專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池用隔板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池用隔板及其制造方法，詳細(xì)地講，涉及輕量、緊湊并且導(dǎo)電 性、氣體供給性、排水性?xún)?yōu)異的含碳(碳質(zhì)材料)的樹(shù)脂制燃料電池用隔板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，從環(huán)境問(wèn)題、能源問(wèn)題的觀(guān)點(diǎn)考慮，燃料電池受到注目。燃料電池是通過(guò) 利用了氫和氧的水電解的逆反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，沒(méi)有水以外的排放物的清潔的發(fā)電裝置。燃料電池根據(jù)其電解質(zhì)的種類(lèi)可分類(lèi)為數(shù)種，其中，固體高分子型燃料電池由于 可在低溫工作，因此作為汽車(chē)和民生用是最有希望的。該燃料電池通常以單元電池為基本 單位，通過(guò)層疊多個(gè)該單元電池，能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出的發(fā)電，所述單元電池具有與擔(dān)載了夾持 作為固體高分子電解質(zhì)發(fā)揮作用的固體高分子膜的一對(duì)催化劑的氣體擴(kuò)散電極一體化了 的膜電極接合體(MEA=Membrane-Electrode Assembly)以及進(jìn)而從其外側(cè)夾持并將燃料 氣體和氧化性氣體分離的隔板。在該隔板的與MEA接觸的表面，設(shè)置有用于對(duì)氣體擴(kuò)散電極面供給反應(yīng)氣體，并 運(yùn)出生成氣體和/或剩余氣體的氣體流路(溝槽)。利用這樣的氣體流路，對(duì)一方的氣體擴(kuò) 散電極側(cè)供給作為燃料的氫，對(duì)另一方的氣體擴(kuò)散電極側(cè)供給氧和空氣等的氧化劑氣體， 在兩氣體擴(kuò)散電極間連接外部負(fù)載電路，由此使具有上述構(gòu)成的裝置作為燃料電池發(fā)揮作用。因此，對(duì)于燃料電池隔板，不但要求能夠完全分離這些氣體的高的氣體不透過(guò)性、 和用于減小內(nèi)部電阻的高的導(dǎo)電性，還要求熱傳導(dǎo)性、強(qiáng)度等優(yōu)異。出于達(dá)到這些要求的目的，迄今為止從金屬材料和碳質(zhì)材料兩方面研究了這樣的 燃料電池用隔板。金屬材料比重大，但由于機(jī)械特性?xún)?yōu)異，因此作為優(yōu)點(diǎn)可舉出能夠加工 出薄的隔板，而且導(dǎo)電性高?？墒牵P(guān)于金屬材料，其耐腐蝕性存在課題，因此曾研究了耐腐 蝕性?xún)?yōu)異的表面處理和組成等。另一方面，關(guān)于碳質(zhì)材料也進(jìn)行了很多研究，作為燃料電池用隔板用材料的例子， 可舉出將膨脹石墨片壓制成形而得到的成形品、使碳燒結(jié)體浸滲樹(shù)脂并固化而成的成形 品、對(duì)熱固性樹(shù)脂進(jìn)行燒成而得到的玻璃狀碳、碳粉末和樹(shù)脂混合后成形而成的成形品等。上述燃料電池，在進(jìn)行以下的電化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生生成水。H2 — 2H++2e"(1)(l/2)02+2H++2e-— H2O(2)H2+(1/2) O2 — H2O(3)上述的(1)式表示燃料極(陽(yáng)極)上的反應(yīng)，(2)式表示氧化劑極(陰極)上的 反應(yīng)，作為電池整體，進(jìn)行(3)式所示的反應(yīng)。向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料(氫)氣體，在電極上 被離子化(H+)，經(jīng)由高分子電解質(zhì)膜向陰極側(cè)移動(dòng)，但一般地為了使該燃料氣體移動(dòng)容易 進(jìn)行，以在氣體中混合了水蒸氣的狀態(tài)來(lái)供給。另外，通過(guò)上述電化學(xué)反應(yīng)生成水分(水蒸氣)。因此，在形成于隔板上的流路(溝槽)中，燃料氣體和/或氧化劑氣體、和混合的水蒸氣以及通過(guò)上述電化學(xué)反應(yīng)生成的水 分(水蒸氣)通過(guò)。隔板表面通常以一定的溫度來(lái)控制以使得生成的水不會(huì)結(jié)露至必要以 上，但根據(jù)已發(fā)電的電力的消耗量和氣體的供給量的變化，燃料電池內(nèi)部的發(fā)生熱量變化， 內(nèi)部溫度和生成水的量變動(dòng)。當(dāng)因這些變動(dòng)而發(fā)生結(jié)露時(shí)，水的表面張力大，因此水滴阻塞 流路(溝槽)，發(fā)生損害氣體流動(dòng)的溢流(flooding)現(xiàn)象，由此，反應(yīng)不能順利地進(jìn)行，存在 發(fā)電性能降低的問(wèn)題。為了抑制該溢流，以往就通過(guò)控制水對(duì)構(gòu)成燃料電池的部件的潤(rùn)濕性來(lái)謀求提高 生成水的排出性。例如，有對(duì)將預(yù)先在碳材料中混合親水性物質(zhì)而調(diào)制的原材料粉末壓制 成形而成的隔板材質(zhì)自身進(jìn)行親水化的方法(特開(kāi)平10-3931號(hào)公報(bào))；對(duì)表面賦予了親 水性樹(shù)脂的隔板(特開(kāi)2000-251903號(hào)公報(bào))；將凹凸?fàn)畹姆磻?yīng)氣體流路的凹部?jī)?nèi)壁選擇 性地氟化，形成了氟化石墨被膜的疊層型燃料電池(特開(kāi)昭59-146168號(hào)公報(bào))；通過(guò)將由 各種材料構(gòu)成的隔板的表面在親水化氣體中進(jìn)行等離子體處理、電暈處理、紫外線(xiàn)照射等 的處理來(lái)賦予親水性的方法(國(guó)際公開(kāi)第99/40642號(hào)小冊(cè)子)。該國(guó)際公開(kāi)第99/40642號(hào)小冊(cè)子記載了 通過(guò)親水化處理，使基于采用水的液 滴法的隔板表面的表面接觸角為3° 70°，但同樣地，也有將與水的接觸角規(guī)定為40 度以下的情況(特開(kāi)2000-311695號(hào)公報(bào))、設(shè)定在80° 120°的范圍的情況(特開(kāi) 2005-216678號(hào)公報(bào))。另外，有將隔板表面進(jìn)行空氣噴丸處理來(lái)親水化的方法(特開(kāi) 2005-302621號(hào)公報(bào))；作為通過(guò)對(duì)表面賦予凹凸來(lái)提高親水化的情形，規(guī)定基于噴丸處理 (噴砂處理；blast treatment)的表面粗糙度的情形(特開(kāi)2005-197222號(hào)公報(bào))。此外，作為將上述處理組合使用的情況，公開(kāi)了 通過(guò)噴丸處理，在氣體流路面形 成凹凸后，實(shí)施含氟氣體的等離子體照射，由此形成含氟的碳層后，除去氣體流路面以外的 含氟的碳層的方法(特開(kāi)2003-123780號(hào)公報(bào))；在隔板的氣體流路的一部分形成規(guī)定的 凹凸形狀，進(jìn)而在親水化氣體中進(jìn)行親水化處理(特開(kāi)2006-66138號(hào)公報(bào))。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 特開(kāi)平10-3931號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 特開(kāi)2000-251903號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 特開(kāi)昭59-146168號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 國(guó)際公開(kāi)第99/40642號(hào)小冊(cè)子專(zhuān)利文獻(xiàn)5 特開(kāi)2000-311695號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)6 特開(kāi)2005-216678號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)7 特開(kāi)2005-302621號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)8 特開(kāi)2005-197222號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)9 特開(kāi)2003-123780號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)10 特開(kāi)2006-66138號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
可是，上述的特開(kāi)平10-3931號(hào)公報(bào)的方法，出于提高親水性的目的，通過(guò)添加無(wú) 機(jī)纖維或有機(jī)纖維，導(dǎo)電性降低和雜質(zhì)溶出成為問(wèn)題。特開(kāi)2000-251903號(hào)公報(bào)的隔板，對(duì) 表面賦予的親水性樹(shù)脂一般因吸水而膨潤(rùn)(溶脹)，容易引起體積變化，具有從基材剝離的 可能性。特開(kāi)昭59-146168號(hào)公報(bào)的燃料電池，是利用氟化石墨被膜來(lái)提高疏水性的。國(guó)際公開(kāi)第99/40642號(hào)小冊(cè)子的處理，其效果隨時(shí)間而降低。特開(kāi)2000-311695號(hào)公報(bào)和特開(kāi) 2005-216678號(hào)公報(bào)，針對(duì)平板測(cè)定了規(guī)定的表面接觸角，但流路凹部和平板不能達(dá)到相同 的評(píng)價(jià)結(jié)果，得不到充分的效果。特開(kāi)2005-302621號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2005-197222號(hào)公報(bào)，通 過(guò)在表面設(shè)置凹凸來(lái)謀求親水化，但只這樣的話(huà)得不到充分的親水性。特開(kāi)2003-123780 號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2006-66138號(hào)公報(bào)，組合了表面化學(xué)處理和對(duì)表面的凹凸形成，但即使那樣 也得不到充分的效果。作為得不到良好的評(píng)價(jià)結(jié)果的原因是以往的評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)了成形 體平面上的水的靜態(tài)接觸角，但與實(shí)際的水的液滴的流動(dòng)性不對(duì)應(yīng)的可能性高，希望確立 更適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法。另外，特開(kāi)2003-123780號(hào)公報(bào)的對(duì)表面實(shí)施的含氟氣體的等離子體 處理以疏水處理為目的，與作為本申請(qǐng)專(zhuān)利的目的的親水性賦予不同。因此，本發(fā)明的目的在于提高導(dǎo)電性、氣體供給性、排水性?xún)?yōu)異的燃料電池用隔板 及其制造方法。即，本發(fā)明例如包括以下的[1] [8]的方案。[1] 一種燃料電池用隔板的制造方法，是由含有碳質(zhì)材料㈧和樹(shù)脂⑶的樹(shù)脂 組成物形成的在表面具有氣體流路用凹部的燃料電池用隔板的制造方法，其特征在于，具 有將上述氣體流路用凹部的表面粗糙化成算術(shù)平均粗糙度(以下簡(jiǎn)記為「Ra」)為 0. 5 10 μ m的工序；以及，采用含氟氣體對(duì)上述氣體流路用凹部進(jìn)行親水化的工序。[2]根據(jù)[1]所述的燃料電池用隔板的制造方法，上述氣體流路用凹部表面的Ra 為3 6 μ m0[3]根據(jù)[1]或者[2]所述的燃料電池用隔板的制造方法，通過(guò)噴丸加工和激光加 工的至少一方來(lái)進(jìn)行對(duì)上述氣體流路用凹部的表面的粗糙化。[4]根據(jù)[1]或者[2]所述的燃料電池用隔板的制造方法，采用在成形加工的工序 中轉(zhuǎn)印已粗糙化的隔板成形模具表面的方法，對(duì)上述氣體流路用凹部的表面進(jìn)行粗糙化。[5] 一種燃料電池用隔板，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成 的在表面具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板，其特征在于，上述氣體流路用凹部表 面具有Ra為0. 5 10 μ m的表面粗糙度，上述氣體流路用凹部表面的總氟原子比率為2 45原子％。[6] 一種燃料電池用隔板，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成 的在表面具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板，其特征在于，上述氣體流路用凹部表 面具有Ra為0. 5 10 μ m的表面粗糙度，上述氣體流路用凹部表面的總氟原子比率為2 45原子％、總氧原子比率為1 60原子％。[7]根據(jù)[5]或者[6]所述的燃料電池用隔板，上述氣體流路用凹部表面的Ra為 3 10 μ m0[8] 一種燃料電池隔板的評(píng)價(jià)方法，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成 物形成的在表面具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，將由 上述組成物形成的燃料電池用隔板(切斷成矩形的試件)在常溫下在水中浸漬30秒鐘后， 在1秒以?xún)?nèi)沿垂直方向提拉到距水面Icm以上，測(cè)定在表面形成的均勻的液膜保持的時(shí)間。本發(fā)明的燃料電池用隔板，由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成，對(duì)氣體流路用的凹部表面進(jìn)行加工使得達(dá)到特定的算術(shù)平均粗糙度，并且將凹部表面利用含 氟氣體進(jìn)行了親水化處理，因此在燃料電池被使用的期間能夠防止溢流現(xiàn)象，防止能量效 率的降低。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的燃料電池用隔板的水潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法的模式截面圖。圖2是表示本發(fā)明的燃料電池用隔板的水潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)中的合格、不合格判斷例 (水潤(rùn)濕性的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)例)的照片。圖3是表示本發(fā)明的燃料電池用隔板的發(fā)電試驗(yàn)結(jié)果的一例的曲線(xiàn)圖。圖4是表示本發(fā)明的燃料電池用隔板的利用動(dòng)態(tài)接觸角進(jìn)行的滯后 (hysteresis)評(píng)價(jià)結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖5是表示本發(fā)明的燃料電池用隔板的水潤(rùn)濕性的持續(xù)性評(píng)價(jià)結(jié)果的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式以下更具體地說(shuō)明本發(fā)明。(燃料電池用隔板的制造方法)本發(fā)明的制造方法，是由含有碳質(zhì)材料㈧和樹(shù)脂⑶的樹(shù)脂組成物形成的在 表面具有氣體流路用凹部的燃料電池用隔板的制造方法。本發(fā)明的方法，其特征在于，具 有將上述氣體流路用凹部的表面粗糙化成算術(shù)平均粗糙度(以下簡(jiǎn)記為「Ra」)為0. 5 IOym的工序；以及，采用含氟氣體對(duì)上述氣體流路用凹部進(jìn)行親水化的工序。(粗糙化工序)首先，對(duì)本發(fā)明中的粗糙化工序進(jìn)行說(shuō)明。(表面粗糙度的規(guī)定噴丸、激光)在本發(fā)明中，氣體流路用凹部表面的粗糙化，可通過(guò)噴丸加工和激光加工的至少 一方來(lái)實(shí)施。本發(fā)明中的表面粗糙度，用算術(shù)平均粗糙度Ra計(jì)，為0.5 ΙΟμπι。但是，在 采用上述加工法進(jìn)行粗糙化的場(chǎng)合，若使Ra增大下去，則存在隔板表面的研磨量變多的傾 向，因此從厚度精度的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選Ra為6 μ m以下。另外，在凹凸小的場(chǎng)合也存在如下 傾向在溢流防止方面存在偏差，因此優(yōu)選Ra為3 μ m以上。(表面粗糙度的規(guī)定轉(zhuǎn)印)另外，作為別的方法，通過(guò)采用將已粗糙化的隔板成形模具表面在成形加工的工 序中進(jìn)行轉(zhuǎn)印的方法，能夠?qū)ι鲜鰵怏w流路用凹部的表面進(jìn)行粗糙化。該場(chǎng)合下，與噴丸處 理、激光加工不同，沒(méi)有實(shí)質(zhì)的磨損，因此粗糙度的上限可以寬松，作為能夠最穩(wěn)定地防止 溢流的Ra范圍，優(yōu)選Ra為3 10 μ m。(氟處理)在由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成的在表面具有氣體流路用 的凹部的燃料電池用隔板中，不僅上述氣體流路用凹部表面具有算術(shù)平均粗糙度為0. 5 IOym的表面粗糙度，而且通過(guò)將上述氣體流路用凹部表面用含氟氣體進(jìn)行處理來(lái)對(duì)表面 進(jìn)行親水化是達(dá)到本發(fā)明的目的所必需的。(親水化)
所謂固體表面的親水化，是指使對(duì)水的潤(rùn)濕方式比現(xiàn)狀好，或者，減小接觸角。相 反地，將使對(duì)水的潤(rùn)濕方式比現(xiàn)狀差、增大接觸角的情形稱(chēng)為疏水化。為了使固體表面成為 親水性，將表面改變成已電極化的分子結(jié)構(gòu)是有效的，因此，優(yōu)選平衡性好地導(dǎo)入極性高的 羧基、羰基、羥基、氨基、磺基、氰基等的官能基、電陰性度高的元素。作為其方法，有在規(guī)定 的氣氛下進(jìn)行等離子體處理、電暈處理、臭氧處理、UV處理等的高能量處理的方法；與反應(yīng) 性的氣體接觸的方法；另外，浸漬于強(qiáng)酸等的化學(xué)藥品的方法；等等。此外，還有將親水性 的涂覆劑進(jìn)行表面涂覆的方法、通過(guò)濺射來(lái)進(jìn)行表面改性的方法等等。另外，在為本來(lái)存在極性基的材料、表面的靜態(tài)接觸角為80°以下的材料等的場(chǎng) 合，也有時(shí)只是將表面通過(guò)噴丸加工等進(jìn)行粗糙化處理來(lái)親水化。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，將粗糙化處理和用含氟氣體進(jìn)行的處理并用的方法能夠最持續(xù)地 抑制溢流。由該方法處理過(guò)的隔板流路面的親水性的持續(xù)性極大，與上述的現(xiàn)有專(zhuān)利文獻(xiàn) 中公開(kāi)的處理相比，能夠保持巨大的持續(xù)性。(噴丸加工)在本發(fā)明中，用于上述的粗糙化和/或者親水化的噴丸加工條件，沒(méi)有特別的限 制。從容易得到所希望的處理結(jié)果的方面來(lái)看，優(yōu)選例如從距離表層面20 IOOOmm的位 置，使用平均粒徑5 200 μ m的磨削材料，在噴射壓力0. 1 1. OMPa、處理時(shí)間0. 05 5 秒/cm2、噴射量0. 1 5kg/分鐘的條件下進(jìn)行空氣噴丸處理。此外，也能夠采用濕噴丸處理。(激光加工)在本發(fā)明中，關(guān)于用于上述的粗糙化和/或者親水化的激光加工，沒(méi)有特別的限 制。從容易得到所希望的處理結(jié)果的方面出發(fā)，例如，能夠利用受激準(zhǔn)分子激光、半導(dǎo)體激 光、YAG激光、CO2激光、飛秒激光等。特別是優(yōu)選能夠在熱損傷少的紫外區(qū)域的波長(zhǎng)下加工 的受激準(zhǔn)分子激光和/或UV-YAG激光。與噴丸加工相比，激光加工在得到規(guī)定的表面粗糙 度時(shí)能夠抑制隔板的壁厚減少，工序管理容易。(通過(guò)轉(zhuǎn)印進(jìn)行的粗糙化處理)本發(fā)明的通過(guò)轉(zhuǎn)印進(jìn)行的隔板的粗糙化處理，可采用下述方法預(yù)先將成形模具 的至少與隔板的凹部對(duì)應(yīng)的部分的表面進(jìn)行噴丸處理和光蝕刻處理等的粗糙化處理，使用 該模具成形出隔板，從而轉(zhuǎn)印至表面。該方法在隔板成形后不實(shí)施粗糙化處理，因此可實(shí)現(xiàn) 低成本化。(含氟氣體處理)在本發(fā)明中，作為含氟氣體，例如可使用氟氣體、氟化氫氣體等。本發(fā)明中的用于 親水化的含氟氣體處理方法，沒(méi)有特別的限制。從簡(jiǎn)便的親水化處理方法這方面來(lái)看，優(yōu) 選例如將隔板裝入耐腐蝕性的密閉容器中，容器內(nèi)的氣氛設(shè)為用氮?dú)獾认♂尦傻蜐舛鹊?氟氣體，通過(guò)進(jìn)行規(guī)定溫度、規(guī)定時(shí)間的浸漬，在隔板表面附近使氟逐漸向分子內(nèi)導(dǎo)入從而 親水化。(氟處理?xiàng)l件)距離隔板表面的氟的浸滲深度、氟處理后的材料中的氟含有率，通常依賴(lài)于氟處 理中的氟氣體濃度、氟處理溫度、氟處理時(shí)間而變化。關(guān)于這些條件，沒(méi)有特別限制，但在氟 濃度高的場(chǎng)合、處理時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合、處理溫度高的場(chǎng)合，具有氟含有率變高的傾向，也有隔板表面未被充分親水化的可能性。為了本發(fā)明的目的，優(yōu)選在由氟氣和氮?dú)饨M成的混合氣 體中氟氣濃度為0. 01 20體積％的氣氛下，在溫度10 100°C、處理時(shí)間1分 30分、壓 力0. 9 1. 2atm的條件下進(jìn)行處理。進(jìn)而，優(yōu)選在由氟氣、氧氣、氮?dú)饨M成的混合氣體中 氟氣濃度為0. 01 10體積％、氧氣濃度為1 90體積％ (氟氣濃度+氧氣濃度< 100體 積％ )的氣氛下，在溫度10 100°C、處理時(shí)間1分 30分、壓力0. 9 1. 2atm的條件下 進(jìn)行處理。在此，更優(yōu)選在由氟氣、氧氣、氮?dú)饨M成的混合氣體中氟氣濃度為0. 01 10體 積％、氧濃度為氟濃度的1 100倍的氣氛下，在溫度10 100°C、處理時(shí)間1分 30分、 壓力0. 9 1. 2atm的條件下進(jìn)行處理。當(dāng)為含有較多的氧氣的氣氛時(shí)，具有對(duì)隔板表面除 了導(dǎo)入氟以外還導(dǎo)入氧的傾向，因此從更提高親水性的方面看是優(yōu)選的。(氟原子等的含有率)通過(guò)含氟氣體處理，導(dǎo)入到隔板表面(例如，約20 50埃的深度)的氟原子和氧 原子的含有率，可通過(guò)例如X射線(xiàn)電子分光法(ESCA)來(lái)分析。本發(fā)明的含氟氣體處理后的 隔板表面的總氟原子比率，優(yōu)選為2 45原子％。進(jìn)一步優(yōu)選為4 30原子％。特別優(yōu) 選為5 20原子％。該總氟原子比率低于2原子％時(shí)，具有基本不被親水化的傾向。另一 方面，總氟原子比率超過(guò)45原子％時(shí)，具有接觸角容易恢復(fù)到原先的傾向，因此不優(yōu)選。(總氧原子比率)在本發(fā)明中，優(yōu)選在隔板表面還含有總氧原子比率為1 60原子％的氧原子。 該總氧原子比率更優(yōu)選為5 60原子％，進(jìn)一步優(yōu)選為5 40原子％。總氧原子比率超 過(guò)60原子％時(shí)，表面變得易水解，在燃料電池的運(yùn)行中具有雜質(zhì)離子游離的傾向，因此不 優(yōu)選。(親水性的評(píng)價(jià)方法)親水性的評(píng)價(jià)方法有各種的方法，一般采用通過(guò)測(cè)定液滴的靜態(tài)接觸角來(lái)評(píng)價(jià)的 方法?？墒?，從實(shí)用性的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，只測(cè)定靜態(tài)的接觸角的話(huà)，未必能夠進(jìn)行充分的性能評(píng) 價(jià)，只能達(dá)到一個(gè)目標(biāo)，因此根據(jù)用途考察了實(shí)用性評(píng)價(jià)。此外，動(dòng)態(tài)接觸角的測(cè)定、JIS K6768所述的利用潤(rùn)濕試劑進(jìn)行的表面能的測(cè)定等一般被進(jìn)行。所謂親水性，一般并不具有具體的定義，作為在本發(fā)明中對(duì)燃料電池中的溢流防 止具有實(shí)用性的親水性，定義了由以下的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)出的結(jié)果。(本發(fā)明中的親水性的評(píng)價(jià)方法)在本發(fā)明中，為由含有碳質(zhì)材料㈧和樹(shù)脂⑶的樹(shù)脂組成物形成的在表面具有 氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板的氣體流路的親水性評(píng)價(jià)方法，將由上述組成物形成 的試件在水中浸漬30秒鐘后，在1秒以?xún)?nèi)提拉至距離水面Icm以上，在表面形成的均勻的 液膜能保持10秒以上這一情況作為達(dá)到本發(fā)明的目的的評(píng)價(jià)是最簡(jiǎn)便有效的。因此，在本 發(fā)明的目的中，定義為具有滿(mǎn)足該條件的表面的隔板，被賦予了對(duì)溢流防止具有實(shí)用性的 親水性。在試件的表面形成的均勻的液膜的保持時(shí)間，優(yōu)選為30秒以上、更優(yōu)選為60秒以 上、進(jìn)一步優(yōu)選為90秒以上。作為防止溢流所需要的表面潤(rùn)濕特性，若出于增大親水性的目的只是減小靜態(tài)接 觸角、使容易潤(rùn)濕的話(huà)，是不充分的，極其優(yōu)選液滴不閉塞流路。為此，必須減小動(dòng)態(tài)接觸角 測(cè)定中的滯后(后退接觸角和前進(jìn)接觸角的差)。因此，采用例如威廉密型動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)定 裝置進(jìn)行滯后測(cè)定來(lái)評(píng)價(jià)的方法也有效。
可是，若采用本發(fā)明的評(píng)價(jià)法，則能夠非常簡(jiǎn)便且再現(xiàn)性好地評(píng)價(jià)對(duì)溢流防止有 效的親水性。(㈧成分)作為本發(fā)明的碳質(zhì)材料的(A)成分，可舉出從炭黑、碳纖維、無(wú)定形碳(非晶質(zhì) 碳；amorphous carbon)、膨脹石墨、人造石墨、天然石墨、集結(jié)石墨、氣相法碳纖維、碳納米 管、富勒烯中選出的1種或兩種以上的組合。其中，可特別適合地使用含有硼的人造石墨。(炭黑)作為上述的碳質(zhì)材料的一例的炭黑，可舉出通過(guò)天然氣等的不完全燃燒、乙炔的 熱分解而得到的科琴炭黑、乙炔炭黑、通過(guò)烴油或天然氣的不完全燃燒而得到的爐法炭黑 (furnace carbon)、通過(guò)天然氣的熱分解而得到的熱解炭黑(thermal carbon)等。(碳纖維)作為上述的碳纖維，可舉出由重質(zhì)油、副產(chǎn)油、煤焦油等制作的浙青系、和由聚丙 烯腈制作的PAN系。(無(wú)定形碳)為得到上述的無(wú)定形碳，有使酚醛樹(shù)脂固化，進(jìn)行燒成處理、粉碎制成粉末的方 法，或者，使酚醛樹(shù)脂以球狀、不定形的粉末的狀態(tài)固化，進(jìn)行燒成處理的方法等。為了得到 導(dǎo)電性高的無(wú)定形碳，優(yōu)選在2000°C以上進(jìn)行加熱處理。(膨脹石墨粉末)上述的膨脹石墨粉末，例如是將天然石墨、熱分解石墨等高度地晶體結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的 石墨在濃硫酸與硝酸的混合液、濃硫酸與過(guò)氧化氫水的混合液的強(qiáng)氧化性的溶液中浸漬處 理，使生成石墨層間化合物，水洗后進(jìn)行急速加熱，將石墨晶體的C軸方向膨脹處理，從而 得到的粉末、將其一次軋制成片狀后進(jìn)行粉碎而成的粉末。(集結(jié)石墨)上述的集結(jié)石墨(kish graphite)，是熔融的生鐵在鐵液預(yù)處理等中隨著溫度降 低而析出的平面性地結(jié)晶化了的碳。該集結(jié)石墨，作為混合于爐渣或氧化鐵中的物質(zhì)而發(fā) 生，因此是通過(guò)選礦來(lái)回收純度高的集結(jié)石墨，進(jìn)而粉碎，加工成符合用途的尺寸的粉末。(人造石墨)為得到上述的人造石墨，通常首先制造焦炭。焦炭的原料可使用石油系浙青、煤 系的浙青等。將這些原料進(jìn)行碳化來(lái)制成焦炭。為了由焦炭制成石墨化粉末，一般地有 將焦炭粉碎后石墨化處理的方法；將焦炭自身石墨化后粉碎的方法；或者，在焦炭中加入 粘合劑，進(jìn)行成形、燒成而形成燒成品(將焦炭和該燒成品一并稱(chēng)為焦炭等)，將該燒成品 石墨化處理后進(jìn)行粉碎制成粉末的方法等等。原料焦炭等盡可能晶體不發(fā)達(dá)為好，因此在 2000°C以下、優(yōu)選在1200°C以下加熱處理為宜。石墨化方法，可采用使用將粉末放入石墨坩堝并直接通電的艾奇遜爐(acheson furnace)的方法、利用石墨發(fā)熱體將粉末加熱的方法等。(含有硼的碳質(zhì)材料)在本發(fā)明中，優(yōu)選在碳質(zhì)材料中還含有0.05 5質(zhì)量％硼。硼量低于0.05質(zhì) 量％時(shí)，具有難以得到作為目的的高導(dǎo)電性的石墨粉末的傾向。硼量超過(guò)5質(zhì)量％而含有 時(shí)，具有難以有助于碳材料的導(dǎo)電性提高的傾向。作為碳質(zhì)材料中所含的硼的量的測(cè)定方法，沒(méi)有特別的限制。在本發(fā)明中，使用采用感應(yīng)型等離子體發(fā)光分光分析法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為 ΓICPJ0 )或者感應(yīng)型等離子體發(fā)光分光質(zhì)量分析法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為「ICP-MS」。)測(cè)定出的 值。具體地，向試樣加入硫酸和硝酸，進(jìn)行微波加熱(230°C )來(lái)分解(浸煮法)，進(jìn)而添加 高氯酸(HClO4)，進(jìn)行分解后得到的物質(zhì)用水稀釋?zhuān)瑢⑵浞胖糜贗CP發(fā)光分析裝置中，測(cè)定硼量。作為使含有硼的方法，在天然石墨、人造石墨、集結(jié)石墨、膨脹石墨、炭黑、碳纖維、 氣相法碳纖維、碳納米管等的單品、或者它們的一種以上的混合物中，添加作為硼源的B單 質(zhì)、B4C、BN、B203、H3BO3等，充分混合，在約2300 3200°C進(jìn)行石墨化處理，由此能夠使碳質(zhì) 材料中含有硼。在硼化合物的混合不均勻的場(chǎng)合，不僅石墨粉末變得不均勻，石墨化時(shí)燒結(jié) 的可能性變高。為了均勻地混合硼化合物，優(yōu)選這些硼源制成粒徑為50 μ m以下、優(yōu)選為 20 μ m以下程度的粉末來(lái)混合到焦炭等的粉末中。另外，只要石墨中混合有硼和/或者硼化合物，則硼的含有的形態(tài)沒(méi)有特別的限 制，但存在于石墨晶體的層間的情形、形成石墨晶體的碳原子的一部分被硼原子置換的情 形也作為更適合的形態(tài)舉出。另外，碳原子的一部分被硼原子置換了的場(chǎng)合的硼原子與碳 原子的結(jié)合可以是共價(jià)鍵合、離子鍵合等任何的鍵合方式。(焦炭等的粉碎)焦炭、人造石墨和天然石墨等的粉碎可使用高速旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)(錘磨機(jī)、針磨機(jī)、籠 式磨機(jī))、各種球磨機(jī)(轉(zhuǎn)動(dòng)磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)、行星磨機(jī))、攪拌磨機(jī)(珠磨機(jī)(bead mill)、 超微磨碎機(jī)(attritor)、流通管型磨機(jī)、環(huán)隙式砂磨機(jī)(annular mill))等力M吏用"C*務(wù) 3。另外，即使是作為微粉碎機(jī)的篩磨機(jī)、渦輪研磨機(jī)(turbo mill)、超微粉碎機(jī)(super micron mill)、噴磨機(jī)，通過(guò)選定條件也能夠使用。使用這些粉碎機(jī)來(lái)粉碎焦炭和天然石墨 等，根據(jù)此時(shí)的粉碎條件的選定和需要來(lái)將粉末分級(jí)，控制平均粒徑和粒度分布。(焦炭等的分級(jí))作為將焦炭粉末、人造石墨粉末和天然石墨粉末等分級(jí)的方法，只要能夠進(jìn)行 分離則可以是任何的方法，例如，可使用篩分法或強(qiáng)制渦流型離心分級(jí)機(jī)(微粉分離 機(jī)、超細(xì)粉分級(jí)機(jī)(turboplex)、渦流分級(jí)機(jī)(turboclassifier)、超級(jí)分離機(jī)(super s印arator))、慣性分級(jí)機(jī)(改良型虛擬沖擊器、彎管?chē)娚浞蛛x器(elbow jet))等的氣流分 級(jí)機(jī)。另外，濕式的沉降分離法和離心分級(jí)法等也能夠使用。(氣相法碳纖維、碳納米管)在本發(fā)明的(A)成分中，優(yōu)選含有0. 1 50質(zhì)量％的氣相法碳纖維和/或者碳納 米管。更優(yōu)選含有0. 1 45質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選含有0. 2 40質(zhì)量％。進(jìn)而，在氣相法碳纖維或者碳納米管中，優(yōu)選含有0. 05 5質(zhì)量％的硼。更優(yōu)選 為0. 06 4質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 06 3質(zhì)量％。低于0. 05質(zhì)量％時(shí)，通過(guò)添加硼來(lái) 提高導(dǎo)電性的效果小。另外，添加量超過(guò)5質(zhì)量％時(shí)，雜質(zhì)量變多，容易產(chǎn)生造成其他的物 性的降低的傾向。(氣相法碳纖維)所謂氣相法碳纖維，是將例如苯、甲苯、天然氣、烴系氣體等的有機(jī)化合物作為原 料，在二茂鐵等的過(guò)渡金屬催化劑的存在下，與氫氣一起在800 1300°C發(fā)生熱分解反應(yīng) 而得到的、纖維長(zhǎng)為約0. 5 10 μ m、纖維直徑為200nm以下的碳纖維。纖維直徑的更優(yōu)選的尺寸為ieOnm以下，更優(yōu)選為120nm以下。當(dāng)為大于200nm的尺寸時(shí)，得到高導(dǎo)電性的效 果變小，因此不優(yōu)選。進(jìn)而，優(yōu)選在其后將纖維在約2300 3200°C進(jìn)行石墨化處理。更優(yōu) 選與硼、碳化硼、鈹、鋁、硅等的石墨化催化劑一起在約2300 3200°C、在惰性氣體氣氛中 進(jìn)行石墨化處理。(碳納米管)所謂碳納米管，在近年不僅其機(jī)械強(qiáng)度，其場(chǎng)致發(fā)射功能、儲(chǔ)氫功能在產(chǎn)業(yè)上也 受到關(guān)注，而且在磁功能方面也開(kāi)始受到關(guān)注。該種的碳納米管，也稱(chēng)為石墨晶須、絲狀 (filamentous)碳、石墨纖維、極細(xì)碳管、碳管、碳原纖維(carbon fibrils)、碳微管、碳納米 纖維等，纖維直徑為約0. 5 lOOnm。碳納米管有形成管的石墨膜為一層的單層碳納米管 和為多層的多層碳納米管。在本發(fā)明中，單層和多層的碳納米管均能夠使用。但使用單層 碳納米管時(shí)，具有可得到更高的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度的組成物的傾向，因此優(yōu)選。碳納米管，例如，采用齊藤 板東「碳納米管基礎(chǔ)」(23 57頁(yè)、二 口 f社出版、1998 年發(fā)行)所記載的電弧放電法、激光蒸發(fā)法和熱分解法等來(lái)制作，為了進(jìn)一步提高純度，采 用水熱法、離心分離法、超過(guò)濾法、和氧化法等來(lái)精制(純化)，由此得到。更優(yōu)選為了消除 雜質(zhì)而在約2300 3200°C的惰性氣體氣氛中進(jìn)行高溫處理。進(jìn)一步優(yōu)選與硼、碳化硼、 鈹、鋁、硅等的石墨化催化劑一起在惰性氣體氣氛中在約2300 3200°C進(jìn)行高溫處理。((A)成分的平均粒徑)在本發(fā)明中，(A)成分的平均粒徑，用激光衍射散射法(日機(jī)裝(株)制的7 ^ ” 口卜，7夕HRA裝置)測(cè)定。其測(cè)定條件是，稱(chēng)量樣品50mg，添加到50ml的蒸餾水中。進(jìn) 而，添加2% Triton (表面活性劑；和光純藥工業(yè)制社制)水溶液0. 2ml，進(jìn)行3分鐘的超聲 波分散后，測(cè)定了數(shù)均粒徑。另外，A成分中所含的碳質(zhì)纖維的平均纖維長(zhǎng)的測(cè)定，通過(guò)將使用SEM(日本電子 社制、JSM-5510)觀(guān)察到的100根的纖維長(zhǎng)進(jìn)行圖像解析，來(lái)測(cè)定數(shù)均纖維長(zhǎng)。(在此所說(shuō) 的纖維，是指長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度/短軸的長(zhǎng)度的比為10以上的纖維。)(⑶成分)作為本發(fā)明中的樹(shù)脂成分的⑶成分，沒(méi)有特別的限制。該⑶成分，例如可由熱 固性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂構(gòu)成。從耐久性的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選是隔板成形品的熔點(diǎn)或者玻璃化轉(zhuǎn) 變溫度為120°C以上的樹(shù)脂。此外，為了提高耐熱水性，優(yōu)選在隔板成形品中含有0.5質(zhì)量％ 30質(zhì)量％的選 自1，2_聚丁二烯、3，4_聚異戊二烯、線(xiàn)型環(huán)氧樹(shù)脂、線(xiàn)型酚醛樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基 戊烯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚環(huán)烯烴、聚丁烯-1、聚亞苯基醚、聚醚醚酮、氟樹(shù)脂或者液晶聚 合物中的1種成分以上，特別優(yōu)選1，2_聚丁二烯、3，4_聚異戊二烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁 烯-1。(其他的添加劑)作為本發(fā)明的隔板樹(shù)脂組成物的成分，除了上述的㈧成分、⑶成分以外，還可 含有單體、反應(yīng)引發(fā)齊U、彈性體、橡膠和樹(shù)脂改性劑等。本發(fā)明的㈧成分和⑶成分的組成比，優(yōu)選為(A)成分為60 98質(zhì)量％、(B) 成分為40 2質(zhì)量％。另外，更優(yōu)選㈧成分為70 98質(zhì)量％、⑶成分為30 2質(zhì) 量％，進(jìn)一步優(yōu)選(A)成分為80 98質(zhì)量％、(B)成分為20 2質(zhì)量％。當(dāng)(A)成分低于60質(zhì)量％或者(B)成分超過(guò)40質(zhì)量％時(shí)，具有難以得到作為燃料電池隔板所需要的導(dǎo) 電性的傾向。另外，當(dāng)(A)成分超過(guò)98質(zhì)量％或者(B)成分低于2質(zhì)量％時(shí)，具有成形加 工性差、厚度精度易惡化的傾向。作為本發(fā)明的隔板樹(shù)脂組成物的成分，進(jìn)而出于改善硬度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性、成形性、 耐久性、耐氣候性、耐水性等的目的，可以根據(jù)需要添加玻璃纖維、晶須、金屬氧化物、有機(jī) 纖維、紫外線(xiàn)穩(wěn)定劑、抗氧化劑、脫模劑、潤(rùn)滑劑、疏水劑、增粘劑、低收縮劑、親水性賦予劑 等的添加劑。本發(fā)明中的隔板樹(shù)脂組成物的制造方法，沒(méi)有特別的限制，例如，在該樹(shù)脂組成物 的制造方法中，優(yōu)選將上述的各成分使用輥磨機(jī)、擠壓機(jī)、捏合機(jī)、班伯里混煉機(jī)等的在樹(shù) 脂領(lǐng)域一般所用的混煉機(jī)盡量均勻地混合。(粉碎、造粒)本發(fā)明中的隔板樹(shù)脂組成物，在混煉或者混合后，出于容易向成形機(jī)和模具供給 材料的目的，可進(jìn)行粉碎或者造粒。粉碎時(shí)可使用高速攪拌器(勻化器；homogenize!·)、威 廉(Wiley)粉碎機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)(錘磨機(jī)、針磨機(jī)、籠式磨機(jī)、搗碎器(blender))等， 為了防止材料相互的凝聚，優(yōu)選一邊冷卻一邊進(jìn)行粉碎。對(duì)于造粒，有使用擠壓機(jī)、路達(dá) (ruder)擠壓機(jī)、共捏合機(jī)等進(jìn)行丸?；姆椒ā⒒蛘呤褂帽P(pán)型造粒機(jī)等的方法。(成形法)進(jìn)而，為了使隔板的尺寸精度良好，優(yōu)選采用軋輥成形出預(yù)賦形片。作為隔板的成形加工方法，沒(méi)有特別的限制，例如可通過(guò)注射成形、壓縮成形、注 射壓縮成形、片沖壓成形、或者片壓制成形來(lái)成形出隔板。
實(shí)施例以下通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明毫不被實(shí)施例限定。<水潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法>在燃料電池的使用環(huán)境下，特別是在氣體的利用率高的條件下水滴在隔板流路中 形成，容易引起溢流現(xiàn)象。作為其對(duì)策，通過(guò)將流路親水化，形成均勻的薄水膜，改善流路的 潤(rùn)濕性，不會(huì)因水滴而堵塞流路。以往，作為隔板材料的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)測(cè)定靜態(tài)接觸角來(lái) 評(píng)價(jià)水潤(rùn)濕性的情況較多，但靜態(tài)接觸角只能成為初期的潤(rùn)濕方式的評(píng)價(jià)，不能進(jìn)行在隔 板的表面均勻的水膜是否持續(xù)地不發(fā)生液斷開(kāi)而潤(rùn)濕的評(píng)價(jià)。重要的是，從干的狀態(tài)立即 均勻地潤(rùn)濕表面整體，能將該狀態(tài)持續(xù)到任何時(shí)候，這在溢流對(duì)策上是最有效的。因此，作 為水潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)，采用以下的方法評(píng)價(jià)在樣品表面形成的均勻的液膜的保持性。試件形狀50mmXIOmmX 0. Smmt水蒸餾水(溫度23°C、導(dǎo)電率IOyS以下)測(cè)定環(huán)境23°C、RH50%步驟(參照?qǐng)D1)1)在IOOcc的蒸餾水中將試件浸漬到30mm，放置30秒鐘；2)浸漬30秒鐘后，如圖1所示，將試件在1秒以?xún)?nèi)沿垂直方向提拉到距水面IOmm 以上的空氣中；3)測(cè)量從剛提拉后到浸漬于水的部分(均勻的水膜)發(fā)生液斷開(kāi)的時(shí)間。
判斷為液斷開(kāi)的時(shí)機(jī)在以下的任一情況下，判斷為「液斷開(kāi)」。(i)水彈開(kāi)的瞬間；(ii)潤(rùn)濕了的部分分離成兩個(gè)部分以上的瞬間；(iii)潤(rùn)濕了的寬度、或者潤(rùn)濕了的面積變?yōu)橐话胍韵碌乃查g。評(píng)價(jià)基準(zhǔn)(參照?qǐng)D2)將均勻地形成有水膜的時(shí)間為10秒以上(試件5個(gè)的平均值)的情形設(shè)為合格。對(duì)于實(shí)現(xiàn)了依本評(píng)價(jià)法水膜保持時(shí)間為10秒以上的水膜保持的材料，在固體高 分子型燃料電池(PEFC)IO單元電池組中，在燃料利用率85%、空氣利用率70%、電池溫度 70°C、電流密度0. 4A/cm2的運(yùn)行條件下持續(xù)進(jìn)行24小時(shí)的全負(fù)荷發(fā)電，得到了穩(wěn)定的輸 出。另一方面，水膜保持時(shí)間低于10秒鐘的材料，輸出不穩(wěn)定，有溢流傾向。圖3表示出其 結(jié)果?！床牧稀当?1
物質(zhì)名稱(chēng)組成比 (質(zhì)量°/ )粘合劑1，2-聚丁二烯3)7.091，2-聚丁二烯b)3.54低密度聚乙烯e)3.54石墨人造石墨d)85.1反應(yīng)引發(fā)劑2，5-二曱基-2，5-二(叔丁基過(guò)氧) 己烷e)0.71a) NISSO-PB B-3000、日本曹達(dá)制b)JSR RB-810、JSR 制c) y夕 LD LJ8O2、日本聚乙烯制d)昭和電工制e)力弋、今寸AD、化藥7夕、/制實(shí)施例1作為碳質(zhì)材料，將作為非針狀焦炭的工A ·〉一 碳(株)制的MC焦炭用粉磨機(jī) (* y力7 S々口 > (株)制)粗粉碎成3mm以下的大小。將該粗粉碎品用噴磨機(jī)(IDS2UR、 日本二-一 /々(株)制)進(jìn)行了微粉碎。其后，通過(guò)分級(jí)調(diào)整成所希望的粒徑。5ym 以下的粒子除去是使用渦流分級(jí)機(jī)(TC15N、日清工> ^ 二 7 > V (株)制)進(jìn)行氣流分 級(jí)。向該調(diào)整后的微粉碎品的一部分14. 85kg添加碳化硼(B4C)O. 15kg，用亨舍爾混合機(jī) 以SOOrpm混合5分鐘。將其Ikg封入容積1. 5升的帶蓋的石墨坩堝中，裝入使用石墨加熱 器的石墨化爐中，將爐內(nèi)先抽成真空，進(jìn)行氬氣置換，在內(nèi)壓1.2atm、氬氣氣氛的氣流下在 2800°C的溫度進(jìn)行了石墨化。將其在氬氣氣氛中自然冷卻后，取出粉末，得到了 0.94kg的 石墨微粉(Al)。得到的石墨微粉的平均粒徑為20 μ m。
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接著，將使用上述石墨微粉，按表1的組成比混合而成的材料采用，# /，7卜 磨機(jī)(Laboplastomill)(東洋精機(jī)制)在溫度100°C、轉(zhuǎn)速40rpm下混煉5分鐘，得到了石墨 樹(shù)脂組成物。進(jìn)而，采用威廉粉碎機(jī)(吉田制作所制)粉碎石墨樹(shù)脂組成物，得到篩下2mm 以下的微粉。將該微粉在烘箱中加熱到90°C，向輥表面溫度調(diào)整為30°C的10英寸輥(夕' ^ !、>制)供給，得到了厚度0. 8mm的均勻的生片。將該生片裝入表面粗糙度不同的4種模具中，用50t熱壓機(jī)(名機(jī)制作所制)在固 化溫度180°C、固化時(shí)間8分鐘的條件下進(jìn)行固化，得到了 IOOmmX IOOmmX 0. Smmt的表面粗 糙度不同的4種試件。使用的模具的表面預(yù)先通過(guò)噴砂來(lái)處理，使得算術(shù)平均粗糙度為Ra =0. 57 ( μ m), Ra = 1.23、Ra = 2. 95、和Ra = 5.01。由該模具成形出的試件的兩面，被轉(zhuǎn) 印了模具的表面粗糙度。另外，對(duì)成形時(shí)的模具表面實(shí)施了硅氧烷系脫模劑處理。各試件 的表面粗糙度示于表2。本發(fā)明中的算術(shù)平均粗糙度(Ra)的測(cè)定，依據(jù)JIS B060K1994), 使用* 一- > 7制的超深度形狀測(cè)定顯微鏡VK8550作為測(cè)定裝置，在對(duì)物透鏡X 20、無(wú)截 止的條件下，在測(cè)定距離500 μ m下測(cè)定10處的線(xiàn)粗糙度的波形，算出其Ra的平均值作為 算術(shù)平均粗糙度(Ra)。通過(guò)ESCA分析(PHI社制Quantera SXM)測(cè)定該階段(沒(méi)有進(jìn)行 后述的氟處理)下的試件的表面的總氟原子比率和總氧原子比率的結(jié)果是F :0原子％、0: 0原子％。(氟處理)進(jìn)而，為了進(jìn)行氟處理，將這4種表面粗糙度不同的試件各3枚裝入內(nèi)容積3升 的特氟隆(Teflon)(注冊(cè)商標(biāo))容器中，將容器中用真空泵抽成真空狀態(tài)后，以氟氣4體 積％、氧氣80體積％、氮?dú)?6體積％的混合比將這些氣體導(dǎo)入容器內(nèi)，在壓力Iatm、溫度 40°C的狀態(tài)下進(jìn)行20分鐘的處理。其后，先將容器內(nèi)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，取出試件，在60°C的溫 水中浸漬15小時(shí)，用60°C的熱風(fēng)干燥機(jī)干燥3小時(shí)。通過(guò)ESCA分析(PHI社制Quantera SXM)，測(cè)定氟處理過(guò)的試件的表面的總氟原子比率和總氧原子比率的結(jié)果是F :23. 4原 子％、0 :8. 5原子％。將該試件切成50mmX IOmmXO. Smmt的大小，利用水潤(rùn)濕性試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。其結(jié)果示 于表2，均勻的水膜的保持時(shí)間全部為10秒以上，判明了形成了穩(wěn)定的水膜。特別是判明 了 當(dāng)算術(shù)平均粗糙度為Ι.Ομπι以上時(shí)，水膜可保持60秒以上，非常穩(wěn)定地持續(xù)潤(rùn)濕。另 外，還判明當(dāng)算術(shù)平均粗糙度(Ra)超過(guò)3μπι時(shí)，表面的保水量增加，因此保持時(shí)間達(dá)到 90秒以上。表權(quán)利要求
一種燃料電池用隔板的制造方法，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成的在表面具有氣體流路用凹部的燃料電池用隔板的制造方法，其特征在于，具有將上述氣體流路用凹部的表面粗糙化成算術(shù)平均粗糙度(以下簡(jiǎn)記為「Ra」)為0.5～10μm的工序；以及，采用含氟氣體對(duì)上述氣體流路用凹部進(jìn)行親水化的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用隔板的制造方法，上述氣體流路用凹部表面的Ra 為3 6 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的燃料電池用隔板的制造方法，通過(guò)噴丸加工和激光加 工的至少一方來(lái)進(jìn)行對(duì)上述氣體流路用凹部的表面的粗糙化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的燃料電池用隔板的制造方法，采用在成形加工的工序 中轉(zhuǎn)印已粗糙化的隔板成形模具表面的方法，對(duì)上述氣體流路用凹部的表面進(jìn)行粗糙化。
5.一種燃料電池用隔板，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成的在表 面具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板，其特征在于，上述氣體流路用凹部表面具有 Ra為0. 5 10 μ m的表面粗糙度，上述氣體流路用凹部表面的總氟原子比率為2 45原 子％。
6.一種燃料電池用隔板，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形成的在表 面具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板，其特征在于，上述氣體流路用凹部表面具有 Ra為0. 5 10 μ m的表面粗糙度，上述氣體流路用凹部表面的總氟原子比率為2 45原 子％、總氧原子比率為1 60原子％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的燃料電池用隔板，上述氣體流路用凹部表面的Ra為 3 10 μ m0
8.一種燃料電池隔板的評(píng)價(jià)方法，是由含有碳質(zhì)材料(A)和樹(shù)脂(B)的樹(shù)脂組成物形 成的在表面具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，將由上述 組成物形成的燃料電池用隔板(切斷成矩形的試件)在常溫下在水中浸漬30秒鐘后，在1 秒以?xún)?nèi)沿垂直方向提拉到距水面Icm以上，測(cè)定在表面形成的均勻的液膜保持的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠長(zhǎng)期地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電的燃料電池用隔板及其制造方法。將具有氣體流路用的凹部的燃料電池用隔板的氣體流路用凹部的表面粗糙化成算術(shù)平均粗糙度為0.5～10μm，進(jìn)而使氣體流路用凹部與含氟氣體、或者與一同含有氟和氧的氣體接觸。形成最適于防止溢流的親水性表面，得到能夠長(zhǎng)期地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電的燃料電池用隔板。得到的燃料電池用隔板，其試件在水中浸漬30秒鐘后，在1秒以?xún)?nèi)提拉至距水面1cm以上，在表面形成的均勻的液膜能夠保持10秒鐘以上。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101971399SQ200980108979
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者泉善一郎, 飯野匡 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社