JP2022051668A - 燃料電池冷却ホース用ゴム組成物及びそれを用いた燃料電池冷却ホース - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池冷却ホース用ゴム組成物及びそれを用いた燃料電池冷却ホースを提供する。【解決手段】本発明は、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）を含むベース樹脂４０～６２重量％；補強剤３０～５２重量％；活性化剤２～４重量％；可塑剤２～３重量％；及び架橋剤１～２重量％を含む、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物を提供する。本発明の冷却ホース用ゴム組成物を低価格の原料で製造することができるだけでなく、前記組成物を用いて押出方式の工法で燃料電池冷却ホースを製造するので経済性を確保することができる。また、前記冷却ホース用ゴム組成物を用いて製造した燃料電池冷却ホースは、負圧性、破裂圧などの耐久性を確保することができるだけでなく、イオン溶出を効果的に抑制することができるため、燃料電池の寿命を増大させて燃料電池の性能を確保することができる。【選択図】なし
Description
本発明は、イオン溶出を低減させる燃料電池冷却ホース用ゴム組成物、及びそれを用いた燃料電池冷却ホースに関する。
化石燃料は、依然として世界の主要エネルギー源であるが、多くの環境イシューにより、未来社会のために環境にやさしいエネルギーへの転換は加速化しつつある。これに歩調を合わせて、自動車産業も、環境にやさしい自動車（ハイブリッド車、電気自動車など）の開発及び適用に拍車をかけている。その中でも、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）は、水素と酸素を燃料として用いて、これらの電気化学的作用を介して（燃料電池活用）電気モーターに電力を供給して走行する自動車である。水素電気自動車は、従来の内燃機関に比べてエネルギー効率が高く、水又は水蒸気のみが排出されるため、無公害環境調和型自動車として脚光を浴びている。
しかし、燃料電池車の場合は、高い車両価格と乏しい水素充電インフラなどにより電気自動車に比べて商用化が遅れているのが現実である。よって、今後の燃料電池車の生産及び普及の拡大のために、燃料電池車専用の部品価格競争力の確保が必ず必要である。
一方、燃料電池車内の燃料電池スタックに使用されるＭＥＡ（膜－電極接合体）、ガスケット、分離板、冷却システムの中で、特に、冷却システム内の冷却ホースの場合は、従来では最適温度維持及び効率性極大化のために冷却水チャンネルを用いた水冷式冷却システムを適用しており、水冷式冷却のために冷却水を供給するための移動通路の機能としてゴムホースを使用している。
ところが、ゴム素材内部の金属酸化物形態のイオンが冷却水に溶け出て過剰流入する場合、膜－電極接合体内の触媒被毒発生により触媒活性が抑制されて燃料電池の効率が減少するおそれがあり、流入したイオンによりスタックで生成された電気が冷却水を通して流れながら電気装置及び駆動部品にショックを引き起こすおそれがあるという問題がある。
これを防止するために、特定の区間における制御ロジックの適用、イオンフィルターの装着又はシリコーンゴムを用いてその被害を最小限に抑えているが、その費用及び工程投入費用が高価であるという問題点がある。
そこで、耐久性及び経済性を確保しながらもイオン溶出を効果的に抑制することができる燃料電池冷却ホース用ゴム組成物、及びそれを用いた燃料電池冷却ホースが求められる。
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その具体的な目的は、次の通りである。
本発明は、イオン溶出度を効率よく低減させながらも耐久性と経済性を確保することができる燃料電池冷却ホース用ゴム組成物、及びそれを用いた燃料電池冷却ホースを提供することを目的とする。
本発明の目的は、上述した目的に制限されない。本発明の目的は、以降の説明からさらに明らかになり、特許請求の範囲に記載された手段及びその組み合わせで実現されるだろう。
本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体（Ｅｔｈｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｉｓｃｈｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＰＤＭ）を含むベース樹脂４０～６２重量％；補強剤３０～５２重量％；活性化剤２～４重量％；可塑剤２～３重量％；及び架橋剤１～２重量％を含む。
前記ベース樹脂は、メタロセン系ＥＰＤＭ、及びチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭよりなる群から選択された１種以上を含んでもよい。
前記ベース樹脂は、前記メタロセン系ＥＰＤＭのみを含むか、或いは前記メタロセン系ＥＰＤＭとチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭを１：０．３～２．５の重量比で含んでもよい。
前記補強剤は、カーボンブラック、シリカ、及び炭酸カルシウムよりなる群から選択された１種以上を含んでもよい。
前記補強剤は、カーボンブラック、シリカ、及び炭酸カルシウムよりなる群から選択された１種以上を含んでもよい。
前記カーボンブラックは、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が４０～１５０ｍＬ／１００ｇであり、ヨウ素吸収量Ｉ２（ｉｏｄｉｎｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ Ｉ２）は１０～５０ｍｇ／ｇであってもよい。
前記活性化剤は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）０．５～１重量％；オレフィン系熱可塑性エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ；ＴＰＯ）０．５～１重量％；及びステアリン酸（Ｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）１～２重量％を含んでもよい。
前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）：オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の重量比は、１：１～２であってもよい。
前記オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）は、比重が０．８５～０．９ｇ／ｃｍ３であり、メルトインデックス（Ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ、ＭＩ）は０．３～０．７ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃／２．１６ｋｇ）であってもよい。
前記可塑剤は、パラフィンオイル（Ｐｒａｆｆｉｎ ｏｉｌ）、ナフタレンオイル（Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｏｉｌ）、及びアロマオイル（Ａｒｏｍａｔｉｃ ｏｉｌ）よりなる群から選択された１種以上を含んでもよい。
前記架橋剤は、過酸化ジクミル（Ｄｉｃｕｍｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ；ＤＣＰ）、ペルオキシ安息香酸ブチル（Ｂｕｔｙｌ ｐｅｒｏｘｙｂｅｎｚｏａｔｅ）、及びブチルペルオキシヘキサン（Ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ－ｈｅｘａｎｅ）よりなる群から選択された１種以上を含んでもよい。
前記燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、老化防止剤１～２重量％をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホースは、前記燃料電池冷却ホース用ゴム組成物を架橋させることにより製造され、イオン溶出性が０．７～７．０μＳ／ｃｍであってもよい。
本発明は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物及びそれを用いた燃料電池冷却ホースに関するものであって、本発明の冷却ホース用ゴム組成物を低価格の原料で製造することができるだけでなく、前記組成物を用いて押出方式の工法で燃料電池冷却ホースを製造するので経済性を確保することができる。また、前記冷却ホース用ゴム組成物を用いて製造した燃料電池冷却ホースは、負圧性、破裂圧などの耐久性を確保することができるだけでなく、イオン溶出を効果的に抑制することができるため、燃料電池の寿命を増大させて燃料電池の性能を確保することができるという利点がある。
本発明の効果は、上述した効果に限定されない。本発明の効果は、以下の説明で推論可能な全ての効果を含むものと理解されるべきである。
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連する以下の好適な実施形態によって容易に理解されるだろう。ところが、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されるものではなく、他の形態にも具体化できる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容が徹底かつ完全たるものになれるように、且つ、通常の技術者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。
本明細書において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組み合わせが存在することを指定するものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組み合わせの存在又は付加可能性を予め排除しない意味で理解されるべきである。
他に明記されない限り、本明細書で使用された成分、反応条件、ポリマー組成物及び配合物の量を表現する全ての数字、値及び／又は表現は、これらの数字が本質的に異なるものの中から、このような値を得る上で発生する測定の多様な不確実性が反映された近似値であるので、全ての場合、「約」という用語によって修飾されるものと理解されるべきである。また、本記載において数値範囲が開示される場合、このような範囲は、連続的であり、他に指摘されない限り、このような範囲の最小値から最大値の含まれた前記最大値までの全ての値を含む。ひいては、このような範囲が整数を指し示す場合、他に指摘されない限り、最小値から最大値の含まれた前記最大値までを含む全ての整数が含まれる。
本明細書において、範囲が変数について記載される場合、前記変数は、前記範囲の記載された終了点を含む記載範囲内の全ての値を含むものと理解されるべきである。例えば、「５乃至１０」の範囲は、５、６、７、８、９及び１０の値だけでなく、６乃至１０、７乃至１０、６乃至９、７乃至９などの任意の下位範囲を含み、５．５、６．５、７．５、５．５乃至８．５、及び６．５乃至９などの記載範囲の範疇に妥当な整数の間の任意の値も含むものと理解される。また、例えば、「１０％乃至３０％」の範囲は、１０％、１１％、１２％、１３％などの値と３０％までを含む全ての整数だけでなく、１０％乃至１５％、１２％乃至１８％、２０％乃至３０％などの任意の下位範囲を含み、１０．５％、１５．５％、２５．５％などのように記載範囲の範疇内の妥当な整数の間の任意の値も含むものと理解されるだろう。
従来の燃料電池冷却ホースのイオン溶出を改善するために、金属酸化物形態のベース樹脂及び化学添加剤を燃料電池冷却ホース用ゴム組成物から除去すれば可能であるが、製品が正常に成形されないか或いは物性が大幅に低下して、ホースに要求される負圧性及び耐久性能を満足することができないという問題点があった。
そこで、本発明者が前記問題点を解決するために鋭意研究した結果、ベース樹脂の種類と含有量、及び補強剤活性化剤などの種類と含有量を最適化すると、イオン溶出を効果的、経済的に抑制することができるだけでなく、耐久性を同時に確保することができることを見出し、本発明を完成した。
本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体（Ｅｔｈｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｉｓｃｈｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＰＤＭ）を含むベース樹脂、補強剤、活性化剤、及び架橋剤を含む。好ましくは、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体（Ｅｔｈｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｉｓｃｈｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＰＤＭ）を含むベース樹脂４０～６２重量％、補強剤３０～５２重量％、活性化剤２～４重量％、可塑剤２～３重量％、及び架橋剤１～２重量％を含むことができる。
本発明の一実施形態によるベース樹脂は、製造時にベース樹脂内に含まれ得る触媒などの不純物を最小限に抑えることができる樹脂、好ましくは、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体（Ｅｔｈｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｉｓｃｈｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＰＤＭ）を含むことができる。
本発明の一実施形態によるベース樹脂は、ＥＰＤＭの中でも、耐不凍液性、耐熱性及び耐久性などの部品性能を確保するために、メタロセン系ＥＰＤＭ、及びチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭよりなる群から選択された１種以上を含むことができる。前記メタロセン系ＥＰＤＭは、メタロセン触媒で製造したＥＰＤＭであり、前記チーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭは、チーグラー・ナッタ触媒で製造したＥＰＤＭであり得る。好ましくは、メタロセン系ＥＰＤＭのみを含むか、或いは前記メタロセン系ＥＰＤＭとチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭを１：０．３～２．５の重量比で含むことができる。前記ベース樹脂にメタロセン系ＥＰＤＭを含むと、これに含まれている不純物を最小限に抑えることができるという利点がある。また、前記メタロセン系ＥＰＤＭ：チーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭの重量比が１：０．３未満である場合には、材料費が過剰に上昇するという欠点があり、１：２．５を超える場合には、チーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭに残存している金属系不純物がイオンとして発生してスタックの性能を低下させるという欠点がある。
本発明の一実施形態によるベース樹脂の含有量は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物全体１００重量％に対して、４０～６２重量％であり得る。前記ベース樹脂の含有量が４０重量％未満である場合には、ゴム製品固有の物性である弾性が低下して耐久性能を弱化させるという欠点があり、６２重量％を超える場合には、機械的物性が確保されないため長期的な観点の疲労性能を悪化させるおそれがあるという欠点がある。
本発明の一実施形態による補強剤は、これを含む組成物で製造される冷却ホース用ゴムの耐久性などの機械的物性、電気絶縁抵抗及び加工性を確保することができるもの、例えば、カーボンブラック、シリカ及び炭酸カルシウムよりなる群から選択された１種以上を含むことができ、特定の成分を含むものに限定されないが、耐疲労性及びロバスト性を確保することができるカーボンブラックを含むことが好ましい。
本発明の一実施形態による補強剤に含まれ得るカーボンブラックは、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が４０～１５０ｍＬ／１００ｇであり、ヨウ素吸収量Ｉ２（ｉｏｄｉｎｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ Ｉ２）は１０～５０ｍｇ／ｇであり得る。前記カーボンブラックのフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が４０ｍＬ／１００ｇ未満である場合には、内部発熱による耐久性能が低下するという欠点があり、１５０ｍＬ／１００ｇを超える場合には、ホース部品押出成形時に成形不良を起こすという欠点がある。また、前記カーボンブラックのヨウ素吸収量Ｉ２（ｉｏｄｉｎｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ Ｉ２）が１０ｍｇ／ｇ未満である場合には、ゴムとカーボンブラック間の結合エネルギーが弱くなって弾性を維持するのが難しいという欠点があり、５０ｍｇ／ｇを超える場合には、カーボンブラックが正常に分散されない粒子間凝集（Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）による破損を引き起こすおそれがあるという欠点がある。
本発明の一実施形態による補強剤の含有量は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物全体１００重量％に対して、３０～５２重量％であり得る。前記補強剤の含有量が３０重量％未満である場合には、これを含む組成物の粘性が低くてゴム製造のための部品成形が行われないだけでなく、機械的物性が確保されないため耐久性能を確保するのが難しいという欠点があり、前記補強剤の含有量が５２重量％を超える場合には、未反応の補強剤がイオン溶出量を増加させるおそれがあるという欠点がある。
本発明の一実施形態による活性化剤は、燃料電池冷却ホースを製造するための加工性を確保しながらも、燃料電池冷却ホースの機械的物性を確保することができるもの、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、オレフィン系熱可塑性エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ；ＴＰＯ）、及びステアリン酸（Ｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）よりなる群から選択された１種以上を含むことが好ましい。
本発明の一実施形態による活性化剤に含まれ得るオレフィン系熱可塑性エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ；ＴＰＯ）は、ＥＰＤＭ／ＰＰ合金、及びＥＰＤＭ／ＰＥ合金よりなる群から選択された１種以上を含むことができ、好ましくは、素材相溶性に優れるＥＰＤＭ／ＰＰ合金を含むことができる。
前記オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）は、比重が０．８５～０．９ｇ／ｃｍ３であり、メルトインデックス（Ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ、ＭＩ）が０．３～０．７ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃／２．１６ｋｇ）であり得る。前記オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の比重が０．８５ｇ／ｃｍ３未満である場合には、配合時にミキシング効率が低下するという欠点があり、０．９ｇ／ｃｍ３を超える場合には、コンパウンドの粘度が上昇して押出成形が正常に行われないという欠点がある。また、前記オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）のメルトインデックス（ＭＩ）が０．３ｇ／１０ｍｉｎ未満である場合には、素材の分散が正常に行われないため部分的に硬くなって耐久性能が低下するという欠点があり、０．７ｇ／１０ｍｉｎを超える場合には、製品成形時に負荷がかかって生産効率が低下するという欠点がある。
本発明の一実施形態による活性化剤に含まれ得る前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）：オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の重量比は、１：１～２であり得る。前記重量比が１：１未満である場合には、イオン溶出量が増加するという欠点があり、１：２を超える場合には、架橋密度が高くて製品押出がなされないため加工性が低下するという欠点があり、これから製造された燃料電池冷却ホースの機械的物性、特に破裂強度が低下するという欠点がある。
本発明の一実施形態による活性化剤は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物全体１００重量％に対して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）０．５～１重量％、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）０．５～１重量％、及びステアリン酸（Ｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）１～２重量％を含むことができる。
本発明の一実施形態による活性化剤内の酸化亜鉛の含有量が０．５重量％未満である場合には、コンパウンドの促進剤との架橋反応が正常に行われないため耐熱性が低下するという欠点があり、１重量％を超える場合には、未反応の活性化剤がイオン化されて不凍液内に分散されるため、燃料電池スタック性能効率を低下させるという欠点がある。また、本発明の一実施形態による活性化剤内のオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の含有量が０．５重量％未満である場合には、製品成形性が悪くて外観不良が発生するという欠点があり、１重量％を超える場合には、製品が部分的に硬くなってホースの疲労性能が低下するという欠点がある。また、本発明の一実施形態による活性化剤内のステアリン酸（Ｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）の含有量が１重量％未満である場合には、架橋反応が正常に行われないため、機械的物性が低下するという欠点があり、２重量％を超える場合には、残留している金属系活性化剤がイオン化されて製品性能を低下させるという欠点がある。
本発明の一実施形態による可塑剤は、これを含む組成物で燃料電池冷却ホースを製造するための押出性などの製造性能を確保することができるもの、例えば、パラフィンオイル（Ｐｒａｆｆｉｎ ｏｉｌ）、ナフタレンオイル（Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｏｉｌ）、及びアロマオイル（Ａｒｏｍａｔｉｃ ｏｉｌ）よりなる群から選択された１種以上を含むことができ、特定の成分を含むものに限定されないが、好ましくは、溶解度指数が類似して効率が高いパラフィンオイル（Ｐｒａｆｆｉｎ ｏｉｌ）を含むことができる。
本発明の一実施形態による可塑剤の含有量は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物全体１００重量％に対して、２～３重量％であり得る。前記可塑剤の含有量が２重量％未満である場合には、ゴム配合時に粘度が大きく上昇して押出成形ができないという欠点があり、３重量％を超える場合には、機械的物性が低下して耐久性が低下するという欠点がある。
本発明の一実施形態による架橋剤は、本発明の組成物製造過程で架橋させて燃料電池用ゴムを製造することができながらもイオン溶出量を抑制させることができるもの、例えば、過酸化物系架橋剤として、過酸化ジクミル（Ｄｉｃｕｍｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ；ＤＣＰ）、ペルオキシ安息香酸ブチル（Ｂｕｔｙｌ ｐｅｒｏｘｙｂｅｎｚｏａｔｅ）、及びブチルペルオキシヘキサン（Ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ－ｈｅｘａｎｅ）よりなる群から選択された１種以上を含むことができ、特定の種類を含むものに限定されないが、好ましくは、加硫効率の高い過酸化ジクミル（ＤＣＰ）を含むことができる。
本発明の一実施形態による架橋剤の含有量は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物全体１００重量％に対して、１～２重量％であり得る。前記架橋剤の含有量が１重量％未満である場合には、機械的物性を確保することができる架橋密度を確保することができないという欠点があり、２重量％を超える場合には、架橋時間があまり長くて製造性能が低下するという欠点がある。
本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、車両から発生する熱による物性変化を防止することができる老化防止剤をさらに含むことができる。本発明の一実施形態による老化防止剤は、３Ｄ（Ｎ’－イソプロピル－Ｎ－フェニル－フェニレンジアミン（Ｎ’－ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ－Ｎ－ｐｈｅｎｙｌ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ））及びフェノール系老化防止剤（２，６－ｄｉ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール（２，６－ｄｉ－ｔｅｒｔ－ｂｕｔｙｌ－４－ｍｅｔｈｙｐｈｅｎｏｌ））よりなる群から選択された１種以上を含むことができ、特定の成分を含むものに限定されないが、好ましくは、配合相溶性に優れた３Ｄ（Ｎ’－ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ－Ｎ－ｐｈｅｎｙｌ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）を含むことができる。
本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、車両から発生する熱による物性変化を防止することができる老化防止剤をさらに含むことができる。本発明の一実施形態による老化防止剤は、３Ｄ（Ｎ’－イソプロピル－Ｎ－フェニル－フェニレンジアミン（Ｎ’－ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ－Ｎ－ｐｈｅｎｙｌ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ））及びフェノール系老化防止剤（２，６－ｄｉ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール（２，６－ｄｉ－ｔｅｒｔ－ｂｕｔｙｌ－４－ｍｅｔｈｙｐｈｅｎｏｌ））よりなる群から選択された１種以上を含むことができ、特定の成分を含むものに限定されないが、好ましくは、配合相溶性に優れた３Ｄ（Ｎ’－ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ－Ｎ－ｐｈｅｎｙｌ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）を含むことができる。
本発明の一実施形態による酸化防止剤の含有量は、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物全体１００重量％に対して、１～２重量％であり得る。前記酸化防止剤の含有量が１重量％未満である場合には、老化防止剤の性能低下による耐熱性が脆弱になるという欠点があり、２重量％を超える場合には、ゴム部品のスコーチが発生するという欠点がある。
すなわち、本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、前記成分を特定の含有量の範囲で含むことにより、低価格の原料で製造することができるだけでなく、前記組成物を用いて押出方式の工法で燃料電池冷却ホースを製造するので経済性を確保することができる。
すなわち、本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホース用ゴム組成物は、前記成分を特定の含有量の範囲で含むことにより、低価格の原料で製造することができるだけでなく、前記組成物を用いて押出方式の工法で燃料電池冷却ホースを製造するので経済性を確保することができる。
また、本発明の一実施形態による燃料電池冷却ホースは、前記燃料電池冷却ホース用ゴム組成物を架橋させることにより製造される。
つまり、本発明の一実施形態による冷却ホース用ゴム組成物を用いて製造した燃料電池冷却ホースは、負圧性、破裂圧などの耐久性を確保することができるだけでなく、イオン溶出を効果的に抑制することができるため、イオン溶出性が０．７～７．０μＳ／ｃｍでしかないので、燃料電池の寿命を増大させて燃料電池の性能を確保することができるという利点がある。
つまり、本発明の一実施形態による冷却ホース用ゴム組成物を用いて製造した燃料電池冷却ホースは、負圧性、破裂圧などの耐久性を確保することができるだけでなく、イオン溶出を効果的に抑制することができるため、イオン溶出性が０．７～７．０μＳ／ｃｍでしかないので、燃料電池の寿命を増大させて燃料電池の性能を確保することができるという利点がある。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１～５及び比較例１０：燃料電池冷却ホースの製造
下記表１の組成で配合して試験片を製造した。具体的には、ベース樹脂をニーダー（Ｋｎｅａｄｅｒ）を用いて３分間素練りする。その後、前記素練りしたベース樹脂に補強剤、活性化剤、可塑剤及び老化防止剤を同時に混合して３～４分間混練りした後、１～２分間洗浄（Ｃｌｅａｎｉｎｇ）して最終ＣＭＢ（Ｃａｒｂｏｎ Ｍａｓｔｅｒ Ｂａｔｃｈ）を製造する。その後、前記ＣＭＢ（Ｃａｒｂｏｎ Ｍａｓｔｅｒ Ｂａｔｃｈ）成分をＲＯＬＬミキサーで架橋剤と混合して加工する。次に、このように作られたゴム組成物をレオメータ（Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）を用いて適正加硫時間を測定した後、ホットプレス（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）を用いて１６０ｋｇｆ／ｃｍ２で加熱加圧することにより、試験片を製造した。
下記表１の組成で配合して試験片を製造した。具体的には、ベース樹脂をニーダー（Ｋｎｅａｄｅｒ）を用いて３分間素練りする。その後、前記素練りしたベース樹脂に補強剤、活性化剤、可塑剤及び老化防止剤を同時に混合して３～４分間混練りした後、１～２分間洗浄（Ｃｌｅａｎｉｎｇ）して最終ＣＭＢ（Ｃａｒｂｏｎ Ｍａｓｔｅｒ Ｂａｔｃｈ）を製造する。その後、前記ＣＭＢ（Ｃａｒｂｏｎ Ｍａｓｔｅｒ Ｂａｔｃｈ）成分をＲＯＬＬミキサーで架橋剤と混合して加工する。次に、このように作られたゴム組成物をレオメータ（Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）を用いて適正加硫時間を測定した後、ホットプレス（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）を用いて１６０ｋｇｆ／ｃｍ２で加熱加圧することにより、試験片を製造した。
物性評価方法
－硬度：ＫＳ Ｍ ６７８４に基づいてダンベル型３号で測定
－引張強度及び伸び率：ＫＳ Ｍ ６７８２に基づいてダンベル型３号で測定
－イオン溶出性：ＭＳ２６３－１９、イオン溶出性評価方法で測定
－破裂強度：ＭＳ２６３－１９、破裂評価方法で測定
－硬度：ＫＳ Ｍ ６７８４に基づいてダンベル型３号で測定
－引張強度及び伸び率：ＫＳ Ｍ ６７８２に基づいてダンベル型３号で測定
－イオン溶出性：ＭＳ２６３－１９、イオン溶出性評価方法で測定
－破裂強度：ＭＳ２６３－１９、破裂評価方法で測定
実験例：燃料電池冷却ホースの物性及びイオン溶出性の比較
前記実施例１～５及び比較例１～１０のように燃料電池冷却ホースを製造し、前記評価方法を用いて燃料電池冷却ホースの物性及びイオン溶出性を測定し、その結果を下記表２に示した。
前記実施例１～５及び比較例１～１０のように燃料電池冷却ホースを製造し、前記評価方法を用いて燃料電池冷却ホースの物性及びイオン溶出性を測定し、その結果を下記表２に示した。
前記表１及び前記表２を参照すると、メタロセン系ＥＰＤＭのみを４０～６２重量％内で含む実施例１は、イオン溶出性が最も低く、硬度、引張強度、伸び率、製品破裂強度などの機械的物性にも優れることを確認することができる。また、メタロセン系ＥＰＤＭとチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭを１：０．３～２．５の重量比で含む実施例２及び３も、イオン溶出性を減少させながらも機械的物性に優れることを確認することができる。また、架橋剤の含有量が２重量％と高い実施例５も、イオン溶出性を減少させながらも機械的物性に優れることを確認することができる。一方、チーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭのみを含むベース樹脂を使用した比較例１は、イオン溶出性が相対的に高いことを確認することができる。また、補強材の含有量の範囲を外れる比較例２及び比較例３は、イオン溶出性が高いか、或いは製品成形性が低くて製造性能が低いことを確認することができる。また、活性化剤内の酸化亜鉛（ＺｎＯ）とオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の重量比１：１～２を満足しない比較例４及び比較例６は、製品成形性が低くて製造性能が低いか、或いはイオン溶出性が高いことを確認することができる。また、前記活性化剤内の酸化亜鉛（ＺｎＯ）とオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の重量比１：１～２を満足しても含有量を超える比較例５は、製品破裂強度が低いため、機械的物性が低いことを確認することができる。また、架橋剤に硫化物系架橋剤のみを含むか、或いは硫化物系架橋剤と過酸化物系架橋剤とを混合した比較例７及び比較例８は、イオン溶出性が高いか、或いは製品成形性が低くて製造性能が低いことを確認することができる。また、可塑剤の含有量の範囲を外れた比較例９及び比較例１０は、製品成形性が低くて製造性能が低いか、或いはイオン溶出性が高いことを確認することができる。
つまり、本発明の一実施形態による冷却ホース用ゴム組成物は、シリコーンゴムなどの高価な原料を用いずに、低価格の原料で製造することができるだけでなく、前記組成物を布巻式工程などの高費用方式ではなく、押出方式の工法で燃料電池冷却ホースを製造するので経済性を確保することができる。また、前記冷却ホース用ゴム組成物を用いて製造した燃料電池冷却ホースは、負圧性、破裂圧などの耐久性を確保することができるだけでなく、イオン溶出を効果的に抑制することができるため、燃料電池の寿命を増大させて燃料電池の性能を確保することができる。
Claims (12)
- エチレン－プロピレン－ジエン共重合体（Ｅｔｈｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｉｓｃｈｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＰＤＭ）を含むベース樹脂４０～６２重量％；
補強剤３０～５２重量％；
活性化剤２～４重量％；
可塑剤２～３重量％；及び
架橋剤１～２重量％を含む、燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。 - 前記ベース樹脂は、メタロセン系ＥＰＤＭ、及びチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭよりなる群から選択された１種以上を含む、請求項１に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 前記ベース樹脂は、
前記メタロセン系ＥＰＤＭのみを含むか、或いは前記メタロセン系ＥＰＤＭとチーグラー・ナッタ系ＥＰＤＭを１：０．３～２．５の重量比で含む、請求項２に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。 - 前記補強剤は、カーボンブラック、シリカ、及び炭酸カルシウムよりなる群から選択された１種以上を含む、請求項１に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 前記カーボンブラックは、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が４０～１５０ｍＬ／１００ｇであり、ヨウ素吸収量Ｉ２（ｉｏｄｉｎｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ Ｉ２）は１０～５０ｍｇ／ｇである、請求項４に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 前記活性化剤は、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）０．５～１重量％；
オレフィン系熱可塑性エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ；ＴＰＯ）０．５～１重量％；及び
ステアリン酸（Ｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）１～２重量％を含む、請求項１に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。 - 前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）：オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）の重量比が１：１～２である、請求項６に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 前記オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）は、比重が０．８５～０．９ｇ／ｃｍ３であり、メルトインデックス（Ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ、ＭＩ）は０．３～０．７ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃／２．１６ｋｇ）である、請求項６に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 前記可塑剤は、パラフィンオイル（Ｐｒａｆｆｉｎ ｏｉｌ）、ナフタレンオイル（Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｏｉｌ）、及びアロマオイル（Ａｒｏｍａｔｉｃ ｏｉｌ）よりなる群から選択された１種以上を含む、請求項１に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 前記架橋剤は、過酸化ジクミル（Ｄｉｃｕｍｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ；ＤＣＰ）、ペルオキシ安息香酸ブチル（Ｂｕｔｙｌ ｐｅｒｏｘｙｂｅｎｚｏａｔｅ）、及びブチルペルオキシヘキサン（Ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ－ｈｅｘａｎｅ）よりなる群から選択された１種以上を含む、請求項１に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 老化防止剤１～２重量％をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物。
- 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の燃料電池冷却ホース用ゴム組成物を架橋させることにより製造され、イオン溶出性が０．７～７．０μＳ／ｃｍである、燃料電池冷却ホース。
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