JP2005339953A

JP2005339953A - Prepreg for fuel cell, separator for fuel cell consisting of this prepreg and manufacturing method for it

Info

Publication number: JP2005339953A
Application number: JP2004156248A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 広志山本; Masaaki Otsu; 正明大津; Hiromi Shimizu; 広海清水
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a prepreg for a fuel cell, which is used to produce a fuel cell separator, by which the separator is formed in excellent in mechanical strength and in conductivity, and which produces the separator with super formability and with a high efficiency. <P>SOLUTION: The prepreg is produced by impregnating a resin component into a conductive base material, wherein the component includes a thermosetting resin and graphite particles, and an average particle diameter of the graphite particles is within a range of 1-150 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この出願の発明は、燃料電池用プリプレグ及びこの燃料電池用プリプレグから成る燃料電池用セパレータ、並びにその製造方法に関するものである。 The invention of this application relates to a fuel cell prepreg, a fuel cell separator comprising the fuel cell prepreg, and a method of manufacturing the same.

近年、石油や石炭などの化石燃料の燃焼などによって排出される二酸化炭素が一因とされる地球温暖化が環境問題として取り上げられている。このような中、省エネルギー効果が期待でき、クリーンな発電システムとして燃料電池が注目され、様々な分野において実用化が検討されている。 In recent years, global warming caused by carbon dioxide emitted by burning fossil fuels such as oil and coal has been taken up as an environmental problem. Under such circumstances, an energy saving effect can be expected, and a fuel cell is attracting attention as a clean power generation system, and its practical application is being studied in various fields.

図１は燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図であり、この図によれば、電解質（１）を挟むように燃料極（マイナスの電極）（２）と空気極（プラスの電極）（３）が配置され、その両側には、両側面に複数個の凸部（５）が形成されている燃料電池セパレータ（４）が配置され、単電池（単位セル）が構成されいる。前記凸部（５）は、隣り合う凸部（５）同士の間で、燃料である水素と酸素の流路であるガス供給排出用溝（６）を構成している。このガス供給排出用溝（６）は、燃料電池内を流れる水素、酸素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、燃料電池の単位セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり単位セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。 FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the basic structure of a fuel cell. According to this figure, a fuel electrode (negative electrode) (2) and an air electrode (positive electrode) are sandwiched between electrolytes (1). ) (3) is disposed, and on both sides thereof, a fuel cell separator (4) having a plurality of convex portions (5) formed on both side surfaces is disposed to constitute a unit cell (unit cell). The said convex part (5) comprises the groove | channel (6) for gas supply / discharge which is a flow path of hydrogen and oxygen which are fuel between adjacent convex parts (5). The gas supply / discharge groove (6) has a function of separating hydrogen, oxygen and cooling water flowing through the fuel cell so as not to mix, and transmits electric energy generated by the unit cell of the fuel cell to the outside. It plays an important role of radiating the heat generated in the unit cell to the outside.

そして、上記の単位セルを数十個〜数百個積み重ねて電池本体（セルスタック）を形成している。この単位セルにおいては、電解質（１）を介して対向する一対の電極のうち燃料極（２）に水素を、空気極（３）に酸素を供給して、水素と酸素の電気化学反応により直接電気エネルギーに変換される。 Then, several tens to several hundreds of the above unit cells are stacked to form a battery body (cell stack). In this unit cell, hydrogen is supplied to the fuel electrode (2) and oxygen is supplied to the air electrode (3) of a pair of electrodes facing each other through the electrolyte (1), and directly by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Converted into electrical energy.

すなわち、水素は、燃料極（２）中の触媒の働きにより、電子を切り離して水素イオンになり、この水素イオンは電解質（１）の中を移動する。水素イオンは、対向する電極である空気極（３）に供給された酸素と、外部回路を通じて戻ってきた電子と反応して水となる。そして、この外部回路を通じて電子が移動することで電気が発生するものである。 That is, hydrogen is separated from electrons into hydrogen ions by the action of the catalyst in the fuel electrode (2), and the hydrogen ions move in the electrolyte (1). The hydrogen ions react with oxygen supplied to the air electrode (3), which is an opposing electrode, and electrons returned through an external circuit to become water. Electricity is generated when electrons move through the external circuit.

電解質（１）は、水酸化カリウム、リン酸、高分子膜等の種類があり、その種類によって燃料電池はそれぞれアルカリ型、リン酸型、固体高分子型に分類される。 The electrolyte (1) has types such as potassium hydroxide, phosphoric acid, and polymer membrane, and the fuel cell is classified into alkaline type, phosphoric acid type, and solid polymer type depending on the type.

これらのなかでも、特に固体高分子型燃料電池は、作動温度が常温〜約１２０℃程度と低く、小型化が可能なので、家庭向け、自動車などの用途への適用が期待されている。 Among these, the polymer electrolyte fuel cell, in particular, has an operating temperature as low as about room temperature to about 120 ° C. and can be miniaturized, and therefore is expected to be applied to applications such as home use and automobiles.

このような燃料電池において、燃料電池セパレータ（４）は、優れた導電性や耐食性と共に、ガスの不透過性や、機械的強度、耐衝撃性を有することが強く求められており、これまでに数々の燃料電池セパレータやその製造方法が提案されている。 In such a fuel cell, the fuel cell separator (4) is strongly required to have gas impermeability, mechanical strength, and impact resistance as well as excellent conductivity and corrosion resistance. Numerous fuel cell separators and methods for manufacturing the same have been proposed.

燃料電池セパレータの製造方法としては、微細な空隙部を有する金属材料からなる３次元網目状構造物にフェノール樹脂、エポキシ樹脂等を含浸させてプリプレグを作成し、ついでプレス成形して加熱硬化させる方法が提案されている（例えば特許文献１）。また、燃料電池セパレータ（４）としては、リブ部及び平坦部を有する燃料電池セパレータにおいて、平坦部が膨張黒鉛粉と固形樹脂の混合物を含む層及び固形樹脂を含有した絶縁性を有する材料を含む層からなり、かつ膨張黒鉛粉と混合する固形樹脂の融点と絶縁性を有する材料に含有する固形樹脂の融点がほぼ同等である燃料電池セパレータ（４）（例えば特許文献２）や、板厚のばらつきが０.１５ｍｍ以下の燃料電池セパレータ（４）（例えば特許文献３）が提案されており、さらには、炭素質粉末を被覆する樹脂被覆層と、この樹脂被覆層を形成する樹脂よりも高耐熱性の樹脂強化層とで形成された燃料電池セパレータ成形用複合材も提案されている（例えば特許文献４）。 As a method for producing a fuel cell separator, a prepreg is prepared by impregnating a three-dimensional network structure made of a metal material having fine voids with a phenol resin, an epoxy resin, etc., and then press-molded and heat-cured. Has been proposed (for example, Patent Document 1). Further, as the fuel cell separator (4), in the fuel cell separator having a rib portion and a flat portion, the flat portion includes a layer containing a mixture of expanded graphite powder and a solid resin and an insulating material containing the solid resin. The fuel cell separator (4) (for example, Patent Document 2), which has a layer, and the melting point of the solid resin mixed with the expanded graphite powder is substantially equal to the melting point of the solid resin contained in the insulating material, A fuel cell separator (4) (for example, Patent Document 3) having a variation of 0.15 mm or less has been proposed, and further, a resin coating layer covering carbonaceous powder and a resin coating layer higher than the resin forming this resin coating layer. A fuel cell separator molding composite material formed with a heat-resistant resin reinforced layer has also been proposed (for example, Patent Document 4).

しかしながら、これまでに提案された上記のような燃料電池セパレータは、家庭用据え置き型燃料電池セパレータとして使用するには十分な機械的強度を有するものであるが、過酷な条件で使用される車載用燃料電池のセパレータとして用いる場合には、セパレータの端部にクラックが生じたりするなど現状実用化されるまでの機械的強度を有していないのが実情である。
特開２０００−１６４２２６号公報特開２００２−３６７６２３号公報特開２００３−１９７２１５号公報特開２００３−２５７４４６号公報 However, the fuel cell separators proposed so far have sufficient mechanical strength to be used as stationary fuel cell separators for home use, but are used in harsh conditions. When used as a separator of a fuel cell, the actual situation is that it does not have mechanical strength until it is put into practical use, such as cracking at the end of the separator.
JP 2000-164226 A JP 2002-367623 A JP 2003-197215 A JP 2003-257446 A

この出願の発明は、以上の通りの背景から、燃料電池セパレータを作製するために用いる燃料電池セパレータ用プリプレグであって、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて成形される燃料電池セパレータは優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、さらに成形性が良好で効率的に生産することができる燃料電池セパレータ用プリプレグ及びこの燃料電池用プリプレグから成る燃料電池用セパレータ、並びにその製造方法を提供することを課題としている。 The invention of this application is a prepreg for a fuel cell separator used for producing a fuel cell separator from the background as described above, and the fuel cell separator formed using this prepreg for a fuel cell separator is an excellent machine. Prepreg for fuel cell separator that has good strength, good conductivity, good moldability and can be produced efficiently, separator for fuel cell comprising this prepreg for fuel cell, and method for producing the same It is an issue to provide.

この出願は、上記の課題を解決するものとして、以下の発明を提供する。 This application provides the following invention as a solution to the above problems.

第１には、樹脂組成物を導電性基材に含浸させて成る燃料電池用プリプレグであって、この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 First, a prepreg for a fuel cell obtained by impregnating a conductive base material with a resin composition, the resin composition containing a thermosetting resin and graphite particles, and the average particle size of the graphite particles A prepreg for a fuel cell separator is provided.

第２には、上記燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が１０質量％以上４０質量％未満であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Second, there is provided a prepreg for a fuel cell separator, wherein the content of the thermosetting resin in the prepreg for a fuel cell separator is 10% by mass or more and less than 40% by mass.

第３には、上記導電性基材が、炭素繊維、黒鉛不織布であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Third, the prepreg for a fuel cell separator is provided, wherein the conductive base material is carbon fiber or graphite nonwoven fabric.

第４には、上記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂を含むものであり、且つ硬化触媒及び硬化開始剤を含有することを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Fourthly, there is provided a prepreg for a fuel cell separator, wherein the thermosetting resin contains an epoxy resin and contains a curing catalyst and a curing initiator.

第５には、上記エポキシ樹脂の融点が７０〜１３０℃の範囲であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Fifth, the present invention provides a prepreg for a fuel cell separator, wherein the epoxy resin has a melting point in the range of 70 to 130 ° C.

第６には、上記硬化触媒としてリン系化合物を含有することを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Sixth, the present invention provides a prepreg for a fuel cell separator, which contains a phosphorus compound as the curing catalyst.

第７には、上記エポキシ樹脂に対する上記硬化開始剤の化学量論上の当量比が、１.００〜１．１５であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Seventh, there is provided a prepreg for a fuel cell separator, wherein the stoichiometric equivalent ratio of the curing initiator to the epoxy resin is 1.00 to 1.15.

第８には、上記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂を含むものであることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Eighth, there is provided a prepreg for a fuel cell separator, wherein the thermosetting resin contains a phenol resin.

第９には、上記フェノール樹脂は、融点が７０〜８０℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Ninth, the phenol resin is a resol type phenol resin having a melting point in the range of 70 to 80 ° C., and provides a prepreg for a fuel cell separator.

第１０には、上記黒鉛粒子が、球状天然黒鉛、平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグを提供する。 Tenth, there is provided a prepreg for a fuel cell separator, wherein the graphite particles are at least one selected from spherical natural graphite, scaly natural graphite having an average particle size of 20 μm or less, and artificial graphite.

第１１には、上記の燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して成ることを特徴とする燃料電池セパレータを提供する。 11thly, the fuel cell separator characterized by shape | molding said prepreg for fuel cell separators is provided.

第１２には、上記の燃料電池セパレータ用プリプレグを用いた燃料電池セパレータの製造方法であって、前記燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して被圧体とし、この被圧体を加熱圧縮して成形することを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法を提供する。 12th is the manufacturing method of the fuel cell separator using the said prepreg for fuel cell separators, Comprising: The said prepreg for fuel cell separators is laminated | stacked as a to-be-pressed body, This pressurizing body is heat-compressed and shape | molded A method of manufacturing a fuel cell separator is provided.

上記第１の発明の燃料電池セパレータ用プリプレグでは、樹脂組成物を基材に含浸させて、この樹脂組成物は熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍとすることにより、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて成形される燃料電池セパレータは優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、成形性が良好であり効率的に生産される。 In the prepreg for a fuel cell separator according to the first invention, the resin composition is impregnated into a base material, the resin composition contains a thermosetting resin and graphite particles, and the average particle size of the graphite particles is 1 to 1. By setting the thickness to 150 μm, the fuel cell separator formed by using this prepreg for fuel cell separator has excellent mechanical strength, good conductivity, good moldability, and is efficiently produced. The

また、上記第２の発明によれば、上記燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率を１０質量％以上４０質量％未満とすることで、さらに優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、成形性が良好となる。 Further, according to the second invention, the content of the thermosetting resin in the prepreg for the fuel cell separator is 10% by mass or more and less than 40% by mass, thereby having further excellent mechanical strength, It has good conductivity and good moldability.

また、上記第３の発明によれば、基材が、炭素繊維、黒鉛不織布、ガラス繊維、ガラス不織布のいずれかとすることで、上記第１、第２の発明の効果とともに、より優れた機械的強度を有する燃料電池セパレータ用プリプレグが得られる。 Further, according to the third invention, the base material is any one of carbon fiber, graphite nonwoven fabric, glass fiber, and glass nonwoven fabric, so that the mechanical properties that are superior to those of the first and second inventions are achieved. A prepreg for a fuel cell separator having strength is obtained.

また、上記第４の発明によれば、熱硬化性樹脂成分として、エポキシ樹脂を含み、且つ硬化触媒及び硬化開始剤を含有することにより、上記第１から第３の発明の効果とともに、成形性や寸法安定性が良好な燃料電池セパレータ用プリプレグが得られる。 Moreover, according to the said 4th invention, a moldability is included with the effect of the said 1st-3rd invention by containing an epoxy resin as a thermosetting resin component, and containing a curing catalyst and a hardening initiator. And a prepreg for a fuel cell separator with good dimensional stability can be obtained.

上記第５の発明によれば、エポキシ樹脂の融点を７０〜１３０℃の範囲とすることにより、分散性が良好で熱安定性が高く、取り扱い性が容易な燃料電池セパレータ用プリプレグが得られ、上記第６の発明によれば、硬化触媒としてリン系化合物を含有することにより、この燃料電池セパレータ用プリプレグを用いて得られる燃料電池セパレータからの不純物の溶出が抑えられる。 According to the fifth invention, by setting the melting point of the epoxy resin in the range of 70 to 130 ° C., a prepreg for a fuel cell separator having good dispersibility, high thermal stability, and easy handling is obtained. According to the sixth aspect of the invention, by containing a phosphorus compound as a curing catalyst, elution of impurities from the fuel cell separator obtained using the prepreg for fuel cell separator can be suppressed.

さらに、上記第７の発明によれば、エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比を１.００〜１．１５とすることで、上記第４から第５の発明の効果とともに、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有すると共に、成形性が良く、不純物溶出の少ない燃料電池セパレータを製造することが可能となる。 Furthermore, according to the seventh invention, by setting the stoichiometric equivalent ratio of the curing initiator to the epoxy resin to 1.00 to 1.15, together with the effects of the fourth to fifth inventions, Curing of the epoxy resin is sufficiently promoted during molding, and it becomes possible to produce a fuel cell separator having high strength, good moldability, and little impurity elution.

上記第８の発明によれば、熱硬化性樹脂成分としてフェノール樹脂を含有することにより、上記第１から第７の発明の効果とともに、これを用いた燃料電池セパレータの成形性が良好となり、得られる燃料電池セパレータの気密性も高くなる。 According to the eighth aspect of the invention, by including a phenol resin as the thermosetting resin component, the moldability of the fuel cell separator using the phenol resin is improved, together with the effects of the first to seventh aspects of the invention. The airtightness of the produced fuel cell separator is also increased.

また、上記第９の発明によれば、フェノール樹脂の融点が７０〜８０℃の範囲にあるフェノール樹脂とすることにより、成形性がよく、取り扱いが容易な燃料電池セパレータ用プリプレグが得られる。 According to the ninth aspect of the invention, a prepreg for a fuel cell separator that has good moldability and is easy to handle can be obtained by using a phenol resin having a melting point of 70 to 80 ° C.

さらに、上記１０の発明によれば、黒鉛粒子を、球状天然黒鉛、平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛より選ばれる少なくとも一種を含むものとすることにより、上記第１から第９の発明の効果とともに、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータは、さらに優れた導電性とすることができる。また、燃料電池セパレータを実際に使用した場合には、燃料電池セパレータからの不純物の溶出を抑えることができる。 Furthermore, according to the tenth aspect of the present invention, the graphite particles include at least one selected from spherical natural graphite, flaky natural graphite having an average particle size of 20 μm or less, and artificial graphite. In addition to the effects of the invention, the fuel cell separator obtained by molding a prepreg for a fuel cell separator can be made more excellent in conductivity. Further, when the fuel cell separator is actually used, the elution of impurities from the fuel cell separator can be suppressed.

上記第１１の発明の燃料電池セパレータによれば、上記燃料電池セパレータ用プリプレグのみで成形されるため、成形が容易であり、燃料電池セパレータが効率的に生産される。 According to the fuel cell separator of the eleventh aspect of the invention, the fuel cell separator is molded only with the prepreg for the fuel cell separator, so that the molding is easy and the fuel cell separator is efficiently produced.

上記第１２の発明の燃料電池セパレータの製造方法によれば、上記燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して被圧体とし、この被圧体を加熱加圧して成形することで燃料電池セパレータが製造され、簡便且つ効率よく生産することができる。 According to the fuel cell separator manufacturing method of the twelfth aspect of the invention, the fuel cell separator is manufactured by laminating the prepreg for the fuel cell separator to form a pressurized body, and heating and pressing the pressurized body. It can be produced simply and efficiently.

この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下、さらに詳しく発明の実施の形態について説明する。なお、図１は前述した通り、燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図である。 The invention of this application has the characteristics as described above, and the embodiments of the invention will be described in more detail below. FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the basic structure of the fuel cell as described above.

この出願の発明に係る燃料電池セパレータ用プリプレグは、熱硬化性樹脂及び平均粒径が１〜１５０μｍの黒鉛粒子を含有した樹脂組成物を導電性基材に含浸させてなるものである。 The prepreg for a fuel cell separator according to the invention of this application is obtained by impregnating a conductive substrate with a resin composition containing a thermosetting resin and graphite particles having an average particle diameter of 1 to 150 μm.

黒鉛粒子は、燃料電池セパレータ用プリプレグの電気比抵抗を低減させ、導電性を向上させるために含有されるもので、上記のように平均粒径１〜１５０μｍの範囲のものが用いられるが、平均粒径が１μｍ未満の場合には燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）の成形性が低下する恐れがあるため好ましくない。１５０μｍを超える場合には燃料電池セパレータ（４）の表面平滑性が損なわれたり、機械的強度が低下するなどの問題を生じる恐れがあるため好ましくない。 Graphite particles are contained in order to reduce the electrical specific resistance of the prepreg for fuel cell separators and improve conductivity, and those having an average particle diameter of 1 to 150 μm are used as described above. When the particle size is less than 1 μm, the moldability of the fuel cell separator (4) obtained by molding the prepreg for fuel cell separator may be lowered, which is not preferable. If it exceeds 150 μm, the surface smoothness of the fuel cell separator (4) may be impaired, and problems such as a decrease in mechanical strength may occur.

また、導電性基材については、導電性を有し十分な強度を有するものであれば、特に制限されることはない。例えば炭素繊維や黒鉛不織布であることが好ましい。これらは、一般に市販されているものを使用してもよく、また、市販されている炭素繊維などのプリプレグを代用してもよい。これら炭素繊維や黒鉛不織布は、強度・弾性が大きく、耐熱性や耐薬品性に優れ、さらに軽量であることから、燃料電池セパレータ用プリプレグの導電性基材として用いることで、燃料電池セパレータ用プリプレグの導電性、機械的強度、耐食性といった性能の向上や軽量化を図ることができる。 Moreover, about an electroconductive base material, if it has electroconductivity and sufficient intensity | strength, it will not restrict | limit in particular. For example, carbon fiber or graphite nonwoven fabric is preferable. These may use what is marketed generally, and may substitute prepregs, such as commercially available carbon fiber. These carbon fibers and graphite nonwoven fabrics have high strength and elasticity, are excellent in heat resistance and chemical resistance, and are light in weight. Therefore, they can be used as conductive base materials for prepregs for fuel cell separators. It is possible to improve performance such as electrical conductivity, mechanical strength, and corrosion resistance and to reduce weight.

この出願の発明の燃料電池セパレータ用プリプレグは、上記のような樹脂組成物を導電性基材に含浸させ、さらに乾燥させて、導電性基材中の樹脂組成物を半硬化（Ｂステージ状態）させて得られる。その含浸方法については特に制限されることはなく、例えば樹脂組成物を有機溶媒に溶解させて樹脂ワニスを調製し、この樹脂ワニスに導電性基材を浸漬するなどして、導電性基材に樹脂ワニスを含浸させるようにしてもよい。有機溶媒としては、各種の溶媒を用いることができ、例えばメチルエチルケトン、トルエン、ベンゼン、ケトン、ホルムアミド、アルコールなどが考慮される。 The prepreg for a fuel cell separator according to the invention of this application is obtained by impregnating a conductive base material with the resin composition as described above and further drying the resin composition in the conductive base material (B-stage state). Can be obtained. The impregnation method is not particularly limited. For example, the resin composition is dissolved in an organic solvent to prepare a resin varnish, and the conductive substrate is immersed in the resin varnish. You may make it impregnate a resin varnish. Various solvents can be used as the organic solvent, and for example, methyl ethyl ketone, toluene, benzene, ketone, formamide, alcohol, and the like are considered.

プリプレグの製造方法や製造条件は、特に制限されることはなく、既知の方法や条件により製造される。例えば、導電性基材に樹脂組成物を含浸させた後は、８０〜１８０℃の温度で、適宜の時間が設定され加熱乾燥される。この時、加熱乾燥が不十分であると燃料電池セパレータ用プリプレグ内部の有機溶媒が除去されなく、燃料電池セパレータ用プリプレグの表層部と内部の樹脂組成物の濃度差によって歪が生じ、燃料電池セパレータ用プリプレグの表層部には微細なクラックが発生してしまう可能性がある。また、加熱乾燥を過度に行った場合には、燃料電池セパレータ用プリプレグの表層部では筋むらや樹脂垂れが発生する可能性がある。 The production method and production conditions of the prepreg are not particularly limited, and are produced by known methods and conditions. For example, after impregnating the resin composition with the conductive substrate, an appropriate time is set at a temperature of 80 to 180 ° C. and dried by heating. At this time, if the heat drying is insufficient, the organic solvent inside the prepreg for the fuel cell separator is not removed, and distortion occurs due to the concentration difference between the surface layer portion of the prepreg for the fuel cell separator and the resin composition inside the fuel cell separator. There is a possibility that fine cracks occur in the surface layer portion of the prepreg for use. In addition, when heat drying is performed excessively, streaks or resin dripping may occur in the surface layer portion of the prepreg for a fuel cell separator.

また、燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率は、プリプレグ全体の質量に対して１０質量％以上４０質量％未満となるように含浸させることが好ましく、これによって優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有する燃料電池セパレータ用プリプレグを得ることができる。１０質量％未満では、ガスの不透過性が低下し、４０質量％以上の場合には、導電性が低下してしまうため好ましくない。 Moreover, it is preferable to impregnate so that the content rate of the thermosetting resin in the prepreg for fuel cell separator may be 10 mass% or more and less than 40 mass% with respect to the mass of the whole prepreg, and thereby excellent mechanical strength. In addition, a prepreg for a fuel cell separator having good conductivity can be obtained. If it is less than 10% by mass, the gas impermeability is lowered, and if it is 40% by mass or more, the conductivity is lowered, which is not preferable.

熱硬化性樹脂としては、例えば、工ポキシ樹脂、フェノール樹脂、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など各種の樹脂が考慮され、これらの樹脂より選ばれる少なくとも一種の樹脂を用いることができるが、樹脂成形に適用可能であれば特に制限されることはない。樹脂粘度や不純物の少なさなどから、これらの熱硬化性樹脂のうち、特に工ポキシ樹脂とフェノール樹脂のうち少なくともいずれか一方を含むことが好ましく、更には、イオン性不純物が少ないエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂が含まれる場合には、硬化触媒及び硬化開始剤が含有されることが考慮される。 As the thermosetting resin, for example, various resins such as engineered epoxy resin, phenol resin, polyimide resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin are considered, and at least one resin selected from these resins is used. Although it can be used, there is no particular limitation as long as it can be applied to resin molding. Among these thermosetting resins, it is preferable to include at least one of engineered epoxy resin and phenol resin, and an epoxy resin with few ionic impurities is preferable, because of the resin viscosity and the small amount of impurities. . When an epoxy resin is included, it is considered that a curing catalyst and a curing initiator are contained.

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含む場合は、熱硬化性樹脂全量に対して、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との合計量が、５０〜１００質量％の範囲にあることが考慮される。 When at least one of an epoxy resin and a phenol resin is included as the thermosetting resin, the total amount of the epoxy resin and the phenol resin may be in the range of 50 to 100% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin. Be considered.

また、工ポキシ樹脂やフェノール樹脂と共にポリイミド樹脂を使用することで、耐熱性や耐酸性の向上に効果が期待できる。例えば、ビスマレイミド樹脂である４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドを用いてもよい。 Moreover, an effect can be expected in improving heat resistance and acid resistance by using a polyimide resin together with an engineered epoxy resin or a phenol resin. For example, 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide, which is a bismaleimide resin, may be used.

エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂など各種のエポキシ樹脂が考慮されるが、好ましくはクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いる。 As the epoxy resin, various epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, cycloaliphatic epoxy resin are considered, but cresol novolak type is preferable. Use epoxy resin.

工ポキシ樹脂の融点としては、７０〜１３０℃が好ましい範囲として考慮される。これにより、工ポキシ樹脂を粉砕後、常温での形状が安定し成形時の取り扱い性が向上する。融点が７０℃未満の場合には、樹脂が凝集しやすく取り扱い性が低下し、１３０℃より高い場合には、後工程である樹脂組成物の混練が困難となる場合があるので好ましくない。 As a melting point of the engineered epoxy resin, 70 to 130 ° C. is considered as a preferable range. Thereby, after pulverizing the engineered Poxy resin, the shape at normal temperature is stabilized and the handling property at the time of molding is improved. When the melting point is less than 70 ° C., the resin is likely to aggregate and the handleability is lowered. When the melting point is higher than 130 ° C., it may be difficult to knead the resin composition as a subsequent step, which is not preferable.

このエポキシ樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂全量に対して５０〜１００重量％の範囲でで含有させることが考慮される。 It is considered that the content of the epoxy resin is contained in the range of 50 to 100% by weight with respect to the total amount of the thermosetting resin.

また、低粘度のエポキシ樹脂を選択することによって、成形性を維持し、黒鉛粒子を高充填化することができる。 Further, by selecting a low-viscosity epoxy resin, the moldability can be maintained and the graphite particles can be highly filled.

上記のようなエポキシ樹脂を用いる場合には、硬化触媒と硬化開始剤が含有されるが、通常のエポキシ樹脂に使用されているものであれば特に制限されることはない。硬化触媒としては、アミン系化合物、リン系化合物が考慮されるが、アミン系化合物は燃料電池の触媒を被毒する恐れがあるため、リン系化合物を用いることが好ましい。リン系化合物を用いることで、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）を実際に使用した場合に、燃料電池セパレータ（４）からの塩素イオンの溶出を低減させることができる。このようなリン系化合物としては、例えばトリフェニルホスフィンが考慮される。 In the case of using the epoxy resin as described above, a curing catalyst and a curing initiator are contained, but there is no particular limitation as long as it is used in a normal epoxy resin. As the curing catalyst, an amine compound or a phosphorus compound is considered. However, since the amine compound may poison the fuel cell catalyst, it is preferable to use a phosphorus compound. By using a phosphorus compound, the elution of chlorine ions from the fuel cell separator (4) can be reduced when the fuel cell separator (4) obtained by molding a prepreg for a fuel cell separator is actually used. it can. As such a phosphorus compound, for example, triphenylphosphine is considered.

このような硬化触媒の含有量は適宜設定されるが、好ましくはエポキシ樹脂に対して０.５〜３質量部の範囲となるようにするものである。 The content of such a curing catalyst is appropriately set, but is preferably in the range of 0.5 to 3 parts by mass with respect to the epoxy resin.

硬化開始剤としては、アミン系化合物、酸無水物系化合物、フェノール系化合物など各種の化合物が挙げられるが、硬化性、成形性が優れるフェノール系化合物を用いることが好ましい。アミン系化合物を用いる場合には、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）の電気伝導度を高い状態に維持することが困難となり、また燃料電池の触媒を被毒する恐れもある。酸無水物系化合物は耐酸性の環境下で加水分解して、電気伝導度が低下したり、不純物の溶出が増大してしまう恐れがある。 Examples of the curing initiator include various compounds such as an amine compound, an acid anhydride compound, and a phenol compound, and it is preferable to use a phenol compound having excellent curability and moldability. When an amine compound is used, it becomes difficult to maintain a high electrical conductivity of the fuel cell separator (4) obtained by molding a prepreg for a fuel cell separator, and the fuel cell catalyst is poisoned. There is also a fear. An acid anhydride compound may be hydrolyzed in an acid-resistant environment, resulting in a decrease in electrical conductivity and an increase in impurity elution.

硬化開始剤の含有量としては、エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比が、１．００〜１．１５の範囲が好適である。このことで、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有する燃料電池セパレータを製造することができる。１.００より小さいと、十分な強度を得ることができなくなり、１.１５を越えると硬化開始剤が未反応で残り性能が低下すると共に、成形性が低下したり、不純物が溶出するため好ましくない。 The content of the curing initiator is preferably such that the stoichiometric equivalent ratio of the curing initiator to the epoxy resin is in the range of 1.00 to 1.15. Thus, curing of the epoxy resin is sufficiently promoted during molding, and a fuel cell separator having high strength can be manufactured. If it is less than 1.00, sufficient strength cannot be obtained, and if it exceeds 1.15, the curing initiator is unreacted and the remaining performance is lowered, and the moldability is lowered and impurities are eluted. Absent.

熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用いる場合には、フェノール樹脂として開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂を用いることが好ましい。このようなフェノール樹脂では、成形工程での脱水によるガス発生がないことから、成形品、すなわち燃料電池セパレータにおけるボイドの発生を防止でき、これにより高い気密性が確保される。このようなフェノール樹脂として、取扱いが容易な、融点が７０〜８０℃のレゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。このようなレゾール型フェノール樹脂としては、例えば核磁気共鳴法（¹³Ｃ−ＮＭＲ）で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造を有するレゾール型フェノール樹脂を用いることが考慮される。 When a phenol resin is used as the thermosetting resin, it is preferable to use a phenol resin that undergoes a polymerization reaction by ring-opening polymerization as the phenol resin. Since such a phenol resin does not generate gas due to dehydration in the molding process, generation of voids in a molded product, that is, a fuel cell separator can be prevented, thereby ensuring high airtightness. As such a phenolic resin, it is preferable to use a resol type phenolic resin having a melting point of 70 to 80 ° C. which is easy to handle. Such a resol type phenol resin has, for example, a structure of ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70%, para-para 5-10% by nuclear magnetic resonance ( ^13C -NMR). The use of a resol type phenolic resin is considered.

このようなレゾール型フェノール樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂全量に対して、単独で使用しても良いし、エポキシ樹脂などと共に使用する場合は１０〜７０質量％の範囲が考慮される。 The content of such a resol type phenol resin may be used singly with respect to the total amount of the thermosetting resin, or a range of 10 to 70% by mass is considered when used together with an epoxy resin or the like.

また、上記の熱硬化性樹脂に対して、カップリング剤、離型剤などの添加剤を含有させてもよい。カップリング剤は黒鉛粒子の表面改質のために用いられ、分散性や熱硬化性樹脂の強度を向上させることができ、離型剤は、燃料電池セパレータを成形する際の金型離型性を向上させることができる。 Moreover, you may contain additives, such as a coupling agent and a mold release agent, with respect to said thermosetting resin. Coupling agent is used for surface modification of graphite particles, can improve dispersibility and strength of thermosetting resin, mold release agent is mold releasability when molding fuel cell separator Can be improved.

カップリング剤の種類としてはシリコン系、チタネート系、アプミニウム系化合物など各種のカップリング剤が考慮される。これらの中でも特にシリコン系カップリング剤のエポキシシランを用いることが好ましい。このようなカップリング剤の添加方法としては、熱硬化性樹脂に直接もしくは有機溶媒などで希釈して添加してもよいし、黒鉛粒子の表面に直接または有機溶媒などで希釈した溶液を噴射して処理してもよい。カップリング剤の添加量は、黒鉛粒子の比表面積と使用するカップリング剤の単位質量当たりの被覆面積から適宜設定される。例えば、使用するカップリング剤の被覆面積の総量が、黒鉛粒子の表面積の総量に対して、０．５〜２倍が好ましい範囲として考慮される。カップリング剤の添加量が多すぎると、成形時に金型表面を汚染する原因になるため好ましくない。 Various types of coupling agents such as silicon-based, titanate-based, and apmium-based compounds are considered as the type of coupling agent. Among these, it is particularly preferable to use a silicon coupling agent epoxysilane. As a method for adding such a coupling agent, it may be added directly to a thermosetting resin or diluted with an organic solvent or the like, or a solution diluted with an organic solvent or the like is directly sprayed on the surface of graphite particles. May be processed. The addition amount of the coupling agent is appropriately set from the specific surface area of the graphite particles and the coating area per unit mass of the coupling agent to be used. For example, the total amount of the covering area of the coupling agent to be used is considered as a preferable range of 0.5 to 2 times the total amount of the surface area of the graphite particles. When the amount of the coupling agent added is too large, it is not preferable because it causes contamination of the mold surface during molding.

また、離型剤としては、炭化水素系化合物、アマイド系化合物、脂肪酸系化合物など各種の離型剤が考慮され、これらを複数種使用してもよい。例えば、天然カルナバワックスやモンタン酸ビスアマイドを用いることが好ましい。離型剤の含有量は、適宜設定されるが、組成物全量に対して０．１〜４．０質量％の範囲であることが好ましく、この含有量が０．１質量％未満では成形時に十分な金型離型性が得られず、また４．０質量％を超えると、金型表面が汚染したり、成形して得られる燃料電池セパレータ（４）に必要とされる水との濡れ性が十分に得られなくなる場合がある。 Moreover, as a mold release agent, various mold release agents, such as a hydrocarbon type compound, an amide type compound, a fatty acid type compound, are considered, and you may use multiple types of these. For example, it is preferable to use natural carnauba wax or montanic acid bisamide. The content of the release agent is appropriately set, but is preferably in the range of 0.1 to 4.0% by mass with respect to the total amount of the composition. When sufficient mold releasability cannot be obtained and the amount exceeds 4.0% by mass, the mold surface is contaminated or wet with water required for the fuel cell separator (4) obtained by molding. There are cases where sufficient sex cannot be obtained.

黒鉛粒子の含有量としては、樹脂組成物に対して７０〜９０質量％であることが好ましい。７０質量％未満の場合には、燃料電池セパレータ用プリプレグにおいて十分な導電性が得られなくなる恐れがあり、また９０質量％を超える場合にはガス不透過性やこの燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）の成形性や機械的強度が低下する恐れがあるため好ましくない。 The graphite particle content is preferably 70 to 90% by mass with respect to the resin composition. If the amount is less than 70% by mass, sufficient conductivity may not be obtained in the prepreg for fuel cell separator. If the amount exceeds 90% by mass, gas impermeability or this prepreg for fuel cell separator may be molded. This is not preferable because the moldability and mechanical strength of the resulting fuel cell separator (4) may be lowered.

また、上記黒鉛粒子としては、人造黒鉛、天然黒鉛のいずれかを含むものであってもよいし、双方を含んでいてもよい。人造黒鉛は、石油コークス類を原料とし、これを高温焼成、更に黒鉛化炉で無定形炭素を人工的に転移変成されており、極低灰分で異方性が少ないことから、燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して得られる燃料電池セパレータ（４）を実際に使用した場合には、燃料電池セパレータ（４）からの不純物の溶出を抑えることができると共に、優れた導電性を得ることができるため好ましい。天然黒鉛は、結晶が良く発達しており、高い導電性を得ることができる。特に、球状天然黒鉛、葉片状の結晶でその平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛を用いることで、燃料電池セパレータ（４）の優れた導電性を得ることができるため好ましい。球状天然黒鉛は、例えば、球状化粉砕加工により配向性を抑えたものが考慮される。 Further, the graphite particles may contain either artificial graphite or natural graphite, or may contain both. Artificial graphite is made from petroleum coke as a raw material, calcined at high temperature, and amorphous carbon is artificially transformed in a graphitization furnace. When the fuel cell separator (4) obtained by molding a prepreg is actually used, elution of impurities from the fuel cell separator (4) can be suppressed, and excellent conductivity can be obtained. preferable. Natural graphite has a well-developed crystal, and high conductivity can be obtained. In particular, it is preferable to use spherical natural graphite or scaly natural graphite having a leaf-like crystal having an average particle size of 20 μm or less because the excellent conductivity of the fuel cell separator (4) can be obtained. As the spherical natural graphite, for example, those whose orientation is suppressed by spheroidizing and grinding are considered.

また、この出願の発明の燃料電池セパレータ用プリプレグで形成される燃料電池セパレータ成形品の全有機体炭素（ＴＯＣ：ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ）が１００ｐｐｍ以下となるようにすることが好ましい。このことによって、燃料電池として特性の低下を抑制することができる。ＴＯＣが１００ｐｐｍを超える場合には、燃料電池として特性の低下が発生する恐れがあるため好ましくない。ＴＯＣの値は、高純度の原材料を選択したり、熱硬化性樹脂の当量比を調整したり、また、後硬化処理することによって低減させることができる。 Moreover, it is preferable that the total organic carbon (TOC) of the molded article of the fuel cell separator formed by the prepreg for the fuel cell separator of the invention of this application is 100 ppm or less. As a result, it is possible to suppress deterioration of characteristics as a fuel cell. When the TOC exceeds 100 ppm, it is not preferable because the characteristics of the fuel cell may be deteriorated. The value of TOC can be reduced by selecting a high-purity raw material, adjusting the equivalent ratio of the thermosetting resin, or by post-curing treatment.

また、樹脂組成物全体における水溶性イオンである塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量が、それぞれ樹脂組成物全量に対して５ｐｐｍ以下であることが好ましい。この値が５ｐｐｍを超える場合には燃料電池として電圧などの特性が低下する可能性があるため好ましくない。塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量は、樹脂組成物を成形して得られる燃料電池セパレータ成形品から水溶性イオンを抽出し、これをイオンクロマトグラフ法で評価測定したものを、樹脂組成物の質量に基づいて換算することで導出することができる。 Moreover, it is preferable that content of the chlorine ion and sodium ion which are water-soluble ions in the whole resin composition is 5 ppm or less with respect to the resin composition whole quantity, respectively. When this value exceeds 5 ppm, characteristics such as voltage may deteriorate as a fuel cell, which is not preferable. The content of chlorine ions and sodium ions is the mass of the resin composition obtained by extracting water-soluble ions from the molded fuel cell separator obtained by molding the resin composition, and evaluating and measuring this by ion chromatography. Can be derived by conversion based on.

さらに、この出願の発明においては、上記のような燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して燃料電池セパレータ（４）が提供される。 Furthermore, in the invention of this application, a fuel cell separator (4) is provided by molding the prepreg for a fuel cell separator as described above.

この製造方法としては、例えば、図１に示したような複数個の凸部（３）が形成されている燃料電池セパレータ（４）を得るために、上型と下型にそれぞれ凹部を設けた金型が用いられる。この下型の上に、所定枚数を積層して被圧体とした燃料電池セパレータ用プリプレグ積層材料を載置し、次いで上型をセットし、型締めして加熱圧縮する。成形条件としては、例えば金型温度は１５０〜３００℃、圧力は、９.８〜４９.３ＭＰａ（１００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²）、成形時間は１０〜６０分の範囲が考慮される。これらの条件は、、燃料電池セパレータ用プリプレグの種類、熱硬化性樹脂の硬化特性、プレスの性能により適宜設定されるが、高温で成形することで成形サイクルを短縮することができるため、効率的に生産することができる。 As this manufacturing method, for example, in order to obtain a fuel cell separator (4) having a plurality of protrusions (3) as shown in FIG. A mold is used. On this lower mold, a prepreg laminated material for a fuel cell separator which is a pressure body is laminated by laminating a predetermined number of sheets, and then the upper mold is set, the mold is clamped and heated and compressed. As molding conditions, for example, a mold temperature of 150 to 300 ° C., a pressure of 9.8 to 49.3 MPa (100 to 500 kgf / cm ² ), and a molding time of 10 to 60 minutes are considered. These conditions are appropriately set according to the type of prepreg for the fuel cell separator, the curing characteristics of the thermosetting resin, and the performance of the press. However, the molding cycle can be shortened by molding at a high temperature, so that it is efficient. Can be produced.

このように上型、下型によって、燃料電池セパレータ用プリプレグが加熱圧縮成形されて、上型、下型に設けられた凹部が燃料電池セパレータ用プリプレグに転写され、固化した後、脱型することで複数個の凸部（５）を備えた燃料電池セパレータ（４）が得られる。この凸部（５）は、隣り合う凸部（５）同士の問で、燃料である水素と酸素の流路であるガス供給排出用溝（６）が構成される。 Thus, the fuel cell separator prepreg is heat compression molded by the upper mold and the lower mold, and the recesses provided in the upper mold and the lower mold are transferred to the prepreg for the fuel cell separator, solidified, and then demolded. Thus, a fuel cell separator (4) having a plurality of convex portions (5) is obtained. This convex part (5) is a question between adjacent convex parts (5) and constitutes a gas supply / discharge groove (6) which is a flow path of hydrogen and oxygen as fuel.

ここで成形された燃料電池セパレータ（４）は、燃料電池セパレータ用プリプレグと同様に、優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有するものである。さらに、燃料電池セパレータ用プリプレグは樹脂組成物に比べ取り扱いが容易であるため、簡便且つ効率的に燃料電池セパレータ（４）を生産することができる。 The fuel cell separator (4) molded here has excellent mechanical strength and good electrical conductivity, similar to the prepreg for fuel cell separator. Furthermore, since the prepreg for a fuel cell separator is easier to handle than the resin composition, the fuel cell separator (4) can be produced simply and efficiently.

＜実施例１〜１１＞
（燃料電池セパレータ用プリプレグの製造方法）
表１に示した配合で、黒鉛粒子を除いて成分をセパラブルフラスコに入れ、室温で３０分間攪拌し２５℃の樹脂液を得た。この樹脂液に黒鉛粒子を加え、ディスパーで１０００〜１５００ｒｐｍ下で５分間攪拌しこの出願の発明の樹脂ワニスとした。この樹脂ワニスは初期の粘度も小さく、析出現象もなく保存性に優れていることが確認された。 <Examples 1 to 11>
(Method for producing prepreg for fuel cell separator)
With the composition shown in Table 1, the components were put into a separable flask except for graphite particles, and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a resin solution at 25 ° C. Graphite particles were added to the resin solution, and the mixture was stirred with a disper at 1000 to 1500 rpm for 5 minutes to obtain the resin varnish of the invention of this application. It was confirmed that this resin varnish had a small initial viscosity, no precipitation phenomenon, and excellent storage stability.

２４時間後にこの樹脂ワニス中に基材を含浸させ、１４０℃で４分間乾燥し、燃料電池セパレータ用プリプレグを得た。この燃料電池セパレータ用プリプレグは表面が平滑で樹脂の含浸ムラもなく、樹脂ワニスの良好な含浸性を裏付けるものであった。なお、燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が１５〜３５質量％となるように調整した。 After 24 hours, the resin varnish was impregnated with the substrate and dried at 140 ° C. for 4 minutes to obtain a prepreg for a fuel cell separator. This prepreg for a fuel cell separator had a smooth surface, no resin impregnation unevenness, and supported good impregnation of the resin varnish. In addition, it adjusted so that the content rate of the thermosetting resin in the prepreg for fuel cell separators might be 15-35 mass%.

表１中の各成分の詳細は以下の通りである。
樹脂Ａ：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬製「ＥＯＣＮ−１０２０」）、エポキシ当量１９９、融点７５℃
樹脂Ｂ：フェノールノボラック樹脂（硬化開始剤）（群栄化学工業社製「ＰＳＭ６２００」）、ＯＨ当量１０５
樹脂Ｃ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学工業社製「サンプルＡ」）、融点７５℃、核磁気共鳴法（¹³Ｃ−ＮＭＲ）で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造である。
硬化剤Ａ：トリフェニルホスフィン（硬化触媒）（北興化学工業社製「ＴＰＰ」）
黒鉛Ａ：人造黒鉛（中越黒鉛工業所社製「ＳＧＳ２０Ａ」）、平均粒径２０μｍ
黒鉛Ｂ：天然黒鉛（中越黒鉛工業所社製「ＷＦ０２５」）、平均粒径２５μｍ
黒鉛Ｃ：天然黒鉛（中越黒鉛工業所社製「ＷＲ１５」）、平均粒径１５μｍ
カップリング剤：エポキシシラン（日本ユニカ−社製「Ａ１８７」）
ワックスＡ：天然カルナバワックス（大日化学社製「Ｈ１−１００」）、融点８３℃
ワックスＢ：モンタン酸ビスアマイド（大日化学社製「Ｊ−９００」）、融点１２３℃
炭素繊維：三菱レイヨン（株）製商品名「パイロフィル」、１５０ｇ／ｃｍ²
（燃料電池セパレータの製造方法）
７枚の燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して、これを被圧体とし、この被圧体をセパレータ金型に載置して、セパレータ金型で得られる燃料電池セパレータ成形品の板厚が１．５ｍｍになるような条件、即ち１８０℃、面圧１９．６ＭＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ²）の条件で、１０分間成形し燃料電池セパレータを得た。この燃料電池セパレータについて、成形性、ＴＯＣ測定、水溶性イオン分析、電気伝導度、曲げ強度、体積抵抗率を測定し、これらの結果を表1に示した。 The details of each component in Table 1 are as follows.
Resin A: Cresol novolac type epoxy resin (“EOCN-1020” manufactured by Nippon Kayaku), epoxy equivalent 199, melting point 75 ° C.
Resin B: Phenol novolak resin (curing initiator) (“PSM6200” manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.), OH equivalent 105
Resin C: Resol type phenol resin (“Sample A” manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.), melting point 75 ° C., nuclear magnetic resonance ( ¹³ C-NMR), ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70 %, Para-para 5-10% structure.
Curing agent A: Triphenylphosphine (curing catalyst) (“TPP” manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.)
Graphite A: Artificial graphite (“SGS20A” manufactured by Chuetsu Graphite Industries Co., Ltd.), average particle size 20 μm
Graphite B: natural graphite (“WF025” manufactured by Chuetsu Graphite Industries Co., Ltd.), average particle size 25 μm
Graphite C: natural graphite (“WR15” manufactured by Chuetsu Graphite Industries Co., Ltd.), average particle size: 15 μm
Coupling agent: Epoxy silane ("A187" manufactured by Nihon Unicar Company)
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 Co., Ltd.), melting point: 123 ° C
Carbon fiber: trade name “Pyrofil” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., 150 g / cm ²
(Manufacturing method of fuel cell separator)
Seven fuel cell separator prepregs are stacked and used as a pressure-receiving body. The pressure-sensitive body is placed on a separator mold, and the thickness of the fuel cell separator molded product obtained by the separator mold is 1 The fuel cell separator was obtained by molding for 10 minutes under the conditions of 0.5 mm, that is, 180 ° C. and surface pressure of 19.6 MPa (200 kgf / cm ² ). This fuel cell separator was measured for formability, TOC measurement, water-soluble ion analysis, electrical conductivity, bending strength, and volume resistivity. Table 1 shows the results.

（評価方法）
成形性：各実施例、比較例において、同一条件で３０個の燃料電池セパレータを成形し、それらの外観観察より充填不良の有無を確認し、その発生数で評価した。 (Evaluation methods)
Moldability: In each example and comparative example, 30 fuel cell separators were molded under the same conditions, the presence or absence of poor filling was confirmed by observing their appearance, and the number of occurrences was evaluated.

ＴＯＣ測定：ＪＩＳＫ０５５１−４.３に従い、燃料電池セパレータ成形品をメタノールで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、ガラスビン中に燃料電池セパレータ成形品とイオン交換水とを、成形品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ｐＨ２以下に調整した後、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」にて、湿式−赤外線式ＴＯＣ測定法でＴＯＣを測定した。 TOC measurement: In accordance with JIS K0551-4.3, the molded fuel cell separator was washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, a fuel cell separator molded product and ion-exchanged water were placed in a glass bottle so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded product, 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 TOC was measured by “Toray Rastro TOC Automatic Analyzer MODEL 1800” manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. by a wet-infrared TOC measurement method.

水溶性イオン分析：燃料電池セパレータ成形品をメタノールで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、ポリエチレンビン中に成形品とイオン交換水とを、燃料電池セパレータ成形品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を島津製作所製イオンクロマトグラフィ「ＣＤＤ−６Ａ」にて測定した。 Water-soluble ion analysis: The fuel cell separator molded product was washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded product and ion-exchanged water were placed in a polyethylene bottle so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the fuel cell separator molded product, and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water after the treatment was measured with an ion chromatography “CDD-6A” manufactured by Shimadzu Corporation.

電気伝導度：燃料電池セパレータ成形品をメタノールで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、ポリエチレンビン中に燃料電池セパレータ成形品とイオン交換水とを、燃料電池セパレータ成形品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を導電率計で測定した。 Electrical conductivity: The fuel cell separator molded article was washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, a fuel cell separator molded product and ion-exchanged water were placed in a polyethylene bottle so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the fuel cell separator molded product, and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water after the treatment was measured with a conductivity meter.

曲げ強度：ＪＩＳＫ６９１１に従い、燃料電池セパレータ成形品の溝のない部分を切り出して、曲げ強度を測定した。
体積抵抗率：ＪＩＳＫ７１９４に従い、燃料電池セパレータ成形品の溝のない部分を切り出して、体積抵抗率を測定した。 Bending strength: According to JIS K6911, a portion without a groove of a fuel cell separator molded product was cut out, and the bending strength was measured.
Volume resistivity: According to JIS K7194, a portion without a groove of a molded fuel cell separator was cut out and the volume resistivity was measured.

＜比較例＞
燃料電池セパレータ用プリプレグを用いずに燃料電池セパレータ成形品を作製した以外は、実施例１と同様の条件で評価した。 <Comparative example>
Evaluation was performed under the same conditions as in Example 1 except that a fuel cell separator molded product was produced without using the prepreg for the fuel cell separator.

この結果を表１に示した。 The results are shown in Table 1.

表１より、実施例１〜１１の燃料電池セパレータ成形品は、比較例の燃料電池セパレータ成形品に比べ優れた機械的強度を有すると共に、良好な導電性を有し、成形性が良好であることが確認された。 From Table 1, the fuel cell separator molded products of Examples 1 to 11 have excellent mechanical strength as compared with the fuel cell separator molded products of the comparative examples, have good electrical conductivity, and have good moldability. It was confirmed.

燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図である。It is the perspective view which illustrated the basic structure of the fuel cell typically.

符号の説明Explanation of symbols

１電解質
２燃料極
３空気極
４燃料電池セパレータ
５凸部
６ガス供給排出用溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte 2 Fuel electrode 3 Air electrode 4 Fuel cell separator 5 Convex part 6 Gas supply / discharge groove

Claims

樹脂組成物を導電性基材に含浸させて成る燃料電池セパレータ用プリプレグであって、この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を含有し、前記黒鉛粒子の平均粒径が１〜１５０μｍであることを特徴とする燃料電池セパレータ用プリプレグ。 A prepreg for a fuel cell separator obtained by impregnating a conductive base material with a resin composition, which resin composition contains a thermosetting resin and graphite particles, and the graphite particles have an average particle size of 1 to 150 μm. A prepreg for a fuel cell separator.

燃料電池セパレータ用プリプレグ中における熱硬化性樹脂の含有率が１０質量％以上４０質量％未満であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to claim 1, wherein the content of the thermosetting resin in the prepreg for the fuel cell separator is 10% by mass or more and less than 40% by mass.

導電性基材が、炭素繊維、黒鉛不織布であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to claim 1 or 2, wherein the conductive substrate is carbon fiber or graphite nonwoven fabric.

熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂を含むものであり、且つ硬化触媒及び硬化開始剤を含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermosetting resin contains an epoxy resin and contains a curing catalyst and a curing initiator.

エポキシ樹脂の融点が７０〜１３０℃の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to claim 4, wherein the melting point of the epoxy resin is in the range of 70 to 130 ° C.

硬化触媒としてリン系化合物を含有することを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to claim 4 or 5, comprising a phosphorus compound as a curing catalyst.

エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比が、１.００〜１．１５であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to any one of claims 4 to 6, wherein the stoichiometric equivalent ratio of the curing initiator to the epoxy resin is 1.00 to 1.15.

熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂を含むものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 7, wherein the thermosetting resin contains a phenol resin.

フェノール樹脂は、融点が７０〜８０℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 The prepreg for a fuel cell separator according to claim 8, wherein the phenol resin is a resol type phenol resin having a melting point in a range of 70 to 80 ° C.

黒鉛粒子が、球状天然黒鉛、平均粒径が２０μｍ以下の鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛より選ばれる少なくとも一種を含むものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグ。 10. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the graphite particles include at least one selected from spherical natural graphite, scaly natural graphite having an average particle size of 20 μm or less, and artificial graphite. Prepreg.

請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグを成形して成ることを特徴とする燃料電池セパレータ。 A fuel cell separator, comprising the prepreg for a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 10.

請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用プリプレグを用いた燃料電池セパレータの製造方法であって、前記燃料電池セパレータ用プリプレグを積層して被圧体とし、この被圧体を加熱圧縮して成形することを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。 A method for producing a fuel cell separator using the prepreg for a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 10, wherein the prepreg for a fuel cell separator is laminated to form a pressurized body, and the pressurized body is heated. A method for producing a fuel cell separator, comprising compression molding.