JP5268313B2 - Adhesive seal member for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を構成する部材間を接着シールする接着性シール部材に関する。 The present invention relates to an adhesive seal member that adhesively seals members constituting a fuel cell.
ガスの電気化学反応により電気を発生させる燃料電池は、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ている。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of gas has high power generation efficiency, clean gas discharged, and extremely 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 a power supply for automobiles, are expected.
固体高分子型燃料電池では、電解質膜電極接合体(MEA)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、該電解質膜の両側に配置された一対の電極(燃料極、酸素極)と、からなる。一対の電極は、各々、触媒層およびガス拡散層を備えている。燃料極には水素や炭化水素等の燃料ガスが、酸素極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、上記セルを複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 an electrolyte membrane electrode assembly (MEA) is sandwiched between separators serves as a power generation unit. The MEA includes a polymer membrane (electrolyte membrane) serving as an electrolyte and a pair of electrodes (fuel electrode and oxygen electrode) disposed on both sides of the electrolyte membrane. Each of the pair of electrodes includes a catalyst layer and a gas diffusion layer. A fuel gas such as hydrogen or hydrocarbon is supplied to the fuel electrode, and an oxidant gas such as oxygen or air is supplied to the oxygen electrode. Power generation is performed by an electrochemical reaction at the three-phase interface between the supplied gas, electrolyte, and electrode. The polymer electrolyte fuel cell is configured by fastening a cell stack in which a plurality of the cells are stacked with end plates or the like disposed at both ends in the cell stacking 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ている。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、電解質膜とセパレータとの間や、隣り合うセパレータ同士の間等のシール性を確保することが重要となる。これら燃料電池の構成部材間をシールするシール部材には、エポキシ樹脂、シリコーンゴム等が使用されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
シリコーンゴムは、比較的低温で架橋が可能であり、耐熱性、耐寒性に優れる。しかしながら、シリコーンゴムをシール部材として使用した場合、次のような問題がある。すなわち、シリコーンゴムは、機械的強度が小さく、ガスの透過性が大きい。また、固体高分子型燃料電池の電解質膜には、全フッ素系スルホン酸膜等の高分子膜が用いられている。このため、作動時に、電解質膜からフッ酸等の酸が発生する場合がある。しかし、シリコーンゴムの耐酸性は充分ではない。加えて、シリコーンゴムとセパレータ等の相手部材とを接着するには、別途接着剤が必要となる。また、シリコーンゴムを架橋する際には、白金触媒を使用する。このため、触媒被毒を防止する等の観点から、架橋の際、作業環境の厳しい管理が必要になる。したがって、シリコーンゴムに代わる新たなシール部材が求められている。 Silicone rubber can be crosslinked at a relatively low temperature and has excellent heat resistance and cold resistance. However, when silicone rubber is used as a sealing member, there are the following problems. That is, silicone rubber has low mechanical strength and high gas permeability. In addition, polymer membranes such as perfluorinated sulfonic acid membranes are used as electrolyte membranes for solid polymer fuel cells. For this reason, during operation, an acid such as hydrofluoric acid may be generated from the electrolyte membrane. However, the acid resistance of silicone rubber is not sufficient. In addition, an adhesive is separately required to bond the silicone rubber and a mating member such as a separator. Further, when the silicone rubber is crosslinked, a platinum catalyst is used. For this reason, from the viewpoint of preventing catalyst poisoning or the like, strict management of the working environment is required at the time of crosslinking. Accordingly, there is a need for a new seal member that replaces silicone rubber.
一方、燃料電池のシール部材としては、より低温で、かつ短時間で架橋できるものが望ましい。上述したように、固体高分子型燃料電池の電解質膜は、全フッ素系スルホン酸膜等の高分子膜である。ここで、シール部材を電解質膜の近くに配置して架橋する場合には、架橋時の加熱により電解質膜が劣化しないよう配慮する必要がある。つまり、架橋工程を、より低温で、かつ短時間で行うことが望ましい。 On the other hand, as a sealing member for a fuel cell, one that can be crosslinked at a lower temperature and in a shorter time is desirable. As described above, the electrolyte membrane of the solid polymer fuel cell is a polymer membrane such as a perfluorinated sulfonic acid membrane. Here, in the case where the sealing member is disposed near the electrolyte membrane for crosslinking, it is necessary to consider that the electrolyte membrane is not deteriorated by heating at the time of crosslinking. That is, it is desirable to perform the crosslinking step at a lower temperature and in a shorter time.
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、低温で架橋が可能であり、シール性および接着信頼性の高い燃料電池用接着性シール部材を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of such an actual condition, and makes it a subject to provide the adhesive sealing member for fuel cells which can be bridge | crosslinked at low temperature and has high sealing performance and adhesive reliability.
本発明の燃料電池用接着性シール部材(以下、適宜「本発明の接着性シール部材」と称す)は、以下の(A)〜(C)を含むゴム組成物の架橋物からなり、燃料電池の構成部材間を接着シールすることを特徴とする。
(A)エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムから選ばれる一種以上のゴム成分。
(B)1時間半減期温度が120℃以下の有機過酸化物から選ばれる架橋剤。
(C)シランカップリング剤。
The adhesive seal member for a fuel cell of the present invention (hereinafter referred to as “adhesive seal member of the present invention” as appropriate) comprises a crosslinked product of a rubber composition containing the following (A) to (C): The structural members are bonded and sealed.
(A) One or more rubber components selected from ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber.
(B) A crosslinking agent selected from organic peroxides having a one-hour half-life temperature of 120 ° C. or lower.
(C) Silane coupling agent.
本発明の接着性シール部材では、シリコーンゴムに代えて上記(A)に列挙されたゴムを使用する。これらのゴムは、気体透過性が小さいため、シール性が向上する。ここで、上記(A)に列挙されたゴムの架橋は、通常、150℃以上の温度下で行われる。しかしながら、本発明の接着性シール部材では、架橋剤として、1時間半減期温度が120℃以下の有機過酸化物を用いる(上記(B))。ここで「半減期」とは、有機過酸化物の濃度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。1時間半減期温度が120℃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120℃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、本発明の接着性シール部材を使用することができる。また、上記(B)の架橋剤によると、架橋の際、シリコーンゴムの架橋に用いる白金触媒は不要である。加えて、不純物、汚れ等により硬化不良をおこしにくい。このため、本発明の接着性シール部材は、作業環境の影響を受けにくく、取扱いが容易である。 In the adhesive seal member of the present invention, the rubbers listed in (A) above are used instead of silicone rubber. Since these rubbers have low gas permeability, sealing properties are improved. Here, the crosslinking of the rubbers listed in the above (A) is usually performed at a temperature of 150 ° C. or higher. However, in the adhesive seal member of the present invention, an organic peroxide having a one-hour half-life temperature of 120 ° C. or less is used as a crosslinking agent (above (B)). Here, the “half-life” is the time until the concentration of the organic peroxide becomes half of the initial value. 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. By using an organic peroxide having a one-hour half-life temperature of 120 ° C. or less, crosslinking can be performed at a lower temperature (specifically, 120 ° C. or less) and in a short time. Therefore, for example, the adhesive seal member of the present invention can be used also in the vicinity of the electrolyte membrane of the solid polymer fuel cell. Further, according to the crosslinking agent (B), a platinum catalyst used for crosslinking of the silicone rubber is not necessary at the time of crosslinking. In addition, it is difficult to cause poor curing due to impurities, dirt, and the like. For this reason, the adhesive seal member of the present invention is not easily affected by the working environment and is easy to handle.
また、本発明の接着性シール部材は、接着成分としてシランカップリング剤を含む(上記(C))。このため、燃料電池の構成部材との接着において、別途接着剤を使用する必要はない。本発明の接着性シール部材によると、シランカップリング剤を介して、ゴム成分(接着性シール部材)と構成部材との間に強固な化学結合が形成されて、両者が接着される。両者の接着力は高く、燃料電池の作動環境においても、接着力は低下しにくい。したがって、本発明の接着性シール部材によると、燃料電池を長期間作動させた場合でも、良好なシール性が確保される。これにより、燃料電池の作動信頼性を向上させることができる。 Moreover, the adhesive sealing member of this invention contains a silane coupling agent as an adhesive component (above (C)). For this reason, it is not necessary to separately use an adhesive in bonding with the constituent members of the fuel cell. According to the adhesive seal member of the present invention, a strong chemical bond is formed between the rubber component (adhesive seal member) and the constituent member via the silane coupling agent, and the two are bonded. The adhesive strength between the two is high, and the adhesive strength is unlikely to decrease even in the operating environment of the fuel cell. Therefore, according to the adhesive seal member of the present invention, good sealability is ensured even when the fuel cell is operated for a long time. Thereby, the operation reliability of the fuel cell can be improved.
以下に、本発明の燃料電池用接着性シール部材の実施形態を説明する。なお、本発明の燃料電池用接着性シール部材は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 Below, embodiment of the adhesive seal member for fuel cells of this invention is described. The adhesive seal member for a fuel cell of the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. It can be implemented in the form.
<燃料電池用接着性シール部材>
本発明の接着性シール部材は、上記(A)〜(C)を含むゴム組成物の架橋物からなる。まず、ゴム成分(A)は、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)から選ばれる一種以上である。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
<Adhesive seal member for fuel cell>
The adhesive sealing member of this invention consists of a crosslinked material of the rubber composition containing said (A)-(C). First, the rubber component (A) is one or more selected from ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), and hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR). It is. One of these may be used alone, or two or more may be mixed and used.
次に、架橋剤(B)は、1時間半減期温度が120℃以下の有機過酸化物から選ばれる。このような有機過酸化物としては、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート等が挙げられる。なかでも、120℃程度で架橋しやすいという理由から、1時間半減期温度が90℃以上のジアシルパーオキサイドを採用することが望ましい。特に、1時間半減期温度が110℃未満、さらには100℃未満のものが好適である。 Next, the crosslinking agent (B) is selected from organic peroxides having a one-hour half-life temperature of 120 ° C. or less. Examples of such organic peroxides include diacyl peroxide, peroxy ester, and peroxydicarbonate. Among these, it is desirable to employ a diacyl peroxide having a one-hour half-life temperature of 90 ° C. or more because it is easily crosslinked at about 120 ° C. In particular, the one-hour half-life temperature is preferably less than 110 ° C, and more preferably less than 100 ° C.
ジアシルパーオキサイドとしては、例えば、ジベンゾイルパーオキサイド、ジ(3−メチルベンゾイル)パーオキサイドとベンゾイル(3−メチルベンゾイル)パーオキサイドとジベンゾイルパーオキサイドとの混合物等が挙げられる。また、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−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等が挙げられる。これらのうち、架橋剤の保管が容易であるという理由から、ジベンゾイルパーオキサイドが好適である。 Examples of the diacyl peroxide include dibenzoyl peroxide, a mixture of di (3-methylbenzoyl) peroxide, benzoyl (3-methylbenzoyl) peroxide, and dibenzoyl peroxide. Examples of peroxyesters include t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, t-hexylperoxy-2-ethylhexanoate, and the like. Of these, dibenzoyl peroxide is preferred because it is easy to store the crosslinking agent.
架橋反応を充分に進行させるため、架橋剤の配合量は、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して0.5重量部以上とすることが望ましい。また、架橋剤を加えて調製したゴム組成物の保管安定性を考慮して、5重量部以下とすることが望ましい。 In order to sufficiently advance the crosslinking reaction, the amount of the crosslinking agent is desirably 0.5 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the rubber component (A). Further, considering the storage stability of the rubber composition prepared by adding a cross-linking agent, the content is preferably 5 parts by weight or less.
次に、シランカップリング剤(C)は、官能基としてエポキシ基、アミノ基、ビニル基等を有する化合物群の中から、接着性等を考慮して適宜選択すればよい。例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス(2−メトキシエトキシ)シラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシランおよびN−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。なかでも、エポキシ基を有する化合物群から選ばれる一種以上を用いると、接着力が向上すると共に、燃料電池の作動環境においても、接着力が低下しにくい。具体的には、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等が好適である。 Next, the silane coupling agent (C) may be appropriately selected from the group of compounds having an epoxy group, amino group, vinyl group or the like as a functional group in consideration of adhesiveness and the like. For example, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyl-tris (2-methoxyethoxy) silane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxy Examples thereof include silane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, and N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane. One of these may be used alone, or two or more may be mixed and used. In particular, when one or more selected from the group of compounds having an epoxy group is used, the adhesive force is improved and the adhesive force is hardly reduced even in the operating environment of the fuel cell. Specifically, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane Etc. are suitable.
所望の接着力を得るため、シランカップリング剤の配合量は、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して、0.5重量部以上とすることが望ましい。2重量部以上とするとより好適である。また、過剰な配合はゴムの物性低下を招き、加工性も低下するおそれがある。このため、シランカップリング剤の配合量は10重量部以下とすることが望ましい。6重量部以下とするとより好適である。 In order to obtain a desired adhesive strength, the amount of the silane coupling agent is desirably 0.5 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the rubber component (A). More preferably, it is 2 parts by weight or more. Excessive blending also causes a decrease in the physical properties of the rubber and there is a risk that the processability will also decrease. For this reason, the amount of the silane coupling agent is desirably 10 parts by weight or less. It is more preferable if it is 6 parts by weight or less.
本発明の接着性シール部材を構成するゴム組成物は、上記(A)〜(C)の他、通常ゴム用の添加剤として用いられる各種添加剤を含んでいてもよい。例えば、補強剤として、カーボンブラックが広く用いられている。しかし、カーボンブラックを多量に配合すると、架橋の際、上記(B)の架橋剤から生じるラジカルと反応し、架橋反応が阻害されるおそれがある。よって、カーボンブラックを配合する場合には、その配合量を、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して10重量部以下とすることが望ましい。5重量部以下、さらには1重量部以下とするとより好適である。 The rubber composition constituting the adhesive seal member of the present invention may contain various additives usually used as additives for rubber in addition to the above (A) to (C). For example, carbon black is widely used as a reinforcing agent. However, when carbon black is blended in a large amount, it may react with radicals generated from the crosslinking agent (B) at the time of crosslinking, thereby inhibiting the crosslinking reaction. Therefore, when carbon black is blended, the blending amount is desirably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the rubber component (A). 5 parts by weight or less, more preferably 1 part by weight or less is more preferable.
カーボンブラックに代えて、あるいはカーボンブラックと共に使用する補強剤としては、例えば、ホワイトカーボンが好適である。ホワイトカーボンは、非晶質シリカとして知られており、具体的には乾式法シリカ、湿式法シリカ、合成ケイ酸塩系シリカ等がある。ホワイトカーボンの配合量は、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して30重量部以上とすることが望ましい。なお、混練のしやすさ、成形加工性等を考慮して、ホワイトカーボンの配合量は80重量部以下とすることが望ましい。 For example, white carbon is suitable as a reinforcing agent used in place of or together with carbon black. White carbon is known as amorphous silica, and specifically includes dry method silica, wet method silica, and synthetic silicate-based silica. The amount of white carbon is desirably 30 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the rubber component (A). In consideration of ease of kneading, molding processability, etc., the amount of white carbon is desirably 80 parts by weight or less.
また、他の添加剤としては、軟化剤、可塑剤、老化防止剤、粘着付与剤、加工助剤等が挙げられる。軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、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、ラウリン酸等が挙げられる。軟化剤の配合量は、製造される接着性シール部材の強度を考慮して、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して10重量部程度までとするとよい。また、可塑剤としては、ジオクチルフタレート(DOP)等の有機酸誘導体、リン酸トリクレジル等のリン酸誘導体が挙げられる。可塑剤の配合量は、軟化剤と同様、製造される接着性シール部材の強度を考慮すると、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して10重量部程度までとするとよい。また、老化防止剤としては、フェノール系、イミダゾール系、ワックス等が挙げられ、上記ゴム成分(A)の100重量部に対して0.5〜10重量部程度配合するとよい。 Other additives include softeners, plasticizers, anti-aging agents, tackifiers, processing aids, and the like. Softeners include petroleum oils such as process oil, lubricating oil, paraffin, liquid paraffin and petrolatum, fatty oil softeners such as castor oil, linseed oil, rapeseed oil and coconut oil, tall oil, sub, beeswax , Waxes such as carnauba wax and lanolin, linoleic acid, palmitic acid, stearic acid, lauric acid and the like. The blending amount of the softening agent is preferably up to about 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component (A) in consideration of the strength of the produced adhesive seal member. Examples of the plasticizer include organic acid derivatives such as dioctyl phthalate (DOP) and phosphoric acid derivatives such as tricresyl phosphate. The amount of the plasticizer is preferably up to about 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component (A) in consideration of the strength of the adhesive seal member to be produced, like the softener. Moreover, as an anti-aging agent, a phenol type, an imidazole type, a wax, etc. are mentioned, It is good to mix | blend about 0.5-10 weight part with respect to 100 weight part of the said rubber component (A).
ゴム組成物は、上記(A)〜(C)および必要に応じて各種添加剤を混合して調製することができる。例えば、架橋剤(B)およびシランカップリング剤(C)以外の各材料を予備混合した後、80〜140℃で数分間混練する。混練物を冷却した後、架橋剤(B)およびシランカップリング剤(C)を追加して、オープンロール等のロール類を用い、ロール温度40〜60℃で5〜30分間混練して調製することができる。なお、シランカップリング剤(C)は、予備混合の段階で配合しても構わない。 The rubber composition can be prepared by mixing the above (A) to (C) and various additives as required. For example, each material other than the crosslinking agent (B) and the silane coupling agent (C) is premixed and then kneaded at 80 to 140 ° C. for several minutes. After cooling the kneaded product, the crosslinking agent (B) and the silane coupling agent (C) are added, and the mixture is prepared by kneading at a roll temperature of 40 to 60 ° C. for 5 to 30 minutes using rolls such as an open roll. be able to. In addition, you may mix | blend a silane coupling agent (C) in the stage of preliminary mixing.
調製されたゴム組成物を、接着シールする構成部材間に配置して架橋する。架橋することにより、ゴム組成物は、本発明の接着性シール部材となる。ここで、架橋温度は120℃以下とすることが望ましい。また、架橋時間は20分以下とすることが望ましい。低温かつ短時間で架橋を行うことにより、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、本発明の接着性シール部材を使用することができる。 The prepared rubber composition is placed between components to be adhesively sealed and crosslinked. By crosslinking, the rubber composition becomes the adhesive seal member of the present invention. Here, the crosslinking temperature is desirably 120 ° C. or lower. The crosslinking time is desirably 20 minutes or less. By performing crosslinking at a low temperature for a short time, for example, the adhesive seal member of the present invention can be used also in the vicinity of the electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell.
また、調製されたゴム組成物は、所定の形状に成形しておくことが望ましい。例えば、フィルム状に成形しておくと、フィルム状のゴム組成物を燃料電池の構成部材に貼り付けて架橋することにより、構成部材同士を簡便に接着することができる。また、従来より行われている煩雑な位置合わせが不要になり、連続加工がしやすくなる。さらに、予め構成部材にフィルム状のゴム組成物をラミネートしておけば、接着加工がより容易になる。また、燃料電池のMEAやフレーム等の構成部材と、ゴム組成物の成形体と、を金型に入れて加熱することにより、一体成形することも可能である。 The prepared rubber composition is desirably molded into a predetermined shape. For example, if it is formed into a film shape, the constituent members can be easily bonded to each other by affixing and crosslinking the film-like rubber composition on the constituent members of the fuel cell. Moreover, the complicated alignment conventionally performed becomes unnecessary and it becomes easy to perform continuous processing. Furthermore, if a film-like rubber composition is laminated on the constituent members in advance, adhesion processing becomes easier. Moreover, it is also possible to integrally mold the structural member such as the MEA or the frame of the fuel cell and the molded body of the rubber composition by placing them in a mold and heating them.
<燃料電池への適用>
本発明の接着性シール部材は、燃料電池の構成部材間を接着シールする。適用対象となる燃料電池は、本発明の接着性シール部材の骨格となるゴム成分が使用可能な温度で作動するものであればよい。例えば、固体高分子型燃料電池(PEFC)(ダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)を含む)が好適である。
<Application to fuel cells>
The adhesive seal member of the present invention provides an adhesive seal between the constituent members of the fuel cell. The fuel cell to be applied may be any one that operates at a temperature at which the rubber component that serves as the skeleton of the adhesive seal member of the present invention can be used. For example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) (including a direct methanol fuel cell (DMFC)) is suitable.
接着シールする部位(構成部材間)は、燃料電池の種類、構造等により様々である。すなわち、本発明の接着性シール部材は、気密性、液密性が要求され、従来より接着性シール部材が使用されていたいずれの部位に対しても使用することができる。接着シール部位としては、例えば、MEAを挟んで対向するセパレータとセパレータとの間、MEAを支持するフレームとセパレータとの間、隣り合うセルを各々構成するセパレータとセパレータとの間等が挙げられる。また、本発明の接着性シール部材を、燃料電池において接着シールが必要な全ての部位に使用してもよいし、接着シールが必要な部位の一部に使用してもよい。構成部材の材質は、金属や炭素材料等の無機材料、樹脂等の有機材料のいずれであっても構わない。 The part to be bonded and sealed (between constituent members) varies depending on the type and structure of the fuel cell. That is, the adhesive seal member of the present invention is required to be airtight and liquid-tight, and can be used for any part where the adhesive seal member has been used conventionally. Examples of the adhesive seal portion include a separator between the separators facing each other across the MEA, a frame supporting the MEA and the separator, and between the separators and separators constituting adjacent cells. In addition, the adhesive seal member of the present invention may be used for all parts that require an adhesive seal in a fuel cell, or may be used for a part of a part that requires an adhesive seal. The material of the constituent member may be an inorganic material such as a metal or a carbon material, or an organic material such as a resin.
以下に、本発明の接着性シール部材を使用した固体高分子型燃料電池の一実施形態を示す。図1に、本発明の接着性シール部材を使用した固体高分子型燃料電池の斜視図を示す。図1に示すように、固体高分子型燃料電池1は、セルCが多数積層されて構成されている。図2に、積層されたセルC(三枚分のみ)の斜視図を示す。図3に、単一のセルCの分解斜視図を示す。図4に、図2のIV−IV断面図を示す。図2〜図4に示すように、セルCは、MEA2と、セパレータ3と、フレーム4と、を備えている。
An embodiment of a polymer electrolyte fuel cell using the adhesive seal member of the present invention will be shown below. FIG. 1 is a perspective view of a polymer electrolyte fuel cell using the adhesive seal member of the present invention. As shown in FIG. 1, the polymer electrolyte fuel cell 1 is configured by stacking a number of cells C. FIG. 2 shows a perspective view of the stacked cells C (for only three cells). FIG. 3 shows an exploded perspective view of a single cell C. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. As shown in FIGS. 2 to 4, the cell C includes an
MEA2は、電解質膜20と、一対の電極21a、21bと、からなる。電解質膜20は、矩形薄板状を呈している。一対の電極21a、21bは、矩形薄板状を呈している。一対の電極21a、21bは、電解質膜20を挟んで両側に配置されている。フレーム4は、金属製であり、矩形枠状を呈している。フレーム4は、電解質膜20の周縁を保持している。
The
セパレータ3は、金属製であり、矩形薄板状を呈している。セパレータ3には、長手方向に延在する溝が合計六つ凹設されている。当該溝により、セパレータ3の断面は、凹凸形状を呈している(図4参照)。セパレータ3は、MEA2の両側(フレーム4の両側でもある)に、対向して配置されている。MEA2とセパレータ3との間には、凹凸形状を利用して、電極21a、21bにガスを供給するためのガス流路30が区画されている。また、積層方向に隣接するセルCの、背向するセパレータ3同士の間には、凹凸形状を利用して、冷媒を流すための冷媒流路31が区画されている。
The separator 3 is made of metal and has a rectangular thin plate shape. The separator 3 has a total of six grooves extending in the longitudinal direction. Due to the groove, the cross section of the separator 3 has an uneven shape (see FIG. 4). The separator 3 is disposed opposite to both sides of the MEA 2 (also both sides of the frame 4). A
接着性シール部材5(本発明の接着性シール部材)は、電解質膜20とフレーム4との間に配置されている。また、フレーム4とセパレータ3との間、および、積層方向に隣接するセルCの、背向するセパレータ3同士の間には、従来のシリコーンゴム製のシール部材7が配置されている。
The adhesive seal member 5 (adhesive seal member of the present invention) is disposed between the
固体高分子型燃料電池1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30を通じて供給される。ここで、電解質膜20とフレーム4との間は、接着性シール部材5により接着シールされている。接着性シール部材5の気体透過性は小さいため、ガスの混合や漏れは生じない。また、電解質膜20の湿潤状態も保持される。加えて、接着性シール部材5の場合、120℃程度の低温、かつ短時間で架橋を行うことができる。よって、架橋時に電解質膜20が劣化するおそれは少ない。また、接着性シール部材5の接着性は、固体高分子型燃料電池1の作動環境においても低下しにくい。このため、作動時において、接着性シール部材5による良好なシール性が確保される。したがって、固体高分子型燃料電池1を長期間に亘り安定して作動させることができる。
During operation of the polymer electrolyte fuel cell 1, fuel gas and oxidant gas are supplied through the
なお、本実施形態では、フレーム4とセパレータ3との間、および、積層方向に隣接するセルCの、背向するセパレータ3同士の間に、従来のシリコーンゴム製のシール部材7を配置した。しかしながら、これらの部位に、本発明の接着性シール部材を適用してもよい。すなわち、電解質膜20とフレーム4との間に加えて、フレーム4とセパレータ3との間や、積層方向に隣接するセルCの、背向するセパレータ3同士の間に、接着性シール部材5を配置してもよい。こうすると、シール部位の気体透過性が小さくなり、シール性がより向上する。また、架橋時に、作業環境の影響を受けにくいため、硬化不良等の発生が少なくなる。また、接着性シール部材5とセパレータ3等の構成部材とを接着するために、別途接着剤を使用する必要はない。
In the present embodiment, the conventional silicone
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(1)ゴム組成物の調製
下記表1に示す原料を配合して実施例および比較例の各々のゴム組成物を調製した。表1中、各原料については以下のものを使用した。なお、比較例1のシール部材は、従来のシリコーンゴム(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製「LSR2650」)である。
(A)ゴム成分
EPDM:JSR(株)製「JSR EP27」、NBR:日本ゼオン(株)製「ニポール(登録商標)DN101」。
(B)架橋剤
ジアルキルパーオキサイド:日本油脂(株)製「パーヘキサ(登録商標)25B−40」(2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、1時間半減期温度=138℃)、ジアシルパーオキサイド:同社製「ナイパー(登録商標)FF」(ジベンゾイルパーオキサイド、1時間半減期温度=92℃)。なお、これらの配合量は、希釈された状態における値ではなく、各有機過酸化物を100%とした時の値である。
(C)接着成分
シランカップリング剤:信越化学工業(株)製「KBM403」(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、レゾルシノール系化合物:田岡化学工業(株)製「タッキロール(登録商標)620」、メラミン系化合物:住友化学工業(株)製「スミカノール(登録商標)507A」。
(D)他の添加剤
カーボンブラック(MAF級):キャボットジャパン(株)製「ショウブラック(登録商標)IP200」、ホワイトカーボン:東ソー・シリカ(株)製「ニプシールER」、パラフィン系プロセスオイル:出光興産(株)製「ダイアナ(登録商標)プロセスオイルPW380」、アクリル系助剤:精工化学(株)製「ハイクロスED−P」。
(1) Preparation of rubber composition The raw materials shown in the following Table 1 were blended to prepare each rubber composition of Examples and Comparative Examples. In Table 1, the following were used for each raw material. The seal member of Comparative Example 1 is a conventional silicone rubber (“LSR2650” manufactured by Momentive Performance Materials Japan GK).
(A) Rubber component EPDM: “JSR EP27” manufactured by JSR Corporation, NBR: “Nipol (registered trademark) DN101” manufactured by Zeon Corporation.
(B) Crosslinker dialkyl peroxide: “Perhexa (registered trademark) 25B-40” (2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd., 1 hour half-life Temperature = 138 ° C.), diacyl peroxide: “Nyper (registered trademark) FF” (dibenzoyl peroxide, 1 hour half-life temperature = 92 ° C.) manufactured by the same company. In addition, these compounding amounts are not values in a diluted state but values when each organic peroxide is 100%.
(C) Adhesive component silane coupling agent: “KBM403” (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., resorcinol compound: “Tactrol (registered trademark) 620 manufactured by Taoka Chemical Co., Ltd. "Melamine compound:" Sumikanol (registered trademark) 507A "manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.
(D) Other additive carbon black (MAF grade): “Show Black (registered trademark) IP200” manufactured by Cabot Japan Co., Ltd., White carbon: “Nipsil ER” manufactured by Tosoh Silica Co., Ltd., paraffinic process oil: “Diana (registered trademark) process oil PW380” manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd., acrylic auxiliary agent: “Hicross ED-P” manufactured by Seiko Chemical Co., Ltd.
まず、表1中、ゴム成分(A)、カーボンブラック、ホワイトカーボン、軟化剤、可塑剤を、適宜、バンバリーミキサーを用いて120℃で5分間混練した。必要に応じて混練物を冷却した後、架橋剤(B)、架橋助剤、接着成分(C)を適宜追加して、オープンロールを用いて40℃で10分間混練し、ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物をプレスにより厚さ2mmのフィルム状に成形した。 First, in Table 1, the rubber component (A), carbon black, white carbon, softener, and plasticizer were appropriately kneaded at 120 ° C. for 5 minutes using a Banbury mixer. After cooling the kneaded material as necessary, a cross-linking agent (B), a cross-linking aid, and an adhesive component (C) are appropriately added, and kneaded at 40 ° C. for 10 minutes using an open roll to obtain a rubber composition. It was. The obtained rubber composition was molded into a 2 mm thick film by pressing.
(2)シール部材の製造、および機械的強度の評価
実施例1〜3のゴム組成物を、120℃で10分間保持することにより架橋して、シール部材とした。実施例1〜3のシール部材は、本発明の接着性シール部材に含まれる(以下同じ)。また、比較例2、3のゴム組成物は130℃で10分間保持することにより、比較例4、5のゴム組成物は120℃で10分間保持することにより、各々架橋して、シール部材とした。また、比較例1のシリコーンゴムの場合、白金化合物からなる触媒を使用して、130℃で架橋した。実施例および比較例の各シール部材について、引張り強さを測定した。引張り強さの測定は、JIS K6251に準拠して行った(試験片:5号形ダンベル)。結果を上記表1にまとめて示す。なお、表1には、比較例1のシリコーンゴムの引張り強さを基準(100)とした時の各シール部材の引張り強さの比を強度指数として示す。
(2) Manufacture of seal member and evaluation of mechanical strength The rubber compositions of Examples 1 to 3 were crosslinked by holding at 120 ° C. for 10 minutes to obtain a seal member. The seal members of Examples 1 to 3 are included in the adhesive seal member of the present invention (the same applies hereinafter). Further, the rubber compositions of Comparative Examples 2 and 3 were crosslinked at 130 ° C. for 10 minutes, and the rubber compositions of Comparative Examples 4 and 5 were crosslinked at 120 ° C. for 10 minutes to crosslink each. did. Moreover, in the case of the silicone rubber of the comparative example 1, it crosslinked at 130 degreeC using the catalyst which consists of a platinum compound. About each sealing member of an Example and a comparative example, tensile strength was measured. The tensile strength was measured in accordance with JIS K6251 (test piece: No. 5 type dumbbell). The results are summarized in Table 1 above. In Table 1, the ratio of the tensile strength of each seal member when the tensile strength of the silicone rubber of Comparative Example 1 is defined as a standard (100) is shown as a strength index.
表1に示すように、実施例1〜3のシール部材では、比較例1のシリコーンゴムと比較して、いずれも引張り強さが大きくなった。つまり、本発明の接着性シール部材は、従来のシリコーンゴムより機械的強度が大きいことが確認された。一方、比較例2、3のシール部材は、ゴム成分として実施例1〜3と同じEPDMを使用したにも関わらず、比較例1のシリコーンゴムより引張り強さが小さくなった。比較例2、3のシール部材では、架橋剤として1時間半減期温度が130℃を超えるジアルキルパーオキサイドを使用した。このため、上記架橋条件(130℃×10分間)では、架橋反応が進行しにくく、充分な強度が得られなかったと考えられる。ちなみに、比較例2、3のゴム組成物を、180℃下で架橋してシール部材を製造したところ、引張り強さは比較例1のシリコーンゴムよりも大きくなった。また、比較例5のシール部材では、実施例1、2と同様に、架橋剤としてジアシルパーオキサイドを使用した。にも関わらず引張り強さが小さくなったのは、多量に配合されたカーボンブラックにより、架橋反応が阻害されたためと考えられる。 As shown in Table 1, the sealing members of Examples 1 to 3 all had a higher tensile strength than the silicone rubber of Comparative Example 1. That is, it was confirmed that the adhesive seal member of the present invention has higher mechanical strength than conventional silicone rubber. On the other hand, the sealing members of Comparative Examples 2 and 3 had lower tensile strength than the silicone rubber of Comparative Example 1 even though the same EPDM as in Examples 1 to 3 was used as the rubber component. In the sealing members of Comparative Examples 2 and 3, dialkyl peroxide having a 1-hour half-life temperature exceeding 130 ° C. was used as a crosslinking agent. For this reason, it is considered that under the above-mentioned crosslinking conditions (130 ° C. × 10 minutes), the crosslinking reaction hardly proceeds and sufficient strength cannot be obtained. Incidentally, when the rubber composition of Comparative Examples 2 and 3 was crosslinked at 180 ° C. to produce a seal member, the tensile strength was larger than that of the silicone rubber of Comparative Example 1. Further, in the seal member of Comparative Example 5, as in Examples 1 and 2, diacyl peroxide was used as a crosslinking agent. Nevertheless, the reason why the tensile strength was reduced is thought to be that the crosslinking reaction was inhibited by a large amount of carbon black.
(3)シール部材の製造、および接着性の評価
(a)90°剥離試験
JIS K6256−2に準拠した90°剥離試験を行い、実施例および比較例の各シール部材の接着性を評価した。まず、実施例および比較例のゴム組成物を、ステンレス板の表面に配置し、実施例1〜3および比較例4、5のゴム組成物は温度120℃で、比較例2、3のゴム組成物は温度130℃で、20分間保持して架橋し、接着させることより、試験片を作製した。なお、比較例1のシリコーンゴムの場合、白金化合物からなる触媒を使用して、130℃で架橋した。また、ステンレス板への接着は、接着剤を塗布して行った。次に、作製した試験片を所定の試験ジグに取り付けて、90°剥離試験を行った。結果を上記表1にまとめて示す。表1には、比較例1のシリコーンゴムの剥離強さを基準(100)とした時の、各シール部材の剥離強さの比を強度指数として示す。
(3) Manufacture of seal member and evaluation of adhesiveness (a) 90 ° peel test A 90 ° peel test in accordance with JIS K6256-2 was conducted to evaluate the adhesiveness of each seal member in Examples and Comparative Examples. First, the rubber compositions of Examples and Comparative Examples are arranged on the surface of a stainless steel plate. The rubber compositions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 and 5 are at a temperature of 120 ° C., and the rubber compositions of Comparative Examples 2 and 3 are used. A test piece was prepared by holding the object at a temperature of 130 ° C. for 20 minutes to crosslink and bond the material. In addition, in the case of the silicone rubber of the comparative example 1, it crosslinked at 130 degreeC using the catalyst which consists of a platinum compound. Adhesion to the stainless steel plate was performed by applying an adhesive. Next, the produced test piece was attached to a predetermined test jig, and a 90 ° peel test was performed. The results are summarized in Table 1 above. Table 1 shows the ratio of the peel strength of each seal member as a strength index when the peel strength of the silicone rubber of Comparative Example 1 is used as a reference (100).
表1に示すように、実施例1〜3のシール部材では、いずれも、比較例1のシリコーンゴムと比較して、剥離強さが大きくなった。特に、ゴム成分としてNBRを使用した実施例3のシール部材の剥離強さが大きくなった。なお、実施例1、2のシール部材の剥離強さを比較すると、カーボンブラックの配合量が多い実施例2のシール部材の方が、若干小さくなった。このように、実施例1〜3のシール部材では、1時間半減期温度が92℃と低いジアシルパーオキサイドを架橋剤として使用したため、120℃という低温下での架橋でも、充分に架橋反応が進行し、高い接着力が発現された。 As shown in Table 1, in each of the sealing members of Examples 1 to 3, the peel strength was higher than that of the silicone rubber of Comparative Example 1. In particular, the peel strength of the seal member of Example 3 using NBR as the rubber component was increased. When the peel strengths of the seal members of Examples 1 and 2 were compared, the seal member of Example 2 having a larger amount of carbon black was slightly smaller. As described above, in the seal members of Examples 1 to 3, since the diacyl peroxide having a low one-hour half-life temperature of 92 ° C. was used as the cross-linking agent, the cross-linking reaction sufficiently progressed even at a low temperature of 120 ° C. However, a high adhesive force was expressed.
一方、比較例2〜5のシール部材は、比較例1のシリコーンゴムより剥離強さが小さくなった。このうち、比較例4、5のシール部材は、シランカップリング剤(接着成分(C))を含まない。よって、接着力が乏しいことがわかる。また、比較例2、3のシール部材は、接着成分(C)を含んでいるにも関わらず、剥離強さが小さくなった。上述したように、比較例2、3のシール部材では、架橋剤としてジアルキルパーオキサイドを使用したため、上記架橋条件(130℃×20分間)では、架橋反応が進行しにくく、充分な接着力が得られなかったと考えられる。 On the other hand, the peel strength of the sealing members of Comparative Examples 2 to 5 was smaller than that of the silicone rubber of Comparative Example 1. Among these, the sealing members of Comparative Examples 4 and 5 do not contain a silane coupling agent (adhesive component (C)). Therefore, it turns out that adhesive force is scarce. Moreover, although the sealing members of Comparative Examples 2 and 3 contained the adhesive component (C), the peel strength was small. As described above, since the dialkyl peroxide was used as the cross-linking agent in the sealing members of Comparative Examples 2 and 3, the cross-linking reaction hardly progressed under the above cross-linking conditions (130 ° C. × 20 minutes), and sufficient adhesive strength was obtained. It is thought that it was not possible.
(b)T字剥離試験
以下に示すT字剥離試験を行い、実施例および比較例の各シール部材の接着性を評価した。まず、試験片を作製した。幅1cm、厚さ0.1mmの短冊状のステンレス板を必要枚数準備し、その表面を脱脂した。二枚のステンレス板を対向させて配置し、ステンレス板間の隙間に、実施例および比較例のゴム組成物を介装した。実施例1〜3および比較例4、5のゴム組成物は温度120℃で、比較例2、3のゴム組成物は温度130℃で、厚さ方向に10〜30μm圧縮しながら10分間保持してゴム組成物を架橋させ、ステンレス板同士を接着した。なお、比較例1のシリコーンゴムの場合、白金化合物からなる触媒を使用して、130℃で架橋した。また、ステンレス板間への接着は接着剤を塗布して行った。
(B) T-shaped peeling test The following T-shaped peeling test was performed, and the adhesiveness of each sealing member of an Example and a comparative example was evaluated. First, a test piece was prepared. A required number of strip-shaped stainless steel plates having a width of 1 cm and a thickness of 0.1 mm were prepared, and the surface was degreased. Two stainless steel plates were placed facing each other, and the rubber compositions of Examples and Comparative Examples were interposed in the gaps between the stainless steel plates. The rubber compositions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 and 5 were held at a temperature of 120 ° C., and the rubber compositions of Comparative Examples 2 and 3 were held at a temperature of 130 ° C. for 10 minutes while being compressed by 10 to 30 μm in the thickness direction. The rubber composition was cross-linked to bond the stainless steel plates together. In addition, in the case of the silicone rubber of the comparative example 1, it crosslinked at 130 degreeC using the catalyst which consists of a platinum compound. Adhesion between the stainless steel plates was performed by applying an adhesive.
次に、作製した各試験片を引張試験装置に取り付けて、T字剥離試験を行った。図5に、T字剥離試験の様子を模式的に示す。図5に示すように、試験片60は、一対のステンレス板61a、61bと、その間を接着するシール部材62と、からなる。ステンレス板61aの接着されていない方の端部は、把持具63aに挟持され、接着面に対して約90°の角度で剥離方向(図中上向きの白抜き矢印で示す)に曲げられている。同様に、ステンレス板61bの接着されていない方の端部は、把持具63bに挟持され、接着面に対して約90°の角度で剥離方向(図中下向きの白抜き矢印で示す)に曲げられている。すなわち、把持具63a、63bで、ステンレス板61a、61bの各々の自由端を約180°の反対方向に引っ張ることにより、ステンレス板61a、61b間のシール部材62を剥離した。なお、本試験は、23℃(室温)下で行い、把持具63a、63bの移動速度は10mm/分とした。T字剥離試験における各試験片のT字剥離強さを、JIS K6854−3に準拠して求めた。また、比較例1のシリコーンゴムを使用した試験片のT字剥離強さを基準(100)とし、それに対する各試験片のT字剥離強さの比を算出した。
Next, each produced test piece was attached to the tensile test apparatus, and the T-shaped peeling test was done. FIG. 5 schematically shows the state of the T-peel test. As shown in FIG. 5, the
また、各シール部材の接着信頼性を評価するために、各試験片について耐環境試験を行った後、上記同様にしてT字剥離試験を行った。耐環境試験は、各試験片を90℃の温水に100時間、さらには1000時間浸漬して行った。この場合も、上記同様にして、各試験片のT字剥離強さの比を算出した。上記表1に、各々のT字剥離試験における、各試験片のT字剥離強さの強度指数をまとめて示す。 In addition, in order to evaluate the adhesion reliability of each seal member, after performing an environmental resistance test on each test piece, a T-shaped peel test was performed in the same manner as described above. The environmental resistance test was performed by immersing each test piece in warm water at 90 ° C. for 100 hours, and further for 1000 hours. Also in this case, the ratio of the T-shaped peel strength of each test piece was calculated in the same manner as described above. Table 1 summarizes the strength index of the T-peel strength of each test piece in each T-peel test.
表1に示すように、実施例1〜3のシール部材では、いずれも、比較例1のシリコーンゴムと比較して、T字剥離強さが大きくなった。つまり、本発明の接着性シール部材は、優れた接着力を有することが確認された。また、耐環境試験後においても、実施例1〜3のシール部材のT字剥離強さは、比較例1のシリコーンゴムと比較して大きい。この結果から、本発明の接着性シール部材は、温水や蒸気と接触するような燃料電池の作動環境で長期間使用しても、接着力が低下しにくいことがわかる。つまり、本発明の接着性シール部材は、接着信頼性が高い。一方、比較例2〜5のシール部材は、耐環境試験の前後を問わず、上記90°剥離試験の場合と同様に、比較例1のシリコーンゴムよりT字剥離強さが小さくなった。 As shown in Table 1, in each of the sealing members of Examples 1 to 3, the T-shaped peel strength was higher than that of the silicone rubber of Comparative Example 1. That is, it was confirmed that the adhesive seal member of the present invention has an excellent adhesive force. Further, even after the environmental resistance test, the T-shaped peel strength of the sealing members of Examples 1 to 3 is larger than that of the silicone rubber of Comparative Example 1. From this result, it can be seen that the adhesive seal member of the present invention is less likely to decrease the adhesive force even when used for a long time in the operating environment of the fuel cell in contact with hot water or steam. That is, the adhesive seal member of the present invention has high adhesion reliability. On the other hand, the sealing members of Comparative Examples 2 to 5 had a T-peeling strength lower than that of the silicone rubber of Comparative Example 1, as in the case of the 90 ° peel test, before and after the environmental resistance test.
(4)固体高分子型燃料電池への適用
上記実施例1〜3のゴム組成物を用いて、固体高分子型燃料電池を作製した。すなわち、実施例1〜3のゴム組成物を、前出図4に示したように、電解質膜20とフレーム4との間に配置して、120℃で10分間保持して架橋し、接着させた。つまり、電解質膜20とフレーム4との間を、実施例1〜3のシール部材で接着シールした。固体高分子型燃料電池を24時間作動させ、各シール部材のシール性を確認した。その結果、いずれもガスの混合や漏れは生じず、良好な接着性が確保されていることが確認された。
(4) Application to solid polymer fuel cells Using the rubber compositions of Examples 1 to 3, solid polymer fuel cells were produced. That is, the rubber compositions of Examples 1 to 3 were placed between the
1:固体高分子型燃料電池
2:MEA 20:電解質膜 21a、21b:電極
3:セパレータ 30:ガス流路 31:冷媒流路
4:フレーム 5:接着性シール部材 7:シール部材
60:試験片 61a、61b:ステンレス板 62:シール部材
63a、63b:把持具
C:セル
1: Solid polymer fuel cell 2: MEA 20:
Claims (5)
(A)エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムから選ばれる一種以上のゴム成分。
(B)1時間半減期温度が120℃以下の有機過酸化物から選ばれる架橋剤。
(C)シランカップリング剤。 An adhesive seal member for a fuel cell, comprising a cross-linked product of a rubber composition containing the following (A) to (C) , carbon black, and white carbon, and adhesively sealing between constituent members of the fuel cell.
(A) One or more rubber components selected from ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber.
(B) A crosslinking agent selected from organic peroxides having a one-hour half-life temperature of 120 ° C. or lower.
(C) Silane coupling agent.
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