JP7067705B2 - ガスシール部材用組成物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスシール部材用組成物およびその製造方法、高圧水素機器用ガスシール部材、並びに、高圧水素機器に関するものである。

従来、気体の漏洩を防止する部材として、パッキンやガスケットなどのガスシール部材が用いられている。そして、このようなガスシール部材は、例えば、燃料電池車用の水素ステーションなどにおいて用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。斯かる用途では、ガスシール部材は高温環境等の過酷な条件に曝されることとなるため、ガスシール部材には、高温環境下における、より高い耐久性が求められている。

例えば特許文献３では、３元系の含フッ素エラストマーに対して所定の平均直径を有する多層カーボンナノチューブを所定の割合で配合してなるエラストマー組成物を架橋してガスシール部材を形成することにより、高温環境等の過酷な条件においても長時間使用に耐え得るガスシール部材を提供している。

特開２０１６－０９００５０号公報 特開２０１５－２０６００２号公報 特開２０１４－１０９０２０号公報

ところで、燃料電池車用の水素ステーション等の高圧水素機器において高圧水素環境下で用いられるガスシール部材には、例えば、３５ＭＰａ以上１０５ＭＰａ以下という高圧水素環境下での耐久性が求められる。このような高圧水素に接触するガスシール部材には、はみ出し破壊およびブリスター破壊が起こり得るため、これらの破壊の発生を抑制することが求められている。
ここで、「はみ出し破壊」とは、高圧の水素との接触によってガスシール部材が所定の設置位置（例えば、設置用の溝など）からはみ出し、設置位置周囲の隙間などに噛み込むことにより生じる破壊である。また、「ブリスター破壊」とは、高圧の水素との接触によってガスシール部材の内部に浸透した水素が、急速減圧時などにガスシール部材の内部に滞留したまま膨張してガスシール部材を破裂させることにより生じる破壊である。

しかし、特許文献３に記載のガスシール部材は、高温環境における耐久性には優れるものの、高圧水素機器に適用した際の高圧水素条件下における耐久性が十分とは言えず、はみ出し破壊およびブリスター破壊の発生を十分に抑制できるとは言い得なかった。

そこで、本発明は、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することができる高圧水素機器用ガスシール部材を形成可能なガスシール部材用組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することができる高圧水素機器用ガスシール部材を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、ガスシール部材のはみ出し破壊およびブリスター破壊の発生が十分に抑制された高圧水素機器を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、繊維状炭素ナノ構造体をエラストマーに対して所定の割合で含有し、ガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）と、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）とが、関係式：０≦Ｓ／Ｖ≦２．０を満たすガスシール部材用組成物を用いて高圧水素機器用ガスシール部材を形成すれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のガスシール部材用組成物は、高圧水素環境下で用いられるガスシール部材用組成物であって、前記ガスシール部材用組成物は、エラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体とを含有し、前記エラストマー１００質量部当たり、前記繊維状炭素ナノ構造体を１質量部以上１０質量部以下の割合で含有し、前記ガスシール部材用組成物の断面における前記繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）と、前記ガスシール部材用組成物における前記繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）とが、関係式：０≦Ｓ／Ｖ≦２．０を満たすことを特徴とする。このように、繊維状炭素ナノ構造体を所定の割合で配合したガスシール部材用組成物においてガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）と、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）とが、関係式：０≦Ｓ／Ｖ≦２．０を満たせば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することが可能な高圧水素機器用ガスシール部材を形成することができる。
なおここで、ガスシール部材用組成物は、溶媒、分散媒等を含まない固形物を意味する。

ここで、本発明のガスシール部材用組成物では、前記エラストマーが、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、又はフッ素ゴムであってもよい。

そして、前記繊維状炭素ナノ構造体の平均直径が１ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましい。平均直径が１ｎｍ以上６０ｎｍ以下の繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を更に抑制することが可能な高圧水素機器用ガスシール部材を形成できるからである。
なお、「繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）」は、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体１００本の直径（外径）を測定して求めることができる。

また、前記繊維状炭素ナノ構造体が単層カーボンナノチューブを含むことが好ましい。繊維状炭素ナノ構造体が単層カーボンナノチューブを含むことで、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を更に抑制することが可能な高圧水素機器用ガスシール部材を形成できるからである。

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の高圧水素機器用ガスシール部材は、上述したガスシール部材用組成物の何れかを用いて成形したことを特徴とする。上述したガスシール部材用組成物を使用して形成した高圧水素機器用ガスシール部材は、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生の双方を十分に抑制することができる。

そして、上述した本発明の高圧水素機器用ガスシール部材は、常用圧力が３５ＭＰａ以上１０５ＭＰａ以下である高圧水素に接触した状態で用いられてもよい。
また、本発明の高圧水素機器は、３５ＭＰａ以上１０５ＭＰａ以下の高圧水素が充填された容器と、前記容器内に充填された前記高圧水素と接触している高圧水素機器用ガスシール部材と、を備えるものとすることができる。上述した高圧水素機器用ガスシール部材を用いることにより、３５ＭＰａ以上１０５ＭＰａ以下の高圧水素に接触していても、十分な耐久性を奏することができる。
なお、高圧水素の圧力は、例えば６０ＭＰａ以上または７０ＭＰａ以上とすることができる。また、高圧水素の圧力は、例えば１００ＭＰａ以下または９５ＭＰａ以下とすることができる。

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のガスシール部材用組成物の製造方法は、本発明のガスシール部材用組成物を製造するガスシール部材用組成物の製造方法であって、エラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体と、溶媒または分散媒とを含有するスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記スラリーから溶媒または分散媒を除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。上述した製造方法により製造されたガスシール部材用組成物を使用して形成した高圧水素機器用ガスシール部材は、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生の双方を十分に抑制することができる。

そして、除去工程後に、エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物に対してエラストマーを更に添加して混練する混練操作を１回以上実施する混練工程を更に含んでいてもよい。上述した製造方法によれば、ガスシール部材用組成物を作製する途中の段階で得られる混合物（マスターバッチ）を安価に効率良く作製することができる。

ここで、本発明のガスシール部材用組成物の製造方法では、前記混練工程は、エラストマーを添加する前の混合物の質量（Ａ）と、該混合物に添加したエラストマーの質量（Ｂ）とが、関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たす混練操作を少なくとも１回含むことが好ましい。関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たす混練操作を少なくとも１回含むことで、繊維状炭素ナノ構造体を良好に分散させ、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を更に抑制することが可能な高圧水素機器用ガスシール部材を形成し得るガスシール部材用組成物を低コストで良好に形成できるからである。

本発明によれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することができる高圧水素機器用ガスシール部材を形成可能なガスシール部材用組成物およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することが可能な高圧水素機器用ガスシール部材を提供することができる。
さらに、本発明によれば、ガスシール部材のはみ出し破壊およびブリスター破壊の発生が十分に抑制された高圧水素機器を提供することができる。

図１は、水素ステーションの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
ここで、本発明に係るガスシール部材用組成物は、パッキンやガスケット等のガスシール部材の形成に用いられるものである。また、本発明に係る高圧水素機器用ガスシール部材は、本発明に係るガスシール部材用組成物を用いて成形することができ、例えば、燃料電池車用の水素ステーションなどにおいて気体の漏洩を防止する部材として用いることができる。特に、本発明に係る高圧水素機器用ガスシール部材は、高圧水素機器用ガスシール部材が高圧水素に接触する高圧水素機器において好適に用いることができる。このような高圧水素機器としては、例えば、高圧水素が充填された容器と、容器内に充填された高圧水素と接触して高圧水素の漏出を防止する高圧水素機器用ガスシール部材とを備える高圧水素機器が挙げられる。ここで、「高圧水素機器」とは、高圧水素（例えば３５ＭＰａ以上１０５ＭＰａ以下）を取り扱う機器を意味し、具体的には、水素ステーションに用いられる、水素製造装置（例えば、後述する図１における水素製造装置１１１）や、水素ガス圧縮機（例えば、後述する図１における水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２）、蓄ガス機（例えば、後述する図１における蓄ガス機（蓄圧器）１１３）、ディスペンサー（例えば、後述する図１におけるディスペンサー１１４）、車両（例えば、後述する図１における車両（燃料電池車）１２０）に搭載された燃料電池、等を挙げることができる。

（ガスシール部材用組成物）
本発明のガスシール部材用組成物は、エラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体とを含有し、任意に、補強材、架橋剤、酸化防止剤などの添加剤を更に含有する。そして、本発明のガスシール部材用組成物では、後述する方法で測定した、ガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）と、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）とが、関係式：０≦Ｓ／Ｖ≦２．０を満たす。
ここで、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の含有量は、エラストマー１００質量部当たり、１質量部以上である。

ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）に対するガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）の比（Ｓ／Ｖ）は、１．５以下であることが好ましく、１．０以下であることがより好ましく、０．８以下であることが更に好ましく、０．５以下であることが更により好ましく、０．３４以下であることが特に好ましく、０．１１以下であることが最も好ましい。
Ｓ／Ｖが０以上０．５以下であれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を更に抑制することができる。

＜面積率Ｓ（％）＞
例えば、調製したガスシール部材用組成物の断面を、デジタルマイクロスコープを用い、３ｍｍ×２ｍｍの視野（倍率１００倍）を側射照明にて観察し、画像を得て、画像処理ソフトを用い、得られた画像を二値化処理後、画像中の繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積を計測し、３ｍｍ×２ｍｍ範囲内の繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の合計面積（Ｓｃ）を求め、その値を観察視野面積（Ｓｔ）で割ることで、繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）を求めることができる。
Ｓ＝（Ｓｃ／Ｓｔ）×１００（％）
なお、繊維状炭素ナノ構造体の凝集体とは、繊維状炭素ナノ構造体が複数（少なくとも２つ）接触して凝集したものを意味する。

＜体積分率Ｖ（体積％）＞
例えば、調製したガスシール部材用組成物について、熱重量測定装置を用い、窒素雰囲気下、室温～７００℃の温度範囲において、２０℃／分の速度で昇温させ、７００℃で５分間保持することにより、樹脂（エラストマー）を熱分解させて、ガスシール部材用組成物中の樹脂（エラストマー）の重量（ＷＰ）を算出し、次いで、窒素雰囲気から空気雰囲気に切り替え、空気雰囲気下にて７００℃で１０分間保持し、繊維状炭素ナノ構造体を分解することで、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の重量（ＷＣ）を算出して、樹脂（エラストマー）の比重ρＰ、繊維状炭素ナノ構造体の比重ρＣから、以下の式を用いて、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）を求めることができる。
Ｖ＝（ＷＣ／ρＣ）／｛（ＷＰ／ρＰ）＋（ＷＣ／ρＣ）｝×１００（体積％）

なお、繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）は、例えば、エラストマー、繊維状炭素ナノ構造体の混合条件、並びに繊維状炭素ナノ構造体の種類、性状および配合量を変更することにより調整することができる。具体的には、混合条件を繊維状炭素ナノ構造体が凝集し易い条件としたり、凝集し易い繊維状炭素ナノ構造体を使用したりすれば、面積率Ｓ（％）は増加する。

＜エラストマー＞
ここで、ガスシール部材用組成物におけるエラストマーとしては、特に限定されることなく、ガスシール部材の形成に用いられる既知のエラストマーを用いることができる。具体的には、エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ－ＮＢＲ）、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ポリイソブチレンゴム、シリコーンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）などを用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
上述した中でも、エラストマーとしては、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）が２０以上１５０以下であるゴム（例えば、水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム等）およびムーニー粘度（ＭＬ１＋１０、１２１℃）が２０以上１５０以下のフッ素ゴムが好ましい。なお、本発明において、ムーニー粘度は、ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して測定することができる。

なお、水素ガス圧縮機（昇圧機）（例えば、－２０℃～１８０℃：９５ＭＰａ）に用いられるガスシール部材に含まれるエラストマーとしては、フッ素ゴム（例えばＦＫＭ）が好ましく、蓄ガス機（蓄圧器）（例えば、－２０℃～５０℃：９５ＭＰａ）に用いられるガスシール部材に含まれるエラストマーとしては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ－ＮＢＲ）が好ましく、ディスペンサー（例えば、－４０℃～５０℃：８２ＭＰａ）に用いられるガスシール部材に含まれるエラストマーとしては、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）が好ましい。

＜繊維状炭素ナノ構造体＞
繊維状炭素ナノ構造体としては、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の円筒形状の炭素ナノ構造体や、炭素の六員環ネットワークが扁平筒状に形成されてなる炭素ナノ構造体等の非円筒形状の炭素ナノ構造体、セルロースナノファイバーが挙げられる。
エラストマー組成物に繊維状炭素ナノ構造体を含有させることで、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を抑制することができる。

なお、ガスシール部材用組成物に繊維状炭素ナノ構造体を含有させることで、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を抑制することができる理由は、明らかではないが、以下の通りであると推察される。即ち、繊維状炭素ナノ構造体は、カーボンブラック等と比較して、少量の添加であっても、高い補強効果を得ることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体は、カーボンブラック等と比較して、水素を内部に溶解させ難いので、繊維状炭素ナノ構造体を用いたガスシール部材では、内部に浸透した水素が急速減圧時などにガスシール部材から抜け易くなり、ブリスター破壊の発生を抑制することができると推察される。また、繊維状炭素ナノ構造体は、カーボンブラック等と比較して補強効果が高いので、繊維状炭素ナノ構造体を用いたガスシール部材は、高圧の水素と接触した場合でも変形し難く（体積膨潤率が低く）、はみ出し破壊が発生し難いと推察される。

そして、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の含有量は、エラストマー１００質量部当たり、１質量部以上であることが必要であり、２質量部以上であることが好ましく、３質量部以上であることがより好ましく、５質量部以上であることがさらにより好ましく、７質量部以上であることが特に好ましく、８質量部以上であることが最も好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の含有量がエラストマー１００質量部当たり１質量部未満である場合、ガスシール部材用組成物を用いて成形したガスシール部材の強度を確保することができず、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を十分に抑制することができない。
また、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の含有量は、エラストマー１００質量部当たり、１０質量部以下であることが必要であり、９．５質量部以下であることが好ましく、９質量部以下であることがより好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の含有量がエラストマー１００質量部当たり１０質量部超である場合、ガスシール部材用組成物を用いて成形したガスシール部材の内部に浸透した水素が急速減圧時などにガスシール部材から抜け難くなるため、ブリスター破壊の発生を十分に抑制することができず、また、繊維状炭素ナノ構造体の凝集体が増加するので、ガスシール部材用組成物を用いて成形したガスシール部材の強度が低下する。

ここで、繊維状炭素ナノ構造体は、特に限定されることなく、単層カーボンナノチューブ（単層ＣＮＴ）のみからなるものであってもよいし、多層カーボンナノチューブ（多層ＣＮＴ）のみからなるものであってもよいし、単層ＣＮＴと多層ＣＮＴとの混合物であってもよいし、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と、ＣＮＴ以外の繊維状炭素ナノ構造体との混合物であってもよい。
単層ＣＮＴは、多層ＣＮＴと比較して、水素が更に吸着され難く、補強効果が高い点で、好ましい。
そして、エラストマー組成物を用いて成形したガスシール部材においてはみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を更に抑制する観点からは、繊維状炭素ナノ構造体１００本中の単層ＣＮＴの割合は、５０本以上であることが好ましく、７０本以上であることがより好ましく、９０本以上であることが更に好ましく、１００本であることが特に好ましい。

そして、本発明のガスシール部材用組成物では、繊維状炭素ナノ構造体として単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することが好ましい。このように、単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することで、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を更に抑制することができるからである。

なお、単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することではみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を更に抑制することができる理由は、明らかではないが、以下の通りであると推察される。即ち、単層ＣＮＴは多層ＣＮＴと比較して水素が透過し易く、単層ＣＮＴを用いたガスシール部材では、内部に浸透した水素が急速減圧時などにガスシール部材から抜け易くなるため、ブリスター破壊の発生を更に抑制することができると推察される。また、単層ＣＮＴは多層ＣＮＴと比較して補強効果が高いため、単層ＣＮＴを用いたガスシール部材は、高圧の水素と接触した場合でも変形し難く、はみ出し破壊の発生を更に抑制することができると推察される。

そして、単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用する場合、ガスシール部材用組成物中の単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体の含有量は、エラストマー１００質量部当たり、３質量部以上であることが好ましく、５質量部以上であることがより好ましく、７質量部以上であることが更に好ましく、８質量部以上であることが特に好ましい。単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体がエラストマー１００質量部当たり３質量部未満である場合、エラストマー組成物を用いて成形したガスシール部材の強度を確保することができず、はみ出し破壊の発生およびブリスター破壊の発生を十分に抑制することができないことがある。
また、高圧水素機器用ガスシール部材を形成するために用いられるエラストマー組成物中の単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体の含有量は、エラストマー１００質量部当たり、９．５質量部以下であることが好ましく、９質量部以下であることがより好ましく、８．５質量部以下であることが更に好ましい。単層ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体の含有量がエラストマー１００質量部当たり９．５質量部超である場合、エラストマー組成物を用いて成形したガスシール部材の内部に浸透した水素が急速減圧時などにガスシール部材から抜け難くなるため、ブリスター破壊の発生を十分に抑制することができないことがあり、また、繊維状炭素ナノ構造体の凝集体が増加するため、ガスシール部材用組成物を用いて成形したガスシール部材の強度が低下することがある。

また、繊維状炭素ナノ構造体は、吸着等温線から得られるｔ－プロットが上に凸な形状を示すことが好ましい。吸着等温線から得られるｔ－プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、ブリスター破壊の発生を更に抑制することが可能なガスシール部材を形成することができる。
なお、繊維状炭素ナノ構造体は、ＣＮＴの開口処理が施されておらず、ｔ－プロットが上に凸な形状を示すことがより好ましい。

ここで、一般に、吸着とは、ガス分子が気相から固体表面に取り去られる現象であり、その原因から、物理吸着と化学吸着に分類される。そして、ｔ－プロットの取得に用いられる窒素ガス吸着法では、物理吸着を利用する。なお、通常、吸着温度が一定であれば、繊維状炭素ナノ構造体に吸着する窒素ガス分子の数は、圧力が大きいほど多くなる。また、横軸に相対圧（吸着平衡状態の圧力Ｐと飽和蒸気圧Ｐ０の比）、縦軸に窒素ガス吸着量をプロットしたものを「等温線」といい、圧力を増加させながら窒素ガス吸着量を測定した場合を「吸着等温線」、圧力を減少させながら窒素ガス吸着量を測定した場合を「脱着等温線」という。

そして、ｔ－プロットは、窒素ガス吸着法により測定された吸着等温線において、相対圧を窒素ガス吸着層の平均厚みｔ（ｎｍ）に変換することにより得られる。即ち、窒素ガス吸着層の平均厚みｔを相対圧Ｐ／Ｐ０に対してプロットした、既知の標準等温線から、相対圧に対応する窒素ガス吸着層の平均厚みｔを求めて上記変換を行うことにより、繊維状炭素ナノ構造体のｔ－プロットが得られる（de Boerらによるｔ－プロット法）。

ここで、表面に細孔を有する試料では、窒素ガス吸着層の成長は、次の（１）～（３）の過程に分類される。そして、下記の（１）～（３）の過程によって、ｔ－プロットの傾きに変化が生じる。
（１）全表面への窒素分子の単分子吸着層形成過程
（２）多分子吸着層形成とそれに伴う細孔内での毛管凝縮充填過程
（３）細孔が窒素によって満たされた見かけ上の非多孔性表面への多分子吸着層形成過程

そして、繊維状炭素ナノ構造体のｔ－プロットは、窒素ガス吸着層の平均厚みｔが小さい領域では、原点を通る直線上にプロットが位置するのに対し、ｔが大きくなると、プロットが当該直線から下にずれた位置となり、上に凸な形状を示すことが好ましい。かかるｔ－プロットの形状は、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積に対する内部比表面積の割合が大きく、繊維状炭素ナノ構造体を構成する炭素ナノ構造体に多数の開口が形成されていることを示している。そして、多数の開口が形成されている結果として、当該繊維状炭素ナノ構造体は、繊維状炭素ナノ構造体の内部まで浸透したガスが透過して抜け易い（即ち、当該繊維状炭素ナノ構造体を含むガスシール部材はブリスター破壊が起こり難くなる）と推察される。

なお、繊維状炭素ナノ構造体のｔ－プロットの屈曲点は、０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にあることが好ましく、０．４５≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にあることがより好ましく、０．５５≦ｔ（ｎｍ）≦１．０を満たす範囲にあることが更に好ましい。ｔ－プロットの屈曲点の位置が上記範囲内にあると、繊維状炭素ナノ構造体の特性が更に向上するため、ブリスター破壊の発生を更に抑制することができる。
ここで、「屈曲点の位置」とは、ｔ－プロットにおける、前述した（１）の過程の近似直線Ａと、前述した（３）の過程の近似直線Ｂとの交点である。

更に、繊維状炭素ナノ構造体は、ｔ－プロットから得られる全比表面積Ｓ１に対する内部比表面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．０５以上であることが好ましく、０．０６以上であることがより好ましく、０．０８以上であることが更に好ましく、０．３０以下であることが好ましい。Ｓ２／Ｓ１が０．０５以上０．３０以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の特性を更に向上させることができるので、ブリスター破壊の発生を更に抑制することができる。
また、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積Ｓ１および内部比表面積Ｓ２は、特に限定されないが、個別には、Ｓ１は、６００ｍ^２／ｇ以上１４００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、８００ｍ^２／ｇ以上１２００ｍ^２／ｇ以下であることが更に好ましい。一方、Ｓ２は、３０ｍ^２／ｇ以上５４０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。
ここで、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積Ｓ１および内部比表面積Ｓ２は、そのｔ－プロットから求めることができる。具体的には、まず、（１）の過程の近似直線の傾きから全比表面積Ｓ１を、（３）の過程の近似直線の傾きから外部比表面積Ｓ３を、それぞれ求めることができる。そして、全比表面積Ｓ１から外部比表面積Ｓ３を差し引くことにより、内部比表面積Ｓ２を算出することができる。

因みに、繊維状炭素ナノ構造体の吸着等温線の測定、ｔ－プロットの作成、および、ｔ－プロットの解析に基づく全比表面積Ｓ１と内部比表面積Ｓ２との算出は、例えば、市販の測定装置である「ＢＥＬＳＯＲＰ（登録商標）－ｍｉｎｉ」（日本ベル株式会社製）を用いて行うことができる。

また、繊維状炭素ナノ構造体としては、平均直径（Ａｖ）に対する、直径の標準偏差（σ）に３を乗じた値（３σ）の比（３σ／Ａｖ）が０．２０超０．６０未満の繊維状炭素ナノ構造体を用いることが好ましく、３σ／Ａｖが０．２５超の繊維状炭素ナノ構造体を用いることがより好ましく、３σ／Ａｖが０．４０超の繊維状炭素ナノ構造体を用いることが更に好ましい。３σ／Ａｖが０．２０超０．６０未満の繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生とを更に抑制することが可能なガスシール部材を形成することができる。
なお、「繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）」および「繊維状炭素ナノ構造体の直径の標準偏差（σ：標本標準偏差）」は、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体１００本の直径（外径）を測定して求めることができる。そして、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）および標準偏差（σ）は、繊維状炭素ナノ構造体の製造方法や製造条件を変更することにより調整してもよいし、異なる製法で得られた繊維状炭素ナノ構造体を複数種類組み合わせることにより調整してもよい。

また、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）は、２ｎｍ以上であることが好ましく、２．５ｎｍ以上であることが更に好ましく、６０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）が２ｎｍ以上であれば、架橋物中で凝集せずに良好に分散して十分な補強効果が得られる。また、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）が６０ｎｍ以下であれば、架橋物内の水素の通過を阻害しないで、水素拡散係数の低下を防止することができる。

また、繊維状炭素ナノ構造体は、合成時における構造体の平均長さが１００μｍ以上であることが好ましい。なお、合成時の構造体の長さが長いほど、分散時に繊維状炭素ナノ構造体に破断や切断などの損傷が発生し易いので、合成時の構造体の平均長さは５０００μｍ以下であることが好ましい。
そして、繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比（長さ／直径）は、１０を超えることが好ましい。なお、繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比は、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体１００本の直径および長さを測定し、直径と長さとの比（長さ／直径）の平均値を算出することにより求めることができる。

更に、繊維状炭素ナノ構造体のＢＥＴ比表面積は、６００ｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、８００ｍ^２／ｇ以上であることが更に好ましく、２５００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、１２００ｍ^２／ｇ以下であることが更に好ましい。繊維状炭素ナノ構造体のＢＥＴ比表面積が６００ｍ^２／ｇ以上であれば、エラストマー組成物を用いて成形したガスシール部材の強度を高めることができるので、はみ出し破壊の発生を更に抑制することができる。また、繊維状炭素ナノ構造体のＢＥＴ比表面積が２５００ｍ^２／ｇ以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の表面から内部へと浸透するガスの量を低減して、ブリスター破壊の発生を更に抑制することが可能なガスシール部材を形成することができ、また、架橋物中で凝集せずに良好に分散して十分な補強効果が得られる。
なお、本発明において、「ＢＥＴ比表面積」とは、ＢＥＴ法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。

また、繊維状炭素ナノ構造体は、後述のスーパーグロース法によれば、カーボンナノチューブ成長用の触媒層を表面に有する基材上に、基材に略垂直な方向に配向した集合体（配向集合体）として得られるが、当該集合体としての繊維状炭素ナノ構造体の質量密度は、０．００２ｇ／ｃｍ^３以上０．２ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。質量密度が０．２ｇ／ｃｍ^３以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体同士の結びつきが弱くなるので、エラストマー中で繊維状炭素ナノ構造体を均質に分散させることができる。また、質量密度が０．００２ｇ／ｃｍ^３以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体の一体性を向上させ、バラけることを抑制できるため取り扱いが容易になる。

そして、上述した性状を有する繊維状炭素ナノ構造体は、例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物およびキャリアガスを供給して、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＣＮＴを合成する際に、系内に微量の酸化剤（触媒賦活物質）を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法（スーパーグロース法；国際公開第２００６／０１１６５５号参照）において、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行うことで、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「ＳＧＣＮＴ」と称することがある。

なお、スーパーグロース法により製造した繊維状炭素ナノ構造体は、ＳＧＣＮＴのみから構成されていてもよいし、ＳＧＣＮＴと、非円筒形状の炭素ナノ構造体とから構成されていてもよい。具体的には、繊維状炭素ナノ構造体には、内壁同士が近接または接着したテープ状部分を全長に亘って有する単層または多層の扁平筒状の炭素ナノ構造体（以下、「グラフェンナノテープ（ＧＮＴ）」と称することがある。）が含まれていてもよい。

＜添加剤＞
ガスシール部材用組成物に任意に配合し得る添加剤としては、特に限定されることなく、補強材、架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤などの既知の添加剤を用いることができる。

具体的には、補強材としては、特に限定されることなく、カーボンブラックやシリカなどを用いることができる。
また、架橋剤としては、特に限定されることなく、エラストマー組成物に含まれているエラストマーを架橋可能な既知の架橋剤を用いることができる。より具体的には、架橋剤としては、例えば、硫黄、パーオキサイド系架橋剤（例えば、１，３－ビス（ｔ－ブチルペルオキシイソプロピルベンゼン））、トリアリルイソシアヌレートなどを用いることができる。
また、架橋助剤としては、特に限定されることなく、例えば亜鉛華などを用いることができる。
更に、酸化防止剤としては、特に限定されることなく、アミン系酸化防止剤（例えば、４，４’－ビス（ａ，ａ－ジメチルベンジルジフェニルアミン））やイミダゾール系酸化防止剤（例えば、２－メルカプトベンズイミダゾールの亜鉛塩）などを用いることができる。
これらの添加剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、添加剤の配合量は、所望の効果の発現が阻害されない限り、任意の量とすることができる。

＜ガスシール部材用組成物の調製＞
なお、ガスシール部材用組成物は、例えば、エラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体と、任意成分である添加剤とを、所望の配合比で混合または混練することにより調製することができる。

具体的には、ガスシール部材用組成物は、特に限定されることなく、エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物（マスターバッチ）を得た後、得られた混合物（マスターバッチ）と任意成分である添加剤とを混練することにより、調製することができる。

そして、エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物（マスターバッチ）の調製は、エラストマー中に繊維状炭素ナノ構造体を分散させることが可能な任意の混合方法を用いて行うことができる。具体的には、上記混合物（マスターバッチ）は、特に限定されることなく、（ｉ）有機溶媒にエラストマーを溶解させてなるエラストマー溶液または分散媒にエラストマーを分散させてなるエラストマー分散液に対し、繊維状炭素ナノ構造体を添加し、更にホモジナイザーや湿式ジェットミルなどを用いて繊維状炭素ナノ構造体を分散処理してスラリーを調製した（スラリー調製工程）後、得られたスラリーとしての分散処理液から有機溶媒または分散媒を除去すること（除去工程）や、（ｉｉ）有機溶媒にエラストマーを溶解させてなるエラストマー溶液または分散媒にエラストマーを分散させてなるエラストマー分散液に対し、繊維状炭素ナノ構造体を添加し、更にホモジナイザーや湿式ジェットミルなどを用いて繊維状炭素ナノ構造体を分散処理してスラリーを調製した（スラリー調製工程）後、得られたスラリーとしての分散処理液から有機溶媒または分散媒を除去し（除去工程）、その後、エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物に対してエラストマーをさらに添加して混練する混練操作を１回以上実施すること（混練工程）などにより、調製することができる。なお、溶媒または分散媒の除去には、例えば凝固法、キャスト法または乾燥法を用いることができる。

即ち、エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物（マスターバッチ）を得る方法としては、（ｉ）最終的に得られるガスシール部材用組成物に含まれる全てのエラストマーと繊維状炭素ナノ構造体とを一括混合し、有機溶媒または分散媒を除去する方法であってもよく、また、（ｉｉ）最終的に得られるガスシール部材用組成物に含まれるエラストマーの一部と繊維状炭素ナノ構造体とを混合し、有機溶媒または分散媒を除去し、その後、得られた混合物に対してエラストマーを更に添加して混練する混練操作を１回以上実施する方法であってもよい。
なお、繊維状炭素ナノ構造体を特に良好に分散させる観点からは、上記（ｉ）の方法が好ましい。一方、有機溶媒または分散媒の使用量および除去に要するエネルギーを低減すると共に分散処理に要するコストを低減して低コストでマスターバッチを得る観点からは、上記（ｉｉ）の方法が好ましい。

エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物に対してエラストマーを更に添加して混練する混練操作の実施回数としては、繊維状炭素ナノ構造体を均一混合する観点から、１回以上が好ましく、２回以上がより好ましく、また、エラストマーの分子鎖の切断や繊維状炭素ナノ構造体の破壊による性能低下を防止する観点から、７回以下が好ましく、５回以下がより好ましい。

エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物に対してエラストマーを更に添加して混練する混練操作を１回以上実施する場合、該混練操作は、エラストマーを添加する前の混合物（対象となる混練操作前の混練操作で既にエラストマーを添加した場合は、当該エラストマー添加後の混合物）の質量（Ａ）と、該混合物に添加したエラストマーの質量（Ｂ）とが、関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たす混練操作を少なくとも１回含むことが好ましい。なお、混練操作が複数回ある場合、複数回のうちの少なくとも１回が関係式を満たすことが好ましく、複数回の全てが関係式を満たすことがより好ましい。関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たす混練操作を実施することにより、得られる組成物におけるＳ／Ｖの値を低減して、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を向上させることができる。
また、Ａ／（Ａ＋Ｂ）は、得られるガスシール部材用組成物を用いた高圧水素機器用ガスシール部材の性能の観点から、０．５以上が好ましく、０．６以上がより好ましく、０．６２以上が特に好ましく、コストの観点から、０．９以下が好ましく、０．８以下がより好ましく、０．７２以下が特に好ましい。

また、混練は、例えば、ミキサー、一軸混練機、二軸混練機、ロール、ブラベンダー、押出機などを用いて行うことができる。

さらに、成形・架橋条件としては、特に制限はないが、例えば、温度１４０℃～２５０℃（好ましくは、１５０℃～１７０℃）、圧力１ＭＰａ～２０ＭＰａ（好ましくは、８ＭＰａ～１２ＭＰａ）、時間１分間～１８０分間（好ましくは、５分間～１５分間）の条件で行うことが好ましい。

（高圧水素機器用ガスシール部材）
本発明の高圧水素機器用ガスシール部材は、上述したガスシール部材用組成物を所望の形状に成形して得ることができる。具体的には、高圧水素機器用ガスシール部材は、例えば、ガスシール部材用組成物を金型に投入し、任意に架橋させて形成することができる。そして、ガスシール部材用組成物を用いて成形した高圧水素機器用ガスシール部材は、ガスシール部材用組成物に含まれていた成分に由来する成分を、ガスシール部材用組成物と同様の比率で含有する。即ち、高圧水素機器用ガスシール部材は、例えばガスシール部材用組成物が架橋剤を含有していた場合には、架橋されたエラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体とを所定の比率で含有し、任意に酸化防止剤などの添加剤を更に含有する。

なお、高圧水素機器用ガスシール部材の形状は、用途に応じた任意の形状とすることができ、高圧水素機器用ガスシール部材は、例えば、環状のガスシール部材（Ｏリング）であってもよいし、中空円盤状のガスシール部材であってもよい。

そして、上記高圧水素機器用ガスシール部材は、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することができる。

なお、高圧水素機器用ガスシール部材は、後述するエラストマー組成物を架橋してなる架橋物からなる場合、架橋物の「引張強さ」および「切断時伸び」は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定することができる。
また、架橋物の「水素溶解量」は、昇温脱離ガス分析装置を用いて、高圧水素曝露後の試験片の水素放出量を計測し、飽和水素量を算出する（水素暴露後の試験片の水素放出量の経時変化を計測する）ことにより、測定することができる。
また、架橋物の「体積膨潤度」は、２次元多点寸法測定器を用いて高圧水素曝露後の試験片の２次元シルエット像の面積を計測し、体積に換算することにより（水素暴露前後の体積変化率より）、測定することができる。

（高圧水素機器）
本発明の高圧水素機器は、高圧水素が充填された容器と、本発明の高圧水素機器用ガスシール部材とを備える。高圧水素機器用ガスシール部材は、容器内に充填された高圧水素と接触している。
このような高圧水素機器としては、例えば、水素ステーションに用いられる、水素製造装置（例えば、後述する図１における水素製造装置１１１）や、水素ガス圧縮機（例えば、後述する図１における水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２）、蓄ガス機（例えば、後述する図１における蓄ガス機（蓄圧器）１１３）、ディスペンサー（例えば、後述する図１におけるディスペンサー１１４）、車両（例えば、後述する図１における車両（燃料電池車１２０）に搭載された燃料電池、等を挙げることができる。

図１は、水素ステーションの構成を示す概略図である。
図１において、水素ステーション１００は、水素製造装置１１１と、水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２と、蓄ガス機（蓄圧器）１１３と、ディスペンサー１１４を備え、各設備は、水素配管１１８により接続されている。また、各水素配管１１８の途中には必要に応じてバルブや継手などの配管機器（図示せず）が配設されている。
オンサイト型の水素ステーション１００では、外部から燃料（ナフサ又は灯油）が供給され、この燃料を用いて、燃料改質装置１１１Ａと水素の高純度化を図る水素精製装置１１１Ｂとを備えた水素製造装置１１１で水素が製造される。
水素製造装置１１１で製造された水素は、水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２で所定の温度（例えば、－２０℃～１８０℃）および圧力（例えば、９５ＭＰａ）の高圧水素とされ、昇圧された水素は、高圧水素を一時的に蓄えるための蓄ガス機（蓄圧器）１１３と、蓄ガス機（蓄圧器）１１３に蓄えられた高圧水素を車両（燃料電池車）１２０に供給するためのディスペンサー１１４とを介して、水素タンク（図示せず）を備えた車両（燃料電池車）１２０に供給される。
このとき、ディスペンサー１１４から車両（燃料電池車）１２０への水素の供給は、水素の差圧により行う。例えば、蓄ガス機（蓄圧器）１１３内の温度および圧力をそれぞれ、－２０℃～５０℃、９５ＭＰａとし、ディスペンサー１１４での温度および圧力をそれぞれ、－４０℃～５０℃、８２ＭＰａとしておき、差圧により車両（燃料電池車）１２０内の水素タンクに水素を充填する。

ディスペンサー１１４は、車両（燃料電池車）１２０の水素タンクに水素を供給するための水素供給ホース１１５を備えており、水素供給ホース１１５には車両１２０のレセプタクル１２１に着脱自在に接続される水素供給プラグ１１６が取り付けられている。よって、水素供給プラグ１１６をレセプタクル１２１に接続することにより、車両（燃料電池車）１２０に水素を供給することができる。
また、水素供給ホース１１５の途中には、緊急離脱カップリング１１７が配設されている。よって、緊急時（例えば、車両（燃料電池車）１２０が誤発進した場合）には、この緊急離脱カップリング１１７を作動させることで、水素ステーション１００側から車両（燃料電池車）１２０側への水素の供給を停止することができる。
なお、本発明の高圧水素機器用ガスシール部材は、例えば、各設備（水素製造装置１１１、水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２、蓄ガス機（蓄圧器）１１３、ディスペンサー１１４）と水素配管１１８との接続部分や、各設備（水素製造装置１１１、水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２、蓄ガス機（蓄圧器）１１３、ディスペンサー１１４）における容器本体と蓋部との間、などに設けられる。
ステーション外部で製造した水素を搬送し，水素ガス圧縮機（昇圧機）１１２に供給するオフサイト型ステーションについても同様である。

以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「％」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
実施例および比較例において、ガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）、架橋物の引張強さ、水素溶解量、および体積膨潤度は、それぞれ以下の方法を使用して測定または評価した。

＜面積率Ｓ（％）＞
調製したガスシール部材用組成物の断面を、デジタルマイクロスコープ（キーエンス社製、製品名「ＶＨＸ－９００」）を用い、３ｍｍ×２ｍｍの視野（倍率１００倍）を側射照明にて観察し、画像を得た。画像処理ソフト（三谷商事社製、製品名「ＷｉｎＲＯＯＦ２０１５」）を用い、得られた画像を二値化処理後、画像中の繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積を計測し、３ｍｍ×２ｍｍ範囲内の繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の合計面積（Ｓｃ）を求めた。そして、その値を観察視野面積（Ｓｔ）で割ることで、繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）を求めた。
Ｓ＝（Ｓｃ／Ｓｔ）×１００（％）

＜体積分率Ｖ（体積％）＞
調製したガスシール部材用組成物について、熱重量測定装置（ＴＡインスツルメント社製、製品名「Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ＴＧＡ」）を用い、窒素雰囲気下、室温～７００℃の温度範囲において、２０℃／分の速度で昇温させ、７００℃で５分間保持することにより、樹脂（エラストマー）を熱分解させた。そして、ガスシール部材用組成物中の樹脂（エラストマー）の重量（ＷＰ）を算出した。次いで、窒素雰囲気から空気雰囲気に切り替え、空気雰囲気下にて７００℃で１０分間保持し、繊維状炭素ナノ構造体を分解することで、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の重量（ＷＣ）を算出した。そして、樹脂（エラストマー）の比重ρＰ、繊維状炭素ナノ構造体の比重ρＣから、以下の式を用いて、ガスシール部材用組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）を求めた。
Ｖ＝（ＷＣ／ρＣ）／｛（ＷＰ／ρＰ）＋（ＷＣ／ρＣ）｝×１００（体積％）

＜引張強さ＞
作製したシート状の架橋物をダンベル状３号形で打ち抜き、試験片を得た。そして、得られた試験片について、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、２３℃における引張強さを測定した。ここで、引張強さが高いほど、ブリスタ破壊とはみ出し破壊が起こり難い。

＜水素溶解量＞
作製したシート状の架橋物について、９０ＭＰａに２４時間暴露した後、水素暴露後の試験片を温度３０℃の昇温脱離ガス分析装置を用いて水素放出量の経時変化をガスクロマトグラフィーにより測定した水素放出プロファイルを飽和水素量と拡散係数を未知定数とし下式で近似し、ｔ＝０における水素量を外挿することにより、水素溶解量を測定した。ここで、水素溶解量が低いほど、ブリスタ破壊が起こり難い。

ｔ：減圧後の経過時間
Ｃ_Ｈ，Ｒ（ｔ）：時間ｔにおける残留水素量
Ｃ_Ｈ０：平衡水素量
Ｄ：拡散係数
ρ：水素曝露後の円柱試験片の半径
ｌ：水素暴露後の円柱試験片の厚み
β_ｎ：第０次ベッセル関数の根

＜体積膨潤度＞
作製したシート状の架橋物について、温度３０℃に温調した全領域測定２次元多点寸法測定器（キーエンス社製、製品名「ＴＭ－３０００」）を用いて、２次元のシルエット像の面積を計測し平方根の３乗することで、水素曝露試験前の試験片の体積Ｖ０を算出した。ついで、９０ＭＰａに２４時間暴露した後、水素暴露後の試験片を温度３０℃に温調した全領域測定２次元多点寸法測定器（キーエンス社製、製品名「ＴＭ－３０００」）を用いて、２次元のシルエット像から水素曝露した試験片の最大体積Ｖｍを算出し、ＶｍをＶ０で割ることで体積膨潤度Ｖｍ／Ｖ０を測定した。ここで、体積膨潤度が低いほど、はみ出し破壊が起こり難い。

（実施例１）
＜単層カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体の調製＞
国際公開第２００６／０１１６５５号の記載に従い、スーパーグロース法により繊維状炭素ナノ構造体としてのカーボンナノチューブ（ＳＧＣＮＴ）を調製した。なお、ＳＧＣＮＴの調製時には、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行い、アセチレンを主成分とする原料ガスを用いた。
得られたＳＧＣＮＴは、主として単層ＣＮＴからなり、ラマン分光光度計での測定において、単層ＣＮＴに特長的な１００～３００ｃｍ^－１の低波数領域にラジアルブリージングモード（ＲＢＭ）のスペクトルが観察された。また、ＢＥＴ比表面積計（日本ベル株式会社製、ＢＥＬＳＯＲＰ（登録商標）－ｍａｘ）を用いて測定したＳＧＣＮＴのＢＥＴ比表面積は１０５０ｍ^２／ｇ（未開口）であった。更に、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した１００本のＳＧＣＮＴの直径および長さを測定し、ＳＧＣＮＴの平均直径（Ａｖ）、直径の標準偏差（σ）および平均長さを求めたところ、平均直径（Ａｖ）は３．３ｎｍであり、標準偏差（σ）に３を乗じた値（３σ）は１．９ｎｍであり、それらの比（３σ／Ａｖ）は０．５８であり、平均長さは５００μｍであった。更に、日本ベル株式会社製の「ＢＥＬＳＯＲＰ（登録商標）－ｍｉｎｉ」を用いてＳＧＣＮＴのｔ－プロットを測定したところ、ｔ－プロットは、上に凸な形状で屈曲していた。そして、Ｓ２／Ｓ１は０．０９であり、屈曲点の位置ｔは０．６ｎｍであった。

＜ガスシール部材用組成物の調製＞
［混合物（マスターバッチ）の調製］
有機溶媒としてのメチルエチルケトン１９００ｇにエラストマーとしてのアクリロニトリルブタジエンゴム（日本ゼオン株式会社製、Ｎｉｐｏｌ１０２４）１００ｇを加え、２４時間撹拌してアクリロニトリルブタジエンゴムを溶解させた。なお、ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して測定したアクリロニトリルブタジエンゴムのムーニー粘度（ＭＬ_１＋４、１００℃）は、７７．５であった。
次に、得られたアクリロニトリルブタジエンゴム溶液に対し、ＳＧＣＮＴを８ｇ加え、撹拌機（ＰＲＩＭＩＸ株式会社製、ラボ・リューション（登録商標））を用いて１５分間撹拌した。更に、湿式ジェットミル（吉田機械興業株式会社製、Ｌ－ＥＳ００７）を用いて、ＳＧＣＮＴを加えた溶液を９０ＭＰａで分散処理した(スラリー調製工程)。その後、得られた分散処理液(スラリー)を４０００ｇのイソプロピルアルコールへ滴下し、凝固させて黒色固体を得た。そして、得られた黒色固体を６０℃で１２時間減圧乾燥し、アクリロニトリルブタジエンゴムとＳＧＣＮＴとの混合物（マスターバッチ）を得た。

［混練］
その後、５０℃のオープンロールを用いて、アクリロニトリルブタジエンゴム１００ｇとＳＧＣＮＴ８ｇとの混合物（マスターバッチ）１０８ｇと、架橋助剤としての亜鉛華（亜鉛華１号）５ｇ、ステアリン酸（日油社製、商品名「ビーズステアリン酸つばき」）１ｇ、架橋剤である３２５メッシュ硫黄１．５ｇ、テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴＤ：大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＴＴ」、架橋促進剤）０．５ｇ、及びジ－２－ベンゾチアゾリルジスルフィド（ＭＢＴＳ：大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＤＭ」、架橋促進剤）０．５ｇとを混練し、ガスシール部材用組成物を得た。
そして、得られたガスシール部材用組成物を用いて、ガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）、および、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）を測定した。結果を表１に示す。

＜シート状の架橋物の作製＞
得られたエラストマー組成物を金型に投入し、温度１６０℃、圧力１０ＭＰａで１０分間架橋させてシート状の架橋物（長さ：１５０ｍｍ、幅：１５０ｍｍ、厚さ：２ｍｍ）を得た。
そして、得られたシート状の架橋物を用いて架橋物の引張強さ、水素溶解量、および体積膨潤度を測定した。結果を表１に示す。

（実施例２）
ガスシール部材用組成物の調製を下記に示すように行ったこと以外は実施例１と同様にして、シート状の架橋物を作製した。そして、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。

＜ガスシール部材用組成物の調製＞
［混合物（一次マスターバッチ）の調製］
有機溶媒としてのメチルエチルケトン７６０ｇにエラストマーとしてのニトリルゴム（アクリロニトリルブタジエンゴム、日本ゼオン株式会社製、Ｎｉｐｏｌ１０２４）４０ｇを加え、２４時間撹拌してアクリロニトリルブタジエンゴムを溶解させた。なお、ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して測定したアクリロニトリルブタジエンゴムのムーニー粘度（ＭＬ_１＋４、１００℃）は、７７．５であった。
次に、得られたアクリロニトリルブタジエンゴム溶液に対し、ＳＧＣＮＴを８ｇ加え、撹拌機（ＰＲＩＭＩＸ株式会社製、ラボ・リューション（登録商標））を用いて１５分間撹拌した。更に、湿式ジェットミル（吉田機械興業株式会社製、Ｌ－ＥＳ００７）を用いて、ＳＧＣＮＴを加えた溶液を９０ＭＰａで分散処理した(スラリー調製工程)。その後、得られた分散処理液(スラリー)を１６００ｇのイソプロピルアルコールへ滴下し、凝固させて黒色固体を得た。そして、得られた黒色固体を６０℃で１２時間減圧乾燥し、アクリロニトリルブタジエンゴムとＳＧＣＮＴとの混合物（一次マスターバッチ）を得た。

［混練］
その後、５０℃のオープンロールを用いて、アクリロニトリルブタジエンゴム４０ｇとＳＧＣＮＴ８ｇとの混合物（一次マスターバッチ）４８ｇと、アクリロニトリルブタジエンゴム３０ｇとを５分間混練して、二次マスターバッチ（エラストマーを添加する前の混合物（一次マスターバッチ）の質量（Ａ：４８ｇ）と、該混合物（一次マスターバッチ）に添加したエラストマーの質量（Ｂ：３０ｇ）とが、関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たすもの：Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝４８／（４８＋３０）＝０．６２）を作製した。
さらに、その後、５０℃のオープンロールを用いて、アクリロニトリルブタジエンゴム７０ｇとＳＧＣＮＴ８ｇとの混合物（二次マスターバッチ）７８ｇとアクリロニトリルブタジエンゴム３０ｇとを５分間混練して、三次マスターバッチ（エラストマーを添加する前の混合物（二次マスターバッチ）の質量（Ａ：７８ｇ）と、該混合物（一次マスターバッチ）に添加したエラストマーの質量（Ｂ：３０ｇ）とが、関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たすもの：Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝７８／（７８＋３０）＝０．７２）を作製した。
さらに、その後、アクリロニトリルブタジエンゴム１００ｇとＳＧＣＮＴ８ｇとの混合物（三次マスターバッチ）と、架橋助剤としての亜鉛華（亜鉛華１号）５ｇ、ステアリン酸（日油社製、商品名「ビーズステアリン酸つばき」）１ｇ、架橋剤である３２５メッシュ硫黄１．５ｇ、テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴＤ：大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＴＴ」、架橋促進剤）０．５ｇ、及びジ－２－ベンゾチアゾリルジスルフィド（ＭＢＴＳ：大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＤＭ」、架橋促進剤）０．５ｇとを混練し、ガスシール部材用組成物を得た。
そして、得られたガスシール部材用組成物を用いて、ガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）、および、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）を測定した。

（比較例１）
ガスシール部材用組成物の調製における混練を下記に示すように行ったこと以外は実施例２と同様にして、シート状の架橋物を作製した。そして、実施例２と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。

［混練］
５０℃のオープンロールを用いて、アクリロニトリルブタジエンゴム４０ｇとＳＧＣＮＴ８ｇとの混合物（一次マスターバッチ）４８ｇと、アクリロニトリルブタジエンゴム６０ｇとを１０分間混練して、二次マスターバッチ（エラストマーを添加する前の混合物（一次マスターバッチ）の質量（Ａ：４８ｇ）と、該混合物（一次マスターバッチ）に添加したエラストマーの質量（Ｂ：６０ｇ）とが、関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たさないもの：Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝４８／（４８＋６０）＝０．４４）を作製した。
さらに、その後、アクリロニトリルブタジエンゴム１００ｇとＳＧＣＮＴ８ｇとの混合物（二次マスターバッチ）１０８ｇと、架橋助剤としての亜鉛華（亜鉛華１号）５ｇ、ステアリン酸（日油社製、商品名「ビーズステアリン酸つばき」）１ｇ、架橋剤である３２５メッシュ硫黄１．５ｇ、テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴＤ：大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＴＴ」、架橋促進剤）０．５ｇ、及びジ－２－ベンゾチアゾリルジスルフィド（ＭＢＴＳ：大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＤＭ」、架橋促進剤）０．５ｇとを混練し、ガスシール部材用組成物を得た。
そして、得られたガスシール部材用組成物を用いて、ガスシール部材用組成物の断面における繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）、および、ガスシール部材用組成物における繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）を測定した。

（比較例２）
比較例１のガスシール部材用組成物の調製において、一次マスターバッチ４８ｇとアクリロニトリルブタジエンゴム６０ｇとの混練時間を１０分間から２分間に変更して、ガスシール部材用組成物の調製したこと以外は比較例１と同様にして、ガスシール部材用組成物及びシート状の架橋物を作製した。そして、比較例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。

表１より、エラストマー１００質量部当たり、繊維状炭素ナノ構造体を１質量部以上１０質量部以下の割合で含有し、０≦Ｓ／Ｖ≦２．０の関係式を満たす実施例１および２のガスシール部材用組成物では、０≦Ｓ／Ｖ≦２．０の関係式を満たさない比較例１および２と比較して、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制したガスシール部材が得られることが分かる。即ち、体積膨潤度は低くなり、引張強度は高くなる。
なお、「はみ出し破壊」の発生を抑制できることについては、引張強度が高く、体積膨潤度が低いことから読み取ることができ、「ブリスター破壊」の発生を抑制できることについては、引張強度が高く、体積膨潤度が低く、水素溶解量が低いことから読み取ることができる。
また、比較例１と２は、混練時間のみが異なるが、混練時間が長い比較例１であってもＳ／Ｖ＝２．４８の分散性しか得られなかった。
ＣＮＴは水素を吸着（溶解）せず、また、体積膨潤度が低い（光学顕微鏡での観察で、マイクロメーターオーダーの凝集がない）ので、エラストマー組成物にＣＮＴを添加することで、水素溶解度および体積膨潤度を低く維持することができる。
実施例１と実施例２を比較すると、評価結果（引張強度、水素溶解量、体積膨潤度）には有意差がないと思われるが、実施例２における一次マスターバッチを作製するプロセスコストは、実施例１における一次マスターバッチを作製するプロセスコストの約４０％であり、実施例２は実施例１よりもプロセスコスト面で有利である。

本発明によれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することができる高圧水素機器用ガスシール部材を形成可能なガスシール部材用組成物およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、はみ出し破壊の発生とブリスター破壊の発生との双方を十分に抑制することが可能な高圧水素機器用ガスシール部材を提供することができる。
さらに、本発明によれば、ガスシール部材のはみ出し破壊およびブリスター破壊の発生が十分に抑制された高圧水素機器を提供することができる。

１００ 水素ステーション
１１１ 水素製造装置
１１１Ａ 燃料改質装置
１１１Ｂ 水素精製装置
１１２ 水素ガス圧縮機（昇圧機）
１１３ 蓄ガス機（蓄圧器）
１１４ ディスペンサー
１１５ 水素供給ホース
１１６ 水素供給プラグ
１１７ 離脱カップリング
１１８ 水素配管
１２０ 車両（燃料電池車）
１２１ レセプタクル

Claims (5)

1. 高圧水素環境下で用いられるガスシール部材用組成物の製造方法であって、
   エラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体と、溶媒または分散媒とを含有するスラリーを調製するスラリー調製工程と、
   前記スラリーから溶媒または分散媒を除去する除去工程と、
   前記除去工程後に、エラストマーと繊維状炭素ナノ構造体との混合物に対してエラストマーを更に添加して混練する混練操作を１回以上実施する混練工程と、
   を含み、
   前記ガスシール部材用組成物は、エラストマーと、繊維状炭素ナノ構造体とを含有し、
   前記ガスシール部材用組成物は、前記エラストマー１００質量部当たり、前記繊維状炭素ナノ構造体を１質量部以上１０質量部以下の割合で含有し、
   前記ガスシール部材用組成物の断面における前記繊維状炭素ナノ構造体の凝集体の面積率Ｓ（％）と、前記ガスシール部材用組成物における前記繊維状炭素ナノ構造体の体積分率Ｖ（体積％）とが、関係式：０≦Ｓ／Ｖ≦２．０を満たす、ガスシール部材用組成物の製造方法。
2. 前記エラストマーが、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、又はフッ素ゴムである、請求項１に記載のガスシール部材用組成物の製造方法。
3. 前記繊維状炭素ナノ構造体の平均直径が１ｎｍ以上６０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載のガスシール部材用組成物の製造方法。
4. 前記繊維状炭素ナノ構造体が単層カーボンナノチューブを含む、請求項１～３の何れかに記載のガスシール部材用組成物の製造方法。
5. 前記混練工程は、エラストマーを添加する前の混合物の質量（Ａ）と、該混合物に添加したエラストマーの質量（Ｂ）とが、関係式：０．４５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜１を満たす混練操作を少なくとも１回含む、請求項１～４のいずれかに記載のガスシール部材用組成物の製造方法。

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