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JP2021125323A - Fuel cell separator material and fuel cell separator - Google Patents

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JP2021125323A
JP2021125323A JP2020016566A JP2020016566A JP2021125323A JP 2021125323 A JP2021125323 A JP 2021125323A JP 2020016566 A JP2020016566 A JP 2020016566A JP 2020016566 A JP2020016566 A JP 2020016566A JP 2021125323 A JP2021125323 A JP 2021125323A
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JP
Japan
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fuel cell
separator material
resin
fiber
cell separator
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JP2020016566A
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Japanese (ja)
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克彦 福井
Katsuhiko Fukui
克彦 福井
博志 牧島
Hiroshi Makishima
博志 牧島
裕佳 荒井
Yuka Arai
裕佳 荒井
正守 赤松
Masamori Akamatsu
正守 赤松
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Abstract

To provide a fuel cell separator material capable of achieving both desired good electrical characteristics and mechanical strength without controlling the blending amount of graphite powder and a phenol resin.SOLUTION: A fuel cell separator material includes graphite particles whose surface is coated with a binder resin, and carbon fibers, and the degree of graphitization of carbon fibers is 0.20 to 0.74.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ材料に関する。 The present invention relates to a separator material for a fuel cell.

近年、黒鉛粉末にフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂をバインダーとして使用した複合材料から構成される燃料電池用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という場合がある。)が開発されている。黒鉛は電気抵抗が小さく、かつ耐食性に優れているため、上記複合材料は、セパレータの機械的強度を改善する観点から検討されていた金属板に代わる材料として注目されている。 In recent years, a separator for a fuel cell (hereinafter, may be simply referred to as a "separator") has been developed, which is composed of a composite material in which a thermosetting resin such as a phenol resin is used as a binder in graphite powder. Since graphite has low electrical resistance and excellent corrosion resistance, the composite material is attracting attention as a material that can replace the metal plate that has been studied from the viewpoint of improving the mechanical strength of the separator.

上記セパレータは、バインダー樹脂の含有量が多いほど、機械的強度やガス不透過性が良好となるものの、これに代わり体積抵抗等の電気的特性が低下する。こうした点から、表面がフェノール樹脂で被覆(コーティング)された、所定の粒子径を有する黒鉛粉末を用い、種々の成形条件にて加圧成形する燃料電池用セパレータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 The higher the content of the binder resin in the separator, the better the mechanical strength and gas permeability, but instead, the electrical properties such as volume resistance are lowered. From this point of view, a separator for a fuel cell has been proposed in which a surface is coated with a phenol resin and a graphite powder having a predetermined particle size is used and pressure-molded under various molding conditions (for example, a patent). Reference 1).

特開2002−198066号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-198066

しかし、上記従来の燃料電池用セパレータでは、黒鉛粉末とフェノール樹脂の配合量により、電気的特性と機械的強度を制御する必要があるため、所望の良好な電気的特性と機械的強度を両立させることが困難であった。 However, in the above-mentioned conventional separator for a fuel cell, it is necessary to control the electrical characteristics and the mechanical strength by the blending amount of the graphite powder and the phenol resin, so that the desired good electrical characteristics and the mechanical strength are compatible with each other. Was difficult.

そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、黒鉛粉末とフェノール樹脂の配合量を制御することなく、所望の良好な電気的特性と機械的強度を両立させることができる燃料電池用セパレータ材料「以下、単に「セパレータ材料」という場合がある。」を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a fuel capable of achieving both desired good electrical characteristics and mechanical strength without controlling the blending amount of the graphite powder and the phenol resin. Battery Separator Material "Hereinafter, it may be simply referred to as" separator material ". The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池用セパレータ材料は、表面がバインダー樹脂で被覆された黒鉛粒子と、炭素繊維とを含有する燃料電池用セパレータ材料であって、炭素繊維の黒鉛化度が0.20〜0.74であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fuel cell separator material of the present invention is a fuel cell separator material containing graphite particles whose surface is coated with a binder resin and carbon fibers, and the carbon fibers are graphitized. The degree is 0.25 to 0.74.

本発明によれば、所望の良好な電気的特性と機械的強度を備える燃料電池用セパレータ材料を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell separator material having desired good electrical properties and mechanical strength.

実施例1において作製したサンプルプレートの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the sample plate prepared in Example 1. FIG.

本発明の燃料電池用セパレータ材料は、表面がバインダー樹脂で被覆された黒鉛粒子(以下「樹脂コーティング粒子」という場合がある。)と、炭素繊維とを含んでいる。また、本発明の燃料電池用セパレータは、例えば、固体高分子膜を介して配置されたアノード電極とカソード電極とともに単セルを構成し、当該単セルを複数積み重ねて構成される固形高分子型燃料電池に使用されるものであって、本発明の燃料電池用セパレータ材料により形成されている。 The separator material for a fuel cell of the present invention contains graphite particles whose surface is coated with a binder resin (hereinafter, may be referred to as “resin-coated particles”) and carbon fibers. Further, the fuel cell separator of the present invention is, for example, a polymer electrolyte fuel composed by forming a single cell together with an anode electrode and a cathode electrode arranged via a solid polymer membrane and stacking a plurality of the single cells. It is used for a battery and is formed of the separator material for a fuel cell of the present invention.

<黒鉛粒子>
樹脂コーティング粒子に含まれる黒鉛粒子は、それ自体が粒子または粉末から構成されるものである。黒鉛粒子の形状は特に限定されず、任意の形状を有するものが使用できる。
<Graphite particles>
The graphite particles contained in the resin-coated particles are themselves composed of particles or powder. The shape of the graphite particles is not particularly limited, and those having any shape can be used.

この黒鉛粒子は、例えば、天然黒鉛(例えば、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛)、人造黒鉛、膨張黒鉛、膨張化黒鉛、カーボンブラック、およびキッシュ黒鉛、およびこれらの組合せにより構成されている。なお、これらのうち、天然黒鉛、または人工黒鉛から構成されていることが好ましい。また、黒鉛粒子の平均粒子径は、5μm〜500μmが好ましく、10μm〜300μmがより好ましい。 The graphite particles are composed of, for example, natural graphite (eg, scaly graphite, massive graphite, earthy graphite), artificial graphite, expanded graphite, expanded graphite, carbon black, and kiss graphite, and a combination thereof. .. Of these, it is preferable that it is composed of natural graphite or artificial graphite. The average particle size of the graphite particles is preferably 5 μm to 500 μm, more preferably 10 μm to 300 μm.

<バインダー樹脂>
樹脂コーティング粒子に含まれるバインダー樹脂は、上記黒鉛粒子の外表面の全面または一部をコーティングする樹脂である。
<Binder resin>
The binder resin contained in the resin-coated particles is a resin that coats the entire surface or a part of the outer surface of the graphite particles.

このバインダー樹脂は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂であり、バインダー樹脂を構成する熱硬化性樹脂としては、例えば、30℃〜400℃、好ましくは50℃〜250℃の硬化温度を有するものが挙げられる。 This binder resin is a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and the thermosetting resin constituting the binder resin has, for example, a curing temperature of 30 ° C. to 400 ° C., preferably 50 ° C. to 250 ° C. Can be mentioned.

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、およびこれらの組合せなどの有機系熱硬化性樹脂、ならびにシリコーン樹脂、フッ素樹脂のような無機系熱硬化性樹脂が挙げられる。なお、セパレータへの汎用性に優れているとの理由から、有機系熱硬化性樹脂が好ましく、フェノール樹脂が特に好ましい。 Examples of the thermosetting resin include phenol resins, epoxy resins, melamine resins, urea resins, alkyd resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, thermosetting polyimide resins, and organic thermosetting resins such as combinations thereof. Examples thereof include resins and inorganic thermosetting resins such as silicone resins and fluororesins. Organic thermosetting resins are preferable, and phenol resins are particularly preferable, because they are excellent in versatility for separators.

バインダー樹脂を構成する熱可塑性樹脂は、例えば、30℃〜400℃、好ましくは100℃〜350℃のガラス転移点、融点または溶融温度を有する樹脂である。 The thermoplastic resin constituting the binder resin is, for example, a resin having a glass transition point, a melting point or a melting temperature of 30 ° C. to 400 ° C., preferably 100 ° C. to 350 ° C.

熱可塑性樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、および超高分子量ポリエチレン(UHMW−PE)のようなポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ならびにポリ環状オレフィン等のオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)およびポリ塩化ビニリデン(PVDC))、ポリスチレン(PS)、ポリビニルアセテート(PVAc)、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン樹脂(ABS)、アクリロニトリル−スチレン樹脂(AS)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリアミド樹脂(PA)(例えば、ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン6T、ナイロン61、ナイロン9T、ナイロンM5T、ナイロンMXD、ナイロン610、およびナイロン612)、ポリフタルアミド樹脂、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、およびポリトリメチレンナフタレート(PTT))、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、および熱可塑性ポリイミド(PI)ならびにこれらの組合せが挙げられる。なお、使用温度における物性が良好であり、低コストであるという理由から、ポリプロピレン(PP)が好ましい。 Thermoplastic resins include, for example, low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), ultra low density polyethylene (VLDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), and ultra high density polyethylene. Polyethylene (PE) such as molecular weight polyethylene (UHMW-PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), and olefin resins such as polycyclic olefins, vinyl resins (eg, polyvinyl chloride (PVC) and Polyvinylidene chloride (PVDC)), polystyrene (PS), polyvinyl acetate (PVAc), acrylonitrile-styrene-butadiene resin (ABS), acrylonitrile-styrene resin (AS), acrylic resin (PMMA), polyamide resin (PA) (eg , Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 46, Nylon 66, Nylon 6T, Nylon 61, Nylon 9T, Nylon M5T, Nylon MXD, Nylon 610, and Nylon 612), Polyphthalamide resin, Polyacetyl (POM), Polycarbonate (PC), polyester resins (eg polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), and polytrimethylene naphthalate (PTT)), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), and heat. Examples include thermoplastic polyethylene (PI) and combinations thereof. Polypropylene (PP) is preferable because it has good physical properties at the operating temperature and is low in cost.

<樹脂コーティング粒子>
樹脂コーティング粒子における上記バインダー樹脂の含有量(付着量)は必ずしも限定されないが、樹脂コーティング粒子の全体に対するバインダー樹脂の含有量が、10質量%〜80質量%が好ましく、15質量%〜50質量%がより好ましい。
<Resin coated particles>
The content (adhesion amount) of the binder resin in the resin-coated particles is not necessarily limited, but the content of the binder resin with respect to the entire resin-coated particles is preferably 10% by mass to 80% by mass, preferably 15% by mass to 50% by mass. Is more preferable.

また、上述のごとく、バインダー樹脂は、樹脂コーティング粒子において、コアとなる黒鉛粒子の外表面の全部または一部にコーティングされているが、そのコーティング層の厚みもまた特に限定されず、任意の厚みに設定されたものが使用できる。 Further, as described above, the binder resin is coated on all or a part of the outer surface of the graphite particles which are the cores of the resin-coated particles, but the thickness of the coating layer is also not particularly limited and is arbitrary. Those set to can be used.

樹脂コーティング粒子としての平均粒子径は、特に限定されないが、10μm〜500μmが好ましく、20μm〜310μmがより好ましい。樹脂コーティング粒子の平均粒子径が10μm未満であると、黒鉛粒子間で空隙が生じ、機械的強度が低下するおそれがある。また、樹脂コーティング粒子の平均粒子径が500μmを超えると、後述の炭素繊維との混合の際に、粒子間の間隙が大きくなり、得られる混合物の機械的強度や電気的特性の低下に影響を及ぼすおそれがある。 The average particle size of the resin-coated particles is not particularly limited, but is preferably 10 μm to 500 μm, and more preferably 20 μm to 310 μm. If the average particle size of the resin-coated particles is less than 10 μm, voids may occur between the graphite particles and the mechanical strength may decrease. Further, when the average particle size of the resin-coated particles exceeds 500 μm, the gaps between the particles become large when mixed with carbon fibers described later, which affects the deterioration of the mechanical strength and electrical properties of the obtained mixture. May affect.

黒鉛粒子に対するバインダー樹脂のコーティング方法は、特に限定されず、例えば、上記特許文献1に記載されるような方法を用いることができる。このような樹脂コーティング粒子は、例えば、液状フェノールと黒鉛粒子とをミキサー等で撹拌混合して得られたものが市販されている。 The method for coating the graphite particles with the binder resin is not particularly limited, and for example, the method described in Patent Document 1 can be used. As such resin-coated particles, for example, those obtained by stirring and mixing liquid phenol and graphite particles with a mixer or the like are commercially available.

ここで、一般に、燃料電池用のセパレータにおいては、セルスタックの電池特性を向上させるとの観点から、電気的特性(導電性)に関しては固有抵抗値で5.2mΩ・cm以下が要望され、セルスタックの組み立てを容易にするとの観点から、機械的強度に関しては曲げ歪で0.60%以上が要望されている。 Here, in general, in a separator for a fuel cell, from the viewpoint of improving the battery characteristics of the cell stack, the electrical characteristics (conductiveness) are required to have a specific resistance value of 5.2 mΩ · cm or less, and the cell. From the viewpoint of facilitating the assembly of the stack, the mechanical strength is required to be 0.60% or more in bending strain.

しかし、上述のごとく、上記従来の燃料電池用セパレータにおいては、黒鉛粉末とフェノール樹脂の配合量により、電気的特性と機械的強度を制御する必要があるため、上記所望の良好な固有抵抗値と曲げ歪を両立させることが困難であった。 However, as described above, in the conventional separator for a fuel cell, it is necessary to control the electrical characteristics and the mechanical strength by the blending amount of the graphite powder and the phenol resin. It was difficult to achieve both bending strain.

そこで、本発明者らは、上記問題点について検討したところ、上述の樹脂コーティング粒子と所定の黒鉛化度を有する炭素繊維とを混合して使用することにより、上記所望の良好な導電性と機械的強度を両立させることが可能になることを見出した。以下、この炭素繊維について具体的に説明する。 Therefore, the present inventors have investigated the above-mentioned problems, and found that by using the above-mentioned resin-coated particles mixed with carbon fibers having a predetermined degree of graphitization, the above-mentioned desired good conductivity and machine can be used. We have found that it is possible to achieve both target strength. Hereinafter, this carbon fiber will be specifically described.

なお、ここでいう「固有抵抗値」とは、JIS K7194に準拠して測定された抵抗率のことをいう。 The "inherent resistance value" here means the resistivity measured in accordance with JIS K7194.

また、ここでいう「曲げ歪」とは、JIS K7171に準拠して測定された、試験片の支点間中央における外周表面上の微小要素の長さの呼び変化率のことをいう。 Further, the “bending strain” here refers to the nominal change rate of the length of the minute element on the outer peripheral surface at the center between the fulcrums of the test piece, which is measured in accordance with JIS K7171.

<炭素繊維>
炭素繊維は、セパレータ材料において導電パスとなり、成型後のセパレータの導電性を向上させるとともに、樹脂コーティング粒子と絡みながら成型されることにより、成型後のセパレータの機械的強度を向上させるものである。
<Carbon fiber>
The carbon fiber serves as a conductive path in the separator material, improves the conductivity of the separator after molding, and improves the mechanical strength of the separator after molding by being molded while being entangled with the resin-coated particles.

この炭素繊維としては、例えば、アクリル繊維を原料とするPAN系炭素繊維、石炭や石油ピッチ、もしくはナフタレン系ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維が使用できる。 As the carbon fiber, for example, PAN-based carbon fiber made of acrylic fiber as a raw material, coal or petroleum pitch, or pitch-based carbon fiber made of naphthalene-based pitch can be used.

そして、本発明のセパレータ材料においては、炭素繊維の黒鉛化度が0.20〜0.74である点に特徴がある。 The separator material of the present invention is characterized in that the degree of graphitization of carbon fibers is 0.20 to 0.74.

これは、黒鉛化度が0.20未満の場合は、械的強度は向上するものの、導電性が十分に向上しない場合があるためであり、0.74よりも大きい場合は、導電性は向上するものの、機械的強度が十分に向上しない場合があるためである。 This is because when the degree of graphitization is less than 0.20, the mechanical strength is improved, but the conductivity may not be sufficiently improved, and when it is larger than 0.74, the conductivity is improved. However, the mechanical strength may not be sufficiently improved.

すなわち、黒鉛化度が0.20〜0.74である炭素繊維を使用することにより、上記所望の良好な導電性と機械的強度を両立させることが可能になる。 That is, by using carbon fibers having a graphitization degree of 0.20 to 0.74, it is possible to achieve both the above-mentioned desired good conductivity and mechanical strength.

なお、ここでいう「黒鉛化度」とは、XRD(X線回析)を用いて算出される、黒鉛結晶構造における基準網面と隣接網面が黒鉛的配列をする確率のことをいう。 The "graphitization degree" here refers to the probability that the reference network surface and the adjacent network surface in the graphite crystal structure are arranged in a graphite manner, which is calculated by using XRD (X-ray diffraction).

また、炭素繊維として、ミルドファイバー(繊維長の短い短繊維)を使用することが好ましく、ミルドファイバーの平均繊維長は、100〜680μmが好ましい。これは、100μm未満の場合は、導電性は向上するものの、セパレータ材料において炭素繊維が脱落しやすくなるため、機械的強度が十分に向上しない場合があるためである。また、680μmよりも長い場合は、セパレータ材料において炭素繊維が脱落しにくくなるため機械的強度は向上するものの、導電性が十分に向上しない場合があるためである。また、上述の上記所望の良好な導電性と機械的強度を確実に両立させるとの観点から、360〜500μmがより好ましい。 Further, it is preferable to use milled fiber (short fiber having a short fiber length) as the carbon fiber, and the average fiber length of the milled fiber is preferably 100 to 680 μm. This is because if the thickness is less than 100 μm, the conductivity is improved, but the carbon fibers are likely to fall off in the separator material, so that the mechanical strength may not be sufficiently improved. Further, when it is longer than 680 μm, the carbon fibers are less likely to fall off in the separator material, so that the mechanical strength is improved, but the conductivity may not be sufficiently improved. Further, 360 to 500 μm is more preferable from the viewpoint of surely achieving both the above-mentioned desired good conductivity and mechanical strength.

なお、ここでいう「平均繊維長」とは、粒子形状画像解析装置を用いた動的もしくは静的画像解析により算出される繊維長軸方向の平均長さのことをいう。なお、市販品を使用する場合は、カタログに記載された値を採用することができる。 The "average fiber length" here means the average length in the fiber length axis direction calculated by dynamic or static image analysis using a particle shape image analysis device. When using a commercially available product, the value described in the catalog can be adopted.

また、セパレータ材料の全体に対する炭素繊維の含有量が、3〜13質量%以下であることが好ましい。これは、3質量%未満の場合は、導電性は向上するものの、機械的強度が十分に向上しない場合があり、13質量%よりも多い場合は、樹脂コーティング粒子の含有量が低下するため、導電性が十分に向上しない場合があるためである。 Further, the content of carbon fibers in the entire separator material is preferably 3 to 13% by mass or less. This is because if it is less than 3% by mass, the conductivity is improved, but the mechanical strength may not be sufficiently improved, and if it is more than 13% by mass, the content of the resin coating particles is lowered. This is because the conductivity may not be sufficiently improved.

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを発明の範囲から除外するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples. The present invention is not limited to these examples, and these examples can be modified or modified based on the gist of the present invention, and they are not excluded from the scope of the invention. No.

(実施例1)
<サンプルプレートの作製>
樹脂コーティング粒子であるフェノール樹脂をコーティングした膨張黒鉛粒子(リグナイト(株)製、商品名:GPS−3076、黒鉛粒子の平均粒子径:200μm、樹脂コーティング粒子全体に対するフェノール樹脂の含有量:30質量%)14gに、炭素繊維であるピッチ系のミルドファイバー(大阪ガスケミカル(株)製、商品名:ドナカーボミルド S−241、黒鉛化度:0.20)1gを添加し、その後、常温下にて混合することにより、燃料電池用セパレータ材料を作製した。なお、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量は6.7質量%であった。また、平均繊維長が140μmであるミルドファイバーを使用した。
(Example 1)
<Preparation of sample plate>
Expanded graphite particles coated with phenolic resin, which is a resin-coated particle (manufactured by Lignite Co., Ltd., trade name: GPS-3076, average particle size of graphite particles: 200 μm, content of phenolic resin in the entire resin-coated particles: 30% by mass) ) 1 g of pitch-based milled fiber (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd., trade name: Donna Carbomilled S-241, graphitization degree: 0.20), which is a carbon fiber, is added to 14 g, and then the temperature is lowered to room temperature. To prepare a separator material for a fuel cell. The content of the milled fiber with respect to the entire separator material for the fuel cell was 6.7% by mass. Further, a milled fiber having an average fiber length of 140 μm was used.

次に、作製した燃料電池用セパレータ材料を、予備成形用金型に投入し、温度が55℃、圧力が100kg/cmの条件下で30秒間、加圧成型し、その後、室温まで冷却することにより、幅が50mm、長さが80mm、厚みが2mmである予備成形体を得た。 Next, a fuel cell separator material produced was charged into a preforming mold, the temperature is 55 ° C., 30 seconds pressure under the conditions of 100 kg / cm 3, pressure-molded, then cooled to room temperature As a result, a preformed body having a width of 50 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 2 mm was obtained.

次に、作製した予備成型体を本成型用金型に設置し、温度が165℃、圧力が500kg/cmの条件下で120秒間、加圧成型し、その後、室温まで冷却した。そして、電気炉を用いて、得られた成型体をアニール処理(165℃、3時間)することにより、本実施例のサンプルプレートを得た。 Next, install the preform produced in this mold, temperature of 165 ° C., 120 seconds pressure under the conditions of 500 kg / cm 3, pressure-molded and then cooled to room temperature. Then, the obtained molded product was annealed (165 ° C., 3 hours) using an electric furnace to obtain a sample plate of this example.

なお、得られたサンプルプレートの走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図1に示す。図1に示すように、ミルドファイバーが樹脂コーティング粒子と絡みながら成型されていることが分かる。 A scanning electron microscope (SEM) photograph of the obtained sample plate is shown in FIG. As shown in FIG. 1, it can be seen that the milled fiber is molded while being entangled with the resin coating particles.

<固有抵抗値の測定>
ロレスター測定器(MCP−T600;三菱化学株式会社製)を用い、JIS−K7194に基づいて、作製したサンプルプレートにおける任意の1点について、固有抵抗値[mΩ・cm]を測定した。以上の結果を表1に示す。
<Measurement of intrinsic resistance value>
Using a Lorester measuring instrument (MCP-T600; manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), the intrinsic resistance value [mΩ · cm] was measured at any one point on the prepared sample plate based on JIS-K7194. The above results are shown in Table 1.

<曲げ歪の測定>
精密万能試験機(AG−20kNI:島津製作所株式会社製)を用い、JIS K7171に基づいて、作成したサンプルプレートを幅が10mm、長さが80mm、厚みが2mmに加工し、曲げ歪[%]を測定した。以上の結果を表1に示す。
<Measurement of bending strain>
Using a precision universal testing machine (AG-20kNI: manufactured by Shimadzu Corporation), the prepared sample plate was processed to a width of 10 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 2 mm based on JIS K7171 and bent strain [%]. Was measured. The above results are shown in Table 1.

(実施例2)
炭素繊維を、上述のピッチ系のミルドファイバーから、PAN(ポリアクリロニトリル)系のミルドファイバー(日本ポリマー産業(株)製、商品名:CFMP―150X、黒鉛化度:0.20、平均繊維長:100μm)に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にしてサンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表1に示す。
(Example 2)
From the above-mentioned pitch-based milled fiber to carbon fiber, PAN (polyacrylonitrile) -based milled fiber (manufactured by Nippon Polymer Sangyo Co., Ltd., trade name: CFMP-150X, graphitization degree: 0.20, average fiber length: A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 described above except that it was changed to 100 μm), and the intrinsic resistance value and bending strain were measured. The above results are shown in Table 1.

(実施例3)
炭素繊維を、上述のミルドファイバーから、黒鉛化度が0.27であるピッチ系のミルドファイバー((株)クレハ製、商品名:クレカチョップM201S、平均繊維長:150μm)に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表1に示す。
(Example 3)
Except for changing the carbon fiber from the above-mentioned milled fiber to a pitch-based milled fiber having a graphitization degree of 0.27 (manufactured by Kureha Corporation, trade name: Kureka Chop M201S, average fiber length: 150 μm). , A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 described above, and the intrinsic resistance value and bending strain were measured. The above results are shown in Table 1.

(実施例4)
炭素繊維を、上述のミルドファイバーから、黒鉛化度が0.64であるピッチ系のミルドファイバー(三菱ケミカル(株)製、商品名:ダイアリード、平均繊維長:200μm)に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表1に示す。
(Example 4)
Except for changing the carbon fiber from the above-mentioned milled fiber to a pitch-based milled fiber having a graphitization degree of 0.64 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, trade name: dialead, average fiber length: 200 μm). , A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 described above, and the intrinsic resistance value and bending strain were measured. The above results are shown in Table 1.

(比較例1)
ミルドファイバーを使用しなかったこと以外は、上述の実施例1と同様にしてサンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 described above except that no milled fiber was used, and the intrinsic resistance value and bending strain were measured. The above results are shown in Table 1.

(比較例2)
炭素繊維を、上述のミルドファイバーから、黒鉛化度が0.19であるPAN系のミルドファイバー(帝人(株)製、商品名:テナックス HT M800 160MU、平均繊維長:160μm)に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Except for changing the carbon fiber from the above-mentioned milled fiber to a PAN-based milled fiber having a graphitization degree of 0.19 (manufactured by Teijin Limited, trade name: Tenax HT M800 160MU, average fiber length: 160 μm). Prepared a sample plate in the same manner as in Example 1 described above, and measured the intrinsic resistance value and bending strain. The above results are shown in Table 1.

(比較例3)
炭素繊維を、上述のミルドファイバーから、黒鉛化度が0.75であるピッチ系のミルドファイバー(日本グラファイトファイバー(株)製、商品名:XN−100、平均繊維長:150μm)に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
The carbon fiber was changed from the above-mentioned milled fiber to a pitch-based milled fiber having a degree of graphitization of 0.75 (manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd., trade name: XN-100, average fiber length: 150 μm). Except for the above, a sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 described above, and the intrinsic resistance value and bending strain were measured. The above results are shown in Table 1.

Figure 2021125323
Figure 2021125323

表1に示すように、ミルドファイバーの黒鉛化度が0.20〜0.74である実施例1〜4においては、固有抵抗値が5.2mΩ・cm以下であるとともに、曲げ歪が0.60%以上であり、所望の良好な導電性と機械的強度を両立させることができることが分かる。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 in which the degree of graphitization of the milled fiber is 0.20 to 0.74, the intrinsic resistance value is 5.2 mΩ · cm or less and the bending strain is 0. It is 60% or more, and it can be seen that the desired good conductivity and mechanical strength can be achieved at the same time.

一方、ミルドファイバーを使用していない比較例1においては、固有抵抗値が5.2mΩ・cm以下であるものの、曲げ歪が0.60%未満であり、所望の良好な機械的強度を得ることができないことが分かる。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which the milled fiber is not used, the intrinsic resistance value is 5.2 mΩ · cm or less, but the bending strain is less than 0.60%, and the desired good mechanical strength is obtained. It turns out that it cannot be done.

また、ミルドファイバーの黒鉛化度が0.20未満である比較例2においては、曲げ歪が0.60%以上であるものの、固有抵抗値が5.2mΩ・cmよりも大きく、所望の良好な導電性を得ることができないことが分かる。 Further, in Comparative Example 2 in which the degree of graphitization of the milled fiber is less than 0.20, although the bending strain is 0.60% or more, the intrinsic resistance value is larger than 5.2 mΩ · cm, which is a desired good condition. It can be seen that conductivity cannot be obtained.

また、ミルドファイバーの黒鉛化度が0.74よりも大きい比較例3においては、固有抵抗値が5.2mΩ・cm以下であるものの、曲げ歪が、ミルドファイバーを使用していない比較例1と同様に0.60%未満(0.57)であり、所望の良好な機械的強度を得ることができないことが分かる。 Further, in Comparative Example 3 in which the degree of graphitization of the milled fiber is larger than 0.74, although the intrinsic resistance value is 5.2 mΩ · cm or less, the bending strain is the same as in Comparative Example 1 in which the milled fiber is not used. Similarly, it is less than 0.60% (0.57), and it can be seen that the desired good mechanical strength cannot be obtained.

(実施例5)
燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量を9.7質量%に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表2に示す。
(Example 5)
A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 above, except that the content of milled fiber in the entire fuel cell separator material was changed to 9.7% by mass, and the natural resistance value and bending strain were adjusted. It was measured. The above results are shown in Table 2.

(実施例6)
上述の実施例1のピッチ系のミルドファイバーであって、平均繊維長が220μmのものを使用したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表2に示す。
(Example 6)
A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 above, except that the pitch-based milled fiber of Example 1 having an average fiber length of 220 μm was used. Bending strain was measured. The above results are shown in Table 2.

(実施例7)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が360μmのものを使用したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表2に示す。
(Example 7)
A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 above, except that the milled fiber of Example 1 described above had an average fiber length of 360 μm, and the specific resistance value and bending strain were set. It was measured. The above results are shown in Table 2.

(実施例8)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が500μmのものを使用したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表2に示す。
(Example 8)
A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 above, except that the milled fiber of Example 1 described above had an average fiber length of 500 μm, and the natural resistance value and bending strain were set. It was measured. The above results are shown in Table 2.

(実施例9)
上述の実施例1のミルドファイバーとであって、平均繊維長が680μmのものを使用したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表2に示す。
(Example 9)
A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 above, except that the milled fiber of Example 1 described above had an average fiber length of 680 μm, and the natural resistance value and bending strain were obtained. Was measured. The above results are shown in Table 2.

Figure 2021125323
Figure 2021125323

表2に示すように、ミルドファイバーの平均繊維長が、100〜680μmである実施例5〜9においては、固有抵抗値が5.2mΩ・cm以下であるとともに、曲げ歪が0.60%以上であり、所望の良好な導電性と機械的強度を両立させることができることが分かる。 As shown in Table 2, in Examples 5 to 9 in which the average fiber length of the milled fiber is 100 to 680 μm, the intrinsic resistance value is 5.2 mΩ · cm or less and the bending strain is 0.60% or more. Therefore, it can be seen that the desired good conductivity and mechanical strength can be achieved at the same time.

特に、実施例7(平均繊維長が360μm)と実施例8(平均繊維長が500μm)においては、固有抵抗値が5.0mΩ・cm以下であるとともに、曲げ歪が0.70%以上であり、導電性と機械的強度のバランスに優れていることが分かる。 In particular, in Example 7 (average fiber length of 360 μm) and Example 8 (average fiber length of 500 μm), the intrinsic resistance value is 5.0 mΩ · cm or less and the bending strain is 0.70% or more. It can be seen that the balance between conductivity and mechanical strength is excellent.

(実施例10)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が360μmのものを使用し、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量を3.2質量%に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表3に示す。
(Example 10)
The above-mentioned milled fiber of Example 1 described above, except that the milled fiber having an average fiber length of 360 μm was used and the content of the milled fiber with respect to the entire separator material for a fuel cell was changed to 3.2% by mass. A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 of the above, and the intrinsic resistance value and the bending strain were measured. The above results are shown in Table 3.

(実施例11)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が360μmのものを使用し、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量を6.7質量%に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表3に示す。
(Example 11)
The above-mentioned milled fiber of Example 1 described above, except that the milled fiber having an average fiber length of 360 μm was used and the content of the milled fiber with respect to the entire separator material for a fuel cell was changed to 6.7% by mass. A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 of the above, and the intrinsic resistance value and the bending strain were measured. The above results are shown in Table 3.

(実施例12)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が360μmのものを使用し、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量を12.9質量%に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表3に示す。
(Example 12)
The above-mentioned milled fiber of Example 1 described above, except that the milled fiber having an average fiber length of 360 μm was used and the content of the milled fiber with respect to the entire separator material for a fuel cell was changed to 12.9% by mass. A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 of the above, and the intrinsic resistance value and the bending strain were measured. The above results are shown in Table 3.

(実施例13)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が500μmのものを使用し、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量を3.2質量%に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表3に示す。
(Example 13)
The above-mentioned milled fiber of Example 1 described above, except that the milled fiber having an average fiber length of 500 μm was used and the content of the milled fiber with respect to the entire separator material for a fuel cell was changed to 3.2% by mass. A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 of the above, and the intrinsic resistance value and the bending strain were measured. The above results are shown in Table 3.

(実施例14)
上述の実施例1のミルドファイバーであって、平均繊維長が500μmのものを使用し、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量を12.9質量%に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、サンプルプレートを作製し、固有抵抗値、及び曲げ歪を測定した。以上の結果を表3に示す。
(Example 14)
The above-mentioned milled fiber of Example 1 described above, except that the milled fiber having an average fiber length of 500 μm was used and the content of the milled fiber with respect to the entire separator material for a fuel cell was changed to 12.9% by mass. A sample plate was prepared in the same manner as in Example 1 of the above, and the intrinsic resistance value and the bending strain were measured. The above results are shown in Table 3.

Figure 2021125323
Figure 2021125323

表3に示すように、燃料電池用セパレータ材料の全体に対するミルドファイバーの含有量が、3〜13質量%である実施例7〜8,10〜14においては、固有抵抗値が5.2mΩ・cm以下であるとともに、曲げ歪が0.60%以上であり、所望の良好な導電性と機械的強度を両立させることができることが分かる。 As shown in Table 3, in Examples 7 to 8 and 10 to 14 in which the content of the milled fiber with respect to the entire separator material for the fuel cell is 3 to 13% by mass, the intrinsic resistance value is 5.2 mΩ · cm. It can be seen that the bending strain is 0.60% or more, and the desired good conductivity and mechanical strength can be achieved at the same time.

以上に説明したように、本発明は、特に、自動車産業、住宅産業等において使用される燃料電池用セパレータに適している。
As described above, the present invention is particularly suitable for a fuel cell separator used in the automobile industry, the housing industry, and the like.

Claims (6)

表面がバインダー樹脂で被覆された黒鉛粒子と、炭素繊維とを含有する燃料電池用セパレータ材料であって、
前記炭素繊維の黒鉛化度が0.20〜0.74であることを特徴とする燃料電池用セパレータ材料。
A fuel cell separator material containing graphite particles whose surface is coated with a binder resin and carbon fibers.
A separator material for a fuel cell, wherein the carbon fiber has a graphitization degree of 0.20 to 0.74.
前記炭素繊維の平均繊維長が、100〜680μmであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータ材料。 The separator material for a fuel cell according to claim 1, wherein the average fiber length of the carbon fibers is 100 to 680 μm. 燃料電池用セパレータ材料の全体に対する前記炭素繊維の含有量が、3〜13質量%であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池用セパレータ材料。 The fuel cell separator material according to claim 1 or 2, wherein the content of the carbon fibers in the entire fuel cell separator material is 3 to 13% by mass. 前記炭素繊維が、ミルドファイバーであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータ材料。 The separator material for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon fiber is a milled fiber. 前記バインダー樹脂が、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータ材料。 The separator material for a fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the binder resin is a thermosetting resin. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータ材料からなる燃料電池用セパレータ。
A fuel cell separator made of the fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 5.
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