータが連続的に通過させられてもよい。 In the SO 3 treatment, for example, the separator is housed in an acid-resistant sealed container, and the state in which the SO 3 -containing gas is circulated in the sealed container is maintained for a certain period of time. Further, the separator may be continuously passed through a chamber in which the SO 3 -containing gas flows.

SO3処理の処理条件は、適宜設定されるが、例えば密閉容器におけるSO3含有ガス中のSO3ガスのみの、1分間あたりの流量が、密閉容器の容量の0.5〜5倍量の範囲であることが好ましく、またこの流量が0.01〜10000ml/分の範囲であることが好ましい。また、処理温度は、20℃〜100℃の範囲が好ましく、30℃〜80℃であればより好ましく、40℃〜70℃であれば更に好ましい。また、処理時間は、0.1秒〜120分の範囲であることが好ましく、1〜60分の範囲であればより好ましい。 The treatment conditions for the SO 3 treatment are appropriately set. For example, the flow rate per minute of only the SO 3 gas in the SO 3 -containing gas in the closed vessel is 0.5 to 5 times the volume of the closed vessel. Preferably, the flow rate is in the range of 0.01 to 10,000 ml / min. The treatment temperature is preferably in the range of 20 ° C to 100 ° C, more preferably 30 ° C to 80 ° C, and even more preferably 40 ° C to 70 ° C. The treatment time is preferably in the range of 0.1 seconds to 120 minutes, more preferably in the range of 1 to 60 minutes.

セパレータには、SO3処理に続いて、直ちにセパレータの表面上に付着している硫酸を除去するための後処理が施されることが好ましい。後処理としては、例えば水洗、重曹水溶液及び石灰水等のアルカリ溶液による処理等が挙げられる。特に後処理が、セパレータをアルカリ溶液で洗浄する処理と、それに続いてセパレータを10℃以上のイオン交換水で洗浄する処理とを含むことが、好ましい。 The separator is preferably subjected to a post treatment immediately after the SO 3 treatment to remove sulfuric acid adhering to the surface of the separator. Examples of the post-treatment include washing with water, treatment with an aqueous solution of sodium bicarbonate and lime water, and the like. In particular, it is preferable that the post-treatment includes a treatment for washing the separator with an alkaline solution and a treatment for washing the separator with ion-exchanged water at 10 ° C. or higher.

SO3処理が施されると、セパレータの表面にSO3が反応することでスルホン酸基が生成し、これがセパレータの表面に分布することで、セパレータの親水性が向上する。特にSO3処理前のセパレータの表面に水酸基が分布していると、SO3処理によってセパレータの表面でのスルホン酸基の生成が著しく促進される。また、成形材料中のフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲であると、SO3処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる。 When the SO 3 treatment is performed, SO 3 reacts with the surface of the separator to generate sulfonic acid groups, which are distributed on the surface of the separator, thereby improving the hydrophilicity of the separator. In particular, when a hydroxyl group in the SO 3 treatment surface before the separator is distributed, the generation of sulfonic acid groups at the surface of the separator by SO 3 process is significantly accelerated. Further, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound in the molding material is in the range of 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the surface of the separator is particularly increased by the SO 3 treatment.

セパレータの親水性の向上とその親水性の長期間の持続のためには、SO3処理がほどされることで、セパレータの表面における硫黄原子の量が0.1原子数%となることが好ましい。この硫黄原子の量は、エネルギー分散型X線分析法により測定される。この硫黄原子の量の値は、0.1〜4.0原子数%の範囲であれば、より好ましく、2.0〜4.0原子数%であれば、更に好ましい。 In order to improve the hydrophilicity of the separator and to maintain the hydrophilicity for a long period of time, it is preferable that the amount of sulfur atoms on the surface of the separator is 0.1 atomic% by performing SO 3 treatment. . The amount of sulfur atoms is measured by energy dispersive X-ray analysis. The value of the amount of sulfur atoms is more preferably in the range of 0.1 to 4.0 atomic percent, and even more preferably in the range of 2.0 to 4.0 atomic percent.

セパレータにプラズマ処理が施され、続いてSO3処理が施されてもよい。この場合、まずプラズマ処理によってセパレータの表面上から汚染物質が除去されることで、セパレータの表面が活性の高い状態となる。また、このプラズマ処理によって、セパレータの表面に水酸基等の官能基が導入される。これに続いてセパレータにSO3処理が施されると、セパレータの表面でSO3ガスが更に反応しやすくなる。このため、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。SO3処理の前に施されるプラズマ処理は、セパレータの表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなわれるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「PDC210」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力150〜500W、処理時間30秒〜10分の条件でおこなわれる。 Plasma treatment may be applied to the separator, followed by SO 3 treatment. In this case, first, contaminants are removed from the surface of the separator by plasma treatment, so that the surface of the separator becomes highly active. In addition, functional groups such as hydroxyl groups are introduced to the surface of the separator by this plasma treatment. If the separator is subsequently subjected to SO 3 treatment, the SO 3 gas is more likely to react on the surface of the separator. For this reason, the hydrophilicity of the surface of the separator is maintained for a longer period. The plasma treatment performed before the SO 3 treatment is performed under conditions that are appropriately set so that a desired functional group can be introduced onto the surface of the separator. For example, a model number “PDC210” manufactured by Yamato Material Co., Ltd. is used. In addition, oxygen is used as the plasma generating gas, and the applied power is 150 to 500 W and the processing time is 30 seconds to 10 minutes.

また、SO3処理の前処理として、セパレータに加熱処理、火炎処理、コロナ処理、紫外線照射処理等が施されてもよい。 Further, as a pretreatment for the SO 3 treatment, the separator may be subjected to a heat treatment, a flame treatment, a corona treatment, an ultraviolet irradiation treatment, or the like.

フッ素処理は、例えばセパレータの表面にフッ素を含有するガス(フッ素含有ガス)を接触させることでおこなわれる。この場合、フッ素含有ガスが、フッ素ガスのみを含有してもよく、フッ素ガスと、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、酸素、炭酸ガスなど含有してもよい。フッ素含有ガス中のフッ素濃度は、限定されないが、0.01〜100体積%の範囲であることが好ましい。   The fluorine treatment is performed, for example, by bringing a fluorine-containing gas (fluorine-containing gas) into contact with the surface of the separator. In this case, the fluorine-containing gas may contain only fluorine gas, or may contain fluorine gas, an inert gas such as nitrogen, argon, or helium, oxygen, carbon dioxide gas, or the like. The fluorine concentration in the fluorine-containing gas is not limited, but is preferably in the range of 0.01 to 100% by volume.

フッ素処理にあたっては、例えばセパレータが密閉容器に収容され、この密閉容器内が減圧されてから、密閉容器内に窒素ガス等の不活性ガスが供給され、続いて密閉容器内にフッ素ガスが供給される。   In the fluorine treatment, for example, a separator is accommodated in a sealed container, and after the inside of the sealed container is depressurized, an inert gas such as nitrogen gas is supplied into the sealed container, and then fluorine gas is supplied into the sealed container. The

フッ素処理の処理条件は、セパレータに充分な量のフッ素が効率良く導入され、且つセパレータの劣化、燃焼等が引き起こされないように設定される。例えば処理温度は、−50℃以上が好ましく、0℃以上であればより好ましく、室温以上であれば更に好ましい。また、セパレータの耐熱性の限界を考慮し、処理温度は200℃以下が好ましく、100℃以下であればより好ましく、50℃以下であれば更に好ましく、30℃以下が最も好ましい。また、処理時間は、1秒以上が好ましく、数秒以上であればより好ましく、10秒以上であれば更に好ましく、10秒以上が最も好ましい。またこの処理時間は、10日以下であることが好ましく、10時間以下であればより好ましく、5時間以下であれば更に好ましく、1時間以下であれば特に好ましく、30分間以下が最も好ましい。実用的な処理時間は、長くても1〜4時間の範囲が好ましく、更に長時間処理を施す場合でも1日以下が好ましい。また、雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましい。また雰囲気圧力は常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよいが、この場合でも雰囲気圧力は数hPa〜0.2MPaの範囲であることが好ましい。   The treatment conditions for the fluorine treatment are set so that a sufficient amount of fluorine is efficiently introduced into the separator and the separator is not deteriorated or burned. For example, the treatment temperature is preferably −50 ° C. or higher, more preferably 0 ° C. or higher, and even more preferably room temperature or higher. In consideration of the heat resistance limit of the separator, the treatment temperature is preferably 200 ° C. or less, more preferably 100 ° C. or less, further preferably 50 ° C. or less, and most preferably 30 ° C. or less. The treatment time is preferably 1 second or longer, more preferably several seconds or longer, further preferably 10 seconds or longer, and most preferably 10 seconds or longer. The treatment time is preferably 10 days or less, more preferably 10 hours or less, further preferably 5 hours or less, particularly preferably 1 hour or less, and most preferably 30 minutes or less. Practical treatment time is preferably in the range of 1 to 4 hours at the longest, and is preferably 1 day or less even when the treatment is performed for a long time. Moreover, it is preferable that atmospheric pressure is near normal pressure. The atmospheric pressure may be lower or higher than normal pressure. Even in this case, the atmospheric pressure is preferably in the range of several hPa to 0.2 MPa.

フッ素処理後のセパレータは、そのまま大気中に放置されてもよく、また水洗されてから乾燥されてもよい。   The separator after the fluorine treatment may be left in the air as it is, or may be washed with water and then dried.

このようなフッ素処理により、セパレータの表面の親水性が向上する。これは、フッ素処理によって、セパレータの表面にフッ素が結合し、更にこれが水と反応することで、セパレータの表面に−COOH基が分布するためであると、考えられる。また、成形材料中のフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲であると、フッ素処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる。   Such a fluorine treatment improves the hydrophilicity of the separator surface. This is probably because fluorine is bonded to the surface of the separator by the fluorine treatment, and further, this reacts with water, so that -COOH groups are distributed on the surface of the separator. Further, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound in the molding material is in the range of 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the surface of the separator is particularly increased by the fluorine treatment.

セパレータにプラズマ処理が施され、続いてフッ素処理が施されてもよい。この場合、まずプラズマ処理によってセパレータの表面上から汚染物質が除去されることで、セパレータの表面が活性の高い状態となる。また、このプラズマ処理によって、セパレータの表面に水酸基等の官能基が導入される。これに続いてセパレータにフッ素処理が施されると、セパレータの表面でフッ素ガスが更に反応しやすくなる。このため、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。フッ素処理の前に施されるプラズマ処理は、セパレータの表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなわれるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「PDC210」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力150〜500W、処理時間30秒〜10分の条件でおこなわれる。   The separator may be subjected to plasma treatment and subsequently subjected to fluorine treatment. In this case, first, contaminants are removed from the surface of the separator by plasma treatment, so that the surface of the separator becomes highly active. In addition, functional groups such as hydroxyl groups are introduced to the surface of the separator by this plasma treatment. Subsequently, when the separator is subjected to fluorine treatment, the fluorine gas is more likely to react on the surface of the separator. For this reason, the hydrophilicity of the surface of the separator is maintained for a longer period. The plasma treatment performed before the fluorine treatment is performed under conditions appropriately set so that a desired functional group can be introduced on the surface of the separator. For example, a model number “PDC210” manufactured by Yamato Material Co., Ltd. is used. Oxygen is used as the plasma generation gas, and the applied power is 150 to 500 W and the treatment time is 30 seconds to 10 minutes.

フレイム処理では、セパレータの表面に、改質剤化合物を含有する燃焼性ガスが、燃焼させられながら吹き付けられる。このフレイム処理により、セパレータの表面に微細な酸化ケイ素の粒子が付着し、このためセパレータの表面に優れた親水性が付与される。特にセパレータの表面に水酸基が分布していると、この水酸基によって、酸化ケイ素の粒子がセパレータに強固に結合する。このため、セパレータからの酸化ケイ素の粒子の脱落しにくくなり、このため、セパレータの表面の親水性が長期に亘って高く維持される。また、成形材料中のフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲であると、フレイム処理によってセパレータの表面の親水性が特に高くなる
フレイム処理は、例えば燃焼性ガスをバーナー等で燃焼させ、更にこの燃焼性ガスをセパレータに向けてカーテン状に吹き付けながら、セパレータを移動させることで、おこなわれる。この場合、セパレータの表面に均一且つ効率的にフレイム処理が施される。
In the flame treatment, a combustible gas containing a modifier compound is sprayed on the surface of the separator while being burned. By this flame treatment, fine silicon oxide particles adhere to the surface of the separator, and thus excellent hydrophilicity is imparted to the surface of the separator. In particular, when hydroxyl groups are distributed on the surface of the separator, the silicon oxide particles are firmly bonded to the separator by the hydroxyl groups. For this reason, it becomes difficult to drop off the silicon oxide particles from the separator, so that the hydrophilicity of the surface of the separator is maintained high over a long period of time. Further, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound in the molding material is in the range of 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the separator surface is particularly increased by the flame treatment. Is burned with a burner or the like, and the separator is moved while spraying the combustible gas toward the separator in a curtain shape. In this case, a flame treatment is uniformly and efficiently applied to the surface of the separator.

フレイム処理に用いられる改質剤化合物は、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含有する。ケイ素化合物及びアルミニウム化合物としては、一般的なガスバーナーの火炎中で燃焼され得るならば、特に制限はない。入手のし易さや取り扱いの容易さを考慮すると、ケイ素化合物は、アルキルシラン化合物、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましい。また、アルミニウム化合物は、アルキルアルミニウム化合物及びアルコキシアルミニウム化合物から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましい。アルキルシラン化合物としては、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジフェニルシラン、ジエチルジクロロシラン、ジエチルジフェニルシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリフェニルシラン、ジメチルジエチルシランなどの置換基を有していてもよいモノシラン化合物、ヘキサメチルジシラン、ヘキサエチルジシラン、クロロヘプタメチルジシランなどの置換基を有していても良いジシラン化合物、オクタメチルトリシランなどの置換基を有していても良いトリシラン化合物などが挙げられる。アルコキシシラン化合物としては、メトキシシラン、ジメトキシシラン、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、エトキシシラン、ジエトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジクロロジメトキシシラン、ジクロロジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリクロロメトキシシラン、トリクロロエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン等が挙げられる。シロキサン化合物としては、テトラメチルジシロキサン、ペンタメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサンなどが挙げられる。シラザン化合物としては、ヘキサメチルジシラザンなどが挙げられる。アルキルアルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウムなどが挙げられる。アルコキシアルミニウム化合物としては、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシドなどが挙げられる。これらの改質剤化合物は一種単独で用いられても、複数種が併用されてもよい。改質剤化合物の具体的な一例としては、ケイ素化合物を含む株式会社イトロ製のイトロ処理剤が挙げられる。   The modifier compound used for the flame treatment contains a silicon compound or an aluminum compound. The silicon compound and the aluminum compound are not particularly limited as long as they can be combusted in a flame of a general gas burner. In consideration of easy availability and ease of handling, the silicon compound is preferably at least one compound selected from the group consisting of alkylsilane compounds, alkoxysilane compounds, siloxane compounds, and silazane compounds. The aluminum compound is preferably at least one compound selected from alkyl aluminum compounds and alkoxy aluminum compounds. Examples of alkylsilane compounds include methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, tetramethylsilane, tetraethylsilane, dimethyldichlorosilane, dimethyldiphenylsilane, diethyldichlorosilane, diethyldiphenylsilane, methyltrichlorosilane, methyltriphenylsilane, dimethyldiethylsilane, etc. Having a substituent such as octamethyltrisilane, a monosilane compound that may have a substituent, such as a disilane compound that may have a substituent such as hexamethyldisilane, hexaethyldisilane, and chloroheptamethyldisilane Examples thereof may include a trisilane compound. Examples of alkoxysilane compounds include methoxysilane, dimethoxysilane, trimethoxysilane, tetramethoxysilane, ethoxysilane, diethoxysilane, triethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyltrisilane. Ethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, trimethylethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dichlorodimethoxysilane, dichlorodiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, trichloromethoxysilane, trichloroethoxysilane, triphenyl Examples include methoxysilane and triphenylethoxysilane. Examples of siloxane compounds include tetramethyldisiloxane, pentamethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, and dodecamethylcyclohexasiloxane. Can be mentioned. Examples of the silazane compound include hexamethyldisilazane. Examples of the alkylaluminum compound include trimethylaluminum, triethylaluminum, and tripropylaluminum. Examples of the alkoxyaluminum compound include aluminum methoxide and aluminum ethoxide. These modifier compounds may be used individually by 1 type, or multiple types may be used together. As a specific example of the modifier compound, itro treatment agent manufactured by Itro Co., Ltd. containing a silicon compound can be mentioned.

燃焼性ガス中の改質剤化合物の割合は、特に制限されないが、1×10-10〜10モル%の範囲であることが好ましい。また、燃焼性ガスは、空気を含有することが好ましい。この空気によって火炎5の温度を制御したり、この空気がキャリア効果を発揮したりすることができ、更に、表面処理の均一性が高くなる。燃焼性ガスが、燃焼用燃料として炭化水素ガスを含有することも好ましい。炭化水素ガスは、プロパンガスとLPG(液化石油ガス)のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。この場合、プロパンガス及びLPGは安価であると共に、所定温度で燃焼して改質剤化合物を安定的に熱分解させることができ、表面処理の均一性が更に高くなる。LPGとしては、ブタン(ノルマルブタン、イソブタン)、ブタン/プロパンの混合ガス、エタン、ペンタン(ノルマルペンタン、イソペンタン、シクロペンタン)等が挙げられる。 The ratio of the modifier compound in the combustible gas is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 × 10 −10 to 10 mol%. Moreover, it is preferable that combustible gas contains air. This air can control the temperature of the flame 5 and this air can exert a carrier effect, and the uniformity of the surface treatment is increased. It is also preferred that the combustible gas contains a hydrocarbon gas as a combustion fuel. The hydrocarbon gas preferably contains at least one of propane gas and LPG (liquefied petroleum gas). In this case, propane gas and LPG are inexpensive, and can be burned at a predetermined temperature to stably thermally decompose the modifier compound, thereby further improving the uniformity of the surface treatment. Examples of LPG include butane (normal butane, isobutane), mixed gas of butane / propane, ethane, pentane (normal pentane, isopentane, cyclopentane) and the like.

フレイム処理時の、燃焼ガスの燃焼温度は、適宜設定されるが、例えば500〜1500℃の範囲に設定される。セパレータへの燃焼性ガスの吹きつけ時間も、適宜設定されるが、例えばセパレータの面積100cm2あたり、0.1〜100秒の範囲に設定される。 The combustion temperature of the combustion gas at the time of the flame treatment is set as appropriate, but is set in the range of 500 to 1500 ° C., for example. The blowing time of the combustible gas to the separator is also set as appropriate. For example, it is set in the range of 0.1 to 100 seconds per 100 cm 2 of the separator area.

セパレータにプラズマ処理が施され、続いてフレイム処理が施されてもよい。この場合、まずプラズマ処理によってセパレータの表面上から汚染物質が除去されることで、セパレータの表面が活性の高い状態となる。また、このプラズマ処理によって、セパレータの表面に水酸基等の官能基が導入される。これに続いて、セパレータにフレイム処理が施されると、官能基を介してセパレータの表面に酸化ケイ素や酸化アルミニウムの粒子が強固に固定されやすくなる。このため、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。フレイム処理の前に施されるプラズマ処理は、セパレータの表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなわれるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「PDC210」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力150〜500W、処理時間30秒〜10分の条件でおこなわれる。   The separator may be subjected to plasma treatment and subsequently subjected to flame treatment. In this case, first, contaminants are removed from the surface of the separator by plasma treatment, so that the surface of the separator becomes highly active. In addition, functional groups such as hydroxyl groups are introduced to the surface of the separator by this plasma treatment. Following this, when the separator is subjected to a flame treatment, particles of silicon oxide or aluminum oxide are easily firmly fixed to the surface of the separator via the functional group. For this reason, the hydrophilicity of the surface of the separator is maintained for a longer period. The plasma treatment performed before the flame treatment is performed under conditions appropriately set so that a desired functional group can be introduced on the surface of the separator. For example, a model number “PDC210” manufactured by Yamato Material Co., Ltd. is used. Oxygen is used as the plasma generation gas, and the applied power is 150 to 500 W and the treatment time is 30 seconds to 10 minutes.

オゾン水処理では、セパレータにオゾン水が接触させられる。これにより、セパレータの表面の親水性が向上する。これは、オゾンによってセパレータの表面が酸化されることで、カルボキシル基や水酸基等の官能基が生成するためであると、考えられる。オゾン水の濃度は、50ppmよりも大きいことが好ましく、80ppm以上であれば更に好ましい。また、このオゾン水の濃度は110ppm以下であることが好ましい。   In the ozone water treatment, ozone water is brought into contact with the separator. Thereby, the hydrophilic property of the surface of a separator improves. This is considered to be because functional groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups are generated by oxidizing the surface of the separator with ozone. The concentration of ozone water is preferably greater than 50 ppm, more preferably 80 ppm or more. Moreover, it is preferable that the density | concentration of this ozone water is 110 ppm or less.

オゾン水処理にあたっては、セパレータをオゾン水中に浸漬するなど、適宜の手法が採用される。処理条件は、適宜設定されるが、オゾン水の温度は常温以下であることが好ましく、特に0〜4℃の範囲が好ましい。また、セパレータとオゾン水との接触時間(処理時間)は10時間以上であることが好ましい
以上のようにして、燃料電池用ガスケット付きセパレータが製造される。
In the ozone water treatment, an appropriate technique such as immersing the separator in ozone water is adopted. The treatment conditions are appropriately set, but the temperature of the ozone water is preferably normal temperature or lower, and particularly preferably in the range of 0 to 4 ° C. Further, the contact time (treatment time) between the separator and the ozone water is preferably 10 hours or more. The separator with a gasket for a fuel cell is manufactured as described above.

この燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造工程においては、セパレータにガスケットが積層されてから、このセパレータ及びガスケットに、ブラスト処理、親水化処理が、順次施される。このため、上述の通り、セパレータにガスケットが積層される際にガスケットを形成するための材料に由来する成分がセパレータに付着しても、この成分がブラスト処理によってセパレータから除去されることで、セパレータの表面における不純物の付着量が非常に低くなっている。このため、セパレータの低い表面抵抗が維持され、且つ、上述の通り親水性が高くなる。   In the manufacturing process of the separator with a gasket for a fuel cell, after the gasket is laminated on the separator, the separator and the gasket are sequentially subjected to blasting and hydrophilization. For this reason, as described above, even when a component derived from the material for forming the gasket adheres to the separator when the gasket is laminated on the separator, the component is removed from the separator by the blasting process. The amount of impurities deposited on the surface of the film is very low. For this reason, the low surface resistance of a separator is maintained and hydrophilicity becomes high as above-mentioned.

また、上記のようにセパレータの親水性が高くなる結果、燃料電池用ガスケット付きセパレータにおけるセパレータの表面の水との静的接触角は、40°以下であることが好ましい。この場合、セパレータの表面の親水性が高いため、セパレータにおけるガス供給排出用溝2が水滴により閉塞されにくくなる。このため、本実施形態に係る燃料電池用ガスケット付きセパレータを備える燃料電池の発電効率が低下しにくくなる。この水との静的接触角は、0°〜40°の範囲であればより好ましく、0°〜30°の範囲であれば更に好ましい。尚、セパレータの表面の水との静的接触角は、親水化処理の条件が適宜設定されることにより、調整される。   Further, as a result of increasing the hydrophilicity of the separator as described above, the static contact angle with water on the surface of the separator in the separator with a gasket for a fuel cell is preferably 40 ° or less. In this case, since the hydrophilicity of the separator surface is high, the gas supply / discharge groove 2 in the separator is not easily blocked by water droplets. For this reason, the power generation efficiency of the fuel cell including the separator with the gasket for fuel cell according to the present embodiment is unlikely to decrease. The static contact angle with water is more preferably in the range of 0 ° to 40 °, and further preferably in the range of 0 ° to 30 °. The static contact angle with water on the surface of the separator is adjusted by appropriately setting the conditions for the hydrophilic treatment.

また、セパレータの接触抵抗が、15mΩcm2以下であることが好ましい。この場合、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能が高いレベルで発揮される。尚、セパレータの接触抵抗も、親水化処理の条件が適宜設定されることにより、調整される。 Further, the contact resistance of the separator is preferably 15 mΩcm 2 or less. In this case, the separator function of transmitting the electric energy generated by the fuel cell to the outside is exhibited at a high level. The contact resistance of the separator is also adjusted by appropriately setting the conditions for the hydrophilic treatment.

また、燃料電池用ガスケット付きセパレータから金属成分が磁石によって吸引除去されてもよい。この場合、例えば燃料電池用ガスケット付きセパレータが一対の磁石の間に配置されることで、セパレータ及びガスケットから金属成分が吸引除去される。尚、磁石を用いた吸引除去以外の適宜の方法でセパレータ及びガスケットから金属成分が除去されてもよい。但し、強酸性溶液によって洗浄する方法ではセパレータ及びガスケットを構成する樹脂が溶解してしまうおそれがあり、また超音波洗浄ではセパレータから黒鉛粒子が脱離してしまうおそれがあるため、好ましくない。   Further, the metal component may be sucked and removed from the separator with the fuel cell gasket by a magnet. In this case, for example, the separator with the fuel cell gasket is disposed between the pair of magnets, whereby the metal component is sucked and removed from the separator and the gasket. Note that the metal component may be removed from the separator and the gasket by an appropriate method other than suction removal using a magnet. However, the method of washing with a strongly acidic solution is not preferable because the resin constituting the separator and the gasket may be dissolved, and the ultrasonic cleaning may cause the graphite particles to be detached from the separator.

また、セパレータにおける、金属成分の付着の程度は、セパレータを90℃の温水で1時間洗浄し、更に90℃の温度で1時間加熱乾燥する処理を施した後に、セパレータの表面を観察することで確認される。セパレータに金属成分が付着していると、前記処理によりセパレータの表面に金属酸化物(錆)が生成する。前記処理後のセパレータの表面が目視で観察されても前記金属酸化物(錆)の存在が確認されないことが好ましい。特に、前記処理後のセパレータの表面に、直径100μmより大きい金属酸化物が存在しないことが好ましく、直径50μmより大きい金属酸化物が存在しなければ更に好ましい。また、直径30μmより大きい金属酸化物が存在しなければ特に好ましい。   In addition, the degree of adhesion of the metal component in the separator is determined by observing the surface of the separator after washing the separator with warm water at 90 ° C. for 1 hour and further heating and drying at 90 ° C. for 1 hour. It is confirmed. When a metal component adheres to the separator, a metal oxide (rust) is generated on the surface of the separator by the treatment. Even if the surface of the separator after the treatment is visually observed, it is preferable that the presence of the metal oxide (rust) is not confirmed. In particular, it is preferable that a metal oxide larger than 100 μm in diameter does not exist on the surface of the separator after the treatment, and it is more preferable if no metal oxide larger than 50 μm in diameter exists. Further, it is particularly preferable if there is no metal oxide having a diameter larger than 30 μm.

また、このセパレータの表面に表出しているFe、Co、及びNiの総量が0.01μg/cm2以下となっていることが好ましい。更に、このセパレータ20の表面に表出しているCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及びZnの総量が0.01μg/cm2以下となっていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the total amount of Fe, Co, and Ni exposed on the surface of the separator is 0.01 μg / cm 2 or less. Furthermore, it is preferable that the total amount of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn exposed on the surface of the separator 20 is 0.01 μg / cm 2 or less.

このようにセパレータの製造時に原料成分、成形材料、或いはセパレータから金属成分が除去されると、セパレータにおける金属成分の含有量が少なくなる。また、そのため、セパレータが水洗されるなどしてから燃料電池に組み込まれても、セパレータの表面に金属酸化物(錆)が現れにくくなる。このため、燃料電池内でのセパレータからの金属イオンの脱離が抑制され、このような金属イオンの脱離による電解質のプロトン伝導性の低下や電解質の分解が抑制され、燃料電池の性能が長期に亘って維持される。   Thus, if a metal component is removed from a raw material component, a molding material, or a separator at the time of manufacture of a separator, content of the metal component in a separator will decrease. For this reason, even if the separator is washed with water and then incorporated into the fuel cell, metal oxide (rust) hardly appears on the surface of the separator. For this reason, the desorption of metal ions from the separator in the fuel cell is suppressed, the decrease in proton conductivity of the electrolyte and the decomposition of the electrolyte due to the desorption of such metal ions are suppressed, and the performance of the fuel cell is prolonged. Maintained for a long time.

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例には限定されない。   Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to this Example.

[実施例1〜15]
各実施例につき、後掲の表に示す原料成分を、攪拌混合機(ダルトン製「5XDMV−rr型」)に、後掲の表に示す組成となるように入れて攪拌混合した。これにより得られた混合物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕することで、成形材料を得た。
[Examples 1 to 15]
For each example, the raw material components shown in the table below were placed in a stirring mixer ("5XDMV-rr type" manufactured by Dalton) so as to have the composition shown in the table below and mixed with stirring. A molding material was obtained by pulverizing the mixture thus obtained to a particle size of 500 μm or less with a granulator.

この成形材料を用いて、次のようにしてセパレータを形成した。まず、真空チャンバー内で金型に成形材料を配置してから、5秒間経過した時点で、真空チャンバー内の減圧を開始し、10秒間かけて真空チャンバー内を97kPaの真空度まで到達させた。続いて、上型を下型に向けて降下させて型締めすることで、成形材料を圧縮成形した。圧縮成形条件は、金型温度170℃、成形圧力35.3MPa、成形時間3分とした。次に金型を閉じたまま除圧し、30秒間保持した後に金型を開き、続いて金型からセパレータを取り出した。   Using this molding material, a separator was formed as follows. First, after 5 seconds have elapsed since the molding material was placed in the mold in the vacuum chamber, pressure reduction in the vacuum chamber was started, and the vacuum chamber was allowed to reach a vacuum degree of 97 kPa over 10 seconds. Subsequently, the molding material was compression molded by lowering the upper mold toward the lower mold and clamping the mold. The compression molding conditions were a mold temperature of 170 ° C., a molding pressure of 35.3 MPa, and a molding time of 3 minutes. Next, the pressure was released while the mold was closed, and after holding for 30 seconds, the mold was opened, and then the separator was taken out from the mold.

得られたセパレータの形状は、平面視200mm×250mmの矩形状であり、厚みは最も厚い箇所で1.5mm、最も薄い箇所で0.5mmであった。また、圧縮成形によって、セパレータの片側の面(第一の面)には長さ250mm、幅1mm、深さ0.5mmの溝を25本形成し、第一の面とは反対側の面(第二の面;水路面)には長さ250mm、幅0.5mm、深さ0.5mmの溝を25本形成した。   The shape of the obtained separator was a rectangular shape having a plan view of 200 mm × 250 mm, and the thickness was 1.5 mm at the thickest part and 0.5 mm at the thinnest part. Further, by compression molding, 25 grooves having a length of 250 mm, a width of 1 mm, and a depth of 0.5 mm are formed on one surface (first surface) of the separator, and the surface opposite to the first surface ( On the second surface (water channel surface), 25 grooves having a length of 250 mm, a width of 0.5 mm, and a depth of 0.5 mm were formed.

続いて、セパレータの第一の面の外周部分にエチレン−プロピレン−ジエンゴムをスクリーン印刷法により塗布した後、加熱加硫することでガスケットを形成した。   Subsequently, after applying ethylene-propylene-diene rubber to the outer peripheral portion of the first surface of the separator by a screen printing method, a gasket was formed by heat vulcanization.

続いて、セパレータの第一の面と第二の面に、ウェットブラスト処理を同時に施した。このとき、同時にガスケットにもウエットブラスト処理を施した。ウェットブラスト処理にあたっては、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置(形式PFE−300T/N)を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いた。アルミナ粒子としては、昭和電工株式会社製のホワイトモランダム(登録商標)WAシリーズを用いた。このウエットブラスト処理に用いた砥粒の平均粒径(d50)を、後掲の表に示す。また、ウエットブラスト処理後のセパレータの第一の面、第二の面、及びガスケットの表面の三次元表面性状を3D測定レーザー顕微鏡で測定し、その結果に基づいて、セパレータ及びガスケットの、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを導出した。その結果は、後掲の表に示す通りである。   Subsequently, wet blasting was simultaneously performed on the first surface and the second surface of the separator. At this time, the gasket was also wet-blasted. In the wet blast treatment, a wet blast treatment apparatus (model PFE-300T / N) manufactured by Macau Corporation was used, and a slurry containing alumina particles as abrasive grains was used. As the alumina particles, White Morundum (registered trademark) WA series manufactured by Showa Denko KK was used. The average particle size (d50) of the abrasive grains used in this wet blasting is shown in the table below. Further, the three-dimensional surface properties of the first and second surfaces of the separator after the wet blast treatment and the surface of the gasket were measured with a 3D measurement laser microscope, and based on the results, ISO 25178 of the separator and the gasket were measured. -2: The arithmetic average height Sa defined by 2012 was derived. The results are as shown in the table below.

続いて、セパレータ及びガスケットをイオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。   Subsequently, the separator and the gasket were washed with ion exchange water and further dried with hot air.

続いて、セパレータに対して、実施例1〜10,12〜15ではプラズマ処理を、実施例11ではオゾンガス処理を、施した。   Subsequently, the separators were subjected to plasma treatment in Examples 1 to 10 and 12 to 15 and ozone gas treatment in Example 11.

実施例1〜10,12〜15におけるプラズマ処理にあたっては、セパレータに対して、リモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理にあたり、プラズマ処理装置としては積水化学工業株式会社製のAP−Tシリーズを使用した。処理条件は、処理幅:300mm、プラズマユニット数:1個、サンプル−電極間距離:3mm、プラズマ生成用ガス種:窒素、ガス中の酸素含有量:1000ppm、ガス流量:150L/分、サンプル搬送速度:0.25m/分、処理時温度:25℃とした。   In the plasma treatment in Examples 1 to 10 and 12 to 15, the separator was subjected to remote atmospheric pressure plasma treatment. In the atmospheric pressure plasma treatment, AP-T series manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. was used as the plasma treatment apparatus. Processing conditions are: processing width: 300 mm, number of plasma units: 1, sample-electrode distance: 3 mm, gas type for plasma generation: nitrogen, oxygen content in gas: 1000 ppm, gas flow rate: 150 L / min, sample transport Speed: 0.25 m / min, processing temperature: 25 ° C.

また、実施例11では、まずプラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力300W、処理時間3分の条件で、成形体の表面にプラズマ処理を施した。続いて、岩谷産業株式会社製のオゾンガス発生装置(半導体用)と、住友精密工業株式会社製のオゾン発生装置とを組み合わせて使用することで、オゾンガス濃度を調整し、処理温度25℃、オゾンガス濃度3.5体積%、処理時間1時間の条件で、セパレータの表面をオゾンガスに曝露した。   In Example 11, first, oxygen was used as the plasma generating gas, and the surface of the molded body was subjected to plasma treatment under conditions of an applied power of 300 W and a treatment time of 3 minutes. Subsequently, the ozone gas concentration is adjusted by using a combination of an ozone gas generator (for semiconductors) manufactured by Iwatani Corporation and an ozone generator manufactured by Sumitomo Precision Industry Co., Ltd., with a treatment temperature of 25 ° C. and an ozone gas concentration. The surface of the separator was exposed to ozone gas under conditions of 3.5% by volume and a treatment time of 1 hour.

[比較例1]
後掲の表に示す原料成分を、攪拌混合機(ダルトン製「5XDMV−rr型」)に、後掲の表に示す組成となるように入れて攪拌混合した。これにより得られた混合物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕することで、成形材料を得た。
[Comparative Example 1]
The raw material components shown in the following table were mixed in a stirring mixer ("5XDMV-rr type" manufactured by Dalton) so as to have the composition shown in the following table. A molding material was obtained by pulverizing the mixture thus obtained to a particle size of 500 μm or less with a granulator.

この成形材料を用いて、実施例1と同じ方法及び同じ条件で、セパレータを形成した。   Using this molding material, a separator was formed by the same method and the same conditions as in Example 1.

続いて、セパレータの表面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置(形式PFE−300T/N)を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いて、ウエットブラスト処理を施した。アルミナ粒子としては、昭和電工株式会社製のホワイトモランダム(登録商標)WAシリーズを用いた。このウエットブラスト処理に用いた砥粒の平均粒径(d50)を、後掲の表に示す。また、ウエットブラスト処理後のセパレータ及びガスケットの表面の三次元表面性状を3D測定レーザー顕微鏡で測定し、その結果に基づいて、セパレータ及びガスケットの、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを導出した。その結果は、後掲の表に示す通りである。   Subsequently, a wet blast treatment was performed on the surface of the separator using a slurry containing alumina particles as abrasive grains using a wet blast treatment apparatus (model PFE-300T / N) manufactured by Macau Corporation. As the alumina particles, White Morundum (registered trademark) WA series manufactured by Showa Denko KK was used. The average particle size (d50) of the abrasive grains used in this wet blasting is shown in the table below. In addition, the three-dimensional surface properties of the surfaces of the separator and gasket after wet blasting were measured with a 3D measurement laser microscope, and based on the results, the arithmetic average height of the separator and gasket was defined by ISO 25178-2: 2012. Sa was derived. The results are as shown in the table below.

続いて、セパレータをイオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。   Subsequently, the separator was washed with ion-exchanged water and further dried with hot air.

続いて、セパレータに対して、リモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理にあたり、プラズマ処理装置としては積水化学工業株式会社製のAP−Tシリーズを使用した。処理条件は、実施例1の場合のプラズマ処理と同じにした。   Subsequently, the separator was subjected to a remote atmospheric pressure plasma treatment. In the atmospheric pressure plasma treatment, AP-T series manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. was used as the plasma treatment apparatus. The processing conditions were the same as the plasma processing in Example 1.

続いて、セパレータの第一の面の外周部分にエチレン−プロピレン−ジエンゴムをスクリーン印刷法により塗布した後、加熱加硫することでガスケットを形成した。   Subsequently, after applying ethylene-propylene-diene rubber to the outer peripheral portion of the first surface of the separator by a screen printing method, a gasket was formed by heat vulcanization.

続いて、セパレータに対して、再びリモート方式の大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理にあたり、プラズマ処理装置としては積水化学工業株式会社製のAP−Tシリーズを使用した。   Subsequently, the separator was again subjected to remote atmospheric pressure plasma treatment. In the atmospheric pressure plasma treatment, AP-T series manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. was used as the plasma treatment apparatus.

[接触抵抗評価]
各実施例及び比較例において、二つの燃料電池用ガスケット付きセパレータにおけるセパレータの第一の面同士を、それらの間にカーボンペーパーを介在させて重ねた。このセパレータを、表面に金めっきが施された二つの電極で挟み、この電極間に面圧1MPaの圧力をかけた。この状態で、電極から二枚のセパレータ間に通電し、この場合のセパレータ間の電圧とセパレータ間に流れる電流との関係に基づいて、抵抗(平均値)を算出した。なお、使用したカーボンペーパーは、東レ社製のTGP−H−Mシリーズ(090M:厚さ0.28mm、120M:厚さ0.38mm)である。
[Contact resistance evaluation]
In each of the examples and comparative examples, the first surfaces of the separators in the two separators with a gasket for a fuel cell were overlapped with carbon paper interposed therebetween. The separator was sandwiched between two electrodes whose surfaces were plated with gold, and a surface pressure of 1 MPa was applied between the electrodes. In this state, electricity was passed between the two separators from the electrode, and the resistance (average value) was calculated based on the relationship between the voltage between the separators and the current flowing between the separators. The carbon paper used is TGP-HM series (090M: thickness 0.28 mm, 120M: thickness 0.38 mm) manufactured by Toray.

[静的接触角評価]
各実施例及び比較例で得られた燃料電池用ガスケット付きセパレータを水平に配置し、セパレータの表面にスポイトでイオン交換水を垂らし、協和界面科学株式会社製の測定器(品番「CA−W150」)を用いて、水との静的接触角を測定した。
[Static contact angle evaluation]
The separators with gaskets for fuel cells obtained in each Example and Comparative Example were horizontally arranged, and ion exchange water was dropped on the surface of the separator with a dropper, and a measuring instrument manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. ) Was used to measure the static contact angle with water.

また、この燃料電池用ガスケット付きセパレータを90℃の温水中に投入して一定時間放置した後、乾燥した。放置時間は500時間、1000時間、1500時間及び2000時間とした。この処理後の燃料電池用ガスケット付きセパレータにおけるセパレータについて、前記と同様に水との静的接触角を測定した。   Further, this separator with a gasket for a fuel cell was poured into warm water at 90 ° C. and left for a certain period of time, and then dried. The standing time was 500 hours, 1000 hours, 1500 hours, and 2000 hours. About the separator in the separator with a gasket for fuel cells after this treatment, the static contact angle with water was measured in the same manner as described above.

[曲げ強度評価]
各実施例及び比較例において、セパレータを作製する場合と同じ方法で80mm×10mm×4mmの寸法の曲げ強度測定用の成形品を作製し、JIS K6911に準拠し、支点間距離64mm、クロスヘッドスピード2mm/分の条件で曲げ強度を測定した。
[Bending strength evaluation]
In each of the examples and comparative examples, a molded product for measuring bending strength having a size of 80 mm × 10 mm × 4 mm was prepared in the same manner as in the case of manufacturing a separator. The bending strength was measured under the condition of 2 mm / min.

[TOC評価]
JIS K0551−4.3に準拠し、まず各実施例及び比較例の燃料電池用ガスケット付きセパレータをメタノールで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、ガラス製容器中に燃料電池用ガスケット付きセパレータとイオン交換水とを、セパレータの質量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てpH2以下に調整した後、湿式酸化−赤外線式TOC測定法(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」を使用)にて、有機炭酸量を測定した。
[TOC evaluation]
In accordance with JIS K0551-4.3, first, the separators with gaskets for fuel cells of each Example and Comparative Example were washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, a separator with a fuel cell gasket and ion-exchanged water were placed in a glass container so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the separator, and treated at 90 ° C. for 50 hours. After adjusting the pH to 2 or less by adding phosphoric acid to the ion-exchanged water after the treatment, the amount of organic carbonic acid is measured using a wet oxidation-infrared TOC measurement method (using “Toray Stro TOC Automatic Analyzer MODEL 1800” manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.). Was measured.

[水溶性イオン分析]
各実施例及び比較例における燃料電池用ガスケット付きセパレータをメタノールにて1分間洗浄した後、イオン交換水で1分間洗浄した。次いで、ポリエチレン製容器中に燃料電池用ガスケット付きセパレータとイオン交換水とを、セパレータの質量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(抽出水)をイオンクロマトグラフィ(株式会社島津製作所製「CDD−6A」)で測定した。
[Water-soluble ion analysis]
The separator with gasket for fuel cell in each Example and Comparative Example was washed with methanol for 1 minute, and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, a separator with fuel cell gasket and ion-exchanged water were placed in a polyethylene container so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the mass of the separator, and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water (extracted water) after the treatment was measured by ion chromatography (“CDD-6A” manufactured by Shimadzu Corporation).

[電気伝導度評価]
各実施例及び比較例における燃料電池用ガスケット付きセパレータをメタノールにて1分間洗浄した後、イオン交換水で1分間洗浄した。次いで、ポリエチレン製容器中に燃料電池用ガスケット付きセパレータとイオン交換水とを、セパレータの質量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(抽出水)を導電率計で測定した。
[Electrical conductivity evaluation]
The separator with gasket for fuel cell in each Example and Comparative Example was washed with methanol for 1 minute, and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, a separator with fuel cell gasket and ion-exchanged water were placed in a polyethylene container so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the mass of the separator, and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water (extracted water) after the treatment was measured with a conductivity meter.

尚、表中の成分の詳細は次の通りである。尚、表中の配合割合は、全ての成分を固形分に換算した割合である。
・エポキシ樹脂A:クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製「EOCN−1020−75」、エポキシ当量199、融点75℃)
・エポキシ樹脂B:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(DIC株式会社製「830CRP」、エポキシ当量171、25℃で液状)
・硬化剤A:ノボラック型フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「PSM6200」、OH当量105)
・熱硬化性フェノール樹脂A:レゾール型フェノール樹脂(群栄化学工業株式会社製「サンプルA」、融点75℃、13C−NMR分析によるオルト−オルト結合割合25〜35%、オルト−パラ結合割合60〜70%、パラ−パラ結合割合5〜10%)
・硬化促進剤:トリフェニルホスフィン(北興化学工業株式会社製「TPP」)
・天然黒鉛(株式会社中越黒鉛工業所製「WR50A」、平均粒径50μm、灰分0.05%、ナトリウムイオン4ppm、塩化物イオン2ppm)
・人造黒鉛(SECカーボン株式会社製「SGP100」、平均粒径100μm、灰分0.05%、ナトリウムイオン3ppm、塩化物イオン1ppm)
・カップリング剤:エポキシシラン(日本ユニカー株式会社製「A187」)
・ワックスA:天然カルナバワックス(大日化学工業株式会社製「H1−100」、融点83℃)
・ワックスB:モンタン酸ビスアマイド(大日化学工業株式会社製「J−900」、融点123℃)
The details of the components in the table are as follows. In addition, the mixture ratio in a table | surface is a ratio which converted all the components into solid content.
Epoxy resin A: Cresol novolac type epoxy resin (“EOCN-1020-75” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., epoxy equivalent 199, melting point 75 ° C.)
Epoxy resin B: Bisphenol F type epoxy resin (DIC Corporation “830CRP”, epoxy equivalent 171, liquid at 25 ° C.)
Curing agent A: Novolac type phenolic resin (“PSM6200” manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd., OH equivalent 105)
Thermosetting phenolic resin A: Resol type phenolic resin (Gunei Chemical Co., Ltd. “Sample A”, melting point 75 ° C., ortho-ortho bond ratio 25-35% by 13C-NMR analysis, ortho-para bond ratio 60 -70%, para-para bond ratio 5-10%)
・ Curing accelerator: Triphenylphosphine (“TPP” manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.)
・ Natural graphite (“WR50A” manufactured by Chuetsu Graphite Industries Co., Ltd., average particle size 50 μm, ash content 0.05%, sodium ion 4 ppm, chloride ion 2 ppm)
・ Artificial graphite (“SGP100” manufactured by SEC Carbon Co., Ltd., average particle size 100 μm, ash content 0.05%, sodium ion 3 ppm, chloride ion 1 ppm)
Coupling agent: Epoxy silane (“A187” manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd.)
Wax A: natural carnauba wax ("H1-100" manufactured by Dainichi Chemical Co., Ltd., melting point 83 ° C)
Wax B: Montanic acid bisamide (“J-900” manufactured by Dainichi Chemical Industry Co., Ltd., melting point: 123 ° C.)

12 ガスケット
20 セパレータ
30 燃料電池用ガスケット付きセパレータ
12 Gasket 20 Separator 30 Separator with gasket for fuel cell

Claims (7)

黒鉛粒子と熱硬化性樹脂成分とを含有し、且つ前記黒鉛粒子の割合が固形分全量に対して70〜90質量%の範囲である成形材料を調製するステップ、
前記成形材料を成形することで、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側の第二の面とを有し、前記第一の面に、燃料ガス又は酸化剤ガスを流通させるための溝を形成したセパレータを作製するステップ、
前記セパレータにガスケットを積層するステップ、
前記セパレータ及び前記ガスケットに、ブラスト処理を施すことで、前記第一の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを、0.8〜1.2μmの範囲に、前記第二の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを、0.5〜0.7μmの範囲に、それぞれ調整するステップ、及び
前記ブラスト処理の後、前記セパレータに、その表面の親水性を向上する親水化処理を施すステップを含む燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法。
Preparing a molding material containing graphite particles and a thermosetting resin component, wherein the ratio of the graphite particles is in the range of 70 to 90% by mass with respect to the total solid content;
By molding the molding material, the molding material has a first surface in the thickness direction and a second surface opposite to the first surface, and a fuel gas or an oxidant is formed on the first surface. Producing a separator having a groove for flowing gas ;
Laminating a gasket to the separator;
By performing a blasting process on the separator and the gasket, the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of the first surface is in the range of 0.8 to 1.2 μm. After the step of adjusting the arithmetic average height Sa defined in ISO 25178-2: 2012 on the second surface to a range of 0.5 to 0.7 μm, respectively , and after the blast treatment, The manufacturing method of the separator with a gasket for fuel cells including the step which performs the hydrophilic treatment which improves the hydrophilic property of the surface.
前記ブラスト処理によって、前記ガスケットの表面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを0.3〜0.6μmの範囲に調整する請求項1に記載の燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法。2. With the gasket for a fuel cell according to claim 1, the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 is adjusted to a range of 0.3 to 0.6 μm on the surface of the gasket by the blast treatment. Separator manufacturing method. 前記親水化処理によって、前記セパレータの表面の水との静的接触角を40°以下に調整する請求項1又は2に記載の燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法。 The manufacturing method of the separator with a fuel cell gasket according to claim 1 or 2 , wherein a static contact angle with water on the surface of the separator is adjusted to 40 ° or less by the hydrophilization treatment. 前記親水化処理が、前記セパレータをプラズマに曝露するプラズマ処理と、前記セパレータをオゾンガスに曝露するオゾンガス処理とのうち、少なくとも一種を含む請求項1乃至のいずれか一項に記載の燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the hydrophilization treatment includes at least one of a plasma treatment in which the separator is exposed to plasma and an ozone gas treatment in which the separator is exposed to ozone gas. Manufacturing method of separator with gasket. ブラスト処理後のセパレータの第一の面及び第二の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaを測定し、この測定結果に基づいて、前記第一の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが0.8〜1.2μmの範囲に、前記第二の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが0.5〜0.7μmの範囲になるように、ブラスト処理の条件を設定する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池用ガスケット付きセパレータの製造方法。The arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of the first surface and the second surface of the separator after blasting is measured, and based on the measurement result, The arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 is within the range of the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of 0.8 to 1.2 μm. The manufacturing method of the separator with a gasket for fuel cells as described in any one of Claims 1 thru | or 4 which sets the conditions of a blast process so that it may become the range of 0.5-0.7 micrometer. 熱硬化性樹脂成分の硬化物と黒鉛粒子とを含有し、且つ前記黒鉛粒子の割合が70〜90質量%の範囲であるセパレータと、前記セパレータに積層しているガスケットとを備え、
前記セパレータの表面の水との静的接触角が40°以下であり、
前記セパレータが、その厚み方向の第一の面と、この第一の面とは反対側の第二の面とを有し、前記第一の面に、燃料ガス又は酸化剤ガスを流通させるための溝が形成され、
前記第一の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが、0.8〜1.2μmの範囲であり、
前記第二の面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが、0.5〜0.7μmの範囲である燃料電池用ガスケット付きセパレータ。
A separator containing a cured product of a thermosetting resin component and graphite particles, and a ratio of the graphite particles in the range of 70 to 90% by mass, and a gasket laminated on the separator,
The static contact angle with water on the surface of the separator is 40 ° or less,
The separator has a first surface in the thickness direction and a second surface opposite to the first surface, and causes the fuel gas or the oxidant gas to flow through the first surface. Groove is formed,
The arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 of the first surface is in a range of 0.8 to 1.2 μm,
A separator with a gasket for a fuel cell , wherein the arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 on the second surface is in the range of 0.5 to 0.7 μm .
前記ガスケットの表面の、ISO 25178−2:2012で規定される算術平均高さSaが0.3〜0.6μmの範囲である請求項6に記載の燃料電池用ガスケット付きセパレータ。The separator with a gasket for a fuel cell according to claim 6, wherein an arithmetic average height Sa defined by ISO 25178-2: 2012 on the surface of the gasket is in a range of 0.3 to 0.6 μm.
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