JPS6227485A - シ−ル材料 - Google Patents

シ−ル材料

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JPS6227485A
JPS6227485A JP60166994A JP16699485A JPS6227485A JP S6227485 A JPS6227485 A JP S6227485A JP 60166994 A JP60166994 A JP 60166994A JP 16699485 A JP16699485 A JP 16699485A JP S6227485 A JPS6227485 A JP S6227485A
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JP
Japan
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fluoroelastomer
sealing material
fluoroplastic
fluororesin
porous
Prior art date
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Pending
Application number
JP60166994A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyori Sasaki
康順 佐々木
Kenichi Fujimoto
健一 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nok Corp filed Critical Nok Corp
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Publication of JPS6227485A publication Critical patent/JPS6227485A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Sealing Material Composition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 未発IJJは、高温度下、酸やアルカリなどの腐食性環
境下で流体の封止に使用されるオイルシールパツキン、
ローリングやガスケットなどのシール材料に関する。
〔従来の技術〕
高温度雰囲気中で流体をシールするためのガスケットに
使用されるシール材料は、劣化しやすい。高温度雰囲気
中で気体をシールしなければならないもの一一例に燃料
電池がある。第2図は燃料電池の要部の極く概略を現わ
す乎断面図である。同図に示すように燃料電池は、マニ
ホールド15を構成する容器17の中央に電極部19が
設けらており、容器17は電極部19の四煕と4個のガ
スケット21により室17a・17b−17c・17d
に仕切られている。そして電極部19にはリン酸溶液や
苛性カリ溶液などの電解質溶液が含浸されている。この
ような燃料電池で、室17aに接続された管から燃料で
ある水素ガスが、室17bに接続された管から酸化剤で
ある酩素ガスが夫々送られ、電極部19で酸化・還元反
応が起こり起電する。醇化・還元反応は高温で反応速度
が上り、燃料電池を150〜210℃程度にして使用し
ている。
起電効率は燃料ガスが漏れたり、電極部19以外で燃料
と酸化剤の反応が起きると低下する。また安全上燃お1
ガスの漏れは危険である。したがってガスケット21の
シール性は高度なものが要求される。シール材料は、リ
ン酸などの電解質に侵されないことと高温に絶えること
(〜210℃程度)が特に要求される。
従来のシール材料としては、例えば特開昭52−727
47号公報や特開昭57−202066号公報にはシー
ル材料の基材であるポリテトラフルオロエチレンにオイ
ル質を配合したシール材料や、特開昭58−11226
9号公報や特開昭58−181271号公報にはシリコ
ンゴム系やフッ素ゴム系のシール材料が開示されている
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記した従来のシール材料で、基材にオイル質を配合し
たシール材料では、高温下でオイルが流出してしまい、
シール機能が失われてしまう。ゴム系のシール材料では
、高温下、リン触などの電解質、還元剤(水素ガス)ま
たは酸化剤(酸素ガス)により架橋点がアタックされ脆
弱化し、やはりシール機能が失われてしまう。
本発明は、従来のシール材料のこのような欠点を解消し
、高温下においてもて耐薬品性が強く。
長寿命で、流体、なかでも気体に対するシール性能が良
いシール材料を提供するものである。
〔問題点を解決するための子役〕
上記の問題点を解決するために種々検討した結果、フッ
素樹脂多孔質体の空孔部にフッ素系エラストマーを含浸
した複合材料がシール材ネ1として優れていることを見
い出した。
フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニ
ル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−
ヘキサフルオロプロピレン共重合体である。なかでもポ
リテトラフルオロエチレンが好ましい。
フッ素系エラストマーとしては、例えばテトラフルオル
エチレン、ヘキサフルオルプロピレン、ペンタフルオル
プロピレン、クロルトリフルオルエチレン、フッ化ビニ
ル、フッ化ビニリデン、1− ヒト1m!キシペンタフ
ルオルプロピレン、ジハイ10バーフルオルブタジェン
などの2元以上の共重合体、または含フツ素オレフィン
と共重合し得る他の単量体、例えばエチレン、プロピレ
ン、ブチレンなどとの2元以上の共重合体が挙げられ、
JL体的にはフッ化ビニリデン−ヘキサフルオルプロピ
レン2元共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオル
プロピレン2元共重合体、フッ化ビニリデン−クロルト
リフルオルエチレン2元共重合体、ツー2化ビニリデン
ヘキサフルオルプロピレン−テトラフルオルエチレン3
元共重合体などが挙げられる。なおフッ素系エラストマ
ーにはポリアミン系、ポリオール系などの加硫剤や無機
充填剤(例えば炭化ケイ素、グラファイト)などの添加
物を加えてもよい。
上記のフッ素樹脂およびフッ素系エラストマーにより構
成される本発明のシール材料は、ツー/素樹脂が連続し
た相を形成しつつ、その空孔にフッ素系エラストマーが
充填されている。
本発明のシール材料を製造方法として次の2つがある。
(1)フッ素樹脂多孔質体を造ってからフッ素系エラス
トで−を含浸される方法と、(2)フッ素系エラストマ
ーとフッ素樹脂の混合物を押出成形後、延伸して造る方
法である。
(1)には以下のようなものがある。
■フッ素樹脂の微粉と溶媒とを混練し、これを押出し、
圧延などの剪断を加えて成形した後、延伸と同時、また
は延伸後加熱焼成してからフン素樹脂多孔質体を造る。
■フツ素樹脂の粉末に、抽出、溶解や蒸発によって除去
できる物質を混ぜて加圧成形した後、これらの物質を除
去してフッ素樹脂多孔質体を造る。■繊維状化したフッ
素樹脂を用い、これを不織布の製造法に準じてフ・ン素
樹脂多孔質体を造る。上記■〜■で造られた多孔質体を
フッ素系エラストマーの溶液(ケトン系溶剤、ハロゲン
系溶剤の溶液)に侵漬し、空孔部をフッ素系エラストマ
ーで埋める。
(2)には以下のものがある。
フッ素樹脂の微粉とフッ素系エラストマー溶液との混合
物を、溶剤を含んだまま又は蒸発した後押出、圧延など
の剪断を加えて成形する。続いて延伸、焼成することも
ある。
上記の各製造方法のうちでも、特に (1)の■または
(2)の方法で製造したシール材料がすぐれている。こ
の理由は必ずしも明らかではないが、これらの方法で製
造した連続相のフッ素樹脂の多孔質構造に起因するもの
と思われる。すなわち、延伸法によるフッ素樹脂多孔質
体は数ILm〜数十鉢m程度の寸法の塊状の部分(連結
部と呼ばれている)と直径0.1gm程度の繊維状部分
(フィブリル化した部分)からなり立っている。か−る
多孔質体自体は、空隙があるにもかかわらず、77票樹
脂の単なる塊に比べて、優れた力学的性質を示す。これ
は、半結晶性高分子化合物に見られる配向結晶化による
強度の向上と同じ理由によると考えられる。フィブリル
化部分の配向結晶化効果が孔による欠損を上まわってい
る。なお、このフッ素樹脂多孔質体は孔の体積比率が同
程度の場合、前記(1)の■または■の方法により製造
されたフッ素樹脂多孔質体に比べて柔軟である。この理
由は、細いけれども強度が大きいフィブリル化部分が柔
軟性を持つためと考えられる。
〔発明の効果〕
本発明のシール材料は、フッ素樹脂が連続した相を形成
しつつ、その空孔にフッ素系エラストマーが充填されて
いる。そしてフッ素樹脂が連続した相には繊維状部分(
フィブリル化した部分)があるので、強度があり、柔軟
性を持っている。
しかも繊維状部分の配向結晶化効果により耐熱性、耐薬
品性に優れている。従って、低い押付は圧力でも十分な
シール機能を持ち、高温下においても耐薬品性が強く、
長寿命なものになる。
〔実施例〕
本発明を適用するシール材料は次の(1)・(2)の方
法により製造される。
(1)  フッ素樹脂の微粉(粒子径0.1〜50gm
)を例えばハロゲン系炭化水素、石油系炭化水素、ケト
ン、アルコールなどのフッ素樹脂を濡らす溶媒に添加し
、ボールミル等で混合・溶解する。その混練物で剪断条
件下の成形(例えば押出し又は圧延)により、幅5cm
、厚さ0.1mmのシート状に成形する。しかる後、溶
剤の存在下、または溶剤を乾燥除去してから0.1〜1
000%/winの延伸速度で30〜50oz延伸する
。次に延伸したま一フッ素樹脂の融点近傍(310〜4
00℃)で数分間加熱焼成する。フッ素樹脂には延伸率
に応じて空孔部の割合が高い多孔質体が得られる。多孔
質体の空孔部が占める体積比は50〜90%になる。こ
の空孔部にフッ素系エラストマーのケトン溶液を含浸さ
せ]空孔部を埋める。モしてケトン溶媒を乾燥除去すれ
ば、目的とするシール材料が得られる。
(2)  (1)と同じフッ素樹脂の微粉をフッ素系エ
ラストマー溶液に添加し、ボールミル等で混合・溶解す
る。このときフッ素樹脂の微粉とフッ素系エラストマー
の固体分の体積比を1〜5:9〜5にする。その混練物
で(1)と同じ条件により成形する。しかる後、溶剤の
存在下、または溶剤を乾燥除去してから0.1〜100
OX/a+inの延伸速度で3〇−500$延伸する0
次に延伸したま〜フッ素樹脂の融点近傍(310〜40
0℃)で数分間加熱しながら焼成する。すると目的物で
あるシール材料が得られる。
以下により具体的な実施例を示す。
実施例1 ポリテトラフルオロエチレン粉末100重量部にソルベ
ントナフサ20重量部を混和し、この混和物を成形機を
用いて80Kg/cs2.1分間加圧し、直径50+s
mの丸棒状に予@成形する。この丸棒を300Kg/c
m2の圧力で厚さ1■、幅50mmのシート状に押出成
形する。このシートを、毎秒tOWの延伸速度で100
%延伸し、その延伸状態を保持したま〜330”C,1
0+*in加熱焼成する。これをフッ素系エラストマー
であるパイトンA(商品名、デュポン社製)のアセトン
溶液(10重量2)に5 win浸漬し1次いで室温で
アセトンを除去する。更にパイトンB(同上)の溶液に
1a+in侵漬し再び室温にてアセトンを除去する。こ
のようにして製造されたシール材料であるポリテトラフ
ルオロエチレン/フッ素系エラストマー複合体の組成は
、ポリテトラフルオロエチレン  56体積2フッ素系
エラストマー      44 体f?t %であった
実施例2 ポリテトラフルオロエチレン粉末100重量部にパイト
ンBのアセトン溶液(20毛量$)24o重量部を混和
し、混和後アセトンを40°Cオーブン中で蒸発させて
除去する。この温和物を成形機を用いて80Kg/ca
r2.1分間加圧し、直径50+w+iの丸棒状に予備
成形する。この丸棒を300Kg/cm2の圧力で厚さ
1mm、幅50m5のシート状に押出す。このシーI・
を毎秒10%の延伸速度で100%延伸しその延伸状態
を保持したまま330°C,10履in加熱焼成する。
このようにして製造されたシール材料であるポリテトラ
フルオロエチレン/フッ素系エラストマー複合体の組成
は、 ポリテトラフルオロエチレン  63体積2フッ素系エ
ラストマー      37体積2であった・ 実施例3 実施例1と同じ方法で、延伸率を20ozとする。
バイトンB溶液への浸漬乾燥は3回行なう。このように
して製造されたシール材料であるポリテトラフルオロエ
チレン/フン)≦系エラストマー複合体の組成は、 ポリテトラフルオロエチレン  32体積2フッ素系エ
ラストマー     68体積2であった。
実施例4 ポリテトラフルオロエチレン粉末100 % 1iix
 部にパイトンBのアセトン溶液(20重沿バーセント
)240重量部を混和し、混和後アセトンを40℃のオ
ーブン中で蒸発させて除去する。この混和物を成形機に
より80Kg/cm21分間加圧し、20cmX 30
G!1X 0.5cmのシート状に予備成形する。この
シートを10インチロール(回転la13rpm)で0
.032cmに圧延した。
このようにして製造されたシール材料であるポリテトラ
フルオロエチレン/含フッ素エラストマー複合体の組成
は、 ポリテトラフルオロエチレン 63体積%フッ素系エラ
ストマー     37体積%であった。
」;記実施例1〜実施例4により製造されたシール材料
を第1図に示すガス漏れ試験装置(断面図)により性能
評価したところ下表のような結果になり、本発明を適用
するシール材料の優秀性が証明された。なお第1図に示
す装置は、密封容器lと対圧容器3の間に試料9である
シール材料を挾みクランプ5で固定しておく。密封容器
1にはバルブ11を経て水素ガス(または酸素ガス)を
l Kg/cm?の圧力で送り、対圧容器3からは排気
ポンプで真空に排気してからバルブ13を閉じ、1時間
後に圧力計7で容器3内の圧力を測る。
比較例1はポリテトラフルオロエチレンにオイル質を配
合したシール材料、比較例2はフッ未ゴム系のシール材
料である。H2(またはo2)の重量の単位は0m3/
h「である。
処理条件A:未処理シート。
処理条P4:B:210℃、リン酸液中に1211j?
間浸漬後、乾燥したシート。
処理条件C:210°C、リン酸液中に30日浸漬後、
乾燥したシート。
なお実施例1〜実施例4は処理条件Bおよび処理条件C
で何ら形状変化を来たさなかったが、比較例1は処理条
件Bで3%、処理条件Cで28%の重量減少を起こし、
比較例2は処理条件Bでシートは凹凸になり、処理条件
Cで原形をとどめず漏れ試験は出きなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図はガス漏れ試験装置の断面図、第2図には燃*4
電池の要部概略を示す平断面図である。 1 、  密封容器、  3   対圧容器、7   
圧力計、  9   試料、 15  、 マニホールド、 21 、  ガスケット。 第1図 圧力計 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、フッ素樹脂多孔質体の空孔部にフッ素系エラストマ
    ーを含浸させ、前記フッ素樹脂多孔質体の体積と前記フ
    ッ素系エラストマーとの体積の比が1〜5:9〜5であ
    ることを特徴とするシール材料。 2、前記フッ素樹能多孔質体の一部が延伸によりフィブ
    リル化していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のシール材料。
JP60166994A 1985-07-29 1985-07-29 シ−ル材料 Pending JPS6227485A (ja)

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