【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池用セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、低公害で高い発電効率を持つ次世代の発電装置として期待されている。この燃料電池の種類としては、電解質の種類により、アルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型などがある。この中で、固体高分子型燃料電池は、出力密度が高く動作温度が低いといった特長を有しており、小規模発電や可搬用電源としての用途が期待されている。
【０００３】
燃料電池用セパレータは、黒鉛ブロックから削り出す方法、天然鱗片状黒鉛を強酸および酸化剤で処理後、熱処理して得られる膨張黒鉛シートを何枚か積層し高圧力下で成形する方法（特許文献１参照）などで製造されていた。しかし、前記黒鉛ブロックから削り出す方法では、黒鉛ブロックの機械強度が小さいため、薄く切削加工する工程でクラックが発生してしまい、膨張黒鉛を高圧下で成形する場合には、膨張黒鉛に含まれる酸成分によって、金属線が酸化され電気抵抗が高くなる問題があった。
【０００４】
また、炭素質材に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のマトリックス材を含浸させた後、加圧プレスにより成形する方法（特許文献２参照）や射出成形等の樹脂成形法により成形する方法（特許文献３参照）も提案されているが、燃料電池セパレータとして不可欠な導電性を満足するためには、炭素質材の高充填が必要となる。しかし、炭素質材を高充填した場合には、マトリックス材との複合物の粘度が高いため、プレス等の方法ではセパレータの性能上不可欠な凹凸部の微細な加工するに十分な成形圧力を加えることが困難であるとともに、機械的強度が低下する。また、十分な成形性を得るために炭素質材の配合量を下げた場合には、導電性が低下する問題がある。
【０００５】
固体高分子型燃料電池用セパレータは、その使用環境上、耐熱性および耐酸性が不可欠である。また、小規模発電や可搬用電源として使用する場合には必要な出力を得るために、セルと呼ばれるセパレータ、アノード電極、カソード電極、固体高分子膜からなる基本構成を何層も重ね合わせたうえで、気密性を得るためにボルトなどで締め上げる方法が取られる。その際にセパレータには可撓性が要求される。熱硬化性樹脂をマトリックス材として用いた場合、熱硬化性樹脂の性質により、耐熱性や耐酸性は優れたものであるが、反面、可撓性に乏しい。一方、熱可塑性樹脂をマトリックス材として用いた場合、可撓性は優れたものであるが、耐熱性や耐酸性は低くなるという問題がある。
【０００６】
このような欠点を解消すべく、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の特性を併せ持ち、耐熱性や耐酸性等を有しつつ、可撓性も有する材料の検討が行われてきた。 その一つとして、例えば、熱硬化性樹脂を主成分とするシート等とともに、熱可塑性樹脂を主成分とするシート等を用い、これらを交互にあるいは併用して積層して成形する方法がある（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６）。しかし、この方法は、化粧板用のプリプレグの製造方法であり、また熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とが層単位で積層されているため、両樹脂のなじみの悪さに起因する両層の境界における分離または剥離が発生しやすいという問題がある。
【０００７】
このほかにも、熱可塑性樹脂を乳化重合等により水エマルジョン化し、これを熱硬化性樹脂ワニスとともに基材に含浸させる方法もある（例えば、特許文献７）。しかし、熱可塑性樹脂を特定の粒径を有する微粒子化したエマルジョンとするためには、重合反応を高度に制御する必要があり、また、両樹脂成分の相溶性が小さいため、両樹脂成分が分離して海島構造となりやすく、目的とする性状を充分に発現させることができないという問題がある。
【０００８】
導電性繊維を使用する公知の技術として、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１が挙げられるが、いずれも導電性繊維を樹脂と混合・分散させる方式であり、導電性繊維シートに樹脂を塗布・含浸させる方式とは異なる。
【０００９】
導電性繊維に樹脂を含浸させる方式として、特許文献１２が挙げられるが、導電性繊維の配列に規定はなく、導電性物質からなるモノフィラメント複数本を撚り合わせた導電性繊維の直径が、シート表面を研磨した後のシート厚みよりも大であり、同一方向に近接又は隣接して敷き整えることによって形成された導電性繊維シートに樹脂を塗布・含浸させることにより、面方向および貫通方向のいずれに対しても優れた導電性を得ることが可能となった本方式とは異なる。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６１―７５７０号公報
【特許文献２】
特開昭６０―６５７８１号公報
【特許文献３】
特開平１０―３３４９２７号公報
【特許文献４】
特開平０９−１１４０７号公報
【特許文献５】
特開平０９−１１４０８号公報
【特許文献６】
特開平０９−１１４０９号公報
【特許文献７】
特開昭５２−１３０９０２号公報
【特許文献８】
特開昭６１−１２７５３号公報
【特許文献９】
特開昭６３−１８４２６４号公報
【特許文献１０】
特開平０２−１２９２６５号公報
【特許文献１１】
特開２０００−８２４７６号公報
【特許文献１２】
特開平０６−３３３５８０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち本発明は、可撓性、高導電性、生産性、機械的強度を兼ね備えた導電性繊維と樹脂組成物との複合物からなる固体高分子型燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、
（１） 導電性繊維を、同一方向に近接又は隣接して敷き整えることによって形成された導電性繊維シートに樹脂組成物を塗布・含浸させ、前記樹脂組成物の硬化後、表面の樹脂層を除去して前記導電性繊維を表面に露出させた固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（２） 導電性繊維が導電性物質からなるモノフィラメント複数本を撚り合わせたものである（１）の固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（３） 表面の樹脂層を除去する方法が研磨によるものである（１）または（２）の固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（４） 前記導電性繊維の直径が、シート表面を研磨した後のシート厚みよりも大である（１）ないし（３）の固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（５） （１）ないし（４）の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、樹脂組成物は粒状の熱可塑性樹脂と粒状の熱硬化性樹脂とを含有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ
（６） （５）の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記粒子状の熱可塑性樹脂と前記粒子状の熱硬化性樹脂との重量比が、２：８〜８：２の範囲から選択されることを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（７） （５）または（６）の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記粒子状の熱可塑性樹脂と前記粒子状の熱硬化性樹脂とは、複合粒子化されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（８） （７）の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記複合粒子は、前記粒子状の熱可塑性樹脂の表面の少なくとも一部が前記粒子状の熱硬化性樹脂により被覆されているものを含有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（９） （５）ないし（８）の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記粒子状の熱硬化性樹脂は、親水性樹脂であることを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
（１０） （１）ないし（９）の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記樹脂組成物を水に分散させ、これを導電性繊維シートに塗布・含浸させることを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、導電性材料からなる繊維を同一方向に敷き詰め、シート状にしたものに樹脂組成物を含浸・塗布し、樹脂組成物の硬化後、表面の樹脂組成物を研磨等の方法により除去し、表面に導電性繊維を露出させた固体高分子型燃料電池用セパレータである。表面に導電性繊維が露出しているために高い導電性を有する。そのため、粒子状炭素材を使用する場合に比べ樹脂分率を高くすることが出来、機械的強度の両立を図ることが可能である。
【００１４】
導電性繊維としては、電気抵抗値が５ｍΩｃｍ以下の高い導電性を有する材料の繊維であれば特に制限は無く、例えば炭素繊維の場合ポリアクリロニトリル系、ピッチ系いずれも使用できる。繊維はモノフィラメントでも拠り合わせたものでも良く、導電性繊維１本当たりの繊維径は拠り合わせることができれば特に制限はない。モノフィラメントでも拠り合わせたものでも、その繊維の直径は、表面を研磨後、セパレータの全厚みで導電材料が貫通する部分ができ、高い導電性が得られるので、セパレータの厚み以上であることが好ましい。本発明の導電性材料からなる繊維を同一方向に敷き詰め、シート状にしたものすなわち導電性繊維シートは、例えば接着剤等により固められても良いし、テープ等で固定してシート形状を維持する事ができる。
【００１５】
また、使用する樹脂組成物にはついても特に制限はなく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂または前記樹脂の混合物や変成物などが使用できる。また、粉末状、顆粒状、液状などでも、溶融状態としても使用できる。熱硬化性樹脂好ましい樹脂の例としてとしては例えばは、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などが使用でき、熱可塑性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられる。
本発明では、樹脂組成物に、特に、粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂とを含有する事が好ましい。
【００１６】
樹脂組成物として、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを含有することにより、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との特性を併せ持つ固体高分子型燃料電池用セパレータを簡易にかつ低コストで製造することができる。
【００１７】
本発明においては、粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂との重量比が、２：８〜８：２の範囲から選択されることが好ましい。
【００１８】
このように、粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂との重量比を、２：８〜８：２の範囲から選択すると、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の両方の特性をバランスよく発現させることができる。
【００１９】
粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂とは、一体化され、複合粒子化されていることが好ましい。このように、粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂とが複合粒子化されていると、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との混合比率を均一化させることができる。また、以下に示すように、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との見かけの性状の差異を小さくすることができる。
【００２０】
複合粒子は、粒子状の熱可塑性樹脂の表面の少なくとも一部が粒子状の熱硬化性樹脂により被覆されているものを含有することが望ましく、このように、複合粒子が、粒子状の熱可塑性樹脂の表面の少なくとも一部が粒子状の熱硬化性樹脂により被覆されているものであると、熱可塑性樹脂の性状をみかけ上、熱硬化性樹脂と近似したものにすることができる。
【００２１】
また、粒子状の熱硬化性樹脂は、親水性樹脂であることが好ましく、熱硬化性樹脂として親水性のものを用いると、これを水中に精度よく分散させることができる。そして、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂と複合化して、熱硬化性樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されていると、本来は疎水性である熱可塑性樹脂についても、その取り扱い性を親水性の熱硬化性樹脂とほぼ同等にすることができる。
【００２２】
本発明において、親水性樹脂は、フェノール樹脂、メラミン樹脂、又は尿素樹脂のいずれかであることを特徴とし、このように、親水性樹脂がフェノール樹脂、メラミン樹脂、又は尿素樹脂であると、耐熱性、硬度、耐摩耗性、耐汚染性を効果的に発現させることができる。また、これらの樹脂は一般的に低コストであるので、固体高分子型燃料電池用セパレータを製造するコストを低減させることができる。
【００２３】
本発明において、粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂とを含有する樹脂組成物粒子を複合化する方式は、せん断力、衝撃力、圧縮力などの外力およびそれらの組み合わせにより、それぞれの粉末に新しい表面が現れる方式であれば特に制限は無く、メカノケミカル装置や粉砕機、混合機などを使用することができる。
【００２４】
粒子状の熱可塑性樹脂と粒子状の熱硬化性樹脂とを含有する樹脂組成物粒子を水中に分散溶液に分散させる分散方式は、特に制限はなく、気流式、衝突式、機械的解砕式、複合式のいずれの分散機を使用することができる。
【００２５】
本発明においては、導電性繊維シートに樹脂組成物を含浸・塗布する方法としては、例えば、樹脂組成物を水中に分散させる、あるいは有機溶媒を用いてワニスにして導電性繊維シートに含浸させ、所定のギャップを持ったスクイズロール・コンマコーター等の厚み調整具を通過させる方法、導電性繊維シートへダイコーター等により両面からコートする方法、リバースロールコーター等で離型シート上に塗布し、これを導電性繊維シートの両面に貼着し、加熱ロールにより加圧含浸する方法などが使用できる。
また、インサート成形の手法を用いて、導電性繊維シートを押出機のクロスヘッドに挿入して溶融状態の樹脂を、導電性繊維の表裏に被覆しても良い。インサート成形の方式は、押出成形時に導電性繊維が切れずにシート化できる方式であれば特に制限は無く、単軸、二軸いずれの押出機を使用することができる。
【００２６】
溝加工等のシート押出し後の成形方式も特に制限されるものではなく、金型を利用したプレス成形、彫刻ロールを使用した成形などが利用できる。必要に応じ、シートを所望の大きさに切断した後に成形することもできる。
【００２７】
表面の樹脂層を除去する方法についても、特に限定はしないが、例えば切削や研磨等の機械加工によっても良く、溶剤し等による化学処理を用いても良いが、中では、樹脂や導電材を変性させず、比較的平滑な面を得られる事から、研磨方式が望ましい。
研磨方式は、樹脂で被覆された導電性繊維が表面に露出する方式であれば特に制限されるものではなく、スティック砥石、ポリシング砥石や研削ベルトを用いる研削やサンドブラストや超音波を利用したラッピングなどの処理を行っても良い。また、使用する樹脂に応じて熱処理を行っても良い。本発明により製造される燃料電池用セパレータの大きさ、厚さ、形状等に特に制限はない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータは、シート表面を研磨した際に、シート表面に導電性繊維が露出しているために高い導電性を有する。そのため、粒子状炭素材を使用した従来のセパレータに比べ樹脂分率を高くすることが出来、機械的強度をも高めることができる。また、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを複合化した樹脂組成物を使用すれば、熱可塑性樹脂の可撓性と熱硬化性樹脂の耐熱性および耐酸性を併せ持つ事が可能である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a separator for a polymer electrolyte fuel cell.
[0002]
[Prior art]
Fuel cells are expected as next-generation power generators with low pollution and high power generation efficiency. The types of the fuel cell include an alkaline type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid electrolyte type, and a solid polymer type, depending on the type of the electrolyte. Among them, polymer electrolyte fuel cells have the features of high output density and low operating temperature, and are expected to be used as small-scale power generation and portable power sources.
[0003]
Fuel cell separators are cut out from a graphite block, a method in which natural flaky graphite is treated with a strong acid and an oxidizing agent, and then a plurality of expanded graphite sheets obtained by heat treatment are laminated and molded under high pressure (Patent Document 1). However, in the method of shaving from the graphite block, since the mechanical strength of the graphite block is small, cracks occur in the step of thin cutting, and when the expanded graphite is molded under high pressure, it is included in the expanded graphite. There was a problem that the acid component oxidized the metal wire and increased the electrical resistance.
[0004]
Further, a method in which a carbonaceous material is impregnated with a matrix material of a thermosetting resin or a thermoplastic resin and then molded by a pressure press (see Patent Document 2) or a resin molding method such as injection molding (see Patent Reference 3) has also been proposed, but high filling with a carbonaceous material is required to satisfy the conductivity required as a fuel cell separator. However, when the carbonaceous material is highly filled, the viscosity of the composite with the matrix material is high, so that a method such as pressing applies a molding pressure sufficient to finely process the uneven portion which is indispensable for the performance of the separator. And the mechanical strength is reduced. Further, when the amount of the carbonaceous material is reduced in order to obtain sufficient moldability, there is a problem that the conductivity is reduced.
[0005]
A separator for a polymer electrolyte fuel cell requires heat resistance and acid resistance in its use environment. In addition, when used as a small-scale power generation or portable power supply, in order to obtain the required output, several layers of a basic structure consisting of a separator called a cell, an anode electrode, a cathode electrode, and a solid polymer film are stacked. Then, in order to obtain airtightness, a method of tightening with a bolt or the like is adopted. At that time, the separator is required to have flexibility. When a thermosetting resin is used as a matrix material, heat resistance and acid resistance are excellent due to the properties of the thermosetting resin, but on the other hand, flexibility is poor. On the other hand, when a thermoplastic resin is used as a matrix material, flexibility is excellent, but there is a problem that heat resistance and acid resistance are reduced.
[0006]
In order to solve such a drawback, a material having both properties of a thermosetting resin and a thermoplastic resin, and having flexibility such as heat resistance and acid resistance has been studied. As one of the methods, there is a method in which, for example, a sheet or the like containing a thermoplastic resin as a main component is used together with a sheet or the like containing a thermosetting resin as a main component, and these are alternately or combinedly used to form a laminate ( For example, Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document 6). However, this method is a method of manufacturing a prepreg for a decorative board, and since a thermosetting resin and a thermoplastic resin are laminated on a layer basis, a boundary between the two layers caused by poor adaptation of both resins. There is a problem that separation or peeling is likely to occur in the above.
[0007]
In addition, there is a method in which a thermoplastic resin is made into a water emulsion by emulsion polymerization or the like, and the resultant is impregnated into a substrate together with a thermosetting resin varnish (for example, Patent Document 7). However, in order to form a finely divided emulsion of a thermoplastic resin with a specific particle size, it is necessary to control the polymerization reaction to a high degree, and since the compatibility of both resin components is small, both resin components are separated. This tends to result in a sea-island structure, and the desired properties cannot be sufficiently exhibited.
[0008]
Known techniques using conductive fibers include Patent Literature 8, Patent Literature 9, Patent Literature 10, and Patent Literature 11, all of which employ a method of mixing and dispersing conductive fibers with a resin. It is different from the method of applying and impregnating the sheet with resin.
[0009]
As a method for impregnating the conductive fiber with the resin, Patent Document 12 is cited, but there is no regulation on the arrangement of the conductive fiber, and the diameter of the conductive fiber obtained by twisting a plurality of monofilaments made of a conductive material has a sheet surface. It is larger than the sheet thickness after polishing, by applying and impregnating the conductive fiber sheet formed by laying close or adjacent in the same direction with resin, in either the surface direction or the penetration direction However, this method is different from the method in which excellent conductivity can be obtained.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-61-7570 [Patent Document 2]
JP-A-60-65781 [Patent Document 3]
JP-A-10-334927 [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-11407 [Patent Document 5]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-11408 [Patent Document 6]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-11409 [Patent Document 7]
JP-A-52-130902 [Patent Document 8]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-12753 [Patent Document 9]
JP-A-63-184264 [Patent Document 10]
JP-A-02-129265 [Patent Document 11]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-82476 [Patent Document 12]
JP-A-06-333580
[Problems to be solved by the invention]
That is, an object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell separator composed of a composite of a conductive fiber and a resin composition having both flexibility, high conductivity, productivity, and mechanical strength. I do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention
(1) A conductive fiber sheet formed by laying conductive fibers close to or adjacent to each other in the same direction is applied and impregnated with a resin composition, and after the resin composition is cured, the resin layer on the surface is cured. A separator for a polymer electrolyte fuel cell, from which the conductive fibers are removed to expose the surface.
(2) The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to (1), wherein the conductive fibers are obtained by twisting a plurality of monofilaments made of a conductive substance.
(3) The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to (1) or (2), wherein the method of removing the resin layer on the surface is by polishing.
(4) The polymer electrolyte fuel cell separator according to any one of (1) to (3), wherein the diameter of the conductive fiber is larger than the sheet thickness after polishing the sheet surface.
(5) The solid polymer fuel cell separator according to (1) to (4), wherein the resin composition contains a granular thermoplastic resin and a granular thermosetting resin. Molecular fuel cell separator (6) The polymer electrolyte fuel cell separator of (5), wherein the weight ratio of the particulate thermoplastic resin to the particulate thermosetting resin is 2: 8. To 8: 2. A separator for a polymer electrolyte fuel cell, wherein the separator is selected from the range of 8 to 2.
(7) The polymer electrolyte fuel cell separator according to (5) or (6), wherein the particulate thermoplastic resin and the particulate thermosetting resin are formed into composite particles. Characteristic separator for polymer electrolyte fuel cell.
(8) The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to (7), wherein the composite particles have at least a part of the surface of the particulate thermoplastic resin coated with the particulate thermosetting resin. A separator for a polymer electrolyte fuel cell, comprising:
(9) The polymer electrolyte fuel cell separator according to (5) to (8), wherein the particulate thermosetting resin is a hydrophilic resin. Separator.
(10) The solid polymer fuel cell separator according to any one of (1) to (9), wherein the resin composition is dispersed in water, and the resin composition is applied and impregnated on a conductive fiber sheet. Polymer fuel cell separator.
It is.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present invention, fibers made of a conductive material are spread in the same direction, impregnated and coated with a resin composition in a sheet shape, and after the resin composition is cured, the resin composition on the surface is removed by a method such as polishing. And a separator for a polymer electrolyte fuel cell having conductive fibers exposed on the surface. It has high conductivity because conductive fibers are exposed on the surface. Therefore, the resin fraction can be increased as compared with the case where the particulate carbon material is used, and it is possible to achieve both mechanical strength.
[0014]
The conductive fiber is not particularly limited as long as it is a fiber made of a material having a high conductivity of 5 mΩcm or less in electric resistance. For example, in the case of carbon fiber, any of polyacrylonitrile type and pitch type can be used. The fiber may be a monofilament or a combination thereof, and there is no particular limitation as long as the fiber diameter per conductive fiber can be matched. Even if a monofilament is used, the diameter of the fiber is preferably equal to or greater than the thickness of the separator because the conductive material penetrates through the entire thickness of the separator after polishing the surface, and high conductivity is obtained. . The fiber made of the conductive material of the present invention is laid in the same direction to form a sheet, that is, the conductive fiber sheet may be fixed by an adhesive or the like, or may be fixed by a tape or the like to maintain the sheet shape. Can do things.
[0015]
The resin composition to be used is not particularly limited, and a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a mixture or a modified product of the above resins can be used. Further, it can be used in the form of powder, granule, liquid, or in a molten state. Examples of preferable resins of the thermosetting resin include, for example, phenol resin, melamine resin, and epoxy resin. Examples of the thermoplastic resin include urethane resin, polyvinyl chloride resin, polyethylene resin, polyamide resin, and ABS resin. Resins, fluorine-based resins, and the like.
In the present invention, it is preferable that the resin composition particularly contains a particulate thermoplastic resin and a particulate thermosetting resin.
[0016]
By containing a thermoplastic resin and a thermosetting resin as a resin composition, a separator for a polymer electrolyte fuel cell having both characteristics of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be easily and at low cost. be able to.
[0017]
In the present invention, the weight ratio between the particulate thermoplastic resin and the particulate thermosetting resin is preferably selected from the range of 2: 8 to 8: 2.
[0018]
As described above, when the weight ratio of the particulate thermoplastic resin to the particulate thermosetting resin is selected from the range of 2: 8 to 8: 2, the characteristics of both the thermoplastic resin and the thermosetting resin are improved. It can be expressed in a well-balanced manner.
[0019]
It is preferable that the particulate thermoplastic resin and the particulate thermosetting resin are integrated into a composite particle. As described above, when the particulate thermoplastic resin and the particulate thermosetting resin are formed into composite particles, the mixing ratio between the thermoplastic resin and the thermosetting resin can be made uniform. Further, as described below, the difference in apparent properties between the thermoplastic resin and the thermosetting resin can be reduced.
[0020]
It is preferable that the composite particles contain at least a part of the surface of the particulate thermoplastic resin coated with the particulate thermosetting resin. When at least a part of the surface of the resin is covered with the particulate thermosetting resin, the properties of the thermoplastic resin can be apparently approximated to those of the thermosetting resin.
[0021]
The particulate thermosetting resin is preferably a hydrophilic resin. If a hydrophilic thermosetting resin is used, the thermosetting resin can be accurately dispersed in water. When the thermoplastic resin is compounded with the thermosetting resin and at least a part of the surface is covered with the thermosetting resin, the handling property of the originally hydrophobic thermoplastic resin becomes hydrophilic. About the same as the thermosetting resin.
[0022]
In the present invention, the hydrophilic resin is a phenol resin, a melamine resin, or a urea resin, as described above, when the hydrophilic resin is a phenol resin, a melamine resin, or a urea resin, heat resistance Properties, hardness, abrasion resistance and stain resistance can be effectively developed. In addition, since these resins are generally low in cost, it is possible to reduce the cost of manufacturing a separator for a polymer electrolyte fuel cell.
[0023]
In the present invention, the method of compounding the resin composition particles containing the particulate thermoplastic resin and the particulate thermosetting resin is a shear force, an impact force, an external force such as a compressive force and a combination thereof, There is no particular limitation as long as a new surface appears on each powder, and a mechanochemical device, a crusher, a mixer, or the like can be used.
[0024]
The dispersion method of dispersing the resin composition particles containing the particulate thermoplastic resin and the particulate thermosetting resin in a dispersion solution in water is not particularly limited, and is a gas flow type, a collision type, a mechanical crushing type. Any of the compound dispersers can be used.
[0025]
In the present invention, as a method of impregnating and applying the resin composition to the conductive fiber sheet, for example, dispersing the resin composition in water, or impregnating the conductive fiber sheet as a varnish using an organic solvent, A method of passing through a thickness adjuster such as a squeeze roll / comma coater with a predetermined gap, a method of coating a conductive fiber sheet from both sides with a die coater, etc. Can be applied to both surfaces of the conductive fiber sheet and pressure impregnated with a heating roll.
Alternatively, the conductive fiber sheet may be inserted into the crosshead of the extruder by using an insert molding technique to cover the front and back of the conductive fiber with the resin in a molten state. The method of insert molding is not particularly limited as long as the conductive fibers can be formed into sheets without cutting during extrusion molding, and any of a single-screw and a twin-screw extruder can be used.
[0026]
The molding method after sheet extrusion such as groove processing is not particularly limited, and press molding using a mold, molding using an engraving roll, and the like can be used. If necessary, the sheet may be cut into a desired size and then formed.
[0027]
The method of removing the resin layer on the surface is not particularly limited, but may be, for example, mechanical processing such as cutting or polishing, or may be a chemical treatment using a solvent or the like. A polishing method is preferable because a relatively smooth surface can be obtained without denaturation.
The polishing method is not particularly limited as long as the conductive fibers coated with the resin are exposed on the surface. May be performed. Further, heat treatment may be performed according to the resin used. The size, thickness, shape, and the like of the fuel cell separator manufactured by the present invention are not particularly limited.
[0028]
【The invention's effect】
The polymer electrolyte fuel cell separator of the present invention has high conductivity because the conductive fibers are exposed on the sheet surface when the sheet surface is polished. Therefore, the resin fraction can be increased as compared with the conventional separator using the particulate carbon material, and the mechanical strength can also be increased. Further, if a resin composition in which a thermoplastic resin and a thermosetting resin are combined is used, it is possible to have both flexibility of the thermoplastic resin and heat resistance and acid resistance of the thermosetting resin.