JP7319899B2 - Fuel cell sealing material - Google Patents

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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に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell sealing member used for sealing a fuel cell component.

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、上記固体高分子型燃料電池は、発電用、自動車用電源等、種々の用途が期待される。 A fuel cell generates electricity through an electrochemical reaction of gas, has high power generation efficiency, emits clean gas, and has very little impact on the environment. Among them, polymer electrolyte fuel cells can be operated at relatively low temperatures and have high power densities. Therefore, polymer electrolyte fuel cells are expected to be used in various applications such as power generation and power sources for automobiles.

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 serves as a power generation unit. The MEA consists of a polymer membrane (electrolyte membrane) serving as an electrolyte, a pair of electrode catalyst layers (fuel electrode (anode) catalyst layer, oxygen electrode (cathode) catalyst layer) arranged on both sides in the thickness direction of the electrolyte membrane, consists of A porous layer for diffusing gas is further disposed on the surfaces of the pair of electrode catalyst layers. 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. Electricity is generated by an electrochemical reaction at the three-phase interface between the supplied gas, the electrolyte, and the electrode catalyst layer. A polymer electrolyte fuel cell is constructed by clamping a cell stack, in which a large number of the above cells are stacked, with end plates or the like arranged 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-ジエンゴム(EPDM)、エチレン-プロピレンゴム(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 separators are provided with flow paths for gas supplied to each electrode and flow paths for coolant for alleviating heat generation during power generation. For example, if the gases supplied to each electrode are mixed, problems such as a decrease in power generation efficiency will occur. In addition, the electrolyte membrane has proton conductivity when it contains water. Therefore, the electrolyte membrane must be kept wet during operation. Therefore, in order to prevent gas mixing, leakage of gas and refrigerant, and keep the inside of the cell in a moist state, it is important to ensure sealing performance around the MEA and the porous layer and between adjacent separators. becomes. As sealing members for sealing these constituent members, for example, sealing members (rubber gaskets) made of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-propylene rubber (EPM), etc. have been proposed (Patent Documents 1 and 2). reference).

特開2009-94056号公報JP 2009-94056 A 特開2010-146781号公報JP 2010-146781 A

ところで、上記燃料電池は、200~300枚のセルを積層して、上記のようなシール部材(ゴムガスケット)を圧縮させながら締結して構成されたものであるため、上記シール部材においては、高伸び性(圧縮割れ耐性)が求められる。また、燃料電池は、バス、トラック等の長距離を走る商用車向けに世界的に拡大すると予測され、上記シール部材において、寒冷地や熱地での物性低下に対する耐性、長寿命化の要因となる低へたり性が、より一層求められる。
つまり、上記シール部材においては、圧縮割れ耐性、低へたり性、低温~高温の広い温度領域での耐性を全て満足することが、課題である。
By the way, since the fuel cell is constructed by stacking 200 to 300 cells and fastening the sealing member (rubber gasket) as described above while compressing it, the sealing member has a high Elongation (compression cracking resistance) is required. In addition, fuel cells are expected to expand worldwide for use in commercial vehicles such as buses and trucks that run long distances. Low settling property is further required.
In other words, in the sealing member, it is a problem to satisfy all of compression cracking resistance, low settling property, and resistance in a wide temperature range from low temperature to high temperature.

従来、耐低温性と圧縮割れ耐性を解消する手法としては、シール部材の材料中に、流動点の低い軟化剤(可塑剤)を多量に添加する手法がとられている。
しかしながら、燃料電池用シール部材の厚みは通常1mm程度と薄いため、上記の手法では、軟化剤の揮発等による体積収縮の影響が大きく、へたりが生じやすい。
一方、上記軟化剤の添加量を減らすと、シール部材が伸びにくくなり、圧縮割れ耐性が落ちるという課題が生じる。
また、上記シール部材の耐低温性を向上させるために、ゴム成分にエチレン-ブテン-ジエンゴムを用い、さらにポリαオレフィンを軟化剤として使用することが知られているが、充分な高温特性が得られなかったことから、未だ改善の余地がある。
Conventionally, as a method for eliminating low temperature resistance and resistance to compression cracking, a method of adding a large amount of a softening agent (plasticizer) having a low pour point to the material of the sealing member has been adopted.
However, since the thickness of the sealing member for a fuel cell is usually as thin as about 1 mm, the above method is greatly affected by volumetric shrinkage due to volatilization of the softening agent, etc., and settling is likely to occur.
On the other hand, when the amount of the softening agent added is reduced, the seal member becomes difficult to stretch, resulting in a problem of reduced resistance to compression cracking.
Further, in order to improve the low temperature resistance of the sealing member, it is known to use ethylene-butene-diene rubber as the rubber component and polyαolefin as a softening agent. However, there is still room for improvement.

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、低温~高温の広い温度領域において、圧縮割れ耐性および低へたり性に優れる、燃料電池用シール部材の提供を、その目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sealing member for a fuel cell which is excellent in resistance to compression cracking and low settling in a wide temperature range from low to high.

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、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、エチレン-ブテン-ジエンゴムといったゴム成分を用いるとともに、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。そして、圧縮割れ耐性、低へたり性、低温~高温の広い温度領域での耐性を全て満足することができるよう、各種添加剤の配合および実験を繰り返し行った結果、流動点および動粘度が特定の範囲内にある直鎖構造の炭化水素系軟化剤(B)と、2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)とを併用して加えたところ、所期の目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。 That is, the present inventors have made earnest studies to solve the above problems. In the course of this research, we discovered that rubber components such as ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, and ethylene-butene-diene rubber, which have excellent properties as rubber components for fuel cell sealing members, were used, and that fuel cell power generation was inhibited. The use of an organic peroxide as a cross-linking agent was investigated in order to prevent this from occurring. Then, in order to satisfy all of the requirements for compression cracking resistance, low settling, and resistance in a wide temperature range from low to high temperatures, we repeatedly mixed and experimented with various additives to determine the pour point and kinematic viscosity. When a hydrocarbon-based softening agent (B) having a straight chain structure within the range of and a bifunctional (meth)acrylate monomer (C) are added in combination, it was found that the desired object can be achieved. arrived at the invention.

しかるに、本発明は、以下の[1]~[5]を、その要旨とする。
[1]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)~(D)成分を含有するゴム組成物の架橋体からなることを特徴とする燃料電池用シール部材。
(A)エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴムおよびエチレン-ブテン-ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分。
(B)流動点が-30℃以下であり、かつ40℃における動粘度が8~500mm2/sである、直鎖構造の炭化水素系軟化剤。
(C)2官能の(メタ)アクリレートモノマー。
(D)有機過酸化物からなる架橋剤。
[2]上記炭化水素系軟化剤(B)がポリαオレフィンである、[1]に記載の燃料電池用シール部材。
[3]上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の主鎖が脂肪族炭化水素である、[1]または[2]に記載の燃料電池用シール部材。
[4]上記ゴム組成物における炭化水素系軟化剤(B)の含有量が、上記ゴム成分(A)100重量部に対し5~60重量部の範囲である、[1]~[3]のいずれかに記載の燃料電池用シール部材。
[5]上記ゴム組成物における2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の含有量が、上記ゴム成分(A)100重量部に対し0.1~10重量部の範囲である、[1]~[4]のいずれかに記載の燃料電池用シール部材。
However, the gist of the present invention is the following [1] to [5].
[1] A sealing member for a fuel cell, which is used to seal the constituent members of a fuel cell, characterized by comprising a crosslinked rubber composition containing the following components (A) to (D): A sealing member for a fuel cell.
(A) at least one rubber component selected from the group consisting of ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber and ethylene-butene-diene rubber;
(B) A linear hydrocarbon-based softening agent having a pour point of -30°C or lower and a kinematic viscosity at 40°C of 8 to 500 mm 2 /s.
(C) a bifunctional (meth)acrylate monomer;
(D) a cross-linking agent comprising an organic peroxide;
[2] The fuel cell sealing member according to [1], wherein the hydrocarbon-based softening agent (B) is a polyαolefin.
[3] The fuel cell sealing member according to [1] or [2], wherein the main chain of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) is an aliphatic hydrocarbon.
[4] of [1] to [3], wherein the content of the hydrocarbon-based softening agent (B) in the rubber composition is in the range of 5 to 60 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber component (A); Any one of the fuel cell sealing members.
[5] The content of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) in the rubber composition is in the range of 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber component (A) [1] The sealing member for a fuel cell according to any one of [4].

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、エチレン-プロピレン-ジエンゴムおよびエチレン-ブテン-ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分(A)と、流動点が-30℃以下であり、かつ40℃における動粘度が8~500mm2/sである、直鎖構造の炭化水素系軟化剤(B)と、2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)と、有機過酸化物からなる架橋剤(D)と、を含有す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、低温~高温の広い温度領域において、圧縮割れ耐性および低へたり性に優れた性能を発揮することができる。 The sealing member for a fuel cell of the present invention comprises at least one rubber component (A) selected from the group consisting of ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber and ethylene-butene-diene rubber, and having a pour point of −30° C. or lower. and a kinematic viscosity at 40° C. of 8 to 500 mm 2 /s, a linear hydrocarbon-based softening agent (B), a bifunctional (meth)acrylate monomer (C), and an organic peroxide and a cross-linked rubber composition containing a cross-linking agent (D) consisting of Therefore, the sealing member for a fuel cell of the present invention can exhibit excellent performance in resistance to compression cracking and low settling in a wide temperature range from low to high.

本発明の燃料電池シール体の一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example of a fuel cell sealing body of the present invention; FIG. 本発明の燃料電池用シール部材を使用した一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example using the fuel cell sealing member of the present invention; FIG.

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, an embodiment 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)~(D)成分を含有するゴム組成物の架橋体からなる。なお、下記の(B)成分における「流動点」は、JIS K 2269で規定された方法で冷却したときに、(B)成分が流動する最低の温度をいう。また、下記の(B)成分における「動粘度」は、JIS K 2283に準拠して測定されたものである。
(A)エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴムおよびエチレン-ブテン-ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分。
(B)流動点が-30℃以下であり、かつ40℃における動粘度が8~500mm2/sである、直鎖構造の炭化水素系軟化剤。
(C)2官能の(メタ)アクリレートモノマー。
(D)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 "sealing member") is used for sealing the constituent members of a fuel cell. It consists of a crosslinked rubber composition containing components (A) to (D). The "pour point" of component (B) below refers to the minimum temperature at which component (B) flows when cooled by a method specified in JIS K 2269. In addition, the "kinematic viscosity" in component (B) below is measured according to JIS K 2283.
(A) at least one rubber component selected from the group consisting of ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber and ethylene-butene-diene rubber;
(B) A linear hydrocarbon-based softening agent having a pour point of -30°C or lower and a kinematic viscosity at 40°C of 8 to 500 mm 2 /s.
(C) a bifunctional (meth)acrylate monomer;
(D) a cross-linking agent comprising an organic peroxide;

以下、本発明のシール部材の構成材料について詳しく説明する。 The constituent materials of the sealing member of the present invention will be described in detail below.

〔ゴム成分(A)〕
上記ゴム成分(A)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、ゴム成分(A)としては、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)、およびエチレン-ブテン-ジエンゴム(EBT)が、単独であるいは二種以上併せて用いられる。
[Rubber component (A)]
The rubber component (A) is the main component of the rubber composition and usually accounts for the majority of the entire rubber composition. As described above, as the rubber component (A), ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), and ethylene-butene-diene rubber (EBT) are used alone or in combination of two or more. used for

上記ゴム成分(A)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、より好ましくは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 component (A) is preferably 60% by weight or less, more preferably 53% by weight or less, from the viewpoint of improving sealability at extremely low temperatures. On the other hand, if the ethylene content is too low, the physical properties of the rubber deteriorate and it becomes difficult to ensure the elongation and tensile properties necessary for the seal member. 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は、上記ゴム成分(A)としては、EPDMを用いることが好ましく、また、低温シール性の観点からは、上記ゴム成分(A)としては、EBTを用いることが好ましい。
そして、上記EPDMやEBT中のジエン含有量が多くなれば、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、そのジエン含有量(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 rubber component (A). It is preferable to use EBT as.
As the diene content in EPDM or EBT increases, the crosslink density of the sealing member, which is a crosslinked body, increases in proportion to the increase, and the low-temperature sealability is further improved. For this reason, the diene content (mass ratio of the diene component) is preferably in the range of 1 to 20% by weight, more preferably in the range of 3 to 15% by weight.

上記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, for example, diene-based monomers having 5 to 20 carbon atoms are preferable. ,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.

〔炭化水素系軟化剤(B)〕
上記炭化水素系軟化剤(B)としては、流動点が-30℃以下であり、かつ40℃における動粘度が8~500mm2/sである、直鎖構造の炭化水素系軟化剤が用いられる。上記炭化水素系軟化剤(B)の流動点は、低温性、揮発性の観点から、好ましくは-35~-80℃以下、より好ましくは-40~-80℃以下である。また、上記炭化水素系軟化剤(B)の、40℃における動粘度は、揮発性およびゴム成分(A)との相溶性等の観点から、好ましくは9~460mm2/s、より好ましくは10~420mm2/sである。また、上記炭化水素系軟化剤(B)は、ゴム成分(A)との相溶性等の観点から、上記のように、直鎖構造の炭化水素系軟化剤が用いられる。
[Hydrocarbon Softener (B)]
As the hydrocarbon-based softening agent (B), a straight-chain hydrocarbon-based softening agent having a pour point of −30° C. or lower and a kinematic viscosity at 40° C. of 8 to 500 mm 2 /s is used. . The pour point of the hydrocarbon-based softening agent (B) is preferably -35 to -80°C, more preferably -40 to -80°C, from the viewpoint of low temperature property and volatility. The kinetic viscosity at 40° C. of the hydrocarbon-based softening agent (B) is preferably 9 to 460 mm 2 /s, more preferably 10, from the viewpoint of volatility and compatibility with the rubber component (A). ˜420 mm 2 /s. As the hydrocarbon-based softening agent (B), a hydrocarbon-based softening agent having a straight chain structure is used as described above from the viewpoint of compatibility with the rubber component (A).

また、上記炭化水素系軟化剤(B)としては、250℃で1時間加熱したときに揮発する量が80重量%未満であることが好ましい。より好ましくは60重量%未満、さらに好ましくは40重量%未満である。すなわち、このような揮発しにくい軟化剤であると、本発明のシール部材は耐へたり性により優れるようになる。 Further, it is preferable that the amount of the hydrocarbon-based softening agent (B) volatilized when heated at 250° C. for 1 hour is less than 80% by weight. More preferably less than 60% by weight, still more preferably less than 40% by weight. That is, with such a softening agent that is difficult to volatilize, the seal member of the present invention is more excellent in resistance to settling.

上記のような炭化水素系軟化剤(B)としては、例えば、パラフィン、流動パラフィン、エチレンープロピレン共重合体、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリαオレフィン等があげられる。そして、これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。 Examples of the hydrocarbon-based softening agent (B) include paraffin, liquid paraffin, ethylene-propylene copolymer, polyisoprene, polybutadiene, and polyαolefin. And these are used individually or in combination of 2 or more types.

そして、上記炭化水素系軟化剤(B)は、低へたり性の観点から、直鎖構造のオレフィンであることが好ましく、ポリαオレフィン、エチレンープロピレン共重合体であることが、より好ましい。 The hydrocarbon-based softening agent (B) is preferably a straight-chain olefin, more preferably a poly-α-olefin or an ethylene-propylene copolymer, from the viewpoint of low squat.

前記ゴム組成物における上記炭化水素系軟化剤(B)の含有量は、練り加工性、ブリードアウトの抑制、低温~高温の広い温度領域での圧縮割れ耐性および低へたり性を良好に得る等の観点から、前記ゴム成分(A)100重量部に対し、5~60重量部であることが好ましく、より好ましくは5~55重量部、さらに好ましくは5~50重量部の範囲である。 The content of the hydrocarbon-based softening agent (B) in the rubber composition satisfactorily obtains kneading processability, suppression of bleed-out, resistance to compression cracking in a wide temperature range from low to high temperatures, and low settling. from the viewpoint of , it is preferably 5 to 60 parts by weight, more preferably 5 to 55 parts by weight, and still more preferably 5 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the rubber component (A).

〔2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)〕
上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)は、(メタ)アクリル基を2つ有する(メタ)アクリレートモノマーである。なお、本発明において、(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基あるいはメタクリロイル基を意味し、(メタ)アクリレートモノマーとは、アクリレートモノマーあるいはメタクリレートモノマーを意味する。
上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)のなかでも、ゴム成分(A)との相溶性、耐熱性等の観点から、上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の主鎖が炭化水素系であるものが好ましい。
また、上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の主鎖は、脂肪族炭化水素であることが好ましく、その炭素数は、好ましくは2~14、より好ましくは2~10の範囲である。
そして、上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)としては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3-メチル-1,5-ペンタジオールジ(メタ)アクリレート等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。なかでも、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレートが好ましい。なお、上記化合物名における「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートあるいはメタクリレートを意味する。
[Bifunctional (meth)acrylate monomer (C)]
The bifunctional (meth)acrylate monomer (C) is a (meth)acrylate monomer having two (meth)acrylic groups. In the present invention, a (meth)acryloyl group means an acryloyl group or a methacryloyl group, and a (meth)acrylate monomer means an acrylate monomer or a methacrylate monomer.
Among the bifunctional (meth)acrylate monomers (C), from the viewpoint of compatibility with the rubber component (A), heat resistance, etc., the main chain of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) is carbonized. Hydrogen-based ones are preferred.
Further, the main chain of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) is preferably an aliphatic hydrocarbon, and the number of carbon atoms thereof is preferably in the range of 2 to 14, more preferably 2 to 10. .
Examples of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) include ethylene glycol di(meth)acrylate, 1,4-butanediol di(meth)acrylate, and 1,6-hexanediol di(meth)acrylate. , 1,9-nonanediol di(meth)acrylate, 1,10-decanediol di(meth)acrylate, dimethylol-tricyclodecane di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, 3-methyl-1 , 5-pentadiol di(meth)acrylate and the like. These are used alone or in combination of two or more. Among them, ethylene glycol di(meth)acrylate, 1,4-butanediol di(meth)acrylate, 1,6-hexanediol di(meth)acrylate, and 1,9-nonanediol di(meth)acrylate are preferable. In addition, "(meth)acrylate" in the above compound names means acrylate or methacrylate.

前記ゴム組成物における2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の含有量は、架橋反応を適切にし、圧縮割れ耐性、低へたり性、低温~高温の広い温度領域での耐性を良好に得る観点から、前記ゴム成分(A)100重量部に対し、0.1~10重量部であることが好ましく、より好ましくは0.15~7.5重量部、さらに好ましくは0.2~5重量部の範囲である。 The content of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) in the rubber composition makes the cross-linking reaction appropriate, and good resistance to compression cracking, low settling, and resistance in a wide temperature range from low to high temperatures. From the viewpoint, it is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.15 to 7.5 parts by weight, still more preferably 0.2 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the rubber component (A). part range.

〔架橋剤(D)〕
前記のゴム成分(A)の架橋剤(D)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、シール部材と電解質膜とを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。
[Crosslinking agent (D)]
The cross-linking agent (D) of the rubber component (A) is composed of an organic peroxide. Examples of the organic peroxides include peroxyketals, peroxyesters, diacyl peroxides, peroxydicarbonates, dialkyl peroxides and hydroperoxides. These may be used alone or in combination of two or more. Among such organic peroxides, for example, organic peroxides having a one-hour half-life temperature of 160° C. or less are preferably used. It is preferable to use an organic peroxide having a half-life temperature of 130° C. or less. Further, peroxyketals and peroxyesters having a 1-hour half-life temperature of 100°C or higher because they are easily crosslinked at a temperature of about 130°C and the rubber composition kneaded with a crosslinking agent is excellent in handleability. At least one of the above is preferable, and those having a one-hour half-life temperature of 110° C. or higher are particularly preferable. Crosslinking can be performed in a shorter time by using a peroxyester.

本発明において、上記架橋剤(D)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、有機過酸化物は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” of the organic peroxide having a 1-hour half-life temperature of 160° C. or less in the cross-linking agent (D) means that the concentration of the organic peroxide (the amount of active oxygen) is the initial value. It's 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 the temperature at which the half-life is 1 hour. That is, the lower the 1-hour half-life temperature, the easier it is for the organic peroxide to decompose at a low temperature. 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) in a short time. Therefore, for example, the fuel cell sealing member of the present invention can be used in the vicinity of the electrolyte membrane of a polymer electrolyte 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, 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等があげられる。 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 peroxy isopropyl monocarbonate, t-butyl peroxy-3,5,5-trimethylhexanoate, t-butyl peroxymalein acid, t-hexylperoxyisopropyl monocarbonate and the like.

これらのうち、上記ゴム成分(A)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, and t-butylperoxyisopropyl monocarbonate are preferred because they react relatively quickly with the rubber component (A). is preferred. Among them, t-butylperoxyisopropyl monocarbonate can be used for crosslinking in a shorter time.

上記架橋剤(D)(純度100%の原体の場合)の配合量は、上記ゴム成分(A)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(D)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(D)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 amount of the cross-linking agent (D) (in the case of a raw material with a purity of 100%) is preferably in the range of 0.4 to 12 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber component (A). If the amount of the specific cross-linking agent (D) is too small, it tends to be difficult to allow the cross-linking reaction to proceed sufficiently. There is a tendency that the crosslink density increases 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、上記(A)~(D)成分以外に、補強剤、老化防止剤、接着成分、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 above components (A) to (D), the rubber composition used for the sealing member of the present invention contains various additives such as reinforcing agents, anti-aging agents, adhesive components, tackifiers, and processing aids. There is no problem even if it mix|blends an agent.

上記補強剤としては、例えば、カーボンブラック、シリカ等があげられる。なかでも、へたり性等の観点から、カーボンブラックが好ましく用いられる。
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. Among them, carbon black is preferably used from the viewpoint of settling property and the like.
The grade of the carbon black is not particularly limited, and may be appropriately selected from SAF grade, ISAF grade, HAF grade, MAF grade, FEF grade, GPF grade, SRF grade, FT grade, MT grade, and the like.

上記補強剤の配合量は、前記ゴム成分(A)100重量部に対し、5~150重量部であることが好ましく、より好ましくは10~120重量部の範囲である。 The amount of the reinforcing agent compounded is preferably 5 to 150 parts by weight, more preferably 10 to 120 parts by weight, per 100 parts by weight of the rubber component (A).

上記老化防止剤としては、アミン系老化防止剤、フェノール系老化防止剤、イミダゾール系老化防止剤、ワックス等があげられる。なかでも、酸化防止に対する効力等の観点から、アミン系老化防止剤が好ましく用いられる。
上記老化防止剤の配合量は、前記ゴム成分(A)100重量部に対し、0.05~10重量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~5重量部の範囲である。
Examples of the anti-aging agent include amine-based anti-aging agents, phenol-based anti-aging agents, imidazole-based anti-aging agents, and waxes. Among them, amine anti-aging agents are preferably used from the viewpoint of anti-oxidation efficacy and the like.
The amount of the antioxidant compounded is preferably 0.05 to 10 parts by weight, more preferably 0.1 to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of the rubber component (A).

上記接着成分としては、レゾルシノール系化合物、メラミン系化合物、アルミネート系カップリング剤、シランカップリング剤等があげられる。なかでも、接着性等の観点から、シランカップリング剤が好ましく用いられる。
上記接着成分の配合量は、前記ゴム成分(A)100重量部に対し、0.5~20重量部であることが好ましく、より好ましくは1~10重量部の範囲である。
Examples of the adhesive components include resorcinol-based compounds, melamine-based compounds, aluminate-based coupling agents, silane coupling agents, and the like. Among them, a silane coupling agent is preferably used from the viewpoint of adhesiveness and the like.
The amount of the adhesive component compounded is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of the rubber component (A).

なお、本発明のシール部材に使用するゴム組成物には、前記炭化水素系軟化剤(B)と併用するかたちで、必要に応じ、プロセスオイル、潤滑油、ワセリン等の石油系軟化剤、ひまし油、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、ラウリン酸等の軟化剤を任意で使用することも可能である。ただし、この場合、上記任意の軟化剤の使用量は、上記炭化水素系軟化剤(B)の使用量100重量部に対し、50重量部未満とする必要があり、好ましくは40重量部未満、より好ましくは30重量部未満である。 The rubber composition used for the sealing member of the present invention may optionally contain a petroleum softener such as process oil, lubricating oil, petrolatum, castor oil, etc., in combination with the hydrocarbon softener (B). , linseed oil, rapeseed oil, coconut oil and other fatty oil softeners, tall oil, waxes such as beeswax, carnauba wax and lanolin, linoleic acid, palmitic acid, stearic acid, lauric acid and other softeners. It is also possible to use in However, in this case, the amount of the optional softening agent used must be less than 50 parts by weight, preferably less than 40 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the hydrocarbon-based softening agent (B). More preferably less than 30 parts by weight.

また、本発明のシール部材に使用するゴム組成物には、架橋助剤として、前記の、2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)と併用するかたちで、必要に応じ、単官能の(メタ)アクリレートモノマーや3官能の(メタ)アクリレートモノマーを任意で使用することも可能である。ただし、この場合、上記任意の(メタ)アクリレートモノマーの使用量は、2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の使用量100重量部に対し、100重量部未満とする必要があり、好ましくは75重量部未満、より好ましくは50重量部未満である。 Further, the rubber composition used for the sealing member of the present invention may optionally contain a monofunctional (meta ) acrylate monomers and trifunctional (meth)acrylate monomers may optionally be used. However, in this case, the amount of the above optional (meth)acrylate monomer used should be less than 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C), preferably Less than 75 parts by weight, more preferably less than 50 parts by weight.

〈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)~(D)成分、および必要に応じて、その他の各種添加剤を配合して、ゴム組成物を調製した後、これを架橋することにより作製することができる。なお、上記シール部材の架橋成形は、通常、金型内による熱架橋(130~190℃で1~30分間の熱架橋)により行われる。なお、前記(C)成分を含有することから、本発明の燃料電池用シール部材は、上記熱架橋と併用して、電子線架橋を行うことも可能である。
上記シール部材は、シール部の形状に応じて、所定形状に成形しておくことが好ましい。例えば、フィルム状に成形すると、燃料電池の各種構成部材にシール部材を、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、その架橋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架橋成形(架橋接着)することにより、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。
<Production of sealing member for fuel cell>
For the sealing member for a fuel cell of the present invention, for example, the components (A) to (D) and, if necessary, various other additives are blended to prepare a rubber composition, which is then crosslinked. It can be produced by The cross-linking molding of the sealing member is usually performed by thermal cross-linking in a mold (thermal cross-linking at 130 to 190° C. for 1 to 30 minutes). Since the sealing member for a fuel cell of the present invention contains the component (C), electron beam crosslinking can be performed in combination with the thermal crosslinking.
It is preferable that the seal member is formed into a predetermined shape in accordance with the shape of the seal portion. For example, when formed into a film, the sealing member can be used by attaching it to various constituent members of the fuel cell with an adhesive. In addition, the sealing member of the present invention may be used in such a manner that it is arranged without adhering between various constituent members of the fuel cell. In addition, the sealing member of the present invention may be pasted (post-adhered) with an adhesive after cross-linking, or may be cross-linked (cross-linked) to the surface to which the adhesive is applied. Therefore, as will be described later, it is also possible to integrally mold the constituent members such as the MEA and the separator of the fuel cell and the sealing member of the present invention 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 sealing member of the present invention include those in which a fuel cell constituent member and a sealing member for sealing it (the fuel cell sealing member of the present invention) are adhered 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 to be sealed by the sealing member of the present invention vary depending on the type, structure, etc. of the fuel cell. electrodes).

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 sealing 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, and the cell 1 includes an MEA 2, a gas diffusion layer (GDL) 3, a sealing member 4a, A separator 5 and an adhesive layer 6 are provided.

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 sealing body of the present invention, for example, as shown in FIG. one in which the gas diffusion layer 3 and the sealing member 4a are bonded via the adhesive layer 6; and one in which the adjacent sealing members 4a are bonded via the adhesive layer 6. can give.

MEA2は、図示しないが、電解質膜と、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 MEA 2 is composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes arranged on both sides in the stacking direction with the electrolyte membrane interposed therebetween. The electrolyte membrane and the pair of electrodes are rectangular thin plates. Gas diffusion layers 3 are arranged on both sides of the MEA 2 in the stacking direction. The gas diffusion layer 3 is a porous layer and has a rectangular thin plate shape.

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 separator 5 is preferably made of a metal such as titanium, and from the viewpoint of conduction reliability, a metal separator having a carbon thin film such as a DLC film (diamond-like carbon film) or graphite film is particularly preferable. The separator 5 has a rectangular thin plate shape, and is provided with a total of six grooves extending in the longitudinal direction. The separators 5 are arranged on both sides of the gas diffusion layer 3 in the stacking direction so as to face each other. Between the gas diffusion layer 3 and the separator 5, a gas flow path 7 for supplying gas to the electrodes is defined by utilizing the uneven shape.

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の例において、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 member 4a has a rectangular frame shape. The sealing member 4a is adhered to the periphery of the MEA 2 and the gas diffusion layer 3 and the separator 5 via the adhesive layer 6 to seal the periphery of the MEA 2 and the gas diffusion layer 3. FIG. In the example of FIG. 1, the sealing member 4a uses two members divided into upper and lower parts, but a single sealing member combining the two may also be used.

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, a fuel gas and an oxidant gas are each supplied through the gas channel 7 . Here, the periphery of the MEA 2 is sealed by a sealing member 4a with an adhesive layer 6 interposed therebetween. Therefore, no gas mixture or leakage occurs.

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 sealing 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, by applying the adhesive layer forming material (adhesive) to one or both of the fuel cell component such as the metal separator and the sealing member for sealing it, the fuel cell component such as the metal separator is coated. It is possible to obtain the fuel cell sealing body of the present invention, in which the constituent member and the sealing member are adhered via the 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。 As the adhesive layer-forming material (adhesive), for example, a rubber paste, a rubber composition that is liquid at room temperature (23° C.), a primer, or the like is used. 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 rubbers, and specific examples include liquid EPM, liquid EPDM, liquid acrylonitrile-butadiene rubber (liquid NBR), and liquid hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (liquid H-NBR). etc. are used singly 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、通常は常温の条件下で塗布すればよい。 Examples of the method for applying the adhesive layer-forming material include dispenser application, and the application is usually performed at room temperature.

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、接着層の厚みは、通常、10~500nmであり、好ましくは30~200nmである。 The thickness of the adhesive layer in the fuel cell sealing member of the present invention is usually 0.01 to 0.5 mm, preferably 0.05 to 0.3 mm, when the liquid rubber composition is used. When the above primer is used, the thickness of the adhesive layer is usually 10-500 nm, preferably 30-200 nm.

また、シール部材の架橋接着により、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。 Further, if the fuel cell component and the sealing member are integrated by cross-linking adhesion of the sealing member to manufacture the fuel cell sealing body, the fuel cell sealing body can be manufactured as follows. That is, the fuel cell constituent member having the adhesive layer formed thereon is placed in a mold for molding the seal member, and the rubber composition for forming the seal member is brought into contact with the fuel cell constituent member in the mold. It is a manufacturing method in which cross-linking molding is performed in a state where it is held.

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。 Further, another usage example using the fuel cell sealing member of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 shows a rectangular sheet-shaped separator 5 having a total of six grooves extending in the longitudinal direction and having the uneven cross-sectional shape described above. It is a member provided with a lip 4b having a convex section shape. The fuel cell sealing member of the present invention is used as the lip 4b. As the material for forming the separator 5 and the material for forming the adhesive layer 6, the same materials as those described above are used.

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。なお、下記の軟化剤における「流動点」は、JIS K 2269で規定された方法で冷却したときに、軟化剤が流動する最低の温度を示す。また、下記の軟化剤における「動粘度」は、JIS K 2283に準拠して測定された値である。 First, prior to Examples and Comparative Examples, the following rubber composition materials were prepared. The "pour point" of the softener below indicates the lowest temperature at which the softener flows when cooled by the method specified in JIS K 2269. In addition, the "kinematic viscosity" in the following softening agent is a value measured according to JIS K 2283.

〔ゴム(i)(A成分)〕
エチレン含有量41重量%、ジエン含有量14重量%の、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(三井化学社製、EPT-9090M)
[Rubber (i) (A component)]
Ethylene-propylene-diene rubber (manufactured by Mitsui Chemicals, EPT-9090M) with an ethylene content of 41% by weight and a diene content of 14% by weight

〔ゴム(ii)(A成分)〕
エチレン含有量50重量%、ジエン含有量7.1重量%の、エチレン-ブテン-ジエンゴム(三井化学社製、EBT-K-9330M)
[Rubber (ii) (Component A)]
Ethylene-butene-diene rubber (manufactured by Mitsui Chemicals, EBT-K-9330M) with an ethylene content of 50% by weight and a diene content of 7.1% by weight

〔ゴム(iii)(A成分)〕
エチレン含有量46重量%、ジエン含有量8.5重量%の、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(住友化学社製、エスプレン5365)
[Rubber (iii) (A component)]
Ethylene-propylene-diene rubber (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Esprene 5365) with an ethylene content of 46% by weight and a diene content of 8.5% by weight

〔ゴム(iv)(A成分)〕
エチレン含有量51重量%の、エチレン-プロピレンゴム(三井化学社製、EPT 0045)
[Rubber (iv) (Component A)]
Ethylene-propylene rubber (manufactured by Mitsui Chemicals, EPT 0045) with an ethylene content of 51% by weight

〔軟化剤(i)(B成分)〕
流動点が-68℃、40℃における動粘度が17.4mm2/s、250℃で1時間加熱したときに揮発する量が13.2重量%である、ポリαオレフィン系軟化剤(日鉄ケミカル&マテリアル社製、PAO401)
[Softening agent (i) (B component)]
A poly-α-olefin softener (Nippon Steel Chemical & Material Co., PAO401)

〔軟化剤(ii)(B成分)〕
流動点が-54℃、40℃における動粘度が65.3mm2/s、250℃で1時間加熱したときに揮発する量が2.0重量%である、ポリαオレフィン系軟化剤(日鉄ケミカル&マテリアル社製、PAO10)
[Softening agent (ii) (B component)]
A poly-α-olefin softener (Nippon Steel Chemical & Material Co., PAO10)

〔軟化剤(iii)(B成分)〕
流動点が-57℃、40℃における動粘度が31mm2/s、250℃で1時間加熱したときに揮発する量が6.4重量%である、ポリαオレフィン系軟化剤(エクソン社製、スペクトラシン+6)
[Softening agent (iii) (B component)]
A poly- α -olefin softener (manufactured by Exxon Corporation, Spectrashin +6)

〔軟化剤(iv)(B成分)〕
流動点が-36℃、40℃における動粘度が396mm2/sである、ポリαオレフィン系軟化剤(エクソン社製、スペクトラシン40)
[Softening agent (iv) (B component)]
A poly-αolefin-based softening agent (SpectraSyn 40, manufactured by Exxon) having a pour point of −36° C. and a kinematic viscosity of 396 mm 2 /s at 40° C.

〔軟化剤(v)(B成分)〕
流動点が-40℃、40℃における動粘度が400mm2/sである、エチレン-プロピレン共重合体系軟化剤(三井化学社製、ルーカント LX004)
[Softening agent (v) (B component)]
Ethylene-propylene copolymer softener (Lucant LX004, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) having a pour point of −40° C. and a kinematic viscosity of 400 mm 2 /s at 40° C.

〔軟化剤(vi)〕
流動点が-70℃、40℃における動粘度が5.1mm2/s、250℃で1時間加熱したときに揮発する量が99.0重量%である、ポリαオレフィン系軟化剤(日鉄ケミカル&マテリアル社製、PAO210)
[Softener (vi)]
A poly- α -olefin softener (Nippon Steel Chemical & Material Co., PAO210)

〔軟化剤(vii)〕
流動点が-42℃、40℃における動粘度が614mm2/sである、ポリαオレフィン系軟化剤(エクソン社製、スペクトラシン Elite65)
[Softener (vii)]
A poly-α-olefin-based softener (SpectraSyn Elite 65, manufactured by Exxon) having a pour point of −42° C. and a kinematic viscosity of 614 mm 2 /s at 40° C.

〔軟化剤(viii)〕
流動点が-42.5℃、40℃における動粘度が20.1mm2/sである、ナフテン系軟化剤(日本サン石油社製、サンセン410)
[Softener (viii)]
A naphthenic softener having a pour point of −42.5° C. and a kinematic viscosity at 40° C. of 20.1 mm 2 /s (Sansen 410, manufactured by Nippon Sun Oil Co., Ltd.)

〔軟化剤(ix)〕
流動点が-17.5℃、40℃における動粘度が30.6mm2/sである、パラフィン系軟化剤(出光興産社製、ダイアナプロセスPW-32)
[Softener (ix)]
A paraffin-based softening agent having a pour point of −17.5° C. and a kinematic viscosity at 40° C. of 30.6 mm 2 /s (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd., Diana Process PW-32).

〔架橋助剤(i)(C成分)〕
下記の化学式に示す、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(大阪有機化学工業社製、ビスコート#230)
[Crosslinking aid (i) (component C)]
1,6-hexanediol diacrylate (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd., Viscoat #230) represented by the following chemical formula

Figure 0007319899000001
Figure 0007319899000001

〔架橋助剤(ii)(C成分)〕
下記の化学式に示す、1,9-ノナンジオールジアクリレート(大阪有機化学工業社製、ビスコート#260)
[Crosslinking aid (ii) (component C)]
1,9-nonanediol diacrylate (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd., Viscoat #260) represented by the following chemical formula

Figure 0007319899000002
Figure 0007319899000002

〔架橋助剤(iii)〕
下記の化学式に示す、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業社製、A-TMMT)
[Crosslinking aid (iii)]
Pentaerythritol tetraacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., A-TMMT) represented by the following chemical formula

Figure 0007319899000003
Figure 0007319899000003

〔カーボンブラック〕
キャボットジャパン社製、SPHERON5200(GPF級)
〔Carbon black〕
SPHERON5200 (GPF grade) manufactured by Cabot Japan

〔有機過酸化物(D成分)〕
日油社製、パーヘキサC
[Organic Peroxide (Component D)]
Made by NOF Corporation, Perhexa C

〔老化防止剤〕
アミン系老化防止剤(精工化学株式会社社製、ノンフレックスRD)
[Anti-aging agent]
Amine anti-aging agent (manufactured by Seiko Chemical Co., Ltd., Nonflex RD)

[実施例1~13、比較例1~5]
(シール部材用の架橋ゴムの作製)
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。そして、得られたゴム組成物を、所定の金型を用いて160℃で10分間保持することにより架橋し、直径15mm、厚み1mmの、円板状の架橋ゴム(サンプル)を作製した。
[Examples 1 to 13, Comparative Examples 1 to 5]
(Preparation of crosslinked rubber for sealing member)
A rubber composition was prepared by blending each component shown in Tables 1 and 2 below in the ratio shown in the table and kneading the mixture using a Banbury mixer and an open roll. Then, the obtained rubber composition was crosslinked by holding it at 160° C. for 10 minutes using a predetermined mold to prepare a disk-shaped crosslinked rubber (sample) with a diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm.

上記のようにして得られた架橋ゴム(サンプル)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。 The properties of the crosslinked rubber (sample) obtained as described above were evaluated according to the following criteria. The results are also shown in Tables 1 and 2 below.

<高温へたり性>
上記架橋ゴム(サンプル)に対し、JIS K 6262に準拠して、高温での圧縮永久歪み試験を行った。すなわち、上記架橋ゴムを、圧縮率25%で圧縮し、その状態で120℃×24時間の加熱を行った後、解放し、室温(25℃)下で30分経過した後の架橋ゴムの厚みを測定して、圧縮永久歪み(%)を算出した。そして、以下の基準で、高温へたり性の評価を行った。
◎:圧縮永久歪みが10%以下。
○:圧縮永久歪みが15%以下。
△:圧縮永久歪みが20%以下。
×:圧縮永久歪みが20%を上回る。
<High temperature settling resistance>
The above crosslinked rubber (sample) was subjected to a compression set test at high temperature in accordance with JIS K 6262. That is, the crosslinked rubber is compressed at a compression rate of 25%, heated at 120 ° C. for 24 hours in that state, released, and the thickness of the crosslinked rubber after 30 minutes at room temperature (25 ° C.) was measured to calculate the compression set (%). Then, high-temperature settling resistance was evaluated according to the following criteria.
A: Permanent compression strain is 10% or less.
◯: Permanent compression strain is 15% or less.
Δ: Compression set is 20% or less.
x: Compression set exceeds 20%.

<低温へたり性>
上記架橋ゴム(サンプル)に対し、JIS K 6262に準拠して、低温での圧縮永久歪み試験を行った。すなわち、上記架橋ゴムを、圧縮率25%で圧縮し、その状態で-30℃×24時間の放置を行った後、解放し、室温(25℃)下で30分経過した後の架橋ゴムの厚みを測定して、圧縮永久歪み(%)を算出した。そして、以下の基準で、低温へたり性の評価を行った。
◎:圧縮永久歪みが40%以下。
○:圧縮永久歪みが50%以下。
△:圧縮永久歪みが60%以下。
×:圧縮永久歪みが60%を上回る。
<Low temperature settling resistance>
A low-temperature compression set test was performed on the crosslinked rubber (sample) according to JIS K 6262. That is, the crosslinked rubber was compressed at a compression rate of 25%, left at −30° C. for 24 hours in that state, released, and left at room temperature (25° C.) for 30 minutes. The thickness was measured to calculate the compression set (%). Then, low-temperature settling resistance was evaluated according to the following criteria.
A: Permanent compression strain is 40% or less.
◯: Permanent compression set is 50% or less.
Δ: Compression set is 60% or less.
x: Compression set exceeds 60%.

<高温圧縮割れ性>
上記架橋ゴム(サンプル)に対し、JIS K 6262に規定の圧縮永久歪み試験に用いる冶具と同様のものを使用し、所定の圧縮率(50%、55%、または60%)で圧縮した状態で120℃×24時間の加熱を行った後、解放し、架橋ゴムに外観割れが無いかを、目視により確認した。そして、以下の基準で、高温圧縮割れ性の評価を行った。
◎:圧縮率60%であっても、外観割れが認められない。
○:圧縮率55%および50%で外観割れが認められない。
△:圧縮率50%で外観割れが認められない。
×:圧縮率50%であっても、外観割れが認められる。
<High temperature compression crack resistance>
For the above crosslinked rubber (sample), using a jig similar to that used in the compression set test specified in JIS K 6262, in a state of compression at a predetermined compression rate (50%, 55%, or 60%) After heating at 120° C. for 24 hours, it was released, and the crosslinked rubber was visually checked for cracks in appearance. Then, hot compression crack resistance was evaluated according to the following criteria.
⊚: No appearance cracks were observed even at a compressibility of 60%.
◯: No appearance cracks were observed at compression ratios of 55% and 50%.
Δ: No appearance cracks were observed at a compressibility of 50%.
x: Appearance cracks are observed even at a compressibility of 50%.

<低温圧縮割れ性>
上記架橋ゴム(サンプル)に対し、JIS K 6262に規定の圧縮永久歪み試験に用いる冶具と同様のものを使用し、所定の圧縮率(50%、55%、または60%)で圧縮した状態で-30℃×24時間の放置を行った後、解放し、架橋ゴムに外観割れが無いかを、目視により確認した。そして、以下の基準で、低温圧縮割れ性の評価を行った。
◎:圧縮率60%であっても、外観割れが認められない。
○:圧縮率55%および50%で外観割れが認められない。
△:圧縮率50%で外観割れが認められない。
×:圧縮率50%であっても、外観割れが認められる。
<Low temperature compression crack resistance>
For the above crosslinked rubber (sample), using a jig similar to that used in the compression set test specified in JIS K 6262, in a state of compression at a predetermined compression ratio (50%, 55%, or 60%) After being left at −30° C. for 24 hours, it was released and the crosslinked rubber was visually checked for external cracks. Then, low-temperature compression cracking resistance was evaluated according to the following criteria.
⊚: No appearance cracks were observed even at a compressibility of 60%.
◯: No appearance cracks were observed at compression ratios of 55% and 50%.
Δ: No appearance cracks were observed at a compressibility of 50%.
x: Appearance cracks are observed even at a compressibility of 50%.

≪総合評価≫
以下の基準で、総合評価を行った。
◎:上記各特性の評価が○,◎のいずれかであり、かつ、3つ以上の評価が◎であった。
○:上記各特性の評価が○,◎のいずれかであった。
△:上記各特性の評価が、△を1つ以上含む、△,○,◎のいずれかであった。
×:上記各特性のいずれかの評価が×であった。
≪Comprehensive evaluation≫
Comprehensive evaluation was performed according to the following criteria.
⊚: Each of the above characteristics was evaluated as either ∘ or ⊚, and three or more evaluations were ⊚.
◯: Each of the above characteristics was evaluated as either ◯ or ⊚.
Δ: The evaluation of each of the above characteristics was any of Δ, ◯, and ⊚, including one or more Δ.
x: Any of the above characteristics was evaluated as x.

Figure 0007319899000004
Figure 0007319899000004

Figure 0007319899000005
Figure 0007319899000005

上記表1および表2の結果から、実施例の架橋ゴム(シール部材)は、低温~高温の広い温度領域において、圧縮割れ耐性および低へたり性に優れていることがわかる。
これに対し、比較例1の架橋ゴムは、本発明に規定の軟化剤(B成分)とは異なる動粘度の低い軟化剤を使用しているため、特に高温条件下での圧縮割れ耐性および低へたり性が得られない結果となった。比較例2の架橋ゴムは、本発明に規定の軟化剤(B成分)とは異なる動粘度の高い軟化剤を使用しているため、特に高温条件下での圧縮割れ耐性および低へたり性が得られない結果となった。比較例3の架橋ゴムは、本発明に規定の軟化剤(B成分)とは異なる環状構造の軟化剤を使用しているため、特に高温条件下での圧縮割れ耐性および低へたり性が得られない結果となった。比較例4の架橋ゴムは、2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C成分)ではなく、4官能の(メタ)アクリレートモノマーを架橋助剤として使用しているため、特に高温および低温条件下での圧縮割れ耐性に劣る結果となった。比較例5の架橋ゴムは、本発明に規定の軟化剤(B成分)とは異なる流動点の高い軟化剤を使用しているため、特に低温条件下での圧縮割れ耐性および低へたり性が得られない結果となった。
From the results in Tables 1 and 2, it can be seen that the crosslinked rubbers (sealing members) of Examples are excellent in resistance to compression cracking and low settling in a wide temperature range from low temperature to high temperature.
On the other hand, the crosslinked rubber of Comparative Example 1 uses a softener with a low kinematic viscosity that is different from the softener (component B) specified in the present invention. The result was that the sagging property was not obtained. The crosslinked rubber of Comparative Example 2 uses a softening agent with a high kinematic viscosity different from the softening agent (component B) specified in the present invention. It was an unsatisfactory result. The crosslinked rubber of Comparative Example 3 uses a softening agent having a cyclic structure different from the softening agent (component B) specified in the present invention. It was a result that could not be done. Since the crosslinked rubber of Comparative Example 4 uses a tetrafunctional (meth)acrylate monomer as a crosslinking aid instead of a bifunctional (meth)acrylate monomer (component C), it can be used particularly under high and low temperature conditions. The result was inferior in compression cracking resistance. Since the crosslinked rubber of Comparative Example 5 uses a softener with a high pour point different from the softener (component B) specified in the present invention, it exhibits resistance to compression cracking and low settling, especially under low temperature conditions. It was an unsatisfactory result.

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 sealing member of the present invention is a fuel cell sealing body in which a fuel cell component such as a metal separator and a rubber sealing member that seals it are adhered via an adhesive layer, or the above sealing member. It is used for the sealing member of the fuel cell sealing body which is adhered to each other 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 cell 2 MEAs
3 gas diffusion layer 4a sealing member 4b lip 5 separator 6 adhesive layer 7 gas channel

Claims (5)

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)~(D)成分を含有し、(B)成分の含有量が(A)成分100重量部に対し5~60重量部の範囲であり、(C)成分の含有量が(A)成分100重量部に対し0.1~10重量部の範囲であり、(D)成分(純度100%の原体の場合)の含有量が(A)成分100重量部に対し0.4~12重量部の範囲である、ゴム組成物の架橋体からなることを特徴とする燃料電池用シール部材。
(A)エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴムおよびエチレン-ブテン-ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分。
(B)流動点が-30℃以下であり、かつ40℃における動粘度が8~500mm2/sである、直鎖構造の炭化水素系軟化剤。
(C)2官能の(メタ)アクリレートモノマー。
(D)有機過酸化物からなる架橋剤。
A sealing member for a fuel cell, which is used to seal components of a fuel cell, and contains the following components (A) to (D ), and the content of component (B) is 100 parts by weight of component (A). The content of component (C) is in the range of 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of component (A), and component (D) (purity of 100% A fuel cell sealing member comprising a crosslinked rubber composition having a content of 0.4 to 12 parts by weight per 100 parts by weight of component (A).
(A) at least one rubber component selected from the group consisting of ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber and ethylene-butene-diene rubber;
(B) A linear hydrocarbon-based softening agent having a pour point of -30°C or lower and a kinematic viscosity at 40°C of 8 to 500 mm 2 /s.
(C) a bifunctional (meth)acrylate monomer;
(D) a cross-linking agent comprising an organic peroxide;
上記炭化水素系軟化剤(B)がポリαオレフィンである、請求項1記載の燃料電池用シール部材。 2. The fuel cell sealing member according to claim 1, wherein said hydrocarbon-based softening agent (B) is a poly-α-olefin. 上記2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の主鎖が脂肪族炭化水素である、請求項1または2記載の燃料電池用シール部材。 3. The fuel cell sealing member according to claim 1, wherein the main chain of said bifunctional (meth)acrylate monomer (C) is an aliphatic hydrocarbon. 上記ゴム組成物における炭化水素系軟化剤(B)の含有量が、上記ゴム成分(A)100重量部に対し5~55重量部の範囲である、請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料電池用シール部材。 The content of the hydrocarbon-based softening agent (B) in the rubber composition is in the range of 5 to 55 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber component (A), according to any one of claims 1 to 3. A sealing member for a fuel cell as described above. 上記ゴム組成物における2官能の(メタ)アクリレートモノマー(C)の含有量が、上記ゴム成分(A)100重量部に対し0.17.5重量部の範囲である、請求項1~4のいずれか一項に記載の燃料電池用シール部材。 Claim 1, wherein the content of the bifunctional (meth)acrylate monomer (C) in the rubber composition is in the range of 0.15 to 7.5 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber component (A). 5. The sealing member for a fuel cell according to any one of -4.
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