JP2017183161A - Seal member for fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用構成部材をシールするために用いられる燃料電池用シール部材およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell sealing member used for sealing fuel cell components and a method for manufacturing the same.
燃料電池は、ガスの電気化学反応により電気を発生させ、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ない。なかでも固体高分子型燃料電池は、比較的低温で作動させることができ、大きな出力密度を有する。このため、発電用、自動車用電源等、種々の用途が期待される。 The fuel cell generates electricity by the electrochemical reaction of gas, has high power generation efficiency, cleans the discharged gas, and has very little influence on the environment. Among these, the polymer electrolyte fuel cell can be operated at a relatively low temperature and has a large power density. For this reason, various uses, such as a power generation and an automotive power source, are expected.
固体高分子型燃料電池においては、膜電極接合体（ＭＥＡ）等をセパレータで挟持したセルが発電単位となる。ＭＥＡは、電解質となる高分子膜（電解質膜）と、電解質膜の厚さ方向両面に配置された一対の電極触媒層（燃料極（アノード）触媒層、酸素極（カソード）触媒層）と、からなる。一対の電極触媒層の表面には、さらにガスを拡散させるための多孔質層が配置される。燃料極側には水素等の燃料ガスが、酸素極側には酸素や空気等の酸化剤ガスがそれぞれ供給される。供給されたガスと電解質と電極触媒層との三相界面における電気化学反応により、発電が行われる。固体高分子型燃料電池は、上記セルを多数積層したセル積層体を、セル積層方向の両端に配置したエンドプレート等により締め付けて構成される。 In a polymer electrolyte fuel cell, a cell in which a membrane electrode assembly (MEA) or the like is sandwiched between separators is a power generation unit. The MEA includes a polymer membrane (electrolyte membrane) serving as an electrolyte, a pair of electrode catalyst layers (a fuel electrode (anode) catalyst layer, an oxygen electrode (cathode) catalyst layer) disposed on both sides in the thickness direction of the electrolyte membrane, Consists of. On the surface of the pair of electrode catalyst layers, a porous layer for further diffusing gas is disposed. A fuel gas such as hydrogen is supplied to the fuel electrode side, and an oxidant gas such as oxygen or air is supplied to the oxygen electrode side. Power generation is performed by an electrochemical reaction at the three-phase interface between the supplied gas, the electrolyte, and the electrode catalyst layer. The polymer electrolyte fuel cell is configured by fastening a cell laminate in which a large number of the cells are laminated with end plates or the like arranged at both ends in the cell lamination direction.
セパレータには、各々の電極に供給されるガスの流路や、発電の際の発熱を緩和するための冷媒の流路が形成される。例えば、各々の電極に供給されるガスが混合すると、発電効率が低下する等の問題が生じる。また、電解質膜は、水を含んだ状態でプロトン導電性を有する。このため、作動時には、電解質膜を湿潤状態に保つ必要がある。したがって、ガスの混合、ガスおよび冷媒の漏れを防止すると共に、セル内を湿潤状態に保持するためには、ＭＥＡおよび多孔質層の周囲や、隣り合うセパレータ間のシール性を確保することが重要となる。これらの構成部材をシールするシール部材としては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）等からなるシール部材（ゴムガスケット）が提案されている（特許文献１、２参照）。 The separator is formed with a flow path of gas supplied to each electrode and a flow path of refrigerant for relaxing heat generation during power generation. For example, when the gas supplied to each electrode is mixed, problems such as a decrease in power generation efficiency occur. The electrolyte membrane has proton conductivity in a state containing water. For this reason, it is necessary to keep the electrolyte membrane in a wet state during operation. Therefore, in order to prevent gas mixing, gas and refrigerant leakage, and to keep the inside of the cell moist, it is important to ensure the sealing performance around the MEA and the porous layer and between adjacent separators. It becomes. As a sealing member for sealing these constituent members, for example, a sealing member (rubber gasket) made of ethylene-propylene-diene terpolymer rubber (EPDM), ethylene-propylene copolymer rubber (EPM) or the like has been proposed. (See Patent Documents 1 and 2).
燃料電池用シール部材のゴム成分としては、燃料電池用シール部材に要求される機械的物性（引張り強さ、破断伸び、硬度等）や耐ヘタリ性（シール性）等を良好に得る観点から、通常、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ等のソリッドゴム（ミラブル型ゴム）が用いられ、その架橋剤には、有機過酸化物が用いられる。 As a rubber component of a fuel cell seal member, from the viewpoint of obtaining favorable mechanical properties (tensile strength, elongation at break, hardness, etc.) and sag resistance (seal properties) required for a fuel cell seal member, Usually, solid rubber (millable rubber) such as EPDM and EPM is used, and an organic peroxide is used as a crosslinking agent.
ところで、燃料電池用シール部材の製造工程において、近年、生産性を向上させるために、射出成形時の射出性を改良することが求められている。すなわち、燃料電池用シール部材は、通常、厚み約ｌｍｍ×大きさ１０ｃｍ角以上で、枠の幅が３〜４ｍｍの、枠状シール部材のため、射出成形で形成するのが困難（射出成形により金型の隅々にまでゴムを行き渡らせることが困難）であったことから、その改善が望まれている。 By the way, in the manufacturing process of the fuel cell sealing member, in recent years, in order to improve the productivity, it is required to improve the injection property at the time of injection molding. That is, the fuel cell seal member is usually a frame-shaped seal member having a thickness of about 1 mm × size 10 cm square or more and a frame width of 3 to 4 mm, which makes it difficult to form by injection molding (by injection molding). Since it was difficult to spread the rubber to every corner of the mold), the improvement is desired.
上記の射出性を改良する手法としては、例えば、燃料電池用シール部材形成用のゴム組成物中に軟化剤（可塑剤）を配合し、ゴム組成物を低粘度化させる手法がある。 As a technique for improving the injection property, for example, there is a technique of blending a softener (plasticizer) in a rubber composition for forming a fuel cell seal member to lower the viscosity of the rubber composition.
しかしながら、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ等のミラブル型ゴムをポリマーとするゴム組成物に、上記射出性が改善されるほど軟化剤を配合して低粘度化し、燃料電池用シール部材を射出成形した場合、燃料電池用シール部材に要求される機械的物性や耐ヘタリ性を得られなくなることから、その改善が求められている。 However, when a rubber composition having a millable rubber such as EPDM or EPM as a polymer is blended with a softening agent to reduce the viscosity so that the injection property is improved, the fuel cell seal member is injection molded. Since the mechanical properties and sag resistance required for a sealing member for use cannot be obtained, there is a need for improvement.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、シール部材に要求される機械的物性や耐ヘタリ性を維持しながら射出成形性に優れる燃料電池用シール部材、およびその製造方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a fuel cell sealing member that is excellent in injection moldability while maintaining the mechanical properties and sag resistance required for the sealing member, and a method for manufacturing the same. And its purpose.
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池の構成部材をシールするために用いられる燃料電池用シール部材であって、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０の範囲であるゴム組成物の架橋体からなる燃料電池用シール部材を、第一の要旨とする。
（Ａ）エチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなるソリッドゴム。
（Ｂ）液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなる液状ゴム。
（Ｃ）有機過酸化物からなる架橋剤。
In order to achieve the above object, the present invention is a fuel cell sealing member used for sealing a constituent member of a fuel cell, comprising the following components (A) to (C), and ( A sealing member for a fuel cell comprising a crosslinked product of a rubber composition in which the content ratio of the component (A) and the component (B) is in the range of A / B = 95/5 to 40/60 by weight. The gist of
(A) Solid rubber comprising at least one of ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber.
(B) Liquid rubber comprising at least one of liquid ethylene-propylene rubber and liquid ethylene-propylene-diene rubber.
(C) A crosslinking agent comprising an organic peroxide.
また、本発明は、上記第一の要旨の燃料電池用シール部材の製造方法であって、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０の範囲であるゴム組成物を混練する工程と、上記混練されたゴム組成物の射出成形を行う工程と、を備えている燃料電池用シール部材の製造方法を、第二の要旨とする。
（Ａ）エチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなるソリッドゴム。
（Ｂ）液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなる液状ゴム。
（Ｃ）有機過酸化物からなる架橋剤。
Moreover, this invention is a manufacturing method of the sealing member for fuel cells of said 1st summary, Comprising: The following (A)-(C) component is included, and (A) component and (B) component of A step of kneading a rubber composition having a content ratio by weight of A / B = 95/5 to 40/60, and a step of performing injection molding of the kneaded rubber composition. The manufacturing method of the fuel cell sealing member is a second gist.
(A) Solid rubber comprising at least one of ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber.
(B) Liquid rubber comprising at least one of liquid ethylene-propylene rubber and liquid ethylene-propylene-diene rubber.
(C) A crosslinking agent comprising an organic peroxide.
すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、燃料電池用シール部材のゴム成分として優れた特性を示す、エチレン−プロピレンゴムやエチレン−プロピレン−ジエンゴムを用いるとともに、燃料電池の発電が阻害されることのないよう、有機過酸化物を、その架橋剤として用いることを検討した。また、その材料中に軟化剤を配合しなくとも射出成形時の射出性に優れるよう、上記ゴム成分として液状ゴムを用いることを検討した。しかしながら、液状ゴムのみでは所望の機械的物性が得られなかった。また、ソリッドゴムに液状ゴムを混ぜたとしても、液状ゴムが多すぎると均一に混練することができず、さらに、混練機にゴムが引っ付くといった、加工性の悪さが問題であったことから、さらに研究を重ねた。その結果、エチレン−プロピレンゴムやエチレン−プロピレン−ジエンゴムのソリッドゴム（Ａ）と、液状エチレン−プロピレンゴムや液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの液状ゴム（Ｂ）とを、特定の割合で含有させたところ、燃料電池用シール部材に要求される機械的物性や耐ヘタリ性を維持しながら射出成形性に優れることを見出し、本発明に到達した。 That is, the present inventors have intensively studied to solve the above problems. In the course of the research, while using ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber, which show excellent characteristics as a rubber component of fuel cell seal members, organic fuel is used so that power generation of the fuel cell is not hindered. The use of oxide as the cross-linking agent was studied. In addition, the use of liquid rubber as the rubber component was studied so that the material has excellent injection properties during injection molding without the use of a softener in the material. However, the desired mechanical properties could not be obtained with liquid rubber alone. In addition, even if liquid rubber is mixed with solid rubber, if there is too much liquid rubber, it cannot be uniformly kneaded, and furthermore, poor processability, such as rubber being caught by the kneader, was a problem. , Further research. As a result, the solid rubber (A) of ethylene-propylene rubber or ethylene-propylene-diene rubber and the liquid rubber (B) of liquid ethylene-propylene rubber or liquid ethylene-propylene-diene rubber are contained in a specific ratio. The present inventors have found that the injection molding properties are excellent while maintaining the mechanical properties and sag resistance required for fuel cell sealing members.
本発明の燃料電池用シール部材は、エチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなるソリッドゴム（Ａ）と、液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなる液状ゴム（Ｂ）と、有機過酸化物からなる架橋剤（Ｃ）と、を含有し、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０の範囲であるゴム組成物の架橋体からなる。このことから、本発明の燃料電池用シール部材は、シール部材に要求される機械的物性や耐ヘタリ性を維持しながら、射出成形性（射出成形により金型の隅々にまでゴムを行き渡らせること）にも優れている。 The sealing member for a fuel cell according to the present invention includes a solid rubber (A) made of at least one of ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber, and a liquid made of at least one of liquid ethylene-propylene rubber and liquid ethylene-propylene-diene rubber. The rubber (B) and the crosslinking agent (C) composed of an organic peroxide are contained, and the content ratio of the component (A) and the component (B) is A / B = 95/5 by weight ratio. It consists of a crosslinked product of a rubber composition in a range of ˜40 / 60. From this, the fuel cell sealing member of the present invention allows the rubber to spread to every corner of the mold by injection molding while maintaining the mechanical properties and sag resistance required for the sealing member. It is also excellent).
特に、上記液状ゴム（Ｂ）が、ジエン含量４重量％以上の液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムであると、耐ヘタリ性により優れるようになる。 In particular, when the liquid rubber (B) is a liquid ethylene-propylene-diene rubber having a diene content of 4% by weight or more, it becomes more excellent in resistance to stickiness.
また、燃料電池用シール部材が、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに、パラフィンオイルおよびポリαオレフィン化合物の少なくとも一方（Ｄ）を含有するゴム組成物の架橋体からなると、よりブリードアウトを抑制するようになる。 Further, when the fuel cell sealing member is made of a crosslinked rubber composition containing at least one of paraffin oil and poly-α-olefin compound (D) together with the components (A) to (C), bleeding out is further suppressed. To come.
また、本発明の燃料電池用シール部材の製造方法は、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０の範囲であるゴム組成物を混練する工程と、上記混練されたゴム組成物の射出成形を行う工程とを備えている。このことから、射出成形時の射出性に優れ、しかも、上記のように優れた機械的物性や耐ヘタリ性等を有する燃料電池用シール部材を、良好に製造することができる。 Moreover, the manufacturing method of the sealing member for fuel cells of this invention contains said (A)-(C) component, and the content ratio of (A) component and (B) component is A / B = 95 / 5-40 / 60 The process of kneading | mixing the rubber composition and the process of performing the injection molding of the said kneaded rubber composition are provided. From this, it is possible to satisfactorily manufacture a fuel cell sealing member having excellent injection properties at the time of injection molding and having excellent mechanical properties and anti-sag properties as described above.
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to this embodiment.
本発明の燃料電池用シール部材（以下、単に「シール部材」という場合がある。）は、燃料電池の構成部材をシールするために用いられるものであって、先に述べたように、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０の範囲であるゴム組成物の架橋体からなる。
（Ａ）エチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなるソリッドゴム。
（Ｂ）液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなる液状ゴム。
（Ｃ）有機過酸化物からなる架橋剤。
The fuel cell sealing member of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “seal member”) is used to seal the constituent members of the fuel cell, and as described above, A rubber composition containing the components (A) to (C) and having a content ratio of the components (A) and (B) in a weight ratio of A / B = 95/5 to 40/60. It consists of a crosslinked body.
(A) Solid rubber comprising at least one of ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber.
(B) Liquid rubber comprising at least one of liquid ethylene-propylene rubber and liquid ethylene-propylene-diene rubber.
(C) A crosslinking agent comprising an organic peroxide.
上記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分は、上記ゴム組成物の主成分であって、通常、ゴム組成物全体の過半を占める。そして、上記のように、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）およびエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）の少なくとも一方からなるソリッドゴム（Ａ）と、液状エチレン−プロピレンゴム（液状ＥＰＭ）および液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム（液状ＥＰＤＭ）の少なくとも一方からなる液状ゴム（Ｂ）とを、重量比で、Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０の割合で含有し、好ましくは、Ａ／Ｂ＝９０／１０〜５０／５０の割合で含有し、さらに好ましくは、Ａ／Ｂ＝８５／１５〜６５／３５の割合で含有する。ここで、「ソリッドゴム」とは、常温（２３℃）で固形を示すゴムであって、ＪＩＳ Ｋ ６３００−１に準拠し、１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ1+4 １００℃）が５以上のゴムのことを言う。また、「液状ゴム」とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０３に準拠しＢ型粘度計により測定される常温（２３℃）での粘度が１０００Ｐａ・ｓ以下のゴムのことを言う。また、上記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の重量比よりもソリッドゴムが多い（液状ゴムが少ない）と、良好な射出成型性が得られず、上記重量比よりもソリッドゴムが少ない（液状ゴムが多い）と、所望の引張り強さが得られなかったり、混練時の加工性が悪いといった不具合を生じやすくなる。 The rubber components (A) and (B) are the main components of the rubber composition and usually occupy the majority of the entire rubber composition. As described above, a solid rubber (A) composed of at least one of ethylene-propylene rubber (EPM) and ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), liquid ethylene-propylene rubber (liquid EPM), and liquid ethylene-propylene- Liquid rubber (B) comprising at least one of diene rubber (liquid EPDM) is contained in a weight ratio of A / B = 95/5 to 40/60, preferably A / B = 90/10 It contains in the ratio of 50/50, More preferably, it contains in the ratio of A / B = 85 / 15-65 / 35. Here, the “solid rubber” is a rubber that is solid at room temperature (23 ° C.), and has a Mooney viscosity (ML 1 + 4 100 ° C.) at 5 ° C. of 5 or more in accordance with JIS K 6300-1. Say about rubber. The “liquid rubber” refers to rubber having a viscosity of 1000 Pa · s or less at normal temperature (23 ° C.) measured by a B-type viscometer in accordance with JIS Z 8803. Further, if the amount of solid rubber is larger than the weight ratio of the rubber components (A) and (B) (less liquid rubber), good injection moldability cannot be obtained, and there is less solid rubber than the weight ratio ( When there are many liquid rubbers), the desired tensile strength cannot be obtained, and problems such as poor workability during kneading tend to occur.
上記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分におけるエチレン含有量は、極低温下におけるシール性の向上の観点から、６０重量％以下であることが好ましく、特に好ましくは５３重量％以下である。一方で、上記エチレン含有量が少なすぎると、ゴム物性が低下し、シール部材に必要な伸びや引張り特性を確保することが困難となることから、上記エチレン含有量が４０重量％以上であることが好ましい。 The ethylene content in the rubber components (A) and (B) is preferably 60% by weight or less, particularly preferably 53% by weight or less, from the viewpoint of improving the sealability at extremely low temperatures. On the other hand, if the ethylene content is too low, the physical properties of the rubber will be lowered, and it will be difficult to ensure the elongation and tensile properties necessary for the sealing member, so the ethylene content is 40% by weight or more. Is preferred.
そして、燃料電池の作動環境における耐酸性および耐水性の観点から、上記（Ａ）成分としては、ＥＰＤＭを用いることが好ましい。特に、上記ＥＰＤＭ中のジエン量が多くなれば、それに比例して架橋体であるシール部材の架橋密度が高くなり、より一層低温シール性が向上することとなる。このようなことから、上記ＥＰＤＭ中のジエン量（ジエン成分の質量割合）は、１〜２０重量％の範囲が好ましく、より好ましくは３〜１５重量％の範囲が好ましい。 From the viewpoint of acid resistance and water resistance in the operating environment of the fuel cell, it is preferable to use EPDM as the component (A). In particular, as the amount of diene in the EPDM increases, the crosslink density of the sealing member, which is a crosslinked body, increases in proportion thereto, and the low-temperature sealability is further improved. Therefore, the amount of diene (mass ratio of diene component) in the EPDM is preferably in the range of 1 to 20% by weight, more preferably in the range of 3 to 15% by weight.
また、上記（Ｂ）成分としても、（Ａ）成分と同様の観点から、液状ＥＰＤＭを用いることが好ましい。そして、上記液状ＥＰＤＭが、ジエン含量４重量％以上の液状ＥＰＤＭであると、耐ヘタリ性により優れるようになるため好ましく、同様の観点から、特にジエン含量５重量％以上の液状ＥＰＤＭが好ましく、さらにジエン含量６重量％以上の液状ＥＰＤＭが好ましい。なお、上記ジエン含量の上限は１２重量％である。 Further, as the component (B), liquid EPDM is preferably used from the same viewpoint as the component (A). The liquid EPDM is preferably a liquid EPDM having a diene content of 4% by weight or more because it is more excellent in resistance to sag. From the same viewpoint, a liquid EPDM having a diene content of 5% by weight or more is particularly preferable. Liquid EPDM having a diene content of 6% by weight or more is preferred. The upper limit of the diene content is 12% by weight.
上記（Ａ）成分のＥＰＤＭおよび上記（Ｂ）成分の液状ＥＰＤＭのジエン成分としては、例えば、炭素数５〜２０のジエン系モノマーが好ましく、具体的には、１，４−ペンタジエン、１，４−ヘキサジエン、１，５−ヘキサジエン、２，５−ジメチル−１，５−ヘキサジエン、１，４−オクタジエン、１，４−シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）、５−ブチリデン−２−ノルボルネン、２−メタリル−５−ノルボルネン、２−イソプロペニル−５−ノルボルネン等があげられる。 As the diene component of the EPDM as the component (A) and the liquid EPDM as the component (B), for example, a diene monomer having 5 to 20 carbon atoms is preferable. Specifically, 1,4-pentadiene, 1,4 -Hexadiene, 1,5-hexadiene, 2,5-dimethyl-1,5-hexadiene, 1,4-octadiene, 1,4-cyclohexadiene, cyclooctadiene, dicyclopentadiene (DCP), 5-ethylidene-2 -Norbornene (ENB), 5-butylidene-2-norbornene, 2-methallyl-5-norbornene, 2-isopropenyl-5-norbornene and the like.
上記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の架橋剤（Ｃ）は、有機過酸化物からなるものである。上記有機過酸化物としては、例えば、パーオキシケタール、パーオキシエステル、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、ジアルキルパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド等があげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。このような有機過酸化物のなかでも、例えば、１時間半減期温度が１６０℃以下の有機過酸化物からなるものが好ましく用いられ、電解質膜と接着させるためには、１時間半減期温度が１３０℃以下の有機過酸化物を用いることが好ましい。さらには、１３０℃程度の温度で架橋しやすく、架橋剤を加えて混練したゴム組成物の取扱性にも優れるという理由から、１時間半減期温度が１００℃以上のパーオキシケタールおよびパーオキシエステルの少なくとも一方が好ましく、特に好ましくは、１時間半減期温度が１１０℃以上のものが好適である。また、パーオキシエステルを用いると、より短時間で架橋を行うことができる。 The rubber component cross-linking agent (C) of (A) and (B) is composed of an organic peroxide. Examples of the organic peroxide include peroxyketals, peroxyesters, diacyl peroxides, peroxydicarbonates, dialkyl peroxides, hydroperoxides, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these organic peroxides, for example, those composed of organic peroxides having a one-hour half-life temperature of 160 ° C. or less are preferably used. In order to adhere to an electrolyte membrane, the one-hour half-life temperature is It is preferable to use an organic peroxide of 130 ° C. or lower. Furthermore, peroxyketals and peroxyesters having a one-hour half-life temperature of 100 ° C. or more because they are easily cross-linked at a temperature of about 130 ° C. and are excellent in handleability of a rubber composition kneaded with a cross-linking agent. At least one of these is preferable, and a one-hour half-life temperature of 110 ° C. or higher is particularly preferable. Moreover, when a peroxy ester is used, crosslinking can be performed in a shorter time.
本発明において、上記架橋剤（Ｃ）での、１時間半減期温度が１６０℃以下の有機過酸化物における「半減期」とは、有機過酸化物の濃度（活性酸素量）が初期値の半分になるまでの時間である。よって、「半減期温度」は、有機過酸化物の分解温度を示す指標となる。上記「１時間半減期温度」は、半減期が１時間となる温度である。つまり、１時間半減期温度が低いほど、低温で分解しやすい。例えば、１時間半減期温度が１６０℃以下の有機過酸化物を用いることにより、架橋をより低温（具体的には１５０℃以下）で、かつ短時間で行うことができる。したがって、例えば、固体高分子型燃料電池の電解質膜の近傍においても、本発明の燃料電池シール体を使用することができる。 In the present invention, the “half-life” in an organic peroxide having a one-hour half-life temperature of 160 ° C. or lower in the crosslinking agent (C) means that the concentration of organic peroxide (active oxygen amount) is an initial value. Time to halve. Therefore, the “half-life temperature” is an index indicating the decomposition temperature of the organic peroxide. The “1 hour half-life temperature” is a temperature at which the half-life is 1 hour. In other words, the lower the one-hour half-life temperature, the easier it is to decompose at low temperatures. For example, by using an organic peroxide having a one-hour half-life temperature of 160 ° C. or less, crosslinking can be performed at a lower temperature (specifically, 150 ° C. or less) and in a short time. Therefore, for example, the fuel cell seal body of the present invention can be used also in the vicinity of the electrolyte membrane of a solid polymer fuel cell.
上記パーオキシケタールとしては、例えば、ｎ−ブチル−４，４−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、２，２−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、２，２−ジ（４，４−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキシル）プロパン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−２−メチルシクロヘキサン等があげられる。 Examples of the peroxyketal include n-butyl-4,4-di (t-butylperoxy) valerate, 2,2-di (t-butylperoxy) butane, and 2,2-di (4,4). -Di (t-butylperoxy) cyclohexyl) propane, 1,1-di (t-butylperoxy) cyclohexane, 1,1-di (t-hexylperoxy) cyclohexane, 1,1-di (t-hexyl) Peroxy) -3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-di (t-butylperoxy) -2-methylcyclohexane and the like.
上記パーオキシエステルとしては、例えば、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネートがあげられる。 Examples of the peroxyester include t-butyl peroxybenzoate, t-butyl peroxyacetate, t-hexyl peroxybenzoate, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane, t- Butyl peroxy-2-ethylhexyl monocarbonate, t-butyl peroxylaurate, t-butyl peroxyisopropyl monocarbonate, t-butyl peroxy-3,5,5-trimethylhexanoate, t-butyl peroxymalein Examples thereof include acid and t-hexylperoxyisopropyl monocarbonate.
これらのうち、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分との反応が比較的速いという理由から、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートが好適である。なかでも、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを用いると、より短時間で架橋を行うことができる。 Among these, 1,1-di (t-butylperoxy) cyclohexane, t-butylperoxyacetate, t-butyl because the reaction with the rubber components (A) and (B) is relatively fast. Peroxyisopropyl monocarbonate is preferred. Especially, when t-butyl peroxyisopropyl monocarbonate is used, crosslinking can be performed in a shorter time.
上記特定の架橋剤（Ｃ）（純度１００％の原体の場合）の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して０．４〜１２重量部の範囲が好ましい。上記特定の架橋剤（Ｃ）の配合量が少なすぎると、架橋反応を充分に進行させることが困難となる傾向がみられ、上記特定の架橋剤（Ｃ）の配合量が多すぎると、架橋反応時に架橋密度が上昇して、伸びの低下を招く傾向がみられる。 The compounding amount of the specific crosslinking agent (C) (in the case of a raw material having a purity of 100%) is 0.4 to 12 parts by weight relative to 100 parts by weight of the total amount of the rubber components (A) and (B). The range of is preferable. If the amount of the specific crosslinking agent (C) is too small, it tends to be difficult to sufficiently advance the crosslinking reaction. If the amount of the specific crosslinking agent (C) is too large, There is a tendency for the crosslinking density to increase during the reaction, leading to a decrease in elongation.
なお、本発明のシール部材に使用するゴム組成物には、前記（Ａ）〜（Ｃ）成分以外に、パラフィンオイルおよびポリαオレフィン化合物の少なくとも一方（Ｄ）や、脂肪酸カリウム，脂肪酸ナトリウム等の脂肪酸塩、軟化剤（可塑剤）、架橋助剤、補強剤、老化防止剤、粘着付与剤、加工助剤等の、各種添加剤を配合しても差し支えない。 In addition to the components (A) to (C), the rubber composition used for the sealing member of the present invention includes at least one of paraffin oil and polyalphaolefin compound (D), fatty acid potassium, fatty acid sodium, and the like. Various additives such as fatty acid salts, softeners (plasticizers), crosslinking aids, reinforcing agents, anti-aging agents, tackifiers and processing aids may be blended.
上記のように、パラフィンオイルおよびポリαオレフィン化合物の少なくとも一方（Ｄ）を配合すると、よりブリードアウトを抑制するようになるため、好ましい。また、上記ポリαオレフィン化合物（ＰＡＯ）の１００℃における動粘度は、低温性の観点から、より好ましくは、８ｍｍ２／ｓ以下であり、更に好ましくは、２〜８ｍｍ２／ｓの範囲である。ポリαオレフィン化合物の動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して測定されたものである。 As mentioned above, blending at least one of paraffin oil and polyα-olefin compound (D) is preferable because bleed-out is further suppressed. The kinematic viscosity at 100 ° C. of the polyα-olefin compound (PAO) is more preferably 8 mm 2 / s or less, and still more preferably in the range of 2 to 8 mm 2 / s, from the viewpoint of low temperature properties. . The kinematic viscosity of the poly α-olefin compound is measured in accordance with JIS K 2283.
なお、上記（Ｄ）成分の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して５〜４０重量部であることが、ブリードアウトを抑制する観点から好ましい。 The blending amount of the component (D) is preferably 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of the rubber components (A) and (B) from the viewpoint of suppressing bleeding out. .
上記脂肪酸カリウム，脂肪酸ナトリウム等の脂肪酸塩を配合すると、金型離型性を高めることができる。上記脂肪酸カリウムおよび脂肪酸ナトリウムの炭素数は、特に限定はないが、炭素数が８〜２２の範囲であることが、金型離型性の観点から好ましく、同様の観点から、炭素数が１２〜１８の範囲であることが、より好ましい。なお、金型離型性の観点において、上記脂肪酸カリウムおよび脂肪酸ナトリウムにおける「脂肪酸」は、飽和脂肪酸であっても不飽和脂肪酸であってもよい。 When a fatty acid salt such as fatty acid potassium or fatty acid sodium is blended, mold releasability can be improved. Although carbon number of the said fatty acid potassium and fatty acid sodium does not have limitation in particular, it is preferable from a mold releasability viewpoint that it is the range of 8-22 carbon atoms, and carbon number is 12-12 from the same viewpoint. A range of 18 is more preferable. In terms of mold releasability, the “fatty acid” in the fatty acid potassium and the fatty acid sodium may be a saturated fatty acid or an unsaturated fatty acid.
また、前記脂肪酸カリウムとしては、具体的には、カプリル酸カリウム（Ｃ８の飽和脂肪酸塩）、カプリン酸カリウム（Ｃ１０の飽和脂肪酸塩）、ラウリン酸カリウム（Ｃ１２の飽和脂肪酸塩）、ミリスチン酸カリウム（Ｃ１４の飽和脂肪酸塩）、パルチミン酸カリウム（Ｃ１６の飽和脂肪酸塩）、ステアリン酸カリウム（Ｃ１８の飽和脂肪酸塩）、オレイン酸カリウム（Ｃ１８の不飽和脂肪酸塩）、ベヘニン酸カリウム（Ｃ２２の飽和脂肪酸塩）等が、単独であるいは二種以上併せて用いられる。また、上記脂肪酸ナトリウムとしては、具体的には、カプリル酸ナトリウム（Ｃ８の飽和脂肪酸塩）、カプリン酸ナトリウム（Ｃ１０の飽和脂肪酸塩）、ラウリン酸ナトリウム（Ｃ１２の飽和脂肪酸塩）、ミリスチン酸ナトリウム（Ｃ１４の飽和脂肪酸塩）、パルチミン酸ナトリウム（Ｃ１６の飽和脂肪酸塩）、ステアリン酸ナトリウム（Ｃ１８の飽和脂肪酸塩）、オレイン酸ナトリウム（Ｃ１８の不飽和脂肪酸塩）、ベヘニン酸ナトリウム（Ｃ２２の飽和脂肪酸塩）等が、単独であるいは二種以上併せて用いられる。なお、上記「Ｃ＊＊」は炭素数を示す。 Specific examples of the fatty acid potassium include potassium caprylate (saturated fatty acid salt of C8), potassium caprate (saturated fatty acid salt of C10), potassium laurate (saturated fatty acid salt of C12), potassium myristate ( C14 saturated fatty acid salt), potassium palmitate (C16 saturated fatty acid salt), potassium stearate (C18 saturated fatty acid salt), potassium oleate (C18 unsaturated fatty acid salt), behenic acid potassium (C22 saturated fatty acid salt) ) Etc. are used alone or in combination of two or more. Specific examples of the fatty acid sodium include sodium caprylate (saturated fatty acid salt of C8), sodium caprate (saturated fatty acid salt of C10), sodium laurate (saturated fatty acid salt of C12), sodium myristate ( C14 saturated fatty acid salt), sodium palmitate (C16 saturated fatty acid salt), sodium stearate (C18 saturated fatty acid salt), sodium oleate (C18 unsaturated fatty acid salt), behenic acid sodium (C22 saturated fatty acid salt) ) Etc. are used alone or in combination of two or more. The above “C **” represents the number of carbon atoms.
なお、上記脂肪酸塩の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して０．５〜１０重量部であることが好ましく、より好ましくは、１〜５重量部の範囲である。すなわち、このような範囲であると、シール部材に要求される機械的物性と耐ヘタリ性を維持しつつ、金型離型性により優れた効果を奏するからである。 In addition, it is preferable that the compounding quantity of the said fatty acid salt is 0.5-10 weight part with respect to 100 weight part of total amounts of the rubber component of said (A) and (B), More preferably, it is 1-5. The range is parts by weight. That is, when it is in such a range, it is possible to obtain excellent effects due to mold releasability while maintaining mechanical properties and sag resistance required for the seal member.
前記軟化剤としては、例えば、プロセスオイル、潤滑油、ワセリン等の石油系軟化剤、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油等の脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリン等のワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸等があげられる。 Examples of the softener include petroleum oil softeners such as process oil, lubricating oil and petrolatum, fatty oil softeners such as castor oil, linseed oil, rapeseed oil and coconut oil, tall oil, sub, beeswax and carnauba wax. And waxes such as lanolin, linoleic acid, palmitic acid, stearic acid, lauric acid and the like.
上記軟化剤の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して通常５〜４０重量部の範囲である。 The blending amount of the softening agent is usually in the range of 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of the rubber components (A) and (B).
前記架橋助剤としては、例えば、マレイミド化合物、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴ）等があげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。これらのなかでも、架橋密度や強度の向上効果が大きいという理由から、マレイミド化合物を用いることが好ましい。 Examples of the crosslinking aid include maleimide compounds, triallyl cyanurate (TAC), triallyl isocyanurate (TAIC), and trimethylolpropane trimethacrylate (TMPT). These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use a maleimide compound because the effect of improving the crosslinking density and strength is great.
上記架橋助剤の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して０．１〜３重量部の範囲が好ましい。上記架橋助剤の配合量が少なすぎると、架橋反応を充分に進行させることが困難となる傾向がみられ、上記架橋助剤の配合量が多すぎると、架橋密度が大きくなり過ぎて、接着力が低下する傾向がみられる。 The amount of the crosslinking aid is preferably in the range of 0.1 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of the rubber components (A) and (B). If the blending amount of the crosslinking aid is too small, there is a tendency that it is difficult to sufficiently advance the crosslinking reaction. If the blending amount of the crosslinking aid is too large, the crosslinking density becomes too large and adhesion is caused. There is a tendency for power to decline.
前記補強剤としては、例えば、カーボンブラック、シリカ等があげられる。上記カーボンブラックのグレードは、特に限定されるものではなく、ＳＡＦ級、ＩＳＡＦ級、ＨＡＦ級、ＭＡＦ級、ＦＥＦ級、ＧＰＦ級、ＳＲＦ級、ＦＴ級、ＭＴ級等から適宜選択すればよい。 Examples of the reinforcing agent include carbon black and silica. The grade of the carbon black is not particularly limited, and may be appropriately selected from SAF class, ISAF class, HAF class, MAF class, FEF class, GPF class, SRF class, FT class, MT class, and the like.
上記補強剤の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して、通常１０〜１５０重量部の範囲である。 The compounding amount of the reinforcing agent is usually in the range of 10 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of the rubber components (A) and (B).
前記老化防止剤としては、フェノール系、イミダゾール系、ワックス等があげられる。上記老化防止剤の配合量は、前記（Ａ）および（Ｂ）のゴム成分の合計量１００重量部に対して、通常０．５〜１０重量部の範囲である。 Examples of the anti-aging agent include phenol-based, imidazole-based, and wax. The blending amount of the anti-aging agent is usually in the range of 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of the rubber components (A) and (B).
〈燃料電池用シール部材の作製〉
本発明の燃料電池用シール部材は、例えば、前記（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比が特定の範囲であるゴム組成物を混練し（ゴム組成物には、必要に応じその他の各種添加剤も配合する）、ついで、上記混練されたゴム組成物の射出成形を行うことにより、作製することができる。すなわち、上記（Ａ）および（Ｂ）成分の重量比が特定の範囲（Ａ／Ｂ＝９５／５〜４０／６０、好ましくはＡ／Ｂ＝９０／１０〜５０／５０、さらに好ましくはＡ／Ｂ＝８５／１５〜６５／３５の範囲）であることから、混練がしやすく、ひっつきやむらのない混合を行うことができ、成形品であるシール部材において所望の機械的物性や耐ヘタリ性等を得ることができる。しかも、上記混練されたゴム組成物が射出性にも優れることから、射出成形により金型の隅々にまでゴムを行き渡らせることができ、結果的に、生産性を向上させることができる。なお、上記混練には、ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等が用いられる。また、上記射出成形時のゴム組成物の、１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ1+4 １００℃）は、５〜３０の範囲であることが、射出成形性の観点から好ましい。
<Fabrication of fuel cell seal member>
The sealing member for a fuel cell of the present invention includes, for example, a rubber composition containing the components (A) to (C) and having a weight ratio of the components (A) and (B) in a specific range. (Other various additives may be blended in the rubber composition as necessary), and then the kneaded rubber composition is injection molded. That is, the weight ratio of the components (A) and (B) is within a specific range (A / B = 95/5 to 40/60, preferably A / B = 90/10 to 50/50, more preferably A / B B = 85/15 to 65/35), it is easy to knead and can be mixed without sticking or unevenness, and desired mechanical properties and anti-sag properties in the sealing member which is a molded product. Etc. can be obtained. In addition, since the kneaded rubber composition is excellent in injection property, it is possible to spread the rubber to every corner of the mold by injection molding, and as a result, productivity can be improved. In addition, a roll, a kneader, a Banbury mixer, etc. are used for the said kneading | mixing. Moreover, it is preferable from a viewpoint of injection moldability that the Mooney viscosity (ML1 + 4 100 degreeC) in 100 degreeC of the rubber composition at the time of the said injection molding is the range of 5-30.
上記のようにして得られたシール部材は、燃料電池の各種構成部材に、接着剤により貼り付けて、利用に供することができる。なお、本発明のシール部材は、燃料電池の各種構成部材間に接着せずに配置するといった使用態様であってもよい。また、本発明のシール部材は、上記のように射出成形されたものを接着剤により貼り付ける（後接着する）他、接着剤の塗布面に対し、本発明のシール部材を射出成形することにより加硫接着させ、後述のように、燃料電池のＭＥＡ、セパレータ等の構成部材と、本発明のシール部材とを、金型内で一体成形することも可能である。 The sealing member obtained as described above can be used by being attached to various components of the fuel cell with an adhesive. Note that the sealing member of the present invention may be used in such a manner that the sealing member is disposed without being bonded between various constituent members of the fuel cell. Moreover, the sealing member of the present invention is formed by injection-molding the sealing member of the present invention on the application surface of the adhesive in addition to pasting (post-adhering) the injection-molded material as described above. By vulcanization and bonding, as will be described later, the constituent members such as the MEA and separator of the fuel cell and the sealing member of the present invention can be integrally formed in a mold.
〈燃料電池シール体〉
本発明の燃料電池シール体としては、燃料電池用構成部材と、それをシールするシール部材（本発明の燃料電池用シール部材）とが、接着層を介して接着されてなるもの等があげられる。
<Fuel cell seal body>
Examples of the fuel cell seal body of the present invention include a fuel cell component and a seal member (the fuel cell seal member of the present invention) that seals the fuel cell structural member bonded via an adhesive layer. .
本発明のシール部材によりシールされる燃料電池用構成部材は、燃料電池の種類、構造等により様々であるが、例えば、セパレータ（金属セパレータ等）、ガス拡散層（ＧＤＬ）、ＭＥＡ（電解質膜、電極）等があげられる。 The fuel cell components sealed by the seal member of the present invention vary depending on the type and structure of the fuel cell. For example, separators (metal separators, etc.), gas diffusion layers (GDL), MEAs (electrolyte membranes, Electrode) and the like.
本発明の燃料電池シール体の一例を図１に示す。図１は、複数枚のセルが積層されてなる燃料電池における単一のセル１を主として示したものであり、セル１は、ＭＥＡ２と、ガス拡散層（ＧＤＬ）３と、シール部材４ａと、セパレータ５と、接着層６を備えている。
An example of the fuel cell seal body of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 mainly shows a single cell 1 in a fuel cell in which a plurality of cells are stacked. The cell 1 includes an
本発明の燃料電池シール体としては、例えば、図１に示すように、セパレータ５とシール部材４ａとが接着層６を介して接着されてなるもの、ＭＥＡ２とシール部材４ａとが接着層６を介して接着されてなるもの、ガス拡散層３とシール部材４ａとが接着層６を介して接着されてなるもの、隣接するシール部材４ａ同士が接着層６を介して接着されてなるもの等があげられる。
As the fuel cell seal body of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a
ＭＥＡ２は、図示しないが、電解質膜を挟んで積層方向両側に配置されている一対の電極からなる。電解質膜および一対の電極は、矩形薄板状を呈している。上記ＭＥＡ２を挟んで積層方向両側には、ガス拡散層３が配置されている。上記ガス拡散層３は、多孔質層で、矩形薄板状を呈している。
Although not shown, the
上記セパレータ５は、チタン等の金属製のものが好ましく、導通信頼性の観点から、ＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）やグラファイト膜等の炭素薄膜を有する金属セパレータが特に好ましい。上記セパレータ５は、矩形薄板状を呈しており、長手方向に延在する溝が合計六つ凹設されており、この溝により、セパレータ５の断面は、凹凸形状を呈している。セパレータ５は、ガス拡散層３の積層方向両側に、対向して配置されている。ガス拡散層３とセパレータ５との間には、凹凸形状を利用して、電極にガスを供給するためのガス流路７が区画されている。
The
上記シール部材４ａは、矩形枠状を呈している。そして、上記シール部材４ａは、接着層６を介して、ＭＥＡ２やガス拡散層３の周縁部、およびセパレータ５に接着され、ＭＥＡ２やガス拡散層３の周縁部を封止している。なお、図１において、シール部材４ａは、上下に分かれた２個の部材を使用しているが、両者を合わせた単一のシール部材であっても差し支えない。
The sealing
固体高分子型燃料電池等の燃料電池の作動時には、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、各々ガス流路７を通じて供給される。ここで、ＭＥＡ２の周縁部は、接着層６を介して、シール部材４ａによりシールされている。このため、ガスの混合や漏れは生じない。
During operation of a fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell, fuel gas and oxidant gas are supplied through the
本発明の燃料電池シール体は、例えば、つぎのようにして作製することができる。まず、前述のように、本発明の燃料電池用シール部材を作製する。 The fuel cell seal body of the present invention can be produced, for example, as follows. First, as described above, the fuel cell sealing member of the present invention is produced.
つぎに、金属セパレータ等の燃料電池用構成部材、およびこれをシールするシール部材のいずれか一方もしくは双方に、上記接着層形成材料（接着剤）を塗布することにより、金属セパレータ等の燃料電池用構成部材と、シール部材とが、接着層を介して接着されてなる、本発明の燃料電池シール体を得ることができる。 Next, the adhesive layer forming material (adhesive) is applied to one or both of a constituent member for a fuel cell such as a metal separator and a sealing member that seals the constituent member. It is possible to obtain the fuel cell seal body of the present invention in which the constituent member and the seal member are bonded via an adhesive layer.
上記接着層形成材料（接着剤）としては、例えば、ゴム糊、常温（２３℃）で液状のゴム組成物、プライマー等が用いられる。上記液状のゴム組成物としては、ゴム成分、有機過酸化物（架橋剤）等を含有するゴム組成物があげられる。上記ゴム成分の一例としては、液状を呈するゴムがあげられ、具体的には、液状ＥＰＭ、液状ＥＰＤＭ、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム（液状ＮＢＲ）、液状水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（液状Ｈ−ＮＢＲ）等が、単独であるいは二種以上併せて用いられる。上記プライマーとしては、例えば、アミノ基含有シランカップリング剤と、ビニル基含有シランカップリング剤との共重合オリゴマーを含有するプライマー等があげられる。 Examples of the adhesive layer forming material (adhesive) include rubber paste, a rubber composition that is liquid at normal temperature (23 ° C.), a primer, and the like. Examples of the liquid rubber composition include a rubber composition containing a rubber component, an organic peroxide (crosslinking agent) and the like. Examples of the rubber component include liquid rubber, and specifically, liquid EPM, liquid EPDM, liquid acrylonitrile-butadiene rubber (liquid NBR), and liquid hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (liquid H-NBR). Etc. are used alone or in combination of two or more. Examples of the primer include a primer containing a copolymer oligomer of an amino group-containing silane coupling agent and a vinyl group-containing silane coupling agent.
上記接着層形成材料の塗布方法としては、例えば、ディスペンサー塗布等があげられ、通常は常温の条件化で塗布すればよい。 Examples of the method for applying the adhesive layer forming material include dispenser application and the like. Usually, the application may be performed under normal temperature conditions.
本発明の燃料電池シール体における接着層の厚みは、上記液状ゴム組成物を用いる場合、通常、０．０１〜０．５ｍｍであり、好ましくは０．０５〜０．３ｍｍである。また、上記プライマーを用いる場合、通常、１０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜２００ｎｍである。 When the liquid rubber composition is used, the thickness of the adhesive layer in the fuel cell seal body of the present invention is usually 0.01 to 0.5 mm, preferably 0.05 to 0.3 mm. Moreover, when using the said primer, it is 10-500 nm normally, Preferably it is 30-200 nm.
また、シール部材の加硫接着により、燃料電池用構成部材とシール部材とを一体化して、燃料電池シール体を製造するのであれば、以下のようにして製造することができる。すなわち、シール部材の成形用金型内に、接着層が形成された燃料電池用構成部材を配置し、上記金型内で、シール部材形成用のゴム組成物を、燃料電池構成部材に接触させた状態で架橋成形するといった製造方法である。 In addition, if the fuel cell constituent member and the seal member are integrated by vulcanization adhesion of the seal member to manufacture the fuel cell seal body, it can be manufactured as follows. That is, a fuel cell component having an adhesive layer formed therein is placed in a molding die for the seal member, and the rubber composition for forming the seal member is brought into contact with the fuel cell component in the mold. This is a production method in which cross-linking molding is performed in a heated state.
さらに、本発明の燃料電池用シール部材を用いた他の使用例を図２に示す。図２は、矩形薄板状を呈し、長手方向に延在する溝が合計六つ凹設された、上述の断面凹凸形状を呈するセパレータ５の周縁部に、接着層６を介して、矩形状で断面凸部形状のリップ４ｂが設けられてなる部材である。そして、上記リップ４ｂとして、本発明の燃料電池シール部材が用いられる。なお、セパレータ５形成材料、接着層６形成材料としては、いずれも先に述べた材料と同様のものが用いられる。
Furthermore, FIG. 2 shows another usage example using the fuel cell seal member of the present invention. FIG. 2 shows a rectangular thin plate shape with a total of six grooves extending in the longitudinal direction, and a rectangular shape with an
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。 Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.
まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示すゴム組成物の材料を準備した。 First, prior to the examples and comparative examples, the following rubber composition materials were prepared.
〔ＥＰＤＭ（Ａ成分）〕
エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＪＳＲ社製、ＥＰ３４２）
[EPDM (component A)]
Ethylene-propylene-diene rubber (manufactured by JSR, EP342)
〔液状ＥＰＤＭ−１（Ｂ成分）〕
エチレン量５０重量％、ジエン量４．７重量％、数平均分子量３１６０の、液状ＥＰＤＭ（三井化学社製、ＰＸ−０６２）
[Liquid EPDM-1 (component B)]
Liquid EPDM having an ethylene amount of 50% by weight, a diene amount of 4.7% by weight and a number average molecular weight of 3160 (manufactured by Mitsui Chemicals, PX-062)
〔液状ＥＰＤＭ−２（Ｂ成分）〕
エチレン量５２重量％、ジエン量６．９重量％、数平均分子量３８５０の、液状ＥＰＤＭ（三井化学社製、１４８１０１０Ａ）
[Liquid EPDM-2 (component B)]
Liquid EPDM having an ethylene content of 52% by weight, a diene content of 6.9% by weight, and a number average molecular weight of 3850 (Mitsui Chemicals, 1481010A)
〔カーボンブラック〕
東海カーボン社製、シースト１１６
〔Carbon black〕
Toast Carbon Co., Ltd., Seast 116
〔パラフィンオイル（Ｄ成分）〕
日本サン石油社製、Ｓｕｎｐｅｒ １１０
[Paraffin oil (component D)]
Sunper 110, manufactured by Nippon Oil Corporation
〔ＰＡＯ（Ｄ成分）〕
１００℃における動粘度が８ｍｍ２／ｓのポリαオレフィン化合物（Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ社製、Ｓｙｎｆｌｕｉｄ ＰＡＯ ８ｃＳｔ）
[PAO (component D)]
Polyalphaolefin compound having a kinematic viscosity at 100 ° C. of 8 mm 2 / s (manufactured by Chevron Phillips, Synfluid PAO 8cSt)
〔パーオキサイド（Ｃ成分）〕
日油社製、パーヘキサＣ−４０
[Peroxide (C component)]
Perhexa C-40 manufactured by NOF Corporation
［実施例１〜１１、比較例１〜５］
後記の表１および表２に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、バンバリーミキサーおよびオープンロールを用いて混練することにより、ゴム組成物を調製した。
また、上記ゴム組成物を、１６０℃で１０分間保持することにより加硫し、所定の厚さの加硫ゴムを作製した。
[Examples 1-11, Comparative Examples 1-5]
The components shown in Table 1 and Table 2 below were blended in the proportions shown in the same table, and kneaded using a Banbury mixer and an open roll to prepare a rubber composition.
Further, the rubber composition was vulcanized by holding at 160 ° C. for 10 minutes to produce a vulcanized rubber having a predetermined thickness.
上記のようにして得られたゴム組成物および加硫ゴムに関し、下記の基準に従って、各特性の評価を行った。その結果を、後記の表１および表２に併せて示した。 With respect to the rubber composition and vulcanized rubber obtained as described above, each characteristic was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
＜加工性＞
前記ゴム組成物をオープンロールで混練するに際し、問題なく混練することができたものを○と評価し、混練することができなかったものを×と評価した。
<Processability>
When the rubber composition was kneaded with an open roll, those that could be kneaded without problems were evaluated as “good”, and those that could not be kneaded were evaluated as “x”.
＜ムーニー粘度＞
前記ゴム組成物（オープンロール混練後）の、１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ1+4 １００℃）を、ＪＩＳ Ｋ ６３００−１に準拠し測定した。
なお、後記の表１、表２には、比較例１のゴム組成物のムーニー粘度を基準（１００）とした時の各ゴム組成物のムーニー粘度の指数を示す。
すなわち、ムーニー粘度の指数は、下記の式により算出した。
ムーニー粘度指数＝（各ゴム組成物のムーニー粘度（ＭＬ1+4 １００℃））／（基準となる比較例１のゴム組成物のムーニー粘度（ＭＬ1+4 １００℃））×１００
そして、後記の表１、表２において、上記ムーニー粘度指数が９０以下の場合を、射出成形時の射出性が向上したとして○と評価し、上記ムーニー粘度指数が９０を超える場合を、射出成形時の射出性に乏しいとして×と評価した。
<Mooney viscosity>
The Mooney viscosity (ML 1 + 4 100 ° C.) of the rubber composition (after open roll kneading) at 100 ° C. was measured according to JIS K 6300-1.
In Tables 1 and 2 below, the Mooney viscosity index of each rubber composition when the Mooney viscosity of the rubber composition of Comparative Example 1 is used as a reference (100) is shown.
That is, the Mooney viscosity index was calculated by the following formula.
Mooney viscosity index = (Mooney viscosity of each rubber composition (ML 1 + 4 100 ° C.)) / (Mooney viscosity of the rubber composition of Comparative Example 1 as a reference (ML 1 + 4 100 ° C.)) × 100
In Tables 1 and 2 below, when the Mooney viscosity index is 90 or less, it is evaluated as ◯ because the injection property at the time of injection molding is improved, and when the Mooney viscosity index exceeds 90, injection molding It was evaluated as “x” because of poor injection at the time.
＜硬度＞
上記加硫ゴムに対し、ＪＩＳ Ｋ ６２５３−３に準拠し、その硬度（タイプＡ）を測定した。
なお、後記の表１、表２には、比較例１品である加硫ゴムの硬度を基準（１００）とした時の各加硫ゴムの硬度の指数を示す。
すなわち、加硫ゴムの硬度の指数は、下記の式により算出した。
硬度指数＝（各加硫ゴムの硬度（タイプＡ））／（基準となる比較例１の加硫ゴムの硬度（タイプＡ））×１００
そして、後記の表１、表２において、上記硬度指数が９０を超える場合を、物性が向上したとして○と評価し、上記硬度指数が９０以下の場合を、物性が低下したとして×と評価した。
<Hardness>
The hardness (type A) of the vulcanized rubber was measured according to JIS K 6253-3.
Tables 1 and 2 below show the hardness index of each vulcanized rubber when the hardness of the vulcanized rubber that is the product of Comparative Example 1 is used as the standard (100).
That is, the hardness index of the vulcanized rubber was calculated by the following formula.
Hardness index = (hardness of each vulcanized rubber (type A)) / (hardness of vulcanized rubber of comparative example 1 as reference (type A)) × 100
In Tables 1 and 2 below, when the hardness index exceeds 90, it was evaluated as ◯ when the physical property was improved, and when the hardness index was 90 or less, it was evaluated as x when the physical property was lowered. .
＜圧縮永久歪み＞
前記ゴム組成物を１６０℃×１５分間加熱し、それにより得られた加硫ゴムに対し、ＪＩＳ Ｋ ６２６２に準拠した圧縮永久歪み試験を行った。上記圧縮永久歪み試験としては、−４０℃の低温試験、１５０℃の高温試験の二種類の試験を行った。まず、−４０℃の低温試験においては、加硫ゴムを圧縮率２５％で圧縮し、その状態で−４０℃下に２４時間放置した後、圧縮を解放し、そのままの温度下で３０分経過した後の加硫ゴムの厚みを測定して、圧縮永久歪み（％）を算出した。一方、１５０℃の高温試験においては、加硫ゴムを圧縮率２５％で圧縮し、その状態で１５０℃下に７２時間放置した後、圧縮を解放し、室温（２５℃）下で３０分経過した後の厚みを測定して、圧縮永久歪みを算出した。
なお、後記の表１、表２中、低温（−４０℃×２４時間）あるいは高温（１５０℃×７２時間）の各圧縮永久歪みについては、各々、比較例１品である加硫ゴムの圧縮永久歪みを基準（１００）とした時の各加硫ゴムの圧縮永久歪みの指数を示す。
すなわち、圧縮永久歪みの指数は、下記の式により算出した。
圧縮永久歪み指数＝（各加硫ゴムの圧縮永久歪み（％））／（基準となる比較例１の加硫ゴムの圧縮永久歪み（％））×１００
そして、後記の表１、表２において、上記圧縮永久歪み指数が１１０以下の場合を○と評価し、圧縮永久歪み指数が１１０より大きい場合を×と評価した。
<Compression set>
The rubber composition was heated at 160 ° C. for 15 minutes, and the vulcanized rubber obtained thereby was subjected to a compression set test in accordance with JIS K 6262. As the compression set test, two types of tests, a low temperature test at −40 ° C. and a high temperature test at 150 ° C., were performed. First, in the low temperature test at -40 ° C, the vulcanized rubber was compressed at a compression rate of 25%, and left in that state for 24 hours at -40 ° C, then the compression was released, and 30 minutes passed at the same temperature. Then, the thickness of the vulcanized rubber was measured, and the compression set (%) was calculated. On the other hand, in a high-temperature test at 150 ° C., the vulcanized rubber was compressed at a compression rate of 25% and left in that state for 72 hours at 150 ° C., then the compression was released and 30 minutes passed at room temperature (25 ° C.). The thickness after the measurement was measured, and the compression set was calculated.
In Tables 1 and 2 below, for each compression set at low temperature (−40 ° C. × 24 hours) or high temperature (150 ° C. × 72 hours), compression of the vulcanized rubber which is the product of Comparative Example 1, respectively. The index of compression set of each vulcanized rubber when the permanent set is used as a reference (100) is shown.
That is, the compression set index was calculated by the following equation.
Compression set index = (compression set (%) of each vulcanized rubber) / (compression set (%) of vulcanized rubber of Comparative Example 1 as reference) × 100
In Tables 1 and 2 below, the case where the compression set index was 110 or less was evaluated as ◯, and the case where the compression set index was greater than 110 was evaluated as x.
≪総合評価≫
上記各特性の評価において全て○の場合を、総合評価○とし、各特性の評価において一つでも×がある場合を、総合評価×とした。
≪Comprehensive evaluation≫
In the evaluation of each characteristic, the case of all “◯” was regarded as the comprehensive evaluation “◯”, and the case where there was at least one “×” in the evaluation of each characteristic was regarded as the comprehensive evaluation “×”.
上記表の結果から、実施例の加硫ゴム（シール部材）は、機械的物性（硬度）を維持しつつ、低温・高温での圧縮永久歪み（耐ヘタリ性）も良好である。また、その形成材料（混練後のゴム組成物）のムーニー粘度が低いことから、射出成形時の射出性も良好であり、さらに加工性にも優れている。 From the result of the said table | surface, the vulcanized rubber (seal member) of an Example is also excellent in the compression set (settlement resistance) in low temperature and high temperature, maintaining a mechanical physical property (hardness). Further, since the Mooney viscosity of the forming material (the rubber composition after kneading) is low, the injection property at the time of injection molding is good and the workability is also excellent.
これに対し、比較例１の加硫ゴムは、ソリッドＥＰＤＭのみをポリマーとしており、射出成形時の射出性が悪い。比較例２の加硫ゴムは、ソリッドＥＰＤＭのみをポリマーとし、パラフィンオイルの増量により射出成形時の射出性を改善しているが、硬度や、低温圧縮永久歪みの悪化がみられる。比較例３の加硫ゴムは、ソリッドＥＰＤＭのみをポリマーとし、ＰＡＯの配合により射出成形時の射出性を改善しているが、硬度や、低温圧縮永久歪みの悪化がみられる。比較例４および５では、液状ＥＰＤＭの割合を増やすことにより射出成形時の射出性の改善を試みようとしたが、射出成形前の混練加工ができなかったことから、それ以上の特性評価をすることができなかった。 On the other hand, the vulcanized rubber of Comparative Example 1 uses only solid EPDM as a polymer and has poor injection properties during injection molding. The vulcanized rubber of Comparative Example 2 uses only solid EPDM as a polymer and improves the injection property at the time of injection molding by increasing the amount of paraffin oil. However, the hardness and the low temperature compression set are deteriorated. In the vulcanized rubber of Comparative Example 3, only solid EPDM is used as a polymer, and the injection property at the time of injection molding is improved by blending PAO, but the hardness and the low temperature compression set are deteriorated. In Comparative Examples 4 and 5, an attempt was made to improve the injection property at the time of injection molding by increasing the proportion of liquid EPDM. However, since kneading before injection molding could not be performed, further characteristic evaluation was performed. I couldn't.
本発明の燃料電池用シール部材は、金属セパレータ等の燃料電池用構成部材と、それをシールするゴム製のシール部材とが接着層を介して接着されてなる燃料電池シール体、もしくは上記シール部材同士が接着層を介して接着されてなる燃料電池シール体の上記シール部材に用いられる。 The fuel cell seal member of the present invention is a fuel cell seal body in which a fuel cell component member such as a metal separator and a rubber seal member for sealing the same are bonded via an adhesive layer, or the above seal member It is used for the above-mentioned sealing member of a fuel cell sealing body in which the two are bonded via an adhesive layer.
１ セル
２ ＭＥＡ
３ ガス拡散層
４ａ シール部材
４ｂ リップ
５ セパレータ
６ 接着層
７ ガス流路
1
3
Claims (4)
（Ａ）エチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなるソリッドゴム。
（Ｂ）液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなる液状ゴム。
（Ｃ）有機過酸化物からなる架橋剤。 A sealing member for a fuel cell used for sealing a constituent member of a fuel cell, comprising the following components (A) to (C), and having a content ratio of the components (A) and (B): A fuel cell sealing member comprising a crosslinked rubber composition having a weight ratio of A / B = 95/5 to 40/60.
(A) Solid rubber comprising at least one of ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber.
(B) Liquid rubber comprising at least one of liquid ethylene-propylene rubber and liquid ethylene-propylene-diene rubber.
(C) A crosslinking agent comprising an organic peroxide.
（Ｄ）パラフィンオイルおよびポリαオレフィン化合物の少なくとも一方。 The fuel cell sealing member according to claim 1 or 2, comprising a crosslinked product of a rubber composition containing the following component (D) together with the components (A) to (C).
(D) At least one of paraffin oil and polyalphaolefin compound.
（Ａ）エチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなるソリッドゴム。
（Ｂ）液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方からなる液状ゴム。
（Ｃ）有機過酸化物からなる架橋剤。 It is a manufacturing method of the sealing member for fuel cells as described in any one of Claims 1-3, Comprising: The following (A)-(C) component is contained, (A) component, (B) component, A step of kneading a rubber composition having a weight ratio of A / B = 95/5 to 40/60, and a step of performing injection molding of the kneaded rubber composition. A method for producing a fuel cell seal member.
(A) Solid rubber comprising at least one of ethylene-propylene rubber and ethylene-propylene-diene rubber.
(B) Liquid rubber comprising at least one of liquid ethylene-propylene rubber and liquid ethylene-propylene-diene rubber.
(C) A crosslinking agent comprising an organic peroxide.
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