專利名稱：燃料電池隔板及其成型用的復(fù)合材料和它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池隔板成型用的復(fù)合材料及其制造方法，以及使用了該復(fù)合材料的燃料電池隔板及其制造方法。
具體而言，本發(fā)明涉及燃料電池分隔板成型用的復(fù)合材料，其可用于制造具有優(yōu)良的機(jī)械性能和電學(xué)性能的燃料電池隔板，本發(fā)明還涉及它的制造方法，和利用了該復(fù)合材料的電池隔板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，利用氫與氧反應(yīng)的燃料電池作為發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)引起了人們的注意，其解決了能源問題和環(huán)境問題，它的現(xiàn)實(shí)化已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到檢驗(yàn)。
在燃料電池的基本結(jié)構(gòu)中，有電解質(zhì)插在多孔的正電極板和負(fù)電極板之間，幾十到幾百個(gè)設(shè)有扁平隔板的電池疊置在電極板的兩個(gè)外側(cè)，所述隔板具有氣體阻隔性和導(dǎo)電性，它的典型例子包括肋狀電極系統(tǒng)，其中在每個(gè)正電極板和負(fù)電極板的隔板側(cè)面上刻有用作如氫氣和空氣之類反應(yīng)氣體的通道的溝槽；肋狀隔板系統(tǒng)，它們被刻在每個(gè)隔板表面上。通常而言，用于這種燃料電池的隔板是通過如下方式制得將作為導(dǎo)電材料的碳粉與包含諸如熱固性樹脂或熱塑性樹脂、典型代表為酚醛樹脂的樹脂的粘結(jié)劑混合，然后在加熱條件下對(duì)混合物實(shí)施壓縮模塑。
例如，未審公開的日本專利申請(qǐng)第2000-182630號(hào)(美國專利公開第20020068210號(hào))描述了以下內(nèi)容利用熱固性樹脂、熱塑性樹脂、或者橡膠作為粘結(jié)劑，將其與碳粉混合，對(duì)混合物實(shí)施模塑成型，由此獲得燃料電池隔板，所述熱固性樹脂例如酚醛樹脂、聚碳化二亞胺樹脂、呋喃甲醇樹脂、環(huán)氧樹脂、纖維素、脲醛樹脂、密胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、硅酮樹脂、鄰苯二甲酸二丙烯樹脂、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂、聚氨基雙馬來酰亞胺樹脂或者芳族聚酰亞胺樹脂；熱塑性樹脂例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚甲醛(polyoxamethylene)、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、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)、聚醚酰亞胺、含氟樹脂、聚氧代苯甲酰酯樹脂、液晶聚酯樹脂、芳香族聚酯、聚縮醛、聚烯丙基砜、聚苯并咪唑、聚醚腈、聚硫醚砜、或者聚苯醚；橡膠例如氟橡膠、硅酮橡膠、丁基橡膠、氯丁二烯橡膠、丁腈橡膠、腈氯丁二烯橡膠、氯化丁基橡膠、環(huán)氧氯丙烷橡膠、環(huán)氧氯丙烷-環(huán)氧乙烷橡膠、環(huán)氧氯丙烷-環(huán)氧乙烷-丙烯甘氨酰醚的三維共聚物、聚氨酯橡膠、丙烯橡膠、乙烯-丙烯橡膠、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、或者天然橡膠。
然而，包括包含了碳粉和這種樹脂粘結(jié)劑的成型材料的燃料電池隔板存在這樣一個(gè)問題諸如模塑性和強(qiáng)度的機(jī)械性能與諸如電導(dǎo)率的隔板功能不匹配。即，為了通過提高碳粉的粘結(jié)程度來改善機(jī)械性能，理想的是使用大量粘結(jié)劑，但是大量粘結(jié)劑意味著碳粉的含量占相對(duì)較低的比率，于是就會(huì)降低電導(dǎo)率。具體而言，由于注射成型情況下對(duì)模塑材料而言需要很高的流動(dòng)性，因此必需使用大量粘結(jié)劑來滿足該要求，于是其結(jié)果是破壞了電導(dǎo)率。
在這一點(diǎn)上，關(guān)于混合和捏合粉末的方法，未審公開的日本專利申請(qǐng)第11-204120號(hào)(美國專利公開第20020004156)描述了以下內(nèi)容將環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂連同石墨粉末一起加到甲基異丁基酮溶劑中，利用球磨機(jī)將混合物捏合成漿液形式，然后使該漿液干燥，由此制得燃料電池隔板成型用的復(fù)合材料。此外，未審公開的日本專利申請(qǐng)第2001-181519號(hào)公開了以下內(nèi)容利用諸如Henschel混合機(jī)的捏合機(jī)對(duì)熱固性樹脂、石墨和聚乙烯醇縮丁醛或者聚乙烯醇縮丁醛與丁腈橡膠的混合物進(jìn)行混合，從而制得燃料電池隔板成型用的復(fù)合材料。
此外，未審公開的日本專利申請(qǐng)第58-5977號(hào)公開了以下內(nèi)容對(duì)石墨粉末進(jìn)行親和處理，然后讓耐堿樹脂黏著在它上面，以此作為堿性水溶液電解質(zhì)型燃料電池的碳雙極板。有關(guān)該親和處理的例子，它描述了硬脂酸處理、酚醛樹脂處理、聚酯處理、工藝用油處理、萘油處理、脂肪酸處理和水玻璃處理。另外，有關(guān)耐堿樹脂的例子，它包括了聚砜樹脂、聚苯醚樹脂、聚烯丙基醚樹脂、聚丁二烯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚四溴化乙烯樹脂、以及聚四溴化乙烯-聚六溴化丙烯樹脂。
發(fā)明概述正如前面所述的，在通過混合碳粉與諸如樹脂的粘結(jié)劑來模塑燃料電池隔板時(shí)，很難滿足模塑性和機(jī)械性能要求，并且也難以滿足諸如電導(dǎo)率的隔板所需性能的要求，為了解決該問題，必需改善隔板性能與粘結(jié)性能的平衡。
順便提及，正如前面所描述的，目前在粘結(jié)劑樹脂中存在與通用樹脂不同的所謂工程塑料的高耐熱樹脂。于是，為了獲得耐用性和強(qiáng)度高的高粘性性能燃料電池隔板，已考慮到，在通過填充高密度碳粉來制備產(chǎn)品、同時(shí)最大限度地高效利用導(dǎo)電通路時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)用高耐熱樹脂填充多孔部分，這在工業(yè)上非常有利，這是因?yàn)椋词故褂孟鄬?duì)少量粘結(jié)劑也能滿足機(jī)械性能和作為隔板的功能的要求。
但是，由于高度耐熱性，很難處理這些耐熱樹脂使其覆蓋碳粉表面。也就是說，對(duì)于用粘結(jié)劑覆蓋碳粉表面的處理，通過將粘結(jié)劑和碳粉溶到有機(jī)溶劑中來實(shí)現(xiàn)混合是有利的，這提供了用粘結(jié)劑樹脂高程度地涂覆碳粉表面的可能，但是不能采用該方法，原因是，由于高耐熱性樹脂的高耐熱性、高強(qiáng)度和高耐用性，它們與有機(jī)溶劑之間的相容性低，或者基本上與有機(jī)溶劑不相容。
未審公開的日本專利申請(qǐng)第11-204120號(hào)和未審公開的日本專利申請(qǐng)第2001-181519號(hào)中描述的捏合方法用來填充碳粉之間的孔隙是不夠的，特別是在高耐熱性、高強(qiáng)度、高耐用性樹脂情況下更是不足，這些樹脂幾乎不能與碳粉相適應(yīng)，而僅以點(diǎn)接觸方式存在，它們幾乎不能實(shí)現(xiàn)通過分散到碳粉表面上與碳粉面接觸。于是，盡管其中包含了高耐熱性樹脂，也不能發(fā)揮它們?cè)械膬?yōu)良機(jī)械性能，于是很難獲得機(jī)械性能和電學(xué)性能都優(yōu)良的燃料電池隔板。
另外，在未審公開的日本專利申請(qǐng)第58-5977號(hào)所描述的親和處理中包含了一種樹脂處理方法，但是沒有說明性的處理方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種在具有優(yōu)良的機(jī)械性能和電學(xué)性能的燃料電池隔板產(chǎn)品中使用的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，以及它的制造方法，和使用了該復(fù)合材料的燃料電池隔板及其制造方法。
本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料是一種包含了分散在基質(zhì)中的碳粉的復(fù)合材料，特征在于，基質(zhì)由涂覆碳粉的樹脂涂覆物和樹脂增強(qiáng)相構(gòu)成，所述樹脂增強(qiáng)相的耐熱性比構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂的高。
本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法是這樣一種方法，其包括使第一樹脂完全混溶到與第一樹脂能相容的有機(jī)溶劑中，使它們與碳粉混合，形成樹脂涂覆物，它包含位于碳粉表面上的第一樹脂，接著使它們與第二樹脂相容，所述第二樹脂與有機(jī)溶劑的相容性很低，或者它們幾乎沒有相容性，另外第二樹脂的耐熱性比第一樹脂的高，然后對(duì)混合物進(jìn)行加熱、捏合，然后將它們擠出，從而獲得復(fù)合材料，其中涂覆了樹脂涂覆物的碳粉連同耐熱性高于構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂的耐熱性的樹脂增強(qiáng)相一起構(gòu)成了基質(zhì)。
也就是說，為了獲得機(jī)械性能和電學(xué)性能優(yōu)良的燃料電池隔板，本發(fā)明已經(jīng)通過利用與有機(jī)溶劑相容性低的高耐熱性樹脂作為粘結(jié)劑，使其與碳粉結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)造性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過首先利用能完全混溶到有機(jī)溶劑中的樹脂在碳粉上形成樹脂涂覆物，然后通過利用與有機(jī)溶劑相容性低或者與有機(jī)溶劑基本上不相容的樹脂與它們捏合，形成樹脂增強(qiáng)相，樹脂涂覆物在碳粉與樹脂增強(qiáng)相之間發(fā)揮粘結(jié)功能，利用粘結(jié)劑能有效填充碳粉之間的孔隙，使具有高耐熱性、高強(qiáng)度和高耐用性的樹脂以面接觸方式分散到碳粉表面，即，由于能夠獲得這樣一種燃料電池隔板成型用復(fù)合材料涂覆了樹脂涂覆物的碳粉連同樹脂增強(qiáng)相一起構(gòu)成了基質(zhì)，因此高耐熱性樹脂本身所固有的高強(qiáng)度和高耐用性能得到充分發(fā)揮，于是就能獲得機(jī)械性能和電學(xué)性能優(yōu)良的燃料電池隔板。正是基于上述發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
就此而論，未審公開的日本專利申請(qǐng)第58-5977號(hào)公開了以下內(nèi)容對(duì)石墨粉末進(jìn)行親和處理，然后使耐堿樹脂黏附在它們上面，但是它沒有描述說明性的處理方法，列為親和處理的處理方法是，通過化學(xué)鍵為表面提供與耐堿樹脂的親和性。
與此相反，在本發(fā)明的樹脂涂覆物中，它被作成非常薄的涂層覆蓋物，只要其能夠維持碳粉與樹脂增強(qiáng)相之間的面接觸就可以，將碳粉表面上的孔隙作成填充了樹脂增強(qiáng)相的基質(zhì)形式，于是在碳粉表面的樹脂涂覆物樹脂與樹脂增強(qiáng)相之間形成了物理整合，同時(shí)獲得了優(yōu)良的電學(xué)性能和機(jī)械性能(強(qiáng)度)，因此兩種情況的機(jī)理和所得效果基本上是彼此不同的，它們?cè)谒脴渲姆秶矫嬉膊煌?br> 本發(fā)明的燃料電池隔板可通過以下方式制得對(duì)本發(fā)明燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，或者對(duì)通過本發(fā)明方法制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，然后實(shí)施注射成型或模壓成型。另外，本發(fā)明的燃料電池隔板制造方法的特征在于對(duì)本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料或者通過本發(fā)明的方法制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，然后對(duì)它們進(jìn)行注射成型和模壓成型，其產(chǎn)品具有優(yōu)良的機(jī)械性能和電導(dǎo)率，在依照J(rèn)IS K7171測量時(shí)，優(yōu)選具有30Mpa以上的彎曲強(qiáng)度，在依照J(rèn)IS K7171測量時(shí)具有1％以上的彎曲斷裂形變，其體積電阻率為200mΩ·cm或更低，接觸電阻值為200mΩ·cm2或更低。
附圖的簡要說明為了通過舉例使描述更清楚，以附圖作出參照，其中

圖1A是示意性表示在本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料和燃料電池隔板中，由涂覆了樹脂涂覆物的碳粉連同耐熱性高于樹脂涂覆物構(gòu)成的樹脂的耐熱強(qiáng)度的樹脂增強(qiáng)相構(gòu)成的基質(zhì)部分的圖解，而圖1B是其主要部分的放大圖。
圖2是表示用于測量燃料電池隔板的接觸電阻值的試樣的示意圖。
圖3是示意性地表示用于測量燃料電池隔板接觸電阻值的測試儀圖解，該測試儀中固定著用于測量燃料電池隔板接觸電阻值的試樣。
本發(fā)明的詳細(xì)描述下面詳細(xì)描述實(shí)施本發(fā)明的說明性實(shí)施例。
首先，描述本發(fā)明中要使用的碳粉、要在該碳粉上形成的樹脂涂覆物、樹脂增強(qiáng)相、以及復(fù)合材料基質(zhì)。
碳粉通常用石墨粉末作為碳粉。對(duì)該石墨粉末并不作具體限定，可以使用的例子包括各種形狀的天然石墨，例如鱗片狀、粒狀、塊狀和土壤狀；例如形狀為塊狀的人工石墨，它是通過對(duì)諸如石油焦炭或?yàn)r青焦炭以及纖維狀人工石墨的主要原材料進(jìn)行捏合、模塑、焙燒或石墨化制得的，所述纖維狀人工石墨例如諸如PAN、人造絲、或?yàn)r青的碳纖維，碳纖維或復(fù)合材料的紡織品或無紡織物，根據(jù)情況需要，它們被研磨成粉狀；以及膨脹石墨。
從諸如電導(dǎo)率和電池性能的特性方面考慮，理想的是，在諸如石墨粉末的碳粉中灰分占重量的1％或更低，特別是占重量的0.5％或更低。另外理想的是，堿金屬、堿土金屬和過渡金屬含量為500ppm或更少，特別是100ppm或更少。
另外，從諸如所得隔板的表面光潔度和電池性能的特性方面考慮，理想的是，碳粉中揮發(fā)分占重量的2％或者更低，特別是占重量的1％或者更低。另外，固定碳含量優(yōu)選占重量的98％或者更高，特別優(yōu)選是占重量的99％或者更高。
從諸如隔板性能的特性方面考慮，碳粉中最大粒度的粒度(原生粒度)優(yōu)選為1000μm或者更小，更優(yōu)選為500μm或者更小，特別優(yōu)選為300μm或者更小。但是，由諸如模塑性和隔板性能的特性方面考慮，理想的是不含細(xì)粉末(例如0.1μm或更小的細(xì)粉末)，于是平均粒度優(yōu)選為1到100μm，更優(yōu)選為3到70μm，特別優(yōu)選為5到50μm。
在諸如碳纖維的碳粉情況下，理想的是，纖維直徑一般為1到50μm，優(yōu)選為3到20μm，特別優(yōu)選為4到15μm。纖維長度一般為10到500μm，優(yōu)選為50到500μm，更優(yōu)選是100到500μm。在這點(diǎn)上，該纖維長度是燃料電池隔板成型用復(fù)合材料中的平均纖維長度。該平均纖維長度可按照以下方式測量。
將燃料電池隔板成型用復(fù)合材料充分浸到液氮(一般約為5分鐘)中，然后用錘子粉碎。利用電子顯微鏡在約為500μm的視域內(nèi)沿長度和寬度方向觀察斷裂面，并觀察該視域內(nèi)100根纖維的長度。計(jì)算100根纖維的長度算術(shù)平均值，將其作為平均纖維長度。
另外，制造過程中通過破碎并粉碎材料，這將在后面描述，可以考慮使用該范圍之外的較大材料，但是長度一般約為50mm。
要涂覆樹脂的碳粉單位不僅是前面描述的原生顆粒，而且也可以是諸如次生顆粒的聚集體。于是，其下限是原生粒度的下限，為1μm或者更高，但其上限通常為500μm或者更低，優(yōu)選為400μm，特別是300μm或者更低。在尺寸超過該上限值的情況下，所得燃料電池隔板在施加應(yīng)力時(shí)的抗變形能力變得很低，基質(zhì)的微觀均勻性有降低傾向。
樹脂涂覆物依照本發(fā)明，將樹脂涂覆物作成一般能覆蓋為70％或者更高、優(yōu)選為80％或者更高、更優(yōu)選為90％或者更高的碳粉表面(原生顆粒或者聚集體)。例如，通過觀察成型用復(fù)合材料或者成型后燃料電池隔板的厚度方向的SEM照片，能夠檢驗(yàn)樹脂涂覆碳粉的涂覆條件。
依照本發(fā)明的方法，其中樹脂涂覆物形成用的樹脂與要混溶樹脂的有機(jī)溶劑完全相容，然后混合碳粉并干燥，這將在后面描述，根據(jù)涂覆條件，有95％或者更高的碳粉表面或者基本上整個(gè)碳粉表面都覆蓋了樹脂涂覆物。樹脂涂覆物涂覆碳粉表面的較高涂覆比是理想的，這是因?yàn)?，通過提高碳粉與樹脂增強(qiáng)相之間的相容性，能使碳粉間的孔隙得到樹脂的有效填充。
構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂優(yōu)選具有100℃或更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，該溫度更優(yōu)選為90℃或者更低，進(jìn)一步更優(yōu)選為80℃或者更低，這是因?yàn)椋谥圃烊剂想姵馗舭宄尚陀脧?fù)合材料過程中或者制造隔板過程中，它們?cè)谌廴跁r(shí)會(huì)具有良好的流動(dòng)性，并且容易吸附到碳粉表面上。
關(guān)于用于該方法的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下限，該方法中樹脂完全混溶到有機(jī)溶劑中，然后與碳粉混合并干燥，該下限可以是能保證樹脂與有機(jī)溶劑兼容的溫度，在橡膠情況下，可用的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為-60℃。于是，構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂的Tg一般為-60℃到100℃。
在這點(diǎn)上，由于燃料電池通常在水沸點(diǎn)左右的溫度下使用，因此構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂的熔點(diǎn)優(yōu)選為50℃或者更高，更優(yōu)選為80℃或者更高，特別優(yōu)選為100℃或者更高。構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂的熔點(diǎn)上限約為200℃或者更低。
構(gòu)成樹脂涂覆物的樹脂的例子包括所謂的通用熱塑性樹脂，例如諸如聚苯乙烯、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樹脂，聚烯烴樹脂，聚氯乙烯樹脂，聚乙烯醇縮丁醛樹脂，丙烯酸樹脂，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，聚醋酸乙烯酯，聚偏二氯乙烯樹脂，聚乙烯醚，聚乙烯醇以及乙烯-乙烯醇共聚物。還可以使用橡膠，它們被分成所謂的相對(duì)樹脂橡膠(rubber againstresin)和所謂的熱塑性彈性體，所述相對(duì)樹脂橡膠包括天然橡膠(異戊二烯橡膠)，二烯橡膠，該二烯橡膠例如丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、以及丁基橡膠；合成橡膠，例如乙烯-丙烯橡膠、聚氨酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠，所述熱塑性彈性體例如苯乙烯熱塑性彈性體，聚氨酯熱塑性彈性體，聚酯熱塑性彈性體，聚酰胺熱塑性彈性體，以及聚烯烴熱塑性彈性體。另外，還可以使用通用熱固性樹脂，例如酚醛樹脂、脲醛樹脂、密胺樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、以及酮類樹脂。
這些樹脂可單獨(dú)使用，或者兩種或兩種以上結(jié)合使用。
在這些樹脂中，理想的是選擇選自通用樹脂或者橡膠或者熱塑性彈性體，這是因?yàn)橛蒙倭烤湍塬@得樹脂涂覆物的效果，同時(shí)還能提高機(jī)械強(qiáng)度和模塑性。苯乙烯作為通用熱塑性樹脂是理想的，諸如二烯橡膠或者乙烯-丙烯橡膠的烴橡膠也是優(yōu)選的，苯乙烯熱塑性彈性體或者聚烯烴熱塑性彈性體作為熱塑性彈性體也是理想的。
樹脂涂覆物的厚度要盡可能薄，只要下面描述的樹脂增強(qiáng)相能通過樹脂涂覆物以面接觸方式與碳粉接觸就可以，其厚度下限一般為1μm或者更高，優(yōu)選為2μm或者更高。當(dāng)樹脂涂覆物的厚度比這薄時(shí)，樹脂涂覆就不能準(zhǔn)確進(jìn)行。另外，樹脂涂覆物厚度的上限一般為50μm或者更低，優(yōu)選為30μm或者更低，更優(yōu)選是10μm或者更低。當(dāng)樹脂涂覆物的厚度比這厚時(shí)，由于碳粉很難相互接觸，并且很難發(fā)揮構(gòu)成樹脂增強(qiáng)相的樹脂本身所固有的性能，于是產(chǎn)生降低電導(dǎo)率的傾向。
如果以碳粉的重量占100份為基礎(chǔ)，樹脂涂覆物對(duì)碳粉的組成比下限通常占重量的0.1份或者更高，優(yōu)選占重量的1份或者更高，更優(yōu)選占重量的5份或者更高。當(dāng)樹脂涂覆物的組成比小于該比值時(shí)，樹脂涂覆不能精確進(jìn)行。另外，如果以碳粉的重量占100份為基礎(chǔ)，樹脂涂覆物的組成比上限通常占重量的50份或者更低，優(yōu)選占重量的40份或者更低，更優(yōu)選占重量的30份或者更低。當(dāng)樹脂涂覆物的組成比高于該比值時(shí)，由于碳粉很難彼此接觸，并且很難發(fā)揮構(gòu)成樹脂增強(qiáng)相的樹脂本身所固有的性能，于是產(chǎn)生降低電導(dǎo)率的傾向。
樹脂增強(qiáng)相樹脂增強(qiáng)相由耐熱性比樹脂涂覆物形成樹脂的耐熱性高的樹脂構(gòu)成。該耐熱性可用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度表示(Tg)。
為了提供耐熱性比樹脂涂覆物的樹脂的耐熱性高的樹脂增強(qiáng)相，該樹脂增強(qiáng)相樹脂的Tg應(yīng)當(dāng)高于樹脂涂覆物樹脂的Tg，理想的是該溫度一般高于20℃或者更高，優(yōu)選高于30℃或者更高，更優(yōu)選高于50℃或者更高。
作為構(gòu)成樹脂增強(qiáng)相的樹脂，由于所得的燃料電池隔板要表現(xiàn)高耐熱性、高強(qiáng)度和高耐用性，因此理想的是樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下限為120℃或者更高，優(yōu)選為130℃或者更高，更優(yōu)選是150℃或者更高，特別是180℃或者更高。
但是，反之，當(dāng)構(gòu)成樹脂增強(qiáng)相的樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度太高時(shí)，在所得復(fù)合材料中該樹脂與樹脂涂覆物的接界區(qū)域變得不太一致，碳粉中的孔隙率變高，樹脂增強(qiáng)相很難以面接觸方式通過所得的樹脂涂覆物分散到碳粉表面，因此理想的是將其上限調(diào)節(jié)為350℃或者更低，優(yōu)選為300℃或者更低。于是樹脂增強(qiáng)相構(gòu)成樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般為120到350℃。
在這一點(diǎn)上，例如從熱壓時(shí)的模塑性方面出發(fā)，樹脂增強(qiáng)相構(gòu)成樹脂的熔點(diǎn)上限優(yōu)選為400℃或者更低，更優(yōu)選為350℃或者更低，最優(yōu)選是300℃或者更低。另外，理想的是，樹脂增強(qiáng)相構(gòu)成樹脂的熔點(diǎn)下限一般是100℃或者更高，這是因?yàn)槿剂想姵赝ǔＪ窃谒悬c(diǎn)溫度左右的溫度下使用，這也與所使用的樹脂涂覆物相關(guān)。
理想的是，樹脂增強(qiáng)相以面接觸方式分散在樹脂涂覆物上，例如，該狀態(tài)可通過對(duì)成型用復(fù)合材料或者成型后燃料電池隔板的厚度方向進(jìn)行SEM照相觀察到。理想的是，樹脂增強(qiáng)相外圍對(duì)樹脂涂覆物的接觸比通常為10％或者更高，優(yōu)選為20％或者更高。鑒于諸如機(jī)械性能的某些特性，優(yōu)選的是該接觸比要盡可能高。
就此而論，在下面描述的基質(zhì)孔隙率項(xiàng)目中以說明性方式描述樹脂增強(qiáng)相外圍對(duì)樹脂涂覆物的接觸比。
作為構(gòu)成樹脂增強(qiáng)相的樹脂，所謂的工程塑料是理想的，它們的例子包括不飽和聚酯，例如聚苯硫醚樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚烯丙基酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、以及聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)，高耐熱熱塑性樹脂，例如聚醚醚酮樹脂、聚烯丙基砜樹脂、聚酰亞胺樹脂、含氟樹脂、液晶聚合物、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚縮醛樹脂、以及聚苯醚樹脂。
這些樹脂可以單獨(dú)使用，或者兩種或兩種以上結(jié)合使用。
在這一點(diǎn)上，例如，在使形成涂層覆蓋物的樹脂提前得到相容或者提前混合時(shí)，或者在對(duì)形成了樹脂涂覆物的碳粉進(jìn)行捏合，在捏合的同時(shí)將其兼容時(shí)，可將用于形成增強(qiáng)相的樹脂獨(dú)立地與其它樹脂混合，附帶條件是它們具有對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)化溫度(Tg為120℃或者更高)的耐熱性。
以碳粉按重量計(jì)為100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，樹脂增強(qiáng)相樹脂的比率下限一般為1份或者更高，優(yōu)選為5份或者更高，更優(yōu)選為10份或者更高。在樹脂增強(qiáng)相樹脂的比率比這低時(shí)，很難產(chǎn)生所得隔板的機(jī)械強(qiáng)度。另外，以碳粉按重量計(jì)為100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，樹脂增強(qiáng)相樹脂的比率上限一般占100份或者更低，優(yōu)選90份或者更低，更優(yōu)選占80份或者更低。在比率比這高時(shí)，所得隔板的電導(dǎo)率傾向于降低。
依照本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，正如圖1中示意性地示出的(圖1A是它的剖面示意圖，圖1B是圖1A主要部分的放大視圖)，已經(jīng)考慮到，通過利用樹脂增強(qiáng)相3填充經(jīng)過樹脂涂覆物2涂覆的碳粉1之間的孔隙形成基質(zhì)。
即，在燃料電池隔板成型用復(fù)合材料或者成型后的燃料電池隔板中，通過填充碳粉1連同其它的碳粉1，或者借助樹脂涂覆物2，能有效地形成導(dǎo)電通道，通過具有高耐熱性樹脂粘接劑填充最后的孔隙，或者在形成了樹脂涂覆物的碳粉1的外圍被樹脂增強(qiáng)相3包圍的狀態(tài)下，使高耐熱性樹脂增強(qiáng)相3以面接觸方式分散到碳粉1的表面上，從而形成了孔隙率低的基質(zhì)。
通過SEM照相驗(yàn)證象該基質(zhì)孔隙部分4這一類的狀態(tài)。
該基質(zhì)孔隙率的上限一般為10％或者更低，優(yōu)選為8％或者更低，更優(yōu)選為7％或者更低。當(dāng)孔隙率比這大時(shí)，所得燃料電池隔板的機(jī)械強(qiáng)度傾向于降低。孔隙率下限要盡可能低，但在孔隙率接近2％時(shí)，特別是達(dá)到1％時(shí)，會(huì)降低諸如捏合這類的處理所需的負(fù)擔(dān)，從而能制備出機(jī)械性能和電學(xué)性能優(yōu)良的燃料電池隔板。因此，基質(zhì)的孔隙率一般為1到10％。
在這一點(diǎn)上，正如前面所描述的，理想的是讓樹脂增強(qiáng)相3以面接觸方式分散到形成了樹脂涂覆物2的碳粉1上，樹脂增強(qiáng)相3的外圍對(duì)形成了樹脂涂覆物2的碳粉1的接觸比一般為10％或者更高，優(yōu)選為20％或者更高。例如，如圖1B所示，復(fù)合材料中，樹脂增強(qiáng)相3存在于覆蓋了樹脂涂覆物2的碳粉1之間，基質(zhì)是通過用樹脂增強(qiáng)相3填充碳粉1之間的孔隙4形成的，該情況下，該與涂覆物的接觸比可通過以下方式計(jì)算與形成了樹脂涂覆物2的碳粉1相接觸的5條曲線a-b、b-c、d-e、e-f和f-g的總長對(duì)構(gòu)成樹脂增強(qiáng)相3的外圍接觸面的7條曲線a-b、b-c、c-d、d-e、e-f、f-g和g-a的總長的比值。
如果以碳粉重量占100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，構(gòu)成基質(zhì)的樹脂涂覆物形成樹脂的總含量與樹脂增強(qiáng)相形成樹脂的含量比一般為1.1份或者更高，優(yōu)選為2份或者更高，更優(yōu)選為5份或者更高。當(dāng)含量比小于這些值時(shí)，難以獲得所得燃料電池隔板的機(jī)械強(qiáng)度。如果以碳粉重量占100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，樹脂涂覆物與樹脂增強(qiáng)相的總樹脂含量比例上限一般為150份或者更低，優(yōu)選為140份或者更低，更優(yōu)選為130份或者更低。當(dāng)含量比比這大時(shí)，所得燃料電池隔板的電導(dǎo)率傾向于降低。
在該點(diǎn)上，由于構(gòu)成基質(zhì)的整個(gè)樹脂涂覆物形成樹脂和樹脂增強(qiáng)相形成樹脂的總量隨燃料電池隔板的成型方法而變化，因此例如通過需要較大量樹脂的注射成型方法獲得的燃料電池隔板存在電導(dǎo)率次于通過模壓成型獲得的燃料電池隔板的電導(dǎo)率的趨勢(shì)，但是當(dāng)通過各自的成型方法形成樹脂涂覆物時(shí)，在電導(dǎo)率得到提高的同時(shí)，機(jī)械性能也得到提高。
另外，樹脂涂覆物形成樹脂的含量對(duì)樹脂增強(qiáng)相形成樹脂的含量的比值(重量比)下限(在增強(qiáng)相形成樹脂比例最大時(shí))一般為1/99或者更高，優(yōu)選為9/95或者更高。當(dāng)增強(qiáng)相形成樹脂大于該比值時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)樹脂涂覆物與樹脂增強(qiáng)相之間的面接觸。另外，樹脂涂覆物形成樹脂的含量對(duì)樹脂增強(qiáng)相形成樹脂的含量的比(重量比)的上限(當(dāng)增強(qiáng)相形成樹脂比例為最小時(shí))一般為30/70或者更小，優(yōu)選為25/75，更優(yōu)選為20/80或者更小。當(dāng)增強(qiáng)相形成樹脂小于該比值時(shí)，難以使樹脂增強(qiáng)相產(chǎn)生足夠機(jī)械強(qiáng)度。
該基質(zhì)的體積密度下限一般為1.5g/cc或者更高，優(yōu)選為1.6g/cc或者更高，更優(yōu)選為1.7g/cc或者更高。當(dāng)基質(zhì)的體積密度比這低時(shí)，由于基質(zhì)中存在太多孔隙，因此所得隔板的機(jī)械強(qiáng)度傾向于降低。因?yàn)槔硐氲氖且愿咛畛浔忍畛涮挤?，所以基質(zhì)的體積密度上限要盡可能高，但是純碳粉的密度、即2.2g/cc左右的石墨密度為上限。因此，基質(zhì)的體積密度一般為1.5到2.2g/cc。
本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料可具有任何隨意形狀，但它一般是小球或者粉末形式。當(dāng)本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料是小球形式時(shí)，理想的是通過注射成型其尺寸應(yīng)使其具有良好的處理能力，所述小球直徑一般為1mmφ或者更高，優(yōu)選為1.5mmφ或者更高，更優(yōu)選是2mmφ或者更高，其一般為10mmφ或者更低，優(yōu)選為7mmφ或者更低，更優(yōu)選為5mmφ或者更低。此外，在粉末形式情況下，理想的是它的尺寸能使其顯現(xiàn)出良好的模壓成型處理能力，能實(shí)現(xiàn)均勻裝填到模具內(nèi)，其平均粒度一般為0.05mm或者更高，優(yōu)選為0.1mm或者更高，更優(yōu)選為0.2mm或者更高，其一般為1mm或者更低，優(yōu)選為0.9mm或者更低，更優(yōu)選為0.8mm或者更低，它的最大粒度一般為2mm或者更低，優(yōu)選為1.5mm或者更低，它的最小粒度一般為0.02mm或者更高，優(yōu)選為0.03mm或者更高。
一般通過利用任意研磨機(jī)將小球研磨成粉末來制備該粉末，或者該粉末是成粒產(chǎn)物。
本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料除了含有形成了樹脂涂覆物的碳粉外還包括導(dǎo)電材料。該情況下，理想的是，按重量計(jì)成型用復(fù)合材料含有含量比例為30％或者更低的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料含量比例的下限約占重量的0.1％。
雖然對(duì)要包含進(jìn)來的導(dǎo)電材料種類不作特別限制，但是它們的例子包括一種或者兩種或者更多種選自以下物質(zhì)組成的組中的物質(zhì)石墨，膨脹石墨，碳黑，碳纖維，汽相外延碳纖維，碳納米管，富勒烯(fullerene)，以及金屬。作為金屬，是以鋁、銅、鋅、鐵、以及它們的合金作為例子。
對(duì)導(dǎo)電材料的形狀沒有特別限制，可以采用各種形狀，例如鱗片狀，粒狀，塊狀和纖維狀。當(dāng)導(dǎo)電材料是粉末形式時(shí)，理想的是它的粒徑與碳粉粒徑類似，而且理想的是，與碳粉情況類似，在該導(dǎo)電材料上也形成了樹脂涂覆物，這是因?yàn)檫@樣可以進(jìn)一步提高隔板的機(jī)械性能。
下面描述本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法。
為了依照本發(fā)明的方法制造燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，將樹脂涂覆物形成樹脂(第一樹脂)完全混溶在有機(jī)溶劑中，使它們與碳粉混合，形成樹脂涂覆物，然后與高耐熱性樹脂(第二樹脂)混合，所述高耐熱性樹脂與有機(jī)溶劑的相容性很低，或者基本沒有相容性，對(duì)所得混合物進(jìn)行加熱，使它們?nèi)刍?，然后進(jìn)行捏合，以獲得樹脂增強(qiáng)相。
樹脂與有機(jī)溶劑的相容性與樹脂的耐熱性相關(guān)，存在這樣一個(gè)趨勢(shì)，即隨著耐熱性變高，與同一有機(jī)溶劑的相容性就會(huì)降低。也就是說，與形成樹脂涂覆物的樹脂對(duì)有機(jī)溶劑的相容性相比，當(dāng)將與該有機(jī)溶劑有更低相容性的樹脂用作形成樹脂增強(qiáng)相的樹脂時(shí)，涂覆了樹脂涂覆物的碳粉連同耐熱性高于樹脂涂覆物構(gòu)成樹脂的耐熱性的樹脂增強(qiáng)相一起構(gòu)成基質(zhì)。
樹脂涂覆物形成樹脂、樹脂增強(qiáng)相形成樹脂以及碳粉為如前面所描述的那些。
在這點(diǎn)上，能夠與有機(jī)溶劑相容的有機(jī)溶劑是指通過下面的相容實(shí)驗(yàn)顯示出有10％或者更高的樹脂溶解度的溶劑。
另外，在樹脂與有機(jī)溶劑具有低相容性或者基本沒有相容性的情況下，術(shù)語“低相容性”是指樹脂的溶解度為30％或者更低，術(shù)語“基本沒有相容性”是指樹脂的溶解度為10％或者更低。特別是，樹脂溶解度為10％或者更低的有機(jī)溶劑能形成高耐熱性樹脂增強(qiáng)相，因此這是理想的。
在室溫(25℃)下，將尺寸切割、碾碎或者磨碎到5mm或者更低的樹脂(此后稱之為“材料樹脂”)與有機(jī)溶劑混合，所述有機(jī)溶劑用量為以樹脂重量比為基礎(chǔ)的5倍體積，然后在1000rpm的條件下攪拌2小時(shí)，通過過濾結(jié)構(gòu)立即收集最后得到的混合物(此后稱之為“相容產(chǎn)物”)，然后干燥。稱量通過過濾收集到的樹脂重量，根據(jù)以下公式計(jì)算樹脂溶解度。
樹脂溶解度(％)＝{(材料樹脂重量-收集到的樹脂重量)/材料樹脂重量}×100。
當(dāng)混合兩種或多種樹脂，并將它們用于制造本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料時(shí)，在相同使用模式下以類似于樹脂使用混合比的比例進(jìn)行相容性實(shí)驗(yàn)，即借助通過熔融或者捏合結(jié)合兩種或者多種樹脂時(shí)的相應(yīng)方式混合樹脂，或者借助通過簡易地使兩種或多種樹脂以各自的小球形式混合而使用它們時(shí)的相應(yīng)方式混合樹脂，以此進(jìn)行相容性實(shí)驗(yàn)。
另外，在通過混合方式使用兩種或多種有機(jī)溶劑時(shí)，通過相同的使用模式和相同的有機(jī)溶劑使用混合比進(jìn)行相容性實(shí)驗(yàn)。
此外，完全相容是指，有機(jī)溶劑與樹脂涂覆物形成用樹脂的混合物在將它們與碳粉混合時(shí)用肉眼觀察表現(xiàn)為單相。
在與樹脂涂覆物形成用樹脂實(shí)現(xiàn)完全相容時(shí)使用的有機(jī)溶劑例子包括烷烴，例如丁烷、戊烷、己烷、庚烷和辛烷；環(huán)烷烴，例如環(huán)戊烷、環(huán)己烷、環(huán)庚烷和環(huán)辛烷；醇類，例如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇、十一烷醇、雙丙酮醇、糠醇、苯甲醇；溶纖劑，例如甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、醋酸甲酯溶纖劑、醋酸乙酯溶纖劑；丙二醇，例如丙二醇獨(dú)甲醚、丙二醇獨(dú)乙醚、丙二醇獨(dú)丁醚、丙二醇獨(dú)甲醚醋酸酯、丙二醇獨(dú)乙醚醋酸酯、丙二醇獨(dú)丁醚醋酸酯、以及二丙二醇雙甲醚；酮類，例如丙酮、甲基乙基丙酮、環(huán)庚酮和苯乙酮；醚類，例如二氧六環(huán)和四氫呋喃；酯類，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；鹵代烴，例如氯仿、二氯甲烷、和四氯乙烷；芳香烴，例如苯、甲苯、二甲苯、甲苯酚、戊基苯、吡啶、苯胺和苯酚；以及強(qiáng)極性溶劑，例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、和N-甲基吡咯烷酮；其中芳香烴是優(yōu)選的。
如果以樹脂涂覆物形成用樹脂的重量占1份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，這些有機(jī)溶劑的用量下限一般為0.5份或者更高，優(yōu)選占1份或者更高，更優(yōu)選占1.5份或者更高。當(dāng)用量比這低時(shí)，樹脂涂覆物的涂覆不能完全進(jìn)行，還要花費(fèi)很多時(shí)間回收溶劑，這很沒有效率。如果以樹脂涂覆物形成用樹脂的重量占1份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，有機(jī)溶劑用量的上限一般占10份或者更低，優(yōu)選占5份或者更低。當(dāng)用量比這高時(shí)，樹脂不能充分分散到碳粉表面上。
可通過簡易混合或者沖洗已完全混溶到有機(jī)溶劑中的樹脂涂覆物形成用樹脂來實(shí)現(xiàn)碳粉與已經(jīng)完全與樹脂涂覆物形成用樹脂相容的有機(jī)溶劑的混合。作為例子，可以采用利用混合機(jī)將它們均勻混合的方法，所述混合機(jī)例如滾筒式攪拌器，螺旋葉片式攪拌器，V型攪拌器，Henschel混合機(jī)，或者高速混合機(jī)，或者可以采用利用捏合機(jī)將它們混合與捏合的方法，所述捏合機(jī)例如單或雙螺桿擠出機(jī)、碾壓機(jī)、Banbury混合機(jī)，捏合機(jī)或者Brabender。在這點(diǎn)上，要提前用所用有機(jī)溶劑濕潤碳粉。
碳粉對(duì)已經(jīng)完全與樹脂涂覆物形成用樹脂相容的有機(jī)溶劑的混合比可以這樣任選使樹脂涂覆物形成用樹脂對(duì)碳粉的比成為前面所描述的范圍。關(guān)于該混合過程中的溫度條件，其要在能實(shí)現(xiàn)均勻混合的范圍內(nèi)，或者根據(jù)場合需要在加熱條件下進(jìn)行。理想的是，一般在室溫(25℃)或者更高溫度下進(jìn)行混合，優(yōu)選在30℃或者更高、但要在80℃或者更低、優(yōu)選在60℃或者更低的溫度下進(jìn)行。
關(guān)于混合時(shí)的攪拌條件，要以能實(shí)現(xiàn)均勻混合為限選擇轉(zhuǎn)速和時(shí)間?；旌蠒r(shí)間一般為1分鐘到10小時(shí)，優(yōu)選為幾分鐘到幾小時(shí)。
在通過混合使它們變成膏體狀態(tài)時(shí)，任選的是在加熱條件下干燥。有關(guān)加熱條件，理想的是選擇能使有機(jī)溶劑蒸發(fā)的溫度和時(shí)段。作為說明，可將加熱溫度設(shè)定為200℃或者更低，將加熱時(shí)間設(shè)定為幾分鐘到幾十個(gè)小時(shí)，進(jìn)行干燥直到按重量計(jì)有機(jī)溶劑的含量優(yōu)選變?yōu)?％或更低。
將與以這種方式形成了樹脂涂覆物的碳粉與樹脂增強(qiáng)相形成用樹脂混合，加熱，或者利用諸如滾筒式攪拌器、螺旋葉片式攪拌器、V型攪拌器、Henschel混合機(jī)、或者高速混合機(jī)的混合機(jī)進(jìn)行加熱和混合，實(shí)現(xiàn)混合熔融狀態(tài)，或者利用捏合機(jī)對(duì)它們進(jìn)行混合、捏合和擠出，獲得小球，根據(jù)場合需要該小球要進(jìn)一步研磨成粉末，其中所述捏合機(jī)為例如單或雙螺桿擠出機(jī)、碾壓機(jī)、Banbury混合機(jī)、捏合機(jī)或者Brabender。
在對(duì)樹脂增強(qiáng)相形成用樹脂與形成了樹脂涂覆物的碳粉進(jìn)行混合時(shí)，這兩個(gè)部分的形狀一般是粉末形，其平均粒度的下限一般為10μm或者更高。當(dāng)平均粒度低于該值時(shí)，粉末會(huì)在混合時(shí)或者在料斗中越過時(shí)在空中揚(yáng)起，于是會(huì)阻礙粉末的平穩(wěn)供應(yīng)。關(guān)于平均粒度的上限，在將其作成一般為5mm或者更低、優(yōu)選為2mm的小球時(shí)，更優(yōu)選的是將它研磨成1mm或者更小的粉末(粉末形式)時(shí)，可以進(jìn)行快速捏合。在捏合過程中，根據(jù)場合需要可再加入有機(jī)溶劑。
對(duì)捏合條件沒有特別限制，可這樣任意地選擇溫度和時(shí)間，從而例如按照以下方式能夠平穩(wěn)地捏合。
捏合溫度的下限一般高于樹脂增強(qiáng)相所用樹脂的熔點(diǎn)50℃或者更高，優(yōu)選高100℃或更高溫度。當(dāng)溫度比它低時(shí)，不能產(chǎn)生足夠的快速流動(dòng)，不能完全實(shí)現(xiàn)樹脂涂覆物與樹脂增強(qiáng)相之間的緊密接觸。盡管未能根據(jù)樹脂種類籠統(tǒng)地限定捏合溫度的上限，但太高溫度會(huì)引起所用樹脂損傷，因此將該溫度設(shè)定在低于不會(huì)引起損傷的溫度的水平，即，一般為450℃或者更低，優(yōu)選為400℃或者更低。
盡管未能根據(jù)要使用的捏合機(jī)籠統(tǒng)地限定出捏合時(shí)間，但其一般為1分鐘到10小時(shí)，優(yōu)選為幾分鐘到幾小時(shí)。
在將導(dǎo)電材料包含到這樣獲得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料中時(shí)，可通過將導(dǎo)電材料加到選自下面(1)到(5)中的一個(gè)或多個(gè)情形中來實(shí)現(xiàn)將其包含到成型用復(fù)合材料中。
(1)碳粉(2)形成樹脂涂覆物的樹脂，所述樹脂與有機(jī)溶劑完全相容(3)在對(duì)已與有機(jī)溶劑完全相容的樹脂涂覆物形成用樹脂和碳粉進(jìn)行混合時(shí)，和/或它們的混合物(4)形成樹脂增強(qiáng)相的樹脂(5)在對(duì)形成了樹脂涂覆物的碳粉與形成樹脂增強(qiáng)相的樹脂進(jìn)行混合時(shí)，和/或它們的混合物在這點(diǎn)上，本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料優(yōu)選通過本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法來制造，但其不限于該方法，它也可以通過另一種方法制造。
下面描述本發(fā)明的燃料電池隔板及其制造方法。
本發(fā)明的燃料電池隔板可通過以下方式制造對(duì)本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料或者通過本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法制造的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料實(shí)施加熱熔化和模塑成型。該模塑可以是任何模塑成型方法，其不僅包括模壓成型，而且包括注射成型和注射模壓成型。
盡管沒有特別限定本發(fā)明燃料電池隔板的尺寸和形狀，可以列舉是這樣一種扁平隔板，其縱向和橫向長度分別都是50到1000mm，特別是80到500mm，其厚度為0.5到幾十毫米，特別是1到10毫米。
當(dāng)在該模塑成型過程中平行于模具表面形成大量線性突起行時(shí)，就可在成型后的扁平隔板的一側(cè)或者兩側(cè)形成反應(yīng)氣流通道，它們對(duì)應(yīng)于線性突起行。
本發(fā)明的該燃料電池隔板的體積電阻率上限一般為200mΩ·cm或者更低，優(yōu)選為150mΩ·cm或者更低，更優(yōu)選為100mΩ·cm或者更低。理想的是使體積電阻率盡可能低，但其一般為幾mΩ·cm或者更高。
本發(fā)明燃料電池隔板的接觸電阻上限一般為200mΩ·cm2或者更低，優(yōu)選為150mΩ·cm2或者更低，更優(yōu)選為100mΩ·cm2或者更低。理想的是接觸電阻也要盡可能低，但它一般是幾mΩ·cm2或者更高。
另外，本發(fā)明的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料滿足以下機(jī)械性能(1)和(2)。
(1)依照J(rèn)IS K7171測量，隔板的彎曲強(qiáng)度一般為30Mpa或者更高，優(yōu)選為40Mpa或者更高。理想的是，該彎曲強(qiáng)度要盡可能強(qiáng)，但實(shí)踐中能得到的值約高達(dá)100Mpa。
(2)依照J(rèn)IS K7171測量，隔板的彎曲斷裂形變一般為1％或者更高，優(yōu)選為1.5％或者更高，更優(yōu)選為2％或者更高。理想的是彎曲斷裂形變要盡可能大，但在考慮與電學(xué)性能的平衡時(shí)，其上限實(shí)際約為5％。
下面參照舉例更直觀地描述本發(fā)明，但在不超越本發(fā)明要點(diǎn)的情況下，本發(fā)明不受以下例子限制。
例1
將2000g天然石墨粉末(平均粒度為30μm)與500cc甲苯混合，以濕潤石墨粉末，將通過把160g聚苯乙烯溶到500cc的甲苯中而制得的溶液加到濕潤了的石墨粉末中，利用雙臂捏合機(jī)將混合物捏合1小時(shí)，然后在110℃下加熱干燥5小時(shí)。將該捏合后的材料連同64g碳黑(Ketchen Black EC(DBP吸油量為360cm3/100g，表面積(BET)為800m2/g，揮發(fā)份為0.5％，pH為9.0，灰分為0.05))、286g聚苯醚、667g苯乙烯熱塑性彈性體以及500cc甲苯一起置于高速混合機(jī)中，其中所述苯乙烯熱塑性彈性體是苯乙烯-丁二烯的嵌段共聚物的加氫衍生物(苯乙烯含量約30wt％)，將混合機(jī)內(nèi)容物混合4分鐘，然后利用設(shè)定在280℃的雙螺桿擠出機(jī)捏合。接著，用混合機(jī)將捏合后的樣品照自然狀態(tài)研磨成最大粒度為1mm或者更低的粉末，從而獲得燃料電池隔板成型用的復(fù)合材料。稱取100g復(fù)合材料部分，將其裝填到薄板用量(sheet use)為100×100mm的壓模中。在溫度為270℃、壓力為98Mpa的條件下將其模壓5分鐘，使其自然冷卻到40℃，然后減壓，于是制得扁平形燃料電池用隔板，其在縱向和橫向的長度為100mm，厚度為5mm。
這樣獲得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的基質(zhì)孔隙率約為1％，樹脂涂覆物的厚度約為7μm，樹脂增強(qiáng)相外圍對(duì)涂覆了樹脂覆蓋物的碳粉的接觸比約為80％。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼檢測時(shí)的表面狀態(tài)平滑而無特別不均勻性，其體積密度為1.62g/cc。另外，利用四端子系統(tǒng)電阻測試儀(Mitsubishi Kagaku“Loresta MP”)測量縱向和橫向長度都為100mm、厚度為5mm的平面試樣的體積電阻率。取5點(diǎn)平均值得體積電阻率為293mΩ·cm。
接著，依照J(rèn)IS K7171，從隔板上切出長度為100mm、橫向長度為10mm、厚度為5mm的試樣，在離支撐點(diǎn)距離為80mm的位置向隔板表面施加壓痕器負(fù)載，以5mm/min的測試速度測量試樣的彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。在將5點(diǎn)的平均值用作測量值時(shí)，彎曲強(qiáng)度為30Mpa，彎曲斷裂形變?yōu)?.2mm(3.0％)。
例2利用500g PAN碳纖維(由Mitsubishi Rayon制造；纖維直徑為7.5μm，纖維長度為1cm)作為碳粉，使其與250cc甲苯混合，以濕潤該碳纖維，將由3.8g與例1中碳黑相同的碳黑、7.7g汽相延生碳纖維(都是導(dǎo)電材料)以及通過將38.5g聚苯乙烯溶到250cc甲苯中制得的溶液組成的混合物加到濕潤后的碳纖維中，在40℃下利用雙臂捏合機(jī)捏合該混合物達(dá)1小時(shí)，然后在100℃下加熱干燥3小時(shí)。將該捏合后的材料與30.8g碳黑、61.5g汽相延生碳纖維與307.7g聚苯硫醚混合，利用設(shè)定在300℃的雙螺桿擠出機(jī)熔融捏合該混合物。接著，利用割機(jī)照自然狀態(tài)將捏合后的樣品研磨成最大粒度為6mm或者更低的粉末，于是獲得燃料電池隔板成型用復(fù)合材料。利用模具溫度設(shè)定為100℃、料筒溫度設(shè)定為350℃的注射成型機(jī)對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行注塑成型，注射時(shí)間為0.82秒，于是制得縱向和橫向長度都為100mm、厚度為2mm的扁平燃料電池用隔板。
這樣制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的基質(zhì)孔隙率約為3％，樹脂涂覆物厚度約為5μm，樹脂增強(qiáng)相外圍與涂覆了樹脂涂覆物的碳粉的接觸比約為50％。燃料電池隔板成型用復(fù)合材料中，所述含碳纖維的平均纖維長度為254μm。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼檢測時(shí)的表面狀態(tài)為平滑而無特別不均勻處，其體積密度為1.65g/cc。除了厚度變?yōu)?mm外，按照與例1方式相同的方式測量體積電阻率，其5點(diǎn)平均值為22mΩ·cm。
然后，除了將試樣尺寸變?yōu)殚L為40mm、寬為40mm、厚為2mm、以及將支撐點(diǎn)距離變?yōu)?4mm之外，按照與例1相同的方式測量彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。彎曲強(qiáng)度為83Mpa，彎曲斷裂形變?yōu)?.29mm(1.71％)。
另外，其接觸電阻值為151mΩ·cm2。下面描述接觸電阻值的測量方法。首先，如圖2所示，用尺寸為100×100mm的碳紙覆蓋縱向長度和橫向長度都為100mm、厚度為2mm的扁平燃料電池板兩側(cè)，然后再用尺寸為140×140mm的鍍金銅板覆蓋。這就是所謂的測試試樣(A)。如圖3所示，將試樣(A)置于接觸電阻測試儀的加壓盤(移動(dòng)端)中心，操縱液壓油缸沿導(dǎo)軌提升加壓盤(移動(dòng)端)，以進(jìn)行加壓，直到試樣(A)的整個(gè)表面與加壓盤(固定端)接觸，向試樣表面施加10Kgf/cm2的壓力(bearing)。在這點(diǎn)上，要對(duì)加壓盤的表面進(jìn)行絕緣處理。將電阻器的測量端分別與位于試樣(A)上端和下端的鍍金銅板連接，利用Hioki Denki制造的“HIOKI 3560 AC Milliohm HighTester”測量電阻值。計(jì)算每1cm2的電阻值，以該值作為接觸電阻值(mΩ·cm2)，利用其5點(diǎn)平均值作為測量值。
比較例1利用550g PAN碳纖維作為碳粉，使其與346.2g聚苯硫醚、34.6g碳黑以及69.2g汽相延生碳纖維(此二者都是導(dǎo)電材料)混合，然后利用溫度設(shè)定為300℃的雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融捏合。接著，利用切割機(jī)照自然狀態(tài)將捏合后的樣品研磨成最大粒度為6mm或者更低的粉末，獲得燃料電池隔板成型用復(fù)合材料。利用模具溫度設(shè)定在100℃、料筒溫度設(shè)定為350℃的注射成型機(jī)對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行注塑成型，注射時(shí)間為0.85秒，于是制得縱向和橫向長度都為100mm、厚度為2mm的扁平形燃料電池用隔板。
這樣制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的基質(zhì)孔隙率約為1％，樹脂增強(qiáng)相外圍與涂覆了樹脂涂覆物的碳粉的接觸比約為5％。另外，在燃料電池隔板成型用復(fù)合材料中，所述碳纖維的平均纖維長度為167μm。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼檢測時(shí)的表面狀態(tài)平滑而無特別不均勻處，其體積密度為1.73g/cc。在按照與例2相同的方式測量體積電阻率時(shí)，其5點(diǎn)平均值為24mΩ·cm。
接著，除了將試樣尺寸變?yōu)殚L為40mm、寬為40mm、厚度為2mm、以及將支撐點(diǎn)距離變?yōu)?4mm之外，按照與例1相同的方式測量彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。彎曲強(qiáng)度為70Mpa，彎曲斷裂形變?yōu)?.18mm(1.06％)。
另外，在按照與例2相同的方式測量接觸電阻值時(shí)，其為180mΩ·cm2。
例3除了使用天然石墨(平均粒度為13μm)作為碳粉外，按照與例2相同的方式獲得燃料電池隔板成型用復(fù)合材料。利用模具溫度設(shè)定在100℃、料筒溫度設(shè)定為350℃的注射成型機(jī)對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行注塑成型，注射時(shí)間為0.94秒，于是制得縱向和橫向長度都為100mm、厚度為2mm的扁平燃料電池用隔板。
這樣制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料幾乎沒有基質(zhì)孔隙，其樹脂涂覆物厚度為30μm，樹脂增強(qiáng)相外圍與涂覆了樹脂涂覆物的碳粉的接觸比約為60％。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼檢測時(shí)的表面狀態(tài)平滑無特別不均勻處，其體積密度為1.96g/cc。除了將其厚度變?yōu)?mm之外，按照與例1相同的方式測量體積電阻率時(shí)，其5點(diǎn)平均值為41mΩ·cm。
接著，除了將試樣的尺寸變?yōu)殚L為40mm、寬為40mm、厚度為2mm、以及將支撐點(diǎn)距離變?yōu)?4mm之外，按照與例1相同的方式測量彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。彎曲強(qiáng)度為48Mpa，彎曲斷裂形變?yōu)?.08mm(0.47％)。
另外，在按照與例2相同的方式測量接觸電阻值時(shí)，接觸電阻值為175mΩ·cm2。
比較例2除了使用天然石墨(平均粒度為13μm)作為碳粉外，按照與比較1相同的方式獲得燃料電池隔板成型用復(fù)合材料。利用模具溫度設(shè)定在100℃、料筒溫度設(shè)定為350℃的注射成型機(jī)對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行注塑成型，注射時(shí)間為0.90秒，于是制得縱向和橫向長度都為100mm、厚度為2mm的扁平燃料電池用隔板。
這樣制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的基質(zhì)孔隙約為4％，樹脂增強(qiáng)相外圍對(duì)涂覆了樹脂涂覆物的碳粉的接觸比約為30％。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼檢測時(shí)的表面狀態(tài)平滑而無特別不均勻處，其體積密度為1.90g/cc。除了將其厚度變?yōu)?mm之外，在按照與例1相同的方式測量體積電阻率時(shí)，其5點(diǎn)平均值為49mΩ·cm。
接著，除了將試樣的尺寸變?yōu)殚L40mm、寬40mm、厚2mm、以及將支撐點(diǎn)距離變?yōu)?4mm之外，按照與例1相同的方式測量彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。彎曲強(qiáng)度為46Mpa，彎曲斷裂形變?yōu)?.07mm(0.41％)。
另外，在按照與例2中相同的方式測量接觸電阻值時(shí)，其接觸電阻值為223mΩ·cm2。
如表1所示，從例2和比較例1、例3和比較例2中明顯看出，通過在碳粉上形成樹脂涂覆物，可以降低隔板的體積電阻率和接觸電阻值，提高隔板的導(dǎo)電性。另外，由于彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變變得很大，因此可以說機(jī)械性能也得到提高。
表1

例4將900g天然石墨粉末(平均粒度為13μm)與250cc甲苯混合，以濕潤石墨粉末，將通過把50g聚苯乙烯溶到250cc的甲苯中制得的溶液加到濕潤后的石墨粉末中，利用雙臂捏合機(jī)在40℃下捏合混合物1小時(shí)，然后在100℃下加熱干燥3小時(shí)。將該捏合后的材料與50g聚苯硫醚混合，然后利用設(shè)定在300℃的雙螺桿擠出機(jī)捏合。接著，用混合機(jī)將捏合后的樣品照自然狀態(tài)研磨成最大粒度為1mm或者更低的粉末，以獲得燃料電池隔板成型用復(fù)合材料。稱取100g復(fù)合材料，將其裝填到薄板用量(sheet use)為100×100mm的壓模中。在溫度為300℃、壓力為98Mpa的條件下將其模壓5分鐘，讓其自然冷卻到40℃，然后減壓，于是制得扁平燃料電池使用的隔板，其縱向和橫向長度都為100mm，厚度為5mm。
這樣制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的基質(zhì)孔隙率約為1％，樹脂涂覆物的厚度約為10μm，樹脂增強(qiáng)相外圍對(duì)涂覆了樹脂增強(qiáng)相的碳粉的接觸比約為90％。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼測量時(shí)的表面狀態(tài)平滑而無特別不均勻處，其體積密度為2.08g/cc。
另外，按照與例1中相同的方式測量試樣的體積電阻率、彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。它們分別為8mΩ·cm、67Mpa、0.78mm(1.95％)。
比較例3將900g天然石墨粉末(平均粒度為13μm)與100g聚苯硫醚混合，然后利用設(shè)定在300℃的雙螺桿擠出機(jī)捏合。接著，用混合機(jī)將捏合后的樣品照自然狀態(tài)研磨成最大粒度為1mm或者更低的粉末，于是獲得燃料電池隔板成型用復(fù)合材料。稱取100g復(fù)合材料，將其裝填到薄板用量(sheet use)為100×100mm的壓模中。在溫度為300℃、壓力為98Mpa的條件下將其模壓5分鐘，讓其自然冷卻到40℃，然后減壓，于是制得扁平燃料電池使用的隔板，其縱向和橫向長度都為100mm，厚度為5mm。
這樣獲得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的基質(zhì)孔隙率約為1％，樹脂增強(qiáng)相外圍對(duì)涂覆了樹脂增強(qiáng)相的碳粉的接觸比約為80％。
對(duì)于這樣得到的隔板，肉眼測量時(shí)表面狀態(tài)平滑而無特別不均勻處，其體積密度為2.09g/cc。
另外，按照與例1中相同的方式測量試樣的體積電阻率、彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變。它們分別是9mΩ·cm、60Mpa、0.64mm(1.60％)。
如表2所示，從例4和比較例3中明顯看出，通過在碳粉上形成樹脂涂覆物，可以降低隔板的體積電阻率，提高隔板電導(dǎo)率。另外，由于彎曲強(qiáng)度和彎曲斷裂形變變得很大，因此可以說機(jī)械性能也得到提高。
表2

正如前面直觀描述的，依照本發(fā)明，能夠制造出機(jī)械性能和電學(xué)性能優(yōu)良的燃料電池隔板。
在參照本發(fā)明的特定實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的同時(shí)，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍情況下可以作成各種變化和改進(jìn)。
該申請(qǐng)是以2001年12月26日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2001-394448號(hào)為基礎(chǔ)，在此將其整個(gè)內(nèi)容結(jié)合進(jìn)來作為參考。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池隔板成型用的復(fù)合材料，其包括分散在基質(zhì)中的碳粉，其中所述基質(zhì)包括用于涂覆所述碳粉的樹脂涂覆物和樹脂增強(qiáng)相，其中所述樹脂增強(qiáng)相的耐熱性比構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂的高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述基質(zhì)的孔隙率為10％或者更低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述碳粉的平均粒度在1到100μm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述碳粉的平均纖維長度在10到500μm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述樹脂涂覆物的厚度在1到50μm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述樹脂增強(qiáng)相外圍與涂覆了所述樹脂涂覆物的碳粉的接觸比為10％或者更高。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中，以碳粉重量占100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，構(gòu)成所述樹脂涂覆物與樹脂增強(qiáng)相的樹脂總含量范圍為1.1到150份。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中，以碳粉重量占100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂含量在0.1到50份的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中，以碳粉重量占100份為基礎(chǔ)，按重量計(jì)，構(gòu)成所述樹脂增強(qiáng)相的樹脂含量在1到100份的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中，構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂的含量與構(gòu)成所述樹脂增強(qiáng)相的樹脂的含量的比值(重量比)在1/99到30/70的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料的體積密度為1.5g/cc或者更高。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂為熱塑性樹脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為100℃或者更低。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述樹脂增強(qiáng)相的樹脂為熱塑性樹脂。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述樹脂增強(qiáng)相的樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為120℃或者更高。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料除了包括所述碳粉，還包括導(dǎo)電材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中，以復(fù)合材料的總重量為基礎(chǔ)，按重量計(jì)所述導(dǎo)電材料的含量為30％或者更低。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述導(dǎo)電材料是選自以下物質(zhì)組成的組中的一種或兩種或多種物質(zhì)石墨、膨脹石墨、碳黑、碳纖維、汽相延生碳纖維、碳納米管、富勒烯、和金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求16到18中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述導(dǎo)電材料是包含在樹脂涂覆物和/或樹脂增強(qiáng)相中。
20.根據(jù)權(quán)利要求16到19中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述導(dǎo)電材料是通過用樹脂涂覆物涂覆粉末狀導(dǎo)電材料制得的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料為小球形式。
22.根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料為粉末形式。
23.一種燃料電池用的隔板，它是通過對(duì)權(quán)利要求1到22中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱、然后對(duì)所得材料實(shí)施注射成型制得的。
24.一種燃料電池用的隔板，它是通過對(duì)權(quán)利要求1到22中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱、然后對(duì)所得材料實(shí)施模壓成型制得的。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的燃料電池用隔板，其中體積電阻率為200mΩ·cm或者更低。
26.根據(jù)權(quán)利要求23到25中任一項(xiàng)所述的燃料電池用隔板，其中接觸電阻值為200mΩ·cm2或者更低。
27.根據(jù)權(quán)利要求23到26中任一項(xiàng)所述的燃料電池用隔板，其中，按照J(rèn)IS K 7171測量，隔板的彎曲強(qiáng)度為30MPa或者更高。
28.根據(jù)權(quán)利要求23到27中任一項(xiàng)所述的燃料電池用隔板，其中，按照J(rèn)IS K 7171測量，隔板的彎曲斷裂形變?yōu)?％或者更高。
29.一種燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，它包括將第一樹脂完全混溶在能與所述第一樹脂相容的有機(jī)溶劑中，使它們與碳粉混合，形成包括位于所述碳粉表面上的所述第一樹脂的樹脂涂覆物，接著將它們與第二樹脂混合，所述第二樹脂與有機(jī)溶劑的相容性很低，或者基本沒有相容性，而且它的耐熱性比第一樹脂的高，然后對(duì)所得混合物進(jìn)行加熱、捏合并擠出，獲得復(fù)合材料，其中涂覆了樹脂涂覆物的碳粉連同耐熱性高于構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂的耐熱性的樹脂增強(qiáng)相一起構(gòu)成基質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中，所述有機(jī)溶劑是選自以下溶劑組成的組中的一種或兩種或者多種溶劑烷烴、環(huán)烷烴、醇類、溶纖劑、丙二醇、酮類、醚類、酯類、鹵代烴、芳香烴、以及強(qiáng)極性溶劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中所述第一樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為100℃或者更低。
32.根據(jù)權(quán)利要求29到31中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中所述第二樹脂在有機(jī)溶劑中的溶解度為30％或者更低。
33.根據(jù)權(quán)利要求29到32中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中所述碳粉的平均粒度在1到100μm的范圍內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求29到33中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中所述第二樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為120℃或者更高。
35.根據(jù)權(quán)利要求29到34中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中，所述第二樹脂是選自以下樹脂組成的組中的一種或者兩種或者多種樹脂聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚烯丙基酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚烯丙基砜、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚萘二甲酸乙二酯、含氟樹脂、液晶聚合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求29到35中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中在所得復(fù)合材料內(nèi)包含除碳粉以外的導(dǎo)電材料。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中通過將所述導(dǎo)電材料加到選自下面(1)到(5)中的一個(gè)或多個(gè)情形中從而將其包含在復(fù)合材料內(nèi)(1)碳粉，(2)與有機(jī)溶劑完全相容的第一樹脂，(3)在混合與有機(jī)溶劑完全相容的第一樹脂和碳粉時(shí)，和/或它們的混合物，(4)第二樹脂，以及(5)在混合形成了樹脂涂覆物的碳粉和第二樹脂時(shí)，和/或它們的混合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中，按重量計(jì)在所得復(fù)合材料內(nèi)包含30％或者更低的所述導(dǎo)電材料。
39.根據(jù)權(quán)利要求36到38中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中所述導(dǎo)電材料是選自以下物質(zhì)組成的組中的一種或兩種或多種物質(zhì)石墨、膨脹石墨、碳黑、碳纖維、汽相延生碳纖維、碳納米管、富勒烯、和金屬。
40.根據(jù)權(quán)利要求36到39中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中所述導(dǎo)電材料是通過用樹脂涂覆物涂覆粉末狀導(dǎo)電材料制得的。
41.根據(jù)權(quán)利要求29到40中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中擠出機(jī)是雙螺桿擠出機(jī)。
42.根據(jù)權(quán)利要求29到41中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中擠出產(chǎn)物是小球形式。
43.根據(jù)權(quán)利要求29到41中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法，其中通過研磨處理將擠出產(chǎn)物制成粉末形式。
44.一種燃料電池用的隔板，它是通過對(duì)燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱而制得的，而所述復(fù)合材料是通過權(quán)利要求29到43中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法制得的。
45.一種燃料電池用的隔板，它是通過對(duì)燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱、然后對(duì)所得材料進(jìn)行模壓成型制得的，而所述復(fù)合材料是通過權(quán)利要求29到43中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法制得的。
46.一種燃料電池用的隔板，在依照J(rèn)IS K7171進(jìn)行測量時(shí)，其彎曲強(qiáng)度為30Mpa或者更高，在依照J(rèn)IS K7171進(jìn)行測量時(shí)，其彎曲斷裂形變?yōu)?％或者更高，體積電阻率為200mΩ·cm或者更低。
47.一種燃料電池用的隔板，在依照J(rèn)IS K7171進(jìn)行測量時(shí)，其彎曲強(qiáng)度為30Mpa或者更高，在依照J(rèn)IS K7171進(jìn)行測量時(shí)，其彎曲斷裂形變?yōu)?％或者更高，體積電阻率為200mΩ·cm或者更低，接觸電阻值為200mΩ·cm2或者更低。
48.一種燃料電池用隔板的制造方法，它包括對(duì)權(quán)利要求1到22中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，然后對(duì)所得材料實(shí)施注射成型。
49.一種燃料電池用隔板的制造方法，它包括對(duì)權(quán)利要求1到22中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，然后對(duì)所得材料實(shí)施模壓成型。
50.一種燃料電池用隔板的制造方法，它包括對(duì)通過權(quán)利要求29到43中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，然后對(duì)所得材料實(shí)施注射成型。
51.一種燃料電池用隔板的制造方法，它包括對(duì)通過權(quán)利要求29到43中任一項(xiàng)所述的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料的制造方法制得的燃料電池隔板成型用復(fù)合材料進(jìn)行加熱，然后對(duì)所得材料實(shí)施模壓成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池隔板成型用復(fù)合材料，它包括分散在基質(zhì)中的碳粉，所述基質(zhì)包括用于涂覆所述碳粉的樹脂涂覆物和樹脂增強(qiáng)相，所述樹脂增強(qiáng)相的耐熱性比構(gòu)成所述樹脂涂覆物的樹脂的高；一種復(fù)合材料的制造方法；一種使用該復(fù)合材料的燃料電池隔板；以及它的制造方法。
文檔編號(hào)H01M8/02GK1428879SQ0215938
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者北出拓, 鈴木光雄 申請(qǐng)人:三菱化學(xué)株式會(huì)社