(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酸化物架橋系ゴム組成物を金型内に射出成形することにより予備成形する工程と、上記金型内の予備成形体の、外気にふれる部分を、金型内に擁したまま過熱水蒸気処理することにより硬化させる工程と、上記過熱水蒸気処理後の、金型内の予備成形体を、プレス成形により架橋させる工程と、上記金型内の架橋体を脱型する工程と、を備えていることを特徴とする、ゴム成形体の製造方法。
【請求項２】
上記射出成形時の温度が４０〜１００℃の範囲であり、上記プレス成形時の温度が１３０〜２００℃の範囲である、請求項１記載のゴム成形体の製造方法。
【請求項３】
上記過熱水蒸気処理を、酸素濃度５％以下の雰囲気下で行う、請求項１または２記載のゴム成形体の製造方法。
【請求項４】
上記過熱水蒸気処理を、２００〜３００℃で５秒〜３０分間行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のゴム成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム成形体の製造方法に関するものである。詳しくは、燃料電池用ゴムガスケット等の、過酸化物架橋系ゴム組成物からなるゴム成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、発電用、自動車用電源等、種々の用途が期待される。
【０００３】
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。
【０００４】
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−ジエン三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）等をポリマーとする過酸化物架橋系ゴム組成物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）。
上記のように過酸化物架橋系ゴム組成物を用いている理由は、硫黄架橋系ゴム組成物では、その架橋剤である硫黄により、燃料電池の発電が阻害されるおそれがあるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９４０５６号公報
【特許文献２】特開２０１４−６５２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記ゴムガスケットの製造方法としては、その成形性を高めるため、まず、射出成形機によって過酸化物架橋系ゴム組成物を金型内に低温で射出成形し、予備成形した後、その予備成形体を金型内に擁したままプレス成形機に移し、高温でプレス成型するといった製造方法がある。
【０００７】
しかしながら、過酸化物架橋系ゴム組成物は、その架橋剤である有機過酸化物によりゴム成分が分解され低分子化されやすく、金型にくっつきやすい。また、架橋反応時に酸素に触れると、その触れた箇所で架橋阻害を起こした結果生じた未硬化物が、金型汚染の要因となりを起こしやすい。先に述べたような製造方法においては、射出成形機からプレス成形機に移す際等に、金型の注型口や金型内の隙間において、未架橋ゴムが酸素に触れる機会があるため、その架橋阻害により金型汚染が酷くなるおそれがある。
【０００８】
上記のような金型汚染が酷い場合、金型の洗浄では復旧は難しく、金型の再メッキ処理などが必要となり、メンテナンスコストが甚大となるため、その解決策が求められている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、過酸化物架橋系ゴム組成物を用いたゴム成形体の製造方法において、金型汚染を低減でき、洗浄工程を簡素化することができる、ゴム成形体の製造方法の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、過酸化物架橋系ゴム組成物を金型内に射出成形することにより予備成形する工程と、上記金型内の予備成形体の、外気にふれる部分を、金型内に擁したまま過熱水蒸気処理することにより硬化させる工程と、上記過熱水蒸気処理後の、金型内の予備成形体を、プレス成形により架橋させる工程と、上記金型内の架橋体を脱型する工程と、を備えていることを特徴とする、ゴム成形体の製造方法を、その要旨とする。
【００１１】
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、射出成形後の予備成形体が酸素に触れて架橋阻害を引き起こすことにより、金型汚染が顕著となることから、金型内の予備成形体の、外気にふれる部分を、金型内に擁したまま過熱水蒸気処理することにより硬化させることを想起した。つまりは、上記射出成形後の予備成形体を金型ごと過熱水蒸気処理することを想起した。このようにすると、過熱水蒸気が、上記金型内の予備成形体の、外気にふれる部分に回り込み、金型内に擁したまま上記部分を硬化させることができ、しかも、過熱水蒸気処理が、低酸素下での熱処理を実現できることから、架橋阻害の要因であった酸素に触れさせることなく上記部分を硬化させることができ、結果的に金型汚染を低減させることができることを見いだし、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のゴム成形体の製造方法は、過酸化物架橋系ゴム組成物を金型内に射出成形することにより予備成形する工程と、上記金型内の予備成形体の、外気にふれる部分を、金型内に擁したまま過熱水蒸気処理することにより硬化させる工程と、上記過熱水蒸気処理後の、金型内の予備成形体を、プレス成形により架橋させる工程と、上記金型内の架橋体を脱型する工程と、を備えている。そのため、金型汚染を低減することができ、洗浄工程を簡素化することができる。
【００１３】
特に、上記射出成形時の温度が４０〜１００℃の範囲であり、上記プレス成形時の温度が１３０〜２００℃の範囲であると、金型成形性の高いゴム成形体を製造することができる。
【００１４】
また、上記過熱水蒸気処理を、酸素濃度５％以下の雰囲気下で行うと、金型汚染をより解消することができる。
【００１５】
また、上記過熱水蒸気処理を、２００〜３００℃で５秒〜３０分間行うと、ゴム成形体の物性を損なうことなく、金型汚染をより解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のゴム成形体の製造方法の一例である、燃料電池用ゴムガスケットの製造工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
本発明のゴム成形体の製造方法は、過酸化物架橋系ゴム組成物を金型内に射出成形することにより予備成形する工程（第１の工程）と、上記金型内の予備成形体の、外気にふれる部分を、金型内に擁したまま過熱水蒸気処理することにより硬化させる工程（第２の工程）と、上記過熱水蒸気処理後の、金型内の予備成形体を、プレス成形により架橋させる工程（第３の工程）と、上記金型内の架橋体を脱型する工程（第４の工程）と、を備えている。このことから、金型汚染を低減することができ、洗浄工程を簡素化することができる。
【００１９】
なお、上記過酸化物架橋系ゴム組成物とは、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）、天然ゴム、アクリルニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）等をポリマーとし、有機過酸化物を架橋剤とするものであり、必要に応じ、軟化剤、架橋助剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、粘着付与剤、加工助剤等の、各種添加剤を配合したものである。そして、これらの材料を、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、上記過酸化物架橋系ゴム組成物を調製することができる。なお、射出成形性およびプレス成形性の観点から、ＪＩＳ  Ｋ  ６３００−１（２００１）に準拠し測定される上記ゴム組成物の１２１℃のムーニー粘度（ＭＬ1＋4）は、２０〜１００の範囲に調整することが好ましい。
【００２０】
ここで、以下に、前記各工程を、燃料電池用ゴムガスケットの製造工程を例にとって、図１に基づき説明する。
【００２１】
前記第１の工程（図示の（Ａ））では、過酸化物架橋系ゴム組成物を、射出成形機１によって金型２内に射出成形することにより、予備成形体３の製造が行われる。上記射出成形は、通常４０〜１００℃の温度で行われ、好ましくは６０〜９０℃の温度で行われる。このような低温で射出成形が行われることから、金型成形性を高めることができる。なお、上記射出成形時間は、２〜１２０秒、好ましくは１０〜３０秒である。
【００２２】
前記第２の工程（図示の（Ｂ））では、予備成形体３を擁した金型２が、射出成形機１から外され、上記金型２ごと、過熱水蒸気Ｘによる処理（過熱水蒸気処理）が行われる。金型２ごと過熱水蒸気処理することにより、上記金型２内の予備成形体３の、外気にふれる部分を、金型２内に擁したまま硬化させることができ、しかも、過熱水蒸気処理が、低酸素下での熱処理を実現できることから、架橋阻害の要因であった酸素に触れさせることなく予備成形体３表面の外気にふれる部分を硬化させることができ、結果的に金型汚染を低減させることができる。
【００２３】
上記過熱水蒸気処理に用いる過熱水蒸気は、例えば、水蒸気発生手段で発生させた飽和水蒸気を、ヒーターにより１００℃を超える高温で加熱することにより、得ることができる。また、上記過熱水蒸気処理は、通常、常圧（１０１．３ｋＰａ）で行われる。そして、上記過熱水蒸気処理の温度条件は２００〜３００℃が好ましく、より好ましくは２５０〜３００℃である。ここで、上記温度は、加熱対象物である予備成形体３（あるいは金型２）付近の雰囲気温度を示す。また、上記過熱水蒸気処理は、５秒〜３０分で行うことが好ましく、より好ましくは５〜６０秒である。なお、過熱水蒸気処理は、低酸素濃度での過熱処理を実現することができ、その酸素濃度は５％以下、好ましくは１％以下である。上記酸素濃度は、加熱対象物である予備成形体３（あるいは金型２）付近の雰囲気の酸素濃度を酸素濃度計（チノ社製高温湿度計ＨＮ−Ｚ）により測定した値である。
【００２４】
上記過熱水蒸気処理は、例えば、金型２に対し過熱水蒸気のシャワーを当てる方法や、過熱水蒸気が充満した密閉空間内（槽内）に上記金型２を入れる方法等により行われる。そして、金型２に対し過熱水蒸気のシャワーを当てる方法では、蒸気噴霧口と金型２との間の距離は約１００ｍｍに設定される。
【００２５】
前記第３の工程（図示の（Ｃ））では、上記過熱水蒸気処理後の、金型２内の予備成形体３を、金型２ごとプレス成形機４に移し、プレス成形による架橋がなされる。プレス成形は、通常１３０〜２００℃の温度で行われ、好ましくは１５０〜２００℃の温度で行われる。このような高温でプレス成形が行われることから、予備成形体３の架橋が充分になされるようになる。また、上記プレス成形は、１〜３０分で行われることが好ましく、より好ましくは３〜１０分で行われる。
【００２６】
前記第４の工程（図示の（Ｄ））では、金型２の脱型を行うことにより、上記予備成形体３の架橋体であるゴム成形体（燃料電池用ゴムガスケット５と、そのランナー６）を得ることができる。そして、上記ゴム成形体からランナー６を切り離すことにより、目的とする燃料電池用ゴムガスケット５を得ることができる。
【００２７】
なお、本発明のゴム成形体の製造方法は、過酸化物架橋系ゴム組成物を材料とするものであれば、燃料電池用ゴムガスケットの製造方法に限定することなく、各種のゴム成形体の製造方法として適用することができる。燃料電池用ゴムガスケット以外のゴム成形体としては、例えば、防振ゴム、ゴムホース、プリンターや複写機に用いるゴムロール等があげられる。
【実施例】
【００２８】
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。
【００２９】
［実施例１］
＜ゴムガスケットサンプルの作製＞
ＥＰＤＭ（住友化学社製、エスプレン  ５０５）１００重量部と、有機過酸化物（日油社製、パーヘキサ  ２５Ｂ−４０）６重量部と、軟化剤であるパラフィン系プロセスオイル（出光興産社製、ダイアナプロセスオイルＰＷ３８０）２０重量部と、カーボンブラック（東海カーボン社製、シースト  Ｓ）５０重量部とを、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、上記ゴム組成物を金型内に射出成形（８０℃で１分間保持）することにより予備成形を行った。
続いて、上記予備成形体を擁したままの金型に対し、過熱水蒸気のシャワーを当てることにより、常圧（１０１．３ｋＰａ）で、２００℃×１分間の過熱水蒸気処理を行った。なお、上記温度は、金型付近の雰囲気温度を測定したものである。また、この箇所での上記処理時の酸素濃度は、先の測定方法に従い測定したところ１％以下であった。
つぎに、上記過熱水蒸気処理後の、金型内の予備成形体を、金型ごとプレス成形機に移し、１９０℃×１０分間のプレス成形を行うことにより架橋させた後、上記金型内の架橋体を脱型することにより、目的とする、厚み１ｍｍの枠状のサンプル（外寸法：４０×４０ｍｍ、内寸法３０ｍｍ×３０ｍｍ、枠の幅５ｍｍ）を得た。
【００３０】
［実施例２］
上記過熱水蒸気処理を、２００℃×１０分間行った。それ以外は、実施例１と同様にして、目的とするサンプルを得た。
【００３１】
［実施例３］
上記過熱水蒸気処理を、３００℃×１０秒間行った。それ以外は、実施例１と同様にして、目的とするサンプルを得た。
【００３２】
［比較例１］
上記過熱水蒸気処理を行わなかった。それ以外は、実施例１と同様にして、目的とするサンプルを得た。
【００３３】
［比較例２］
上記過熱水蒸気処理に代えて、熱風炉で、２００℃×１０分の熱風処理を行った。それ以外は、実施例１と同様にして、目的とするサンプルを得た。
【００３４】
このようにして、実施例および比較例のサンプルを脱型した後、その金型の汚染状態を目視評価した。なお、上記目視評価は、サンプル脱型後の金型そのものを目視観察する他、サンプル脱型後の金型をコットンで拭いたときに付着物がついているか否かの目視観察でも行った。そして、上記目視観察において、金型汚染がみられなかったものを○と評価し、金型汚染がみられたものを×と評価し、下記の表１に示した。
【００３５】
【表１】
0006622136.tif 000002
【００３６】
上記表の結果から、射出成形後の過熱水蒸気処理を行った実施例１〜３では、金型汚染はみられなかった。
【００３７】
これに対し、比較例１では、射出成形後の過熱水蒸気処理を行わなかった結果、金型汚染が生じた。比較例２では、過熱水蒸気処理に代えて熱風処理を行ったが、実施例のような、金型汚染の改善にはつながらなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のゴム成形体の製造方法は、過酸化物架橋系ゴム組成物を使用したときの金型汚染の改善効果が認められる製造方法である。そのため、燃料電池用ゴムガスケットを始めとする過酸化物架橋系ゴム製品全般の製造方法として、広く用いられる。
【符号の説明】
【００３９】
１  射出成形機
２  金型
３  予備成形体
４  プレス成形機
５  燃料電池用ゴムガスケット
６  ランナー
Ｘ  過熱水蒸気
【図１】
0006622136.tif 000003