CN1428879A - 燃料电池隔板及其成型用的复合材料和它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池隔板成型用复合材料，它包括分散在基质中的碳粉，所述基质包括用于涂覆所述碳粉的树脂涂覆物和树脂增强相，所述树脂增强相的耐热性比构成所述树脂涂覆物的树脂的高；一种复合材料的制造方法；一种使用该复合材料的燃料电池隔板；以及它的制造方法。

Description

燃料电池隔板及其成型用的复合材料 和它们的制造方法
                       技术领域
本发明涉及一种燃料电池隔板成型用的复合材料及其制造方法，以及使用了该复合材料的燃料电池隔板及其制造方法。
具体而言，本发明涉及燃料电池分隔板成型用的复合材料，其可用于制造具有优良的机械性能和电学性能的燃料电池隔板，本发明还涉及它的制造方法，和利用了该复合材料的电池隔板及其制造方法。
                       背景技术
近年来，利用氢与氧反应的燃料电池作为发电***已经引起了人们的注意，其解决了能源问题和环境问题，它的现实化已经在各个领域得到检验。
在燃料电池的基本结构中，有电解质插在多孔的正电极板和负电极板之间，几十到几百个设有扁平隔板的电池叠置在电极板的两个外侧，所述隔板具有气体阻隔性和导电性，它的典型例子包括：肋状电极***，其中在每个正电极板和负电极板的隔板侧面上刻有用作如氢气和空气之类反应气体的通道的沟槽；肋状隔板***，它们被刻在每个隔板表面上。通常而言，用于这种燃料电池的隔板是通过如下方式制得：将作为导电材料的碳粉与包含诸如热固性树脂或热塑性树脂、典型代表为酚醛树脂的树脂的粘结剂混合，然后在加热条件下对混合物实施压缩模塑。
例如，未审公开的日本专利申请第2000-182630号(美国专利公开第20020068210号)描述了以下内容：利用热固性树脂、热塑性树脂、或者橡胶作为粘结剂，将其与碳粉混合，对混合物实施模塑成型，由此获得燃料电池隔板，所述热固性树脂例如：酚醛树脂、聚碳化二亚胺树脂、呋喃甲醇树脂、环氧树脂、纤维素、脲醛树脂、密胺树脂、不饱和聚酯树脂、硅酮树脂、邻苯二甲酸二丙烯树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、聚氨基双马来酰亚胺树脂或者芳族聚酰亚胺树脂；热塑性树脂例如：聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚甲醛(polyoxamethylene)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯砜、聚醚醚酮、聚砜、聚醚酮、聚烯丙基酯(polyallylate)、聚醚酰亚胺、含氟树脂、聚氧代苯甲酰酯树脂、液晶聚酯树脂、芳香族聚酯、聚缩醛、聚烯丙基砜、聚苯并咪唑、聚醚腈、聚硫醚砜、或者聚苯醚；橡胶例如：氟橡胶、硅酮橡胶、丁基橡胶、氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、腈氯丁二烯橡胶、氯化丁基橡胶、环氧氯丙烷橡胶、环氧氯丙烷-环氧乙烷橡胶、环氧氯丙烷-环氧乙烷-丙烯甘氨酰醚的三维共聚物、聚氨酯橡胶、丙烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯橡胶、丁二烯橡胶、或者天然橡胶。
然而，包括包含了碳粉和这种树脂粘结剂的成型材料的燃料电池隔板存在这样一个问题：诸如模塑性和强度的机械性能与诸如电导率的隔板功能不匹配。即，为了通过提高碳粉的粘结程度来改善机械性能，理想的是使用大量粘结剂，但是大量粘结剂意味着碳粉的含量占相对较低的比率，于是就会降低电导率。具体而言，由于注射成型情况下对模塑材料而言需要很高的流动性，因此必需使用大量粘结剂来满足该要求，于是其结果是破坏了电导率。
在这一点上，关于混合和捏合粉末的方法，未审公开的日本专利申请第11-204120号(美国专利公开第20020004156)描述了以下内容：将环氧树脂和酚醛树脂连同石墨粉末一起加到甲基异丁基酮溶剂中，利用球磨机将混合物捏合成浆液形式，然后使该浆液干燥，由此制得燃料电池隔板成型用的复合材料。此外，未审公开的日本专利申请第2001-181519号公开了以下内容：利用诸如Henschel混合机的捏合机对热固性树脂、石墨和聚乙烯醇缩丁醛或者聚乙烯醇缩丁醛与丁腈橡胶的混合物进行混合，从而制得燃料电池隔板成型用的复合材料。
此外，未审公开的日本专利申请第58-5977号公开了以下内容：对石墨粉末进行亲和处理，然后让耐碱树脂黏着在它上面，以此作为碱性水溶液电解质型燃料电池的碳双极板。有关该亲和处理的例子，它描述了硬脂酸处理、酚醛树脂处理、聚酯处理、工艺用油处理、萘油处理、脂肪酸处理和水玻璃处理。另外，有关耐碱树脂的例子，它包括了聚砜树脂、聚苯醚树脂、聚烯丙基醚树脂、聚丁二烯树脂、环氧树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚四溴化乙烯树脂、以及聚四溴化乙烯-聚六溴化丙烯树脂。
                       发明概述
正如前面所述的，在通过混合碳粉与诸如树脂的粘结剂来模塑燃料电池隔板时，很难满足模塑性和机械性能要求，并且也难以满足诸如电导率的隔板所需性能的要求，为了解决该问题，必需改善隔板性能与粘结性能的平衡。
顺便提及，正如前面所描述的，目前在粘结剂树脂中存在与通用树脂不同的所谓工程塑料的高耐热树脂。于是，为了获得耐用性和强度高的高粘性性能燃料电池隔板，已考虑到，在通过填充高密度碳粉来制备产品、同时最大限度地高效利用导电通路时，可以实现用高耐热树脂填充多孔部分，这在工业上非常有利，这是因为，即使使用相对少量粘结剂也能满足机械性能和作为隔板的功能的要求。
但是，由于高度耐热性，很难处理这些耐热树脂使其覆盖碳粉表面。也就是说，对于用粘结剂覆盖碳粉表面的处理，通过将粘结剂和碳粉溶到有机溶剂中来实现混合是有利的，这提供了用粘结剂树脂高程度地涂覆碳粉表面的可能，但是不能采用该方法，原因是，由于高耐热性树脂的高耐热性、高强度和高耐用性，它们与有机溶剂之间的相容性低，或者基本上与有机溶剂不相容。
未审公开的日本专利申请第11-204120号和未审公开的日本专利申请第2001-181519号中描述的捏合方法用来填充碳粉之间的孔隙是不够的，特别是在高耐热性、高强度、高耐用性树脂情况下更是不足，这些树脂几乎不能与碳粉相适应，而仅以点接触方式存在，它们几乎不能实现通过分散到碳粉表面上与碳粉面接触。于是，尽管其中包含了高耐热性树脂，也不能发挥它们原有的优良机械性能，于是很难获得机械性能和电学性能都优良的燃料电池隔板。
另外，在未审公开的日本专利申请第58-5977号所描述的亲和处理中包含了一种树脂处理方法，但是没有说明性的处理方法。
本发明的目的在于提供一种在具有优良的机械性能和电学性能的燃料电池隔板产品中使用的燃料电池隔板成型用复合材料，以及它的制造方法，和使用了该复合材料的燃料电池隔板及其制造方法。
本发明的燃料电池隔板成型用复合材料是一种包含了分散在基质中的碳粉的复合材料，特征在于，基质由涂覆碳粉的树脂涂覆物和树脂增强相构成，所述树脂增强相的耐热性比构成树脂涂覆物的树脂的高。
本发明的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法是这样一种方法，其包括：使第一树脂完全混溶到与第一树脂能相容的有机溶剂中，使它们与碳粉混合，形成树脂涂覆物，它包含位于碳粉表面上的第一树脂，接着使它们与第二树脂相容，所述第二树脂与有机溶剂的相容性很低，或者它们几乎没有相容性，另外第二树脂的耐热性比第一树脂的高，然后对混合物进行加热、捏合，然后将它们挤出，从而获得复合材料，其中涂覆了树脂涂覆物的碳粉连同耐热性高于构成树脂涂覆物的树脂的耐热性的树脂增强相一起构成了基质。
也就是说，为了获得机械性能和电学性能优良的燃料电池隔板，本发明已经通过利用与有机溶剂相容性低的高耐热性树脂作为粘结剂，使其与碳粉结合，从而实现了创造性研究，结果发现：通过首先利用能完全混溶到有机溶剂中的树脂在碳粉上形成树脂涂覆物，然后通过利用与有机溶剂相容性低或者与有机溶剂基本上不相容的树脂与它们捏合，形成树脂增强相，树脂涂覆物在碳粉与树脂增强相之间发挥粘结功能，利用粘结剂能有效填充碳粉之间的孔隙，使具有高耐热性、高强度和高耐用性的树脂以面接触方式分散到碳粉表面，即，由于能够获得这样一种燃料电池隔板成型用复合材料：涂覆了树脂涂覆物的碳粉连同树脂增强相一起构成了基质，因此高耐热性树脂本身所固有的高强度和高耐用性能得到充分发挥，于是就能获得机械性能和电学性能优良的燃料电池隔板。正是基于上述发现完成了本发明。
就此而论，未审公开的日本专利申请第58-5977号公开了以下内容：对石墨粉末进行亲和处理，然后使耐碱树脂黏附在它们上面，但是它没有描述说明性的处理方法，列为亲和处理的处理方法是，通过化学键为表面提供与耐碱树脂的亲和性。
与此相反，在本发明的树脂涂覆物中，它被作成非常薄的涂层覆盖物，只要其能够维持碳粉与树脂增强相之间的面接触就可以，将碳粉表面上的孔隙作成填充了树脂增强相的基质形式，于是在碳粉表面的树脂涂覆物树脂与树脂增强相之间形成了物理整合，同时获得了优良的电学性能和机械性能(强度)，因此两种情况的机理和所得效果基本上是彼此不同的，它们在所用树脂的范围方面也不同。
本发明的燃料电池隔板可通过以下方式制得：对本发明燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，或者对通过本发明方法制得的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，然后实施注射成型或模压成型。另外，本发明的燃料电池隔板制造方法的特征在于：对本发明的燃料电池隔板成型用复合材料或者通过本发明的方法制得的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，然后对它们进行注射成型和模压成型，其产品具有优良的机械性能和电导率，在依照JIS K7171测量时，优选具有30Mpa以上的弯曲强度，在依照JIS K7171测量时具有1％以上的弯曲断裂形变，其体积电阻率为200mΩ·cm或更低，接触电阻值为200mΩ·cm2或更低。
                     附图的简要说明
为了通过举例使描述更清楚，以附图作出参照，其中：
图1A是示意性表示在本发明的燃料电池隔板成型用复合材料和燃料电池隔板中，由涂覆了树脂涂覆物的碳粉连同耐热性高于树脂涂覆物构成的树脂的耐热强度的树脂增强相构成的基质部分的图解，而图1B是其主要部分的放大图。
图2是表示用于测量燃料电池隔板的接触电阻值的试样的示意图。
图3是示意性地表示用于测量燃料电池隔板接触电阻值的测试仪图解，该测试仪中固定着用于测量燃料电池隔板接触电阻值的试样。
                   本发明的详细描述
下面详细描述实施本发明的说明性实施例。
首先，描述本发明中要使用的碳粉、要在该碳粉上形成的树脂涂覆物、树脂增强相、以及复合材料基质。
碳粉：
通常用石墨粉末作为碳粉。对该石墨粉末并不作具体限定，可以使用的例子包括：各种形状的天然石墨，例如鳞片状、粒状、块状和土壤状；例如形状为块状的人工石墨，它是通过对诸如石油焦炭或沥青焦炭以及纤维状人工石墨的主要原材料进行捏合、模塑、焙烧或石墨化制得的，所述纤维状人工石墨例如诸如PAN、人造丝、或沥青的碳纤维，碳纤维或复合材料的纺织品或无纺织物，根据情况需要，它们被研磨成粉状；以及膨胀石墨。
从诸如电导率和电池性能的特性方面考虑，理想的是，在诸如石墨粉末的碳粉中灰分占重量的1％或更低，特别是占重量的0.5％或更低。另外理想的是，碱金属、碱土金属和过渡金属含量为500ppm或更少，特别是100ppm或更少。
另外，从诸如所得隔板的表面光洁度和电池性能的特性方面考虑，理想的是，碳粉中挥发分占重量的2％或者更低，特别是占重量的1％或者更低。另外，固定碳含量优选占重量的98％或者更高，特别优选是占重量的99％或者更高。
从诸如隔板性能的特性方面考虑，碳粉中最大粒度的粒度(原生粒度)优选为1000μm或者更小，更优选为500μm或者更小，特别优选为300μm或者更小。但是，由诸如模塑性和隔板性能的特性方面考虑，理想的是不含细粉末(例如0.1μm或更小的细粉末)，于是平均粒度优选为1到100μm，更优选为3到70μm，特别优选为5到50μm。
在诸如碳纤维的碳粉情况下，理想的是，纤维直径一般为1到50μm，优选为3到20μm，特别优选为4到15μm。纤维长度一般为10到500μm，优选为50到500μm，更优选是100到500μm。在这点上，该纤维长度是燃料电池隔板成型用复合材料中的平均纤维长度。该平均纤维长度可按照以下方式测量。
将燃料电池隔板成型用复合材料充分浸到液氮(一般约为5分钟)中，然后用锤子粉碎。利用电子显微镜在约为500μm的视域内沿长度和宽度方向观察断裂面，并观察该视域内100根纤维的长度。计算100根纤维的长度算术平均值，将其作为平均纤维长度。
另外，制造过程中通过破碎并粉碎材料，这将在后面描述，可以考虑使用该范围之外的较大材料，但是长度一般约为50mm。
要涂覆树脂的碳粉单位不仅是前面描述的原生颗粒，而且也可以是诸如次生颗粒的聚集体。于是，其下限是原生粒度的下限，为1μm或者更高，但其上限通常为500μm或者更低，优选为400μm，特别是300μm或者更低。在尺寸超过该上限值的情况下，所得燃料电池隔板在施加应力时的抗变形能力变得很低，基质的微观均匀性有降低倾向。
树脂涂覆物：
依照本发明，将树脂涂覆物作成一般能覆盖为70％或者更高、优选为80％或者更高、更优选为90％或者更高的碳粉表面(原生颗粒或者聚集体)。例如，通过观察成型用复合材料或者成型后燃料电池隔板的厚度方向的SEM照片，能够检验树脂涂覆碳粉的涂覆条件。
依照本发明的方法，其中树脂涂覆物形成用的树脂与要混溶树脂的有机溶剂完全相容，然后混合碳粉并干燥，这将在后面描述，根据涂覆条件，有95％或者更高的碳粉表面或者基本上整个碳粉表面都覆盖了树脂涂覆物。树脂涂覆物涂覆碳粉表面的较高涂覆比是理想的，这是因为，通过提高碳粉与树脂增强相之间的相容性，能使碳粉间的孔隙得到树脂的有效填充。
构成树脂涂覆物的树脂优选具有100℃或更低的玻璃化转变温度，该温度更优选为90℃或者更低，进一步更优选为80℃或者更低，这是因为，在制造燃料电池隔板成型用复合材料过程中或者制造隔板过程中，它们在熔融时会具有良好的流动性，并且容易吸附到碳粉表面上。
关于用于该方法的玻璃化转变温度下限，该方法中树脂完全混溶到有机溶剂中，然后与碳粉混合并干燥，该下限可以是能保证树脂与有机溶剂兼容的温度，在橡胶情况下，可用的玻璃化转变温度约为-60℃。于是，构成树脂涂覆物的树脂的Tg一般为-60℃到100℃。
在这点上，由于燃料电池通常在水沸点左右的温度下使用，因此构成树脂涂覆物的树脂的熔点优选为50℃或者更高，更优选为80℃或者更高，特别优选为100℃或者更高。构成树脂涂覆物的树脂的熔点上限约为200℃或者更低。
构成树脂涂覆物的树脂的例子包括所谓的通用热塑性树脂，例如：诸如聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、以及苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物的苯乙烯树脂，聚烯烃树脂，聚氯乙烯树脂，聚乙烯醇缩丁醛树脂，丙烯酸树脂，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，聚醋酸乙烯酯，聚偏二氯乙烯树脂，聚乙烯醚，聚乙烯醇以及乙烯-乙烯醇共聚物。还可以使用橡胶，它们被分成所谓的相对树脂橡胶(rubber againstresin)和所谓的热塑性弹性体，所述相对树脂橡胶包括：天然橡胶(异戊二烯橡胶)，二烯橡胶，该二烯橡胶例如丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、以及丁基橡胶；合成橡胶，例如乙烯-丙烯橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶，所述热塑性弹性体例如：苯乙烯热塑性弹性体，聚氨酯热塑性弹性体，聚酯热塑性弹性体，聚酰胺热塑性弹性体，以及聚烯烃热塑性弹性体。另外，还可以使用通用热固性树脂，例如：酚醛树脂、脲醛树脂、密胺树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、以及酮类树脂。
这些树脂可单独使用，或者两种或两种以上结合使用。
在这些树脂中，理想的是选择选自通用树脂或者橡胶或者热塑性弹性体，这是因为用少量就能获得树脂涂覆物的效果，同时还能提高机械强度和模塑性。苯乙烯作为通用热塑性树脂是理想的，诸如二烯橡胶或者乙烯-丙烯橡胶的烃橡胶也是优选的，苯乙烯热塑性弹性体或者聚烯烃热塑性弹性体作为热塑性弹性体也是理想的。
树脂涂覆物的厚度要尽可能薄，只要下面描述的树脂增强相能通过树脂涂覆物以面接触方式与碳粉接触就可以，其厚度下限一般为1μm或者更高，优选为2μm或者更高。当树脂涂覆物的厚度比这薄时，树脂涂覆就不能准确进行。另外，树脂涂覆物厚度的上限一般为50μm或者更低，优选为30μm或者更低，更优选是10μm或者更低。当树脂涂覆物的厚度比这厚时，由于碳粉很难相互接触，并且很难发挥构成树脂增强相的树脂本身所固有的性能，于是产生降低电导率的倾向。
如果以碳粉的重量占100份为基础，树脂涂覆物对碳粉的组成比下限通常占重量的0.1份或者更高，优选占重量的1份或者更高，更优选占重量的5份或者更高。当树脂涂覆物的组成比小于该比值时，树脂涂覆不能精确进行。另外，如果以碳粉的重量占100份为基础，树脂涂覆物的组成比上限通常占重量的50份或者更低，优选占重量的40份或者更低，更优选占重量的30份或者更低。当树脂涂覆物的组成比高于该比值时，由于碳粉很难彼此接触，并且很难发挥构成树脂增强相的树脂本身所固有的性能，于是产生降低电导率的倾向。
树脂增强相：
树脂增强相由耐热性比树脂涂覆物形成树脂的耐热性高的树脂构成。该耐热性可用玻璃化转变温度表示(Tg)。
为了提供耐热性比树脂涂覆物的树脂的耐热性高的树脂增强相，该树脂增强相树脂的Tg应当高于树脂涂覆物树脂的Tg，理想的是该温度一般高于20℃或者更高，优选高于30℃或者更高，更优选高于50℃或者更高。
作为构成树脂增强相的树脂，由于所得的燃料电池隔板要表现高耐热性、高强度和高耐用性，因此理想的是树脂的玻璃化转变温度下限为120℃或者更高，优选为130℃或者更高，更优选是150℃或者更高，特别是180℃或者更高。
但是，反之，当构成树脂增强相的树脂的玻璃化转变温度太高时，在所得复合材料中该树脂与树脂涂覆物的接界区域变得不太一致，碳粉中的孔隙率变高，树脂增强相很难以面接触方式通过所得的树脂涂覆物分散到碳粉表面，因此理想的是将其上限调节为350℃或者更低，优选为300℃或者更低。于是树脂增强相构成树脂的玻璃化转变温度一般为120到350℃。
在这一点上，例如从热压时的模塑性方面出发，树脂增强相构成树脂的熔点上限优选为400℃或者更低，更优选为350℃或者更低，最优选是300℃或者更低。另外，理想的是，树脂增强相构成树脂的熔点下限一般是100℃或者更高，这是因为燃料电池通常是在水沸点温度左右的温度下使用，这也与所使用的树脂涂覆物相关。
理想的是，树脂增强相以面接触方式分散在树脂涂覆物上，例如，该状态可通过对成型用复合材料或者成型后燃料电池隔板的厚度方向进行SEM照相观察到。理想的是，树脂增强相***对树脂涂覆物的接触比通常为10％或者更高，优选为20％或者更高。鉴于诸如机械性能的某些特性，优选的是该接触比要尽可能高。
就此而论，在下面描述的基质孔隙率项目中以说明性方式描述树脂增强相***对树脂涂覆物的接触比。
作为构成树脂增强相的树脂，所谓的工程塑料是理想的，它们的例子包括不饱和聚酯，例如聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚烯丙基酯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、以及聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)，高耐热热塑性树脂，例如聚醚醚酮树脂、聚烯丙基砜树脂、聚酰亚胺树脂、含氟树脂、液晶聚合物、聚酰胺酰亚胺树脂、聚缩醛树脂、以及聚苯醚树脂。
这些树脂可以单独使用，或者两种或两种以上结合使用。
在这一点上，例如，在使形成涂层覆盖物的树脂提前得到相容或者提前混合时，或者在对形成了树脂涂覆物的碳粉进行捏合，在捏合的同时将其兼容时，可将用于形成增强相的树脂独立地与其它树脂混合，附带条件是它们具有对玻璃化转化温度(Tg为120℃或者更高)的耐热性。
以碳粉按重量计为100份为基础，按重量计，树脂增强相树脂的比率下限一般为1份或者更高，优选为5份或者更高，更优选为10份或者更高。在树脂增强相树脂的比率比这低时，很难产生所得隔板的机械强度。另外，以碳粉按重量计为100份为基础，按重量计，树脂增强相树脂的比率上限一般占100份或者更低，优选90份或者更低，更优选占80份或者更低。在比率比这高时，所得隔板的电导率倾向于降低。
[基质]
依照本发明的燃料电池隔板成型用复合材料，正如图1中示意性地示出的(图1A是它的剖面示意图，图1B是图1A主要部分的放大视图)，已经考虑到，通过利用树脂增强相3填充经过树脂涂覆物2涂覆的碳粉1之间的孔隙形成基质。
即，在燃料电池隔板成型用复合材料或者成型后的燃料电池隔板中，通过填充碳粉1连同其它的碳粉1，或者借助树脂涂覆物2，能有效地形成导电通道，通过具有高耐热性树脂粘接剂填充最后的孔隙，或者在形成了树脂涂覆物的碳粉1的***被树脂增强相3包围的状态下，使高耐热性树脂增强相3以面接触方式分散到碳粉1的表面上，从而形成了孔隙率低的基质。
通过SEM照相验证象该基质孔隙部分4这一类的状态。
该基质孔隙率的上限一般为10％或者更低，优选为8％或者更低，更优选为7％或者更低。当孔隙率比这大时，所得燃料电池隔板的机械强度倾向于降低。孔隙率下限要尽可能低，但在孔隙率接近2％时，特别是达到1％时，会降低诸如捏合这类的处理所需的负担，从而能制备出机械性能和电学性能优良的燃料电池隔板。因此，基质的孔隙率一般为1到10％。
在这一点上，正如前面所描述的，理想的是让树脂增强相3以面接触方式分散到形成了树脂涂覆物2的碳粉1上，树脂增强相3的***对形成了树脂涂覆物2的碳粉1的接触比一般为10％或者更高，优选为20％或者更高。例如，如图1B所示，复合材料中，树脂增强相3存在于覆盖了树脂涂覆物2的碳粉1之间，基质是通过用树脂增强相3填充碳粉1之间的孔隙4形成的，该情况下，该与涂覆物的接触比可通过以下方式计算：与形成了树脂涂覆物2的碳粉1相接触的5条曲线a-b、b-c、d-e、e-f和f-g的总长对构成树脂增强相3的***接触面的7条曲线a-b、b-c、c-d、d-e、e-f、f-g和g-a的总长的比值。
如果以碳粉重量占100份为基础，按重量计，构成基质的树脂涂覆物形成树脂的总含量与树脂增强相形成树脂的含量比一般为1.1份或者更高，优选为2份或者更高，更优选为5份或者更高。当含量比小于这些值时，难以获得所得燃料电池隔板的机械强度。如果以碳粉重量占100份为基础，按重量计，树脂涂覆物与树脂增强相的总树脂含量比例上限一般为150份或者更低，优选为140份或者更低，更优选为130份或者更低。当含量比比这大时，所得燃料电池隔板的电导率倾向于降低。
在该点上，由于构成基质的整个树脂涂覆物形成树脂和树脂增强相形成树脂的总量随燃料电池隔板的成型方法而变化，因此例如通过需要较大量树脂的注射成型方法获得的燃料电池隔板存在电导率次于通过模压成型获得的燃料电池隔板的电导率的趋势，但是当通过各自的成型方法形成树脂涂覆物时，在电导率得到提高的同时，机械性能也得到提高。
另外，树脂涂覆物形成树脂的含量对树脂增强相形成树脂的含量的比值(重量比)下限(在增强相形成树脂比例最大时)一般为1/99或者更高，优选为9/95或者更高。当增强相形成树脂大于该比值时，难以实现树脂涂覆物与树脂增强相之间的面接触。另外，树脂涂覆物形成树脂的含量对树脂增强相形成树脂的含量的比(重量比)的上限(当增强相形成树脂比例为最小时)一般为30/70或者更小，优选为25/75，更优选为20/80或者更小。当增强相形成树脂小于该比值时，难以使树脂增强相产生足够机械强度。
该基质的体积密度下限一般为1.5g/cc或者更高，优选为1.6g/cc或者更高，更优选为1.7g/cc或者更高。当基质的体积密度比这低时，由于基质中存在太多孔隙，因此所得隔板的机械强度倾向于降低。因为理想的是以高填充比填充碳粉，所以基质的体积密度上限要尽可能高，但是纯碳粉的密度、即2.2g/cc左右的石墨密度为上限。因此，基质的体积密度一般为1.5到2.2g/cc。
本发明的燃料电池隔板成型用复合材料可具有任何随意形状，但它一般是小球或者粉末形式。当本发明的燃料电池隔板成型用复合材料是小球形式时，理想的是通过注射成型其尺寸应使其具有良好的处理能力，所述小球直径一般为1mmφ或者更高，优选为1.5mmφ或者更高，更优选是2mmφ或者更高，其一般为10mmφ或者更低，优选为7mmφ或者更低，更优选为5mmφ或者更低。此外，在粉末形式情况下，理想的是它的尺寸能使其显现出良好的模压成型处理能力，能实现均匀装填到模具内，其平均粒度一般为0.05mm或者更高，优选为0.1mm或者更高，更优选为0.2mm或者更高，其一般为1mm或者更低，优选为0.9mm或者更低，更优选为0.8mm或者更低，它的最大粒度一般为2mm或者更低，优选为1.5mm或者更低，它的最小粒度一般为0.02mm或者更高，优选为0.03mm或者更高。
一般通过利用任意研磨机将小球研磨成粉末来制备该粉末，或者该粉末是成粒产物。
本发明的燃料电池隔板成型用复合材料除了含有形成了树脂涂覆物的碳粉外还包括导电材料。该情况下，理想的是，按重量计成型用复合材料含有含量比例为30％或者更低的导电材料。导电材料含量比例的下限约占重量的0.1％。
虽然对要包含进来的导电材料种类不作特别限制，但是它们的例子包括一种或者两种或者更多种选自以下物质组成的组中的物质：石墨，膨胀石墨，碳黑，碳纤维，汽相外延碳纤维，碳纳米管，富勒烯(fullerene)，以及金属。作为金属，是以铝、铜、锌、铁、以及它们的合金作为例子。
对导电材料的形状没有特别限制，可以采用各种形状，例如鳞片状，粒状，块状和纤维状。当导电材料是粉末形式时，理想的是它的粒径与碳粉粒径类似，而且理想的是，与碳粉情况类似，在该导电材料上也形成了树脂涂覆物，这是因为这样可以进一步提高隔板的机械性能。
下面描述本发明的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法。
为了依照本发明的方法制造燃料电池隔板成型用复合材料，将树脂涂覆物形成树脂(第一树脂)完全混溶在有机溶剂中，使它们与碳粉混合，形成树脂涂覆物，然后与高耐热性树脂(第二树脂)混合，所述高耐热性树脂与有机溶剂的相容性很低，或者基本没有相容性，对所得混合物进行加热，使它们熔化，然后进行捏合，以获得树脂增强相。
树脂与有机溶剂的相容性与树脂的耐热性相关，存在这样一个趋势，即随着耐热性变高，与同一有机溶剂的相容性就会降低。也就是说，与形成树脂涂覆物的树脂对有机溶剂的相容性相比，当将与该有机溶剂有更低相容性的树脂用作形成树脂增强相的树脂时，涂覆了树脂涂覆物的碳粉连同耐热性高于树脂涂覆物构成树脂的耐热性的树脂增强相一起构成基质。
树脂涂覆物形成树脂、树脂增强相形成树脂以及碳粉为如前面所描述的那些。
在这点上，能够与有机溶剂相容的有机溶剂是指通过下面的相容实验显示出有10％或者更高的树脂溶解度的溶剂。
另外，在树脂与有机溶剂具有低相容性或者基本没有相容性的情况下，术语“低相容性”是指树脂的溶解度为30％或者更低，术语“基本没有相容性”是指树脂的溶解度为10％或者更低。特别是，树脂溶解度为10％或者更低的有机溶剂能形成高耐热性树脂增强相，因此这是理想的。
[相容性实验]
在室温(25℃)下，将尺寸切割、碾碎或者磨碎到5mm或者更低的树脂(此后称之为“材料树脂”)与有机溶剂混合，所述有机溶剂用量为以树脂重量比为基础的5倍体积，然后在1000rpm的条件下搅拌2小时，通过过滤结构立即收集最后得到的混合物(此后称之为“相容产物”)，然后干燥。称量通过过滤收集到的树脂重量，根据以下公式计算树脂溶解度。
树脂溶解度(％)＝{(材料树脂重量-收集到的树脂重量)/材料树脂重量}×100。
当混合两种或多种树脂，并将它们用于制造本发明的燃料电池隔板成型用复合材料时，在相同使用模式下以类似于树脂使用混合比的比例进行相容性实验，即借助通过熔融或者捏合结合两种或者多种树脂时的相应方式混合树脂，或者借助通过简易地使两种或多种树脂以各自的小球形式混合而使用它们时的相应方式混合树脂，以此进行相容性实验。
另外，在通过混合方式使用两种或多种有机溶剂时，通过相同的使用模式和相同的有机溶剂使用混合比进行相容性实验。
此外，完全相容是指，有机溶剂与树脂涂覆物形成用树脂的混合物在将它们与碳粉混合时用肉眼观察表现为单相。
在与树脂涂覆物形成用树脂实现完全相容时使用的有机溶剂例子包括：烷烃，例如丁烷、戊烷、己烷、庚烷和辛烷；环烷烃，例如环戊烷、环己烷、环庚烷和环辛烷；醇类，例如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇、十一烷醇、双丙酮醇、糠醇、苯甲醇；溶纤剂，例如甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、醋酸甲酯溶纤剂、醋酸乙酯溶纤剂；丙二醇，例如丙二醇独甲醚、丙二醇独***、丙二醇独丁醚、丙二醇独甲醚醋酸酯、丙二醇独***醋酸酯、丙二醇独丁醚醋酸酯、以及二丙二醇双甲醚；酮类，例如丙酮、甲基乙基丙酮、环庚酮和苯乙酮；醚类，例如二氧六环和四氢呋喃；酯类，例如醋酸丁酯、醋酸戊酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、草酸二乙酯、丙酮酸乙酯、乙基-2-hydeoxy丁酸酯、乙酰乙酸乙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、以及3-甲氧基丙酸甲酯；卤代烃，例如氯仿、二氯甲烷、和四氯乙烷；芳香烃，例如苯、甲苯、二甲苯、甲苯酚、戊基苯、吡啶、苯胺和苯酚；以及强极性溶剂，例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、和N-甲基吡咯烷酮；其中芳香烃是优选的。
如果以树脂涂覆物形成用树脂的重量占1份为基础，按重量计，这些有机溶剂的用量下限一般为0.5份或者更高，优选占1份或者更高，更优选占1.5份或者更高。当用量比这低时，树脂涂覆物的涂覆不能完全进行，还要花费很多时间回收溶剂，这很没有效率。如果以树脂涂覆物形成用树脂的重量占1份为基础，按重量计，有机溶剂用量的上限一般占10份或者更低，优选占5份或者更低。当用量比这高时，树脂不能充分分散到碳粉表面上。
可通过简易混合或者冲洗已完全混溶到有机溶剂中的树脂涂覆物形成用树脂来实现碳粉与已经完全与树脂涂覆物形成用树脂相容的有机溶剂的混合。作为例子，可以采用利用混合机将它们均匀混合的方法，所述混合机例如：滚筒式搅拌器，螺旋叶片式搅拌器，V型搅拌器，Henschel混合机，或者高速混合机，或者可以采用利用捏合机将它们混合与捏合的方法，所述捏合机例如单或双螺杆挤出机、碾压机、Banbury混合机，捏合机或者Brabender。在这点上，要提前用所用有机溶剂湿润碳粉。
碳粉对已经完全与树脂涂覆物形成用树脂相容的有机溶剂的混合比可以这样任选：使树脂涂覆物形成用树脂对碳粉的比成为前面所描述的范围。关于该混合过程中的温度条件，其要在能实现均匀混合的范围内，或者根据场合需要在加热条件下进行。理想的是，一般在室温(25℃)或者更高温度下进行混合，优选在30℃或者更高、但要在80℃或者更低、优选在60℃或者更低的温度下进行。
关于混合时的搅拌条件，要以能实现均匀混合为限选择转速和时间。混合时间一般为1分钟到10小时，优选为几分钟到几小时。
在通过混合使它们变成膏体状态时，任选的是在加热条件下干燥。有关加热条件，理想的是选择能使有机溶剂蒸发的温度和时段。作为说明，可将加热温度设定为200℃或者更低，将加热时间设定为几分钟到几十个小时，进行干燥直到按重量计有机溶剂的含量优选变为1％或更低。
将与以这种方式形成了树脂涂覆物的碳粉与树脂增强相形成用树脂混合，加热，或者利用诸如滚筒式搅拌器、螺旋叶片式搅拌器、V型搅拌器、Henschel混合机、或者高速混合机的混合机进行加热和混合，实现混合熔融状态，或者利用捏合机对它们进行混合、捏合和挤出，获得小球，根据场合需要该小球要进一步研磨成粉末，其中所述捏合机为例如单或双螺杆挤出机、碾压机、Banbury混合机、捏合机或者Brabender。
在对树脂增强相形成用树脂与形成了树脂涂覆物的碳粉进行混合时，这两个部分的形状一般是粉末形，其平均粒度的下限一般为10μm或者更高。当平均粒度低于该值时，粉末会在混合时或者在料斗中越过时在空中扬起，于是会阻碍粉末的平稳供应。关于平均粒度的上限，在将其作成一般为5mm或者更低、优选为2mm的小球时，更优选的是将它研磨成1mm或者更小的粉末(粉末形式)时，可以进行快速捏合。在捏合过程中，根据场合需要可再加入有机溶剂。
对捏合条件没有特别限制，可这样任意地选择温度和时间，从而例如按照以下方式能够平稳地捏合。
捏合温度的下限一般高于树脂增强相所用树脂的熔点50℃或者更高，优选高100℃或更高温度。当温度比它低时，不能产生足够的快速流动，不能完全实现树脂涂覆物与树脂增强相之间的紧密接触。尽管未能根据树脂种类笼统地限定捏合温度的上限，但太高温度会引起所用树脂损伤，因此将该温度设定在低于不会引起损伤的温度的水平，即，一般为450℃或者更低，优选为400℃或者更低。
尽管未能根据要使用的捏合机笼统地限定出捏合时间，但其一般为1分钟到10小时，优选为几分钟到几小时。
在将导电材料包含到这样获得的燃料电池隔板成型用复合材料中时，可通过将导电材料加到选自下面(1)到(5)中的一个或多个情形中来实现将其包含到成型用复合材料中。
(1)碳粉
(2)形成树脂涂覆物的树脂，所述树脂与有机溶剂完全相容
(3)在对已与有机溶剂完全相容的树脂涂覆物形成用树脂和碳粉进行混合时，和/或它们的混合物
(4)形成树脂增强相的树脂
(5)在对形成了树脂涂覆物的碳粉与形成树脂增强相的树脂进行混合时，和/或它们的混合物
在这点上，本发明的燃料电池隔板成型用复合材料优选通过本发明的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法来制造，但其不限于该方法，它也可以通过另一种方法制造。
下面描述本发明的燃料电池隔板及其制造方法。
本发明的燃料电池隔板可通过以下方式制造：对本发明的燃料电池隔板成型用复合材料或者通过本发明的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法制造的燃料电池隔板成型用复合材料实施加热熔化和模塑成型。该模塑可以是任何模塑成型方法，其不仅包括模压成型，而且包括注射成型和注射模压成型。
尽管没有特别限定本发明燃料电池隔板的尺寸和形状，可以列举是这样一种扁平隔板，其纵向和横向长度分别都是50到1000mm，特别是80到500mm，其厚度为0.5到几十毫米，特别是1到10毫米。
当在该模塑成型过程中平行于模具表面形成大量线性突起行时，就可在成型后的扁平隔板的一侧或者两侧形成反应气流通道，它们对应于线性突起行。
本发明的该燃料电池隔板的体积电阻率上限一般为200mΩ·cm或者更低，优选为150mΩ·cm或者更低，更优选为100mΩ·cm或者更低。理想的是使体积电阻率尽可能低，但其一般为几mΩ·cm或者更高。
本发明燃料电池隔板的接触电阻上限一般为200mΩ·cm2或者更低，优选为150mΩ·cm2或者更低，更优选为100mΩ·cm2或者更低。理想的是接触电阻也要尽可能低，但它一般是几mΩ·cm2或者更高。
另外，本发明的燃料电池隔板成型用复合材料满足以下机械性能(1)和(2)。
(1)依照JIS K7171测量，隔板的弯曲强度一般为30Mpa或者更高，优选为40Mpa或者更高。理想的是，该弯曲强度要尽可能强，但实践中能得到的值约高达100Mpa。
(2)依照JIS K7171测量，隔板的弯曲断裂形变一般为1％或者更高，优选为1.5％或者更高，更优选为2％或者更高。理想的是弯曲断裂形变要尽可能大，但在考虑与电学性能的平衡时，其上限实际约为5％。
下面参照举例更直观地描述本发明，但在不超越本发明要点的情况下，本发明不受以下例子限制。
                        例1
将2000g天然石墨粉末(平均粒度为30μm)与500cc甲苯混合，以湿润石墨粉末，将通过把160g聚苯乙烯溶到500cc的甲苯中而制得的溶液加到湿润了的石墨粉末中，利用双臂捏合机将混合物捏合1小时，然后在110℃下加热干燥5小时。将该捏合后的材料连同64g碳黑(Ketchen Black EC(DBP吸油量为360cm3/100g，表面积(BET)为800m2/g，挥发份为0.5％，pH为9.0，灰分为0.05))、286g聚苯醚、667g苯乙烯热塑性弹性体以及500cc甲苯一起置于高速混合机中，其中所述苯乙烯热塑性弹性体是苯乙烯-丁二烯的嵌段共聚物的加氢衍生物(苯乙烯含量约30wt％)，将混合机内容物混合4分钟，然后利用设定在280℃的双螺杆挤出机捏合。接着，用混合机将捏合后的样品照自然状态研磨成最大粒度为1mm或者更低的粉末，从而获得燃料电池隔板成型用的复合材料。称取100g复合材料部分，将其装填到薄板用量(sheet use)为100×100mm的压模中。在温度为270℃、压力为98Mpa的条件下将其模压5分钟，使其自然冷却到40℃，然后减压，于是制得扁平形燃料电池用隔板，其在纵向和横向的长度为100mm，厚度为5mm。
这样获得的燃料电池隔板成型用复合材料的基质孔隙率约为1％，树脂涂覆物的厚度约为7μm，树脂增强相***对涂覆了树脂覆盖物的碳粉的接触比约为80％。
对于这样得到的隔板，肉眼检测时的表面状态平滑而无特别不均匀性，其体积密度为1.62g/cc。另外，利用四端子***电阻测试仪(Mitsubishi Kagaku“Loresta MP”)测量纵向和横向长度都为100mm、厚度为5mm的平面试样的体积电阻率。取5点平均值得体积电阻率为293mΩ·cm。
接着，依照JIS K7171，从隔板上切出长度为100mm、横向长度为10mm、厚度为5mm的试样，在离支撑点距离为80mm的位置向隔板表面施加压痕器负载，以5mm/min的测试速度测量试样的弯曲强度和弯曲断裂形变。在将5点的平均值用作测量值时，弯曲强度为30Mpa，弯曲断裂形变为1.2mm(3.0％)。
                        例2
利用500g PAN碳纤维(由Mitsubishi Rayon制造；纤维直径为7.5μm，纤维长度为1cm)作为碳粉，使其与250cc甲苯混合，以湿润该碳纤维，将由3.8g与例1中碳黑相同的碳黑、7.7g汽相延生碳纤维(都是导电材料)以及通过将38.5g聚苯乙烯溶到250cc甲苯中制得的溶液组成的混合物加到湿润后的碳纤维中，在40℃下利用双臂捏合机捏合该混合物达1小时，然后在100℃下加热干燥3小时。将该捏合后的材料与30.8g碳黑、61.5g汽相延生碳纤维与307.7g聚苯硫醚混合，利用设定在300℃的双螺杆挤出机熔融捏合该混合物。接着，利用割机照自然状态将捏合后的样品研磨成最大粒度为6mm或者更低的粉末，于是获得燃料电池隔板成型用复合材料。利用模具温度设定为100℃、料筒温度设定为350℃的注射成型机对该复合材料进行注塑成型，注射时间为0.82秒，于是制得纵向和横向长度都为100mm、厚度为2mm的扁平燃料电池用隔板。
这样制得的燃料电池隔板成型用复合材料的基质孔隙率约为3％，树脂涂覆物厚度约为5μm，树脂增强相***与涂覆了树脂涂覆物的碳粉的接触比约为50％。燃料电池隔板成型用复合材料中，所述含碳纤维的平均纤维长度为254μm。
对于这样得到的隔板，肉眼检测时的表面状态为平滑而无特别不均匀处，其体积密度为1.65g/cc。除了厚度变为2mm外，按照与例1方式相同的方式测量体积电阻率，其5点平均值为22mΩ·cm。
然后，除了将试样尺寸变为长为40mm、宽为40mm、厚为2mm、以及将支撑点距离变为34mm之外，按照与例1相同的方式测量弯曲强度和弯曲断裂形变。弯曲强度为83Mpa，弯曲断裂形变为0.29mm(1.71％)。
另外，其接触电阻值为151mΩ·cm2。下面描述接触电阻值的测量方法。首先，如图2所示，用尺寸为100×100mm的碳纸覆盖纵向长度和横向长度都为100mm、厚度为2mm的扁平燃料电池板两侧，然后再用尺寸为140×140mm的镀金铜板覆盖。这就是所谓的测试试样(A)。如图3所示，将试样(A)置于接触电阻测试仪的加压盘(移动端)中心，操纵液压油缸沿导轨提升加压盘(移动端)，以进行加压，直到试样(A)的整个表面与加压盘(固定端)接触，向试样表面施加10Kgf/cm2的压力(bearing)。在这点上，要对加压盘的表面进行绝缘处理。将电阻器的测量端分别与位于试样(A)上端和下端的镀金铜板连接，利用Hioki Denki制造的“HIOKI 3560 AC Milliohm HighTester”测量电阻值。计算每1cm2的电阻值，以该值作为接触电阻值(mΩ·cm2)，利用其5点平均值作为测量值。
                      比较例1
利用550g PAN碳纤维作为碳粉，使其与346.2g聚苯硫醚、34.6g碳黑以及69.2g汽相延生碳纤维(此二者都是导电材料)混合，然后利用温度设定为300℃的双螺杆挤出机进行熔融捏合。接着，利用切割机照自然状态将捏合后的样品研磨成最大粒度为6mm或者更低的粉末，获得燃料电池隔板成型用复合材料。利用模具温度设定在100℃、料筒温度设定为350℃的注射成型机对该复合材料进行注塑成型，注射时间为0.85秒，于是制得纵向和横向长度都为100mm、厚度为2mm的扁平形燃料电池用隔板。
这样制得的燃料电池隔板成型用复合材料的基质孔隙率约为1％，树脂增强相***与涂覆了树脂涂覆物的碳粉的接触比约为5％。另外，在燃料电池隔板成型用复合材料中，所述碳纤维的平均纤维长度为167μm。
对于这样得到的隔板，肉眼检测时的表面状态平滑而无特别不均匀处，其体积密度为1.73g/cc。在按照与例2相同的方式测量体积电阻率时，其5点平均值为24mΩ·cm。
接着，除了将试样尺寸变为长为40mm、宽为40mm、厚度为2mm、以及将支撑点距离变为34mm之外，按照与例1相同的方式测量弯曲强度和弯曲断裂形变。弯曲强度为70Mpa，弯曲断裂形变为0.18mm(1.06％)。
另外，在按照与例2相同的方式测量接触电阻值时，其为180mΩ·cm2。
                        例3
除了使用天然石墨(平均粒度为13μm)作为碳粉外，按照与例2相同的方式获得燃料电池隔板成型用复合材料。利用模具温度设定在100℃、料筒温度设定为350℃的注射成型机对该复合材料进行注塑成型，注射时间为0.94秒，于是制得纵向和横向长度都为100mm、厚度为2mm的扁平燃料电池用隔板。
这样制得的燃料电池隔板成型用复合材料几乎没有基质孔隙，其树脂涂覆物厚度为30μm，树脂增强相***与涂覆了树脂涂覆物的碳粉的接触比约为60％。
对于这样得到的隔板，肉眼检测时的表面状态平滑无特别不均匀处，其体积密度为1.96g/cc。除了将其厚度变为2mm之外，按照与例1相同的方式测量体积电阻率时，其5点平均值为41mΩ·cm。
接着，除了将试样的尺寸变为长为40mm、宽为40mm、厚度为2mm、以及将支撑点距离变为34mm之外，按照与例1相同的方式测量弯曲强度和弯曲断裂形变。弯曲强度为48Mpa，弯曲断裂形变为0.08mm(0.47％)。
另外，在按照与例2相同的方式测量接触电阻值时，接触电阻值为175mΩ·cm2。
                     比较例2
除了使用天然石墨(平均粒度为13μm)作为碳粉外，按照与比较1相同的方式获得燃料电池隔板成型用复合材料。利用模具温度设定在100℃、料筒温度设定为350℃的注射成型机对该复合材料进行注塑成型，注射时间为0.90秒，于是制得纵向和横向长度都为100mm、厚度为2mm的扁平燃料电池用隔板。
这样制得的燃料电池隔板成型用复合材料的基质孔隙约为4％，树脂增强相***对涂覆了树脂涂覆物的碳粉的接触比约为30％。
对于这样得到的隔板，肉眼检测时的表面状态平滑而无特别不均匀处，其体积密度为1.90g/cc。除了将其厚度变为2mm之外，在按照与例1相同的方式测量体积电阻率时，其5点平均值为49mΩ·cm。
接着，除了将试样的尺寸变为长40mm、宽40mm、厚2mm、以及将支撑点距离变为34mm之外，按照与例1相同的方式测量弯曲强度和弯曲断裂形变。弯曲强度为46Mpa，弯曲断裂形变为0.07mm(0.41％)。
另外，在按照与例2中相同的方式测量接触电阻值时，其接触电阻值为223mΩ·cm2。
如表1所示，从例2和比较例1、例3和比较例2中明显看出，通过在碳粉上形成树脂涂覆物，可以降低隔板的体积电阻率和接触电阻值，提高隔板的导电性。另外，由于弯曲强度和弯曲断裂形变变得很大，因此可以说机械性能也得到提高。
                                      表1
    例2     比较例1     例3     比较例2
碳粉(按重量计) 碳纤维     55     55     -     -
天然石墨     -     -     55     55
树脂涂覆物+导电材料(按重量计)     5     0     5     0
树脂增强相+导电材料(按重量计)     40     45     40     45
孔隙率(％)     ca.3     ca.1     ca.0     ca.4
树脂涂覆物(μm)     ca.5     -     ca.30     -
接触比(％)     ca.50     ca.5     ca.60     ca.30
体积密度(g/cc)     1.65     1.73     1.96     1.90
体积电阻率(mΩ·cm)     22     24     41     49
接触电阻值(mΩ·cm2)     151     180     175     223
弯曲强度(MPa)     83     70     48     46
弯曲断裂形变(％)     1.71     1.06     0.47     0.41
                       例4
将900g天然石墨粉末(平均粒度为13μm)与250cc甲苯混合，以湿润石墨粉末，将通过把50g聚苯乙烯溶到250cc的甲苯中制得的溶液加到湿润后的石墨粉末中，利用双臂捏合机在40℃下捏合混合物1小时，然后在100℃下加热干燥3小时。将该捏合后的材料与50g聚苯硫醚混合，然后利用设定在300℃的双螺杆挤出机捏合。接着，用混合机将捏合后的样品照自然状态研磨成最大粒度为1mm或者更低的粉末，以获得燃料电池隔板成型用复合材料。称取100g复合材料，将其装填到薄板用量(sheet use)为100×100mm的压模中。在温度为300℃、压力为98Mpa的条件下将其模压5分钟，让其自然冷却到40℃，然后减压，于是制得扁平燃料电池使用的隔板，其纵向和横向长度都为100mm，厚度为5mm。
这样制得的燃料电池隔板成型用复合材料的基质孔隙率约为1％，树脂涂覆物的厚度约为10μm，树脂增强相***对涂覆了树脂增强相的碳粉的接触比约为90％。
对于这样得到的隔板，肉眼测量时的表面状态平滑而无特别不均匀处，其体积密度为2.08g/cc。
另外，按照与例1中相同的方式测量试样的体积电阻率、弯曲强度和弯曲断裂形变。它们分别为8mΩ·cm、67Mpa、0.78mm(1.95％)。
                     比较例3
将900g天然石墨粉末(平均粒度为13μm)与100g聚苯硫醚混合，然后利用设定在300℃的双螺杆挤出机捏合。接着，用混合机将捏合后的样品照自然状态研磨成最大粒度为1mm或者更低的粉末，于是获得燃料电池隔板成型用复合材料。称取100g复合材料，将其装填到薄板用量(sheet use)为100×100mm的压模中。在温度为300℃、压力为98Mpa的条件下将其模压5分钟，让其自然冷却到40℃，然后减压，于是制得扁平燃料电池使用的隔板，其纵向和横向长度都为100mm，厚度为5mm。
这样获得的燃料电池隔板成型用复合材料的基质孔隙率约为1％，树脂增强相***对涂覆了树脂增强相的碳粉的接触比约为80％。
对于这样得到的隔板，肉眼测量时表面状态平滑而无特别不均匀处，其体积密度为2.09g/cc。
另外，按照与例1中相同的方式测量试样的体积电阻率、弯曲强度和弯曲断裂形变。它们分别是9mΩ·cm、60Mpa、0.64mm(1.60％)。
如表2所示，从例4和比较例3中明显看出，通过在碳粉上形成树脂涂覆物，可以降低隔板的体积电阻率，提高隔板电导率。另外，由于弯曲强度和弯曲断裂形变变得很大，因此可以说机械性能也得到提高。
                         表2
    例4     比较例3
碳粉(天然石墨)(按重量计)     90     90
树脂涂覆物(按重量计)     5     0
树脂增强相(按重量计)     5     10
孔隙率(％)     ca.1     ca.1
树脂涂覆物厚度(μm)     ca.10     -
接触比(％)     ca.90     ca.80
体积密度(g/cc)     2.08     2.09
体积电阻率(mΩ·cm)     8     9
弯曲强度(MPa)     67     60
弯曲断裂形变(％)     1.95     1.60
正如前面直观描述的，依照本发明，能够制造出机械性能和电学性能优良的燃料电池隔板。
在参照本发明的特定实施例详细描述本发明的同时，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围情况下可以作成各种变化和改进。
该申请是以2001年12月26日申请的日本专利申请第2001-394448号为基础，在此将其整个内容结合进来作为参考。

Claims (51)

1.一种燃料电池隔板成型用的复合材料，其包括分散在基质中的碳粉，其中所述基质包括用于涂覆所述碳粉的树脂涂覆物和树脂增强相，其中所述树脂增强相的耐热性比构成所述树脂涂覆物的树脂的高。
2.根据权利要求1所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述基质的孔隙率为10％或者更低。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述碳粉的平均粒度在1到100μm的范围内。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述碳粉的平均纤维长度在10到500μm的范围内。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述树脂涂覆物的厚度在1到50μm的范围内。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述树脂增强相***与涂覆了所述树脂涂覆物的碳粉的接触比为10％或者更高。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中，以碳粉重量占100份为基础，按重量计，构成所述树脂涂覆物与树脂增强相的树脂总含量范围为1.1到150份。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中，以碳粉重量占100份为基础，按重量计，构成所述树脂涂覆物的树脂含量在0.1到50份的范围内。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中，以碳粉重量占100份为基础，按重量计，构成所述树脂增强相的树脂含量在1到100份的范围内。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中，构成所述树脂涂覆物的树脂的含量与构成所述树脂增强相的树脂的含量的比值(重量比)在1/99到30/70的范围内。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述复合材料的体积密度为1.5g/cc或者更高。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中构成所述树脂涂覆物的树脂为热塑性树脂。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中构成所述树脂涂覆物的树脂的玻璃化转变温度为100℃或者更低。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中构成所述树脂增强相的树脂为热塑性树脂。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中构成所述树脂增强相的树脂的玻璃化转变温度为120℃或者更高。
16.根据权利要求1到15中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述复合材料除了包括所述碳粉，还包括导电材料。
17.根据权利要求16所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中，以复合材料的总重量为基础，按重量计所述导电材料的含量为30％或者更低。
18.根据权利要求16或17所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述导电材料是选自以下物质组成的组中的一种或两种或多种物质：石墨、膨胀石墨、碳黑、碳纤维、汽相延生碳纤维、碳纳米管、富勒烯、和金属。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述导电材料是包含在树脂涂覆物和/或树脂增强相中。
20.根据权利要求16到19中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述导电材料是通过用树脂涂覆物涂覆粉末状导电材料制得的。
21.根据权利要求1到20中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述复合材料为小球形式。
22.根据权利要求1到20中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料，其中所述复合材料为粉末形式。
23.一种燃料电池用的隔板，它是通过对权利要求1到22中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热、然后对所得材料实施注射成型制得的。
24.一种燃料电池用的隔板，它是通过对权利要求1到22中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热、然后对所得材料实施模压成型制得的。
25.根据权利要求23或24所述的燃料电池用隔板，其中体积电阻率为200mΩ·cm或者更低。
26.根据权利要求23到25中任一项所述的燃料电池用隔板，其中接触电阻值为200mΩ·cm2或者更低。
27.根据权利要求23到26中任一项所述的燃料电池用隔板，其中，按照JIS K 7171测量，隔板的弯曲强度为30MPa或者更高。
28.根据权利要求23到27中任一项所述的燃料电池用隔板，其中，按照JIS K 7171测量，隔板的弯曲断裂形变为1％或者更高。
29.一种燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，它包括：将第一树脂完全混溶在能与所述第一树脂相容的有机溶剂中，使它们与碳粉混合，形成包括位于所述碳粉表面上的所述第一树脂的树脂涂覆物，接着将它们与第二树脂混合，所述第二树脂与有机溶剂的相容性很低，或者基本没有相容性，而且它的耐热性比第一树脂的高，然后对所得混合物进行加热、捏合并挤出，获得复合材料，其中涂覆了树脂涂覆物的碳粉连同耐热性高于构成所述树脂涂覆物的树脂的耐热性的树脂增强相一起构成基质。
30.根据权利要求29所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中，所述有机溶剂是选自以下溶剂组成的组中的一种或两种或者多种溶剂：烷烃、环烷烃、醇类、溶纤剂、丙二醇、酮类、醚类、酯类、卤代烃、芳香烃、以及强极性溶剂。
31.根据权利要求29或30所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中所述第一树脂的玻璃化转变温度为100℃或者更低。
32.根据权利要求29到31中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中所述第二树脂在有机溶剂中的溶解度为30％或者更低。
33.根据权利要求29到32中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中所述碳粉的平均粒度在1到100μm的范围内。
34.根据权利要求29到33中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中所述第二树脂的玻璃化转变温度为120℃或者更高。
35.根据权利要求29到34中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中，所述第二树脂是选自以下树脂组成的组中的一种或者两种或者多种树脂：聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚烯丙基酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚烯丙基砜、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚萘二甲酸乙二酯、含氟树脂、液晶聚合物。
36.根据权利要求29到35中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中在所得复合材料内包含除碳粉以外的导电材料。
37.根据权利要求36所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中通过将所述导电材料加到选自下面(1)到(5)中的一个或多个情形中从而将其包含在复合材料内：
(1)碳粉，
(2)与有机溶剂完全相容的第一树脂，
(3)在混合与有机溶剂完全相容的第一树脂和碳粉时，和/或它们的混合物，
(4)第二树脂，以及
(5)在混合形成了树脂涂覆物的碳粉和第二树脂时，和/或它们的混合物。
38.根据权利要求36或37所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中，按重量计在所得复合材料内包含30％或者更低的所述导电材料。
39.根据权利要求36到38中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中所述导电材料是选自以下物质组成的组中的一种或两种或多种物质：石墨、膨胀石墨、碳黑、碳纤维、汽相延生碳纤维、碳纳米管、富勒烯、和金属。
40.根据权利要求36到39中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中所述导电材料是通过用树脂涂覆物涂覆粉末状导电材料制得的。
41.根据权利要求29到40中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中挤出机是双螺杆挤出机。
42.根据权利要求29到41中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中挤出产物是小球形式。
43.根据权利要求29到41中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法，其中通过研磨处理将挤出产物制成粉末形式。
44.一种燃料电池用的隔板，它是通过对燃料电池隔板成型用复合材料进行加热而制得的，而所述复合材料是通过权利要求29到43中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法制得的。
45.一种燃料电池用的隔板，它是通过对燃料电池隔板成型用复合材料进行加热、然后对所得材料进行模压成型制得的，而所述复合材料是通过权利要求29到43中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法制得的。
46.一种燃料电池用的隔板，在依照JIS K7171进行测量时，其弯曲强度为30Mpa或者更高，在依照JIS K7171进行测量时，其弯曲断裂形变为1％或者更高，体积电阻率为200mΩ·cm或者更低。
47.一种燃料电池用的隔板，在依照JIS K7171进行测量时，其弯曲强度为30Mpa或者更高，在依照JIS K7171进行测量时，其弯曲断裂形变为1％或者更高，体积电阻率为200mΩ·cm或者更低，接触电阻值为200mΩ·cm2或者更低。
48.一种燃料电池用隔板的制造方法，它包括：对权利要求1到22中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，然后对所得材料实施注射成型。
49.一种燃料电池用隔板的制造方法，它包括：对权利要求1到22中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，然后对所得材料实施模压成型。
50.一种燃料电池用隔板的制造方法，它包括：对通过权利要求29到43中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法制得的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，然后对所得材料实施注射成型。
51.一种燃料电池用隔板的制造方法，它包括：对通过权利要求29到43中任一项所述的燃料电池隔板成型用复合材料的制造方法制得的燃料电池隔板成型用复合材料进行加热，然后对所得材料实施模压成型。
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