Una composición de resina conductora curable caracterizada porque comprende (A) una composición de resina curable y (B) un material de carbono,

con una ratio en peso de componente (A) a componente (B) de 70-5:30-95,

caracterizada porque la composición de resina curable del componente (A) comprende (A1) un elastómero con una viscosidad Mooney (MN1+4 (100ºC)) de 25 o mayor en una proporción de 60-10% en peso, (A2) una resina radical reactiva en una proporción de 40-90% en peso, siendo el total de los componentes (A1) y (A2) 100% en peso, y (A3) un peróxido orgánico en una proporción de 0,2-10 partes en peso para 100 partes en peso de (A1 + A2), en donde la resina radical reactiva es una o más seleccionada(s) de entre resinas poliéster insaturadas, resinas de vinil-ésteres, resinas de alil-ésteres, resinas de uretano, resinas de ftalato de dialilo y resinas de 1,2-polibutadieno.

Composición de resina curable conductora y separador para pila de combustible.

Campo Técnico La presente invención se refiere a una composición de resina conductora curable con propiedades excelentes de conductividad y liberación de calor, y se refiere particularmente a un separador de pila de combustible, un ensamblaje para una pila, un electrodo o una placa de liberación de calor, y a un proceso para su producción.

Técnica Anterior

Convencionalmente se han utilizado metales y materiales de carbono para propósitos que requieren conductividad alta. Los materiales de carbono, en particular, al ser materiales exentos de la corrosión que es característica de los metales y al exhibir resistencia térmica, propiedades lubricantes, termoconductividad y durabilidad excelentes, han llegado a jugar un papel importante en campos tales como electrónica, electroquímica, energía, vehículos de transporte y análogos. Materiales compuestos hechos de combinaciones de materiales de carbono y materiales polímeros han alcanzado también niveles espectaculares de desarrollo, y han llegado a ser utilizados por su capacidad de eficiencia y funcionalidad continuamente crecientes. La mayor libertad en la procesabilidad de conformación permitida por combinaciones con materiales polímeros en particular ha sido una razón del desarrollo incrementado de los materiales de carbono en campos que requieren conductividad.

En los últimos años, a la vista de los problemas relacionados con el medio ambiente y la energía, se ha prestado mayor atención a generadores eléctricos limpios en los cuales las pilas de combustible generan electricidad por la reacción inversa a la electrólisis del agua, utilizando hidrógeno y oxígeno, y que no producen desecho alguno distinto del agua, y los materiales de carbono y polímeros juegan también un papel importante para éstos. Las pilas de combustible sólido polímero parecen sumamente prometedoras para uso en automóviles y uso personal cuando el propósito es utilización a temperaturas bajas. Tales pilas de combustible pueden exhibir generación de electricidad de alta potencia por estratificación de pilas individuales que están compuestas de un electrólito polímero sólido, electrodos de difusión de gas, un catalizador y un separador.

Los separadores utilizados para distribuir las pilas individuales tienen usualmente ranuras para suministro del gas combustible y el gas oxidante, y deben tener alta impermeabilidad a los gases para conseguir una separación completa de los mismos, así como alta conductividad para reducir la resistencia interna. Otros requerimientos incluyen conductividad térmica, durabilidad y robustez.

Con objeto de satisfacer estos requerimientos, tales separadores se han evaluado tradicionalmente desde el punto de vista tanto de los metales como de los materiales de carbono. El problema de la corrosión asociado con los metales ha suscitado intentos de recubrir las superficies con metales preciosos o carbono, pero no ha sido posible alcanzar una durabilidad adecuada, y los costes de recubrimiento han sido también un problema.

Por otra parte, los materiales de carbono han sido estudiados también extensamente, ejemplos de lo cual incluyen artículos moldeados obtenidos por moldeo a presión de hojas expandidas de grafito, artículos moldeados obtenidos por impregnación de un material de carbono sinterizado con una resina y curado, y artículos moldeados obtenidos por mezcla y moldeo de resina termoendurecible-carbono vítreo calcinado, polvo de carbono y una resina.

Por ejemplo, en la Publicación de Patente Japonesa No Examinada (Kokai) HEI No. 8-222.241 se describe un proceso complejo en el cual se añade un material aglomerante a un polvo carbonoso a fin de asegurar fiabilidad y precisión dimensional, y la mixtura se calienta y se conforma por CIP, después de lo cual se calcina y se grafitiza ésta para producir un material de grafito isótropo que se impregna luego con una resina termoendurecible, se somete a tratamiento de curado, y se talla con ranuras por un paso de corte. Asimismo, la Publicación de Patente Japonesa No Examinada SHO No. 60-161144 describe la impregnación de una resina termoendurecible en papel que comprende polvo de carbono o fibra de carbono, seguido por estratificación del papel, prensado del estratificado y calcinación del mismo. La Publicación de Patente Japonesa No Examinada No. 2001-68128 describe el moldeo por inyección de una resina fenólica en una matriz conformada con separadores y calcinación de la misma. Dichos materiales calcinados exhiben alta conductividad eléctrica, pero el largo tiempo requerido para la calcinación reduce la productividad. Cuando es necesario un paso de corte, la productividad se reduce aún más y los costes aumentan, de tal modo que los numerosos problemas han impedido su uso futuro como materiales comunes.

Por otra parte, los métodos de moldeo se han considerado como medios para aumentar la productividad y reducir los costes, y los materiales utilizados para ello han sido por regla general materiales compuestos de cargas basadas en carbono y resinas. Por ejemplo, la Publicación de Patente Japonesa No Examinada SHO No. 58-53167, la Publicación de Patente Japonesa No Examinada SHO No. 60-37670, la Publicación de Patente Japonesa No Examinada SHO No. 60-246568, la Publication de Patente Japonesa Examinada (Kokoku) SHO No. 64-340 y la Publicación de Patente Japonesa Examinada HEI No. 6-22136 describen cada una un separador hecho de una resina termoendurecible tal como una resina fenólica, grafito o carbono, la Publicación de Patente Japonesa Examinada SHO No. 57-42157 describe un separador bipolar hecho de una resina termoendurecible tal como una resina epoxi y un material electroconductor tal como grafito, y la Publicación de Patente Japonesa No Examinada HEI No. 1-311570 describe un separador que comprende una mixtura de grafito expandido y negro de carbono con una resina termoendurecible tal como una resina fenólica o resina de furano.

Los separadores que emplean materiales compuestos de una carga basada en carbono y una resina requieren un contenido drásticamente mayor de la carga basada en carbono para exhibir conductividad alta, pero debido a que es preciso añadir una gran cantidad de resina para mantener la conformabilidad, ha sido difícil alcanzar una conductividad suficientemente alta. Se ha intentado también conformar la composición en una hoja de alta precisión mediante rodillos o medios análogos y endurecerla en una forma de separador de pila de combustible, con objeto de mejorar la precisión de grosor que es una característica particularmente importante para los separadores de pilas de combustible, pero dado que la hoja resultante no es uniforme cuando contiene una proporción elevada de carga basada en carbono, ha sido necesario aumentar la cantidad de resina que sirve como la matriz. Como resultado, no ha sido posible alcanzar conductividad eléctrica y conductividad térmica adecuadas.

Cuando, para mayor conductividad eléctrica, se incluye un paso de calcinación en el que el artículo moldeado se calienta durante un periodo de tiempo largo a una temperatura elevada de 1000-3000°C, el tiempo requerido para la producción se alarga y el proceso de producción se hace complicado, aumentando aún más los costes.

Es un objeto de la presente invención, que se ha completado a la vista de estas circunstancias, proporcionar una composición de resina conductora curable con capacidad de carga de un contenido elevado de carga conductora y con procesabilidad de conformación excelente. Es otro objeto de la misma proporcionar un separador de pila de combustible, un ensamblaje para una pila, un electrodo o una placa de liberación de calor con propiedades excelentes de conductividad y liberación de calor, que se obtiene por conformación de la composición arriba mencionada en una hoja mientras está todavía sin curar, y curar la misma en una forma de separador de pila de combustible, un ensamblaje para una pila, un electrodo o una placa de liberación de calor, así como un proceso para su producción.

Descripción de la Invención A la vista de estas circunstancias, los autores de la presente invención han dedicado diligentemente sus esfuerzos al desarrollo de una composición conductora de resina curable compuesta principalmente de una carga basada en carbono y una composición de resina curable, en la cual el producto curado exhibiera conductividad excelente y propiedades de liberación de calor superiores y, por adición de un elastómero de peso molecular alto a una composición de resina curable, han logrado... [Seguir leyendo]

1. Una composición de resina conductora curable caracterizada porque comprende (A) una composición de resina curable y (B) un material de carbono, con una ratio en peso de componente (A) a componente (B) d.

7. 5:3095,

caracterizada porque la composición de resina curable del componente (A) comprende (A1) un elastómero con una viscosidad Mooney (MN1+4 (100ºC) ) de 25 o mayor en una proporción d.

6. 10% en peso, (A2) una resina radical reactiva en una proporción d.

4. 90% en peso, siendo el total de los componentes (A1) y (A2) 100% en peso, y (A3) un peróxido orgánico en una proporción de 0, 2-10 partes en peso para 100 partes en peso de (A1 + A2) , en donde la resina radical reactiva es una o más seleccionada (s) de entre resinas poliéster insaturadas, resinas de vinil-ésteres, resinas de alil-ésteres, resinas de uretano, resinas de ftalato de dialilo y resinas de 1, 2-polibutadieno.

2. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el elastómero del componente (A1) es uno o una combinación de dos o más seleccionados del grupo constituido por caucho acrilonitrilo-butadieno, caucho de nitrilo hidrogenado, caucho estireno-butadieno, caucho etileno-propileno, caucho terpolímero etileno-propileno-dieno, caucho etileno-butadieno, caucho fluorado, caucho de isopreno, caucho de silicona, caucho acrílico y caucho de butadieno.

3. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el elastómero del componente (A1) es uno o una combinación de dos o más seleccionados del grupo constituido por caucho acrilonitrilo-butadieno, caucho de nitrilo hidrogenado, caucho estireno-butadieno, caucho etileno-propileno, caucho terpolímero etileno propileno-dieno, y caucho de butadieno.

4. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el material de carbono del componente (B) es un material seleccionado del grupo constituido por polvo de grafito, polvo de grafito artificial, polvo de grafito natural, polvo de grafito expandido, fibra de carbono, fibra de carbono producida en fase vapor con un diámetro de fibra de 0, 05-10 μm y una longitud de 1-500 μm, nanotubos de carbono con un diámetro de 0, 5-100 nm y una longitud de 0, 01-10 μm, y negro de carbono, o una mixtura de los mismos.

5. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el polvo de grafito es polvo de grafito con un tamaño medio de partícula de 0, 1-150 μm y un espaciamiento de retículo (valor Co) de 6, 745 Ǻ o menor.

6. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque cuando el material de carbono del componente (B) se presuriza hasta una densidad aparente de 1, 5 g/cm3, la resistividad eléctrica del polvo en la dirección perpendicular a la dirección de presurización no es mayor que 0, 07 Ωcm.

7. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el material de carbono del componente (B) contiene boro en una proporción de 0, 05-10% en peso.

8. La composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 1, que se utiliza para moldeo en hoja.

9. Un proceso para producción de una hoja sin curar, caracterizado porque la composición de resina conductora curable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 se conforma mientras se encuentra en estado sin curar, utilizando un tipo de máquina de conformación tal como un extrusor, rodillo y calandria.

10. Una hoja sin curar producida por el proceso de acuerdo con la reivindicación 9.

11. La hoja sin curar de acuerdo con la reivindicación 10, que tiene un espesor de 0, 5-3 mm y una anchura d.

2. 3000 mm.

12. Un proceso para producir una hoja curada ranurada, caracterizado porque la hoja sin curar de acuerdo con la reivindicación 10 se corta o se troquela, y la hoja se suministra a una matriz y se cura por calentamiento con una máquina de moldeo por compresión.

13. Un separador de pila de combustible, un ensamblaje para una pila, un electrodo o una placa de liberación de calor, producido (a) por el proceso que se describe en la reivindicación 12 utilizando una matriz ranurada por una sola cara o por las dos caras.

14. Un separador de pila de combustible obtenido por curado de la hoja sin curar de acuerdo con la reivindicación 10.

15. Un separador de pila de combustible que comprende un cuerpo curado obtenido por suministro de la composición de resina conductora curable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 o la hoja sin curar de acuerdo con la reivindicación 10 a una matriz ranurada por las dos caras y curado de la misma con una

máquina de moldeo por compresión, caracterizándose el separador de pila de combustible por tener una resistividad de volumen no mayor que 2 x 10-2 Ωcm, una resistencia de contacto no mayor que 2 x 10-2 Ωcm2, una conductividad térmica de al menos 1, 0 W/m·K y una permeabilidad a los gases no mayor que 1 x 10-6 cm2/s, y por contener al menos 0, 1 ppm de boro.

16. Un separador de pila de combustible, un ensamblaje para una pila, un electrodo o una placa de liberación de calor caracterizado (a) por ser una hoja de resina curada conductora ranurada que comprende la composición de resina conductora curable de acuerdo con la reivindicación 1.

17. El separador de pila de combustible, un ensamblaje para una pila, un electrodo o una placa de liberación de calor de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado (a) porque el elastómero del componente (A1) es uno o una combinación de dos o más seleccionados del grupo constituido por caucho acrilonitrilo-butadieno, caucho de nitrilo hidrogenado, caucho estireno-butadieno, caucho etileno-propileno, caucho terpolímero etileno-propileno-dieno, caucho etileno-butadieno, caucho fluorado, caucho de isopreno, caucho de silicona, caucho acrílico y caucho de butadieno.

18. El separador de pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por tener una resistividad de volumen no mayor que 2 x 10-2 Ωcm, una resistencia de contacto no mayor que 2 x 10-2 Ωcm2, una conductividad térmica de al menos 1, 0 W/m·K y una permeabilidad a los gases no mayor que 1 x 10-6 cm2/s, y por contener al menos 0, 1 ppm de boro.

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