製品の紹介

高圧水素ガス用シール材料

初めに最もポピュラーな水素ステーションでの自動車への1. はじめに充填方式の模式図をFigure1に掲載する。

現在、日本を含めた世界の多くの国では石油や石炭、天いる。化石燃料は燃焼時に温室効果ガスの代表として挙げ環境が 2 点生じる。
1つは水素がプレクーラーで－40℃まで冷却される点である。
例えば水素ガスを初期温度 20℃で充填をした場合、車載定で示された2℃目標・1.5℃目標を受け、日本では「2050 年

水素タンク内は断熱圧縮熱の影響で120℃まで上昇する３）。

までに80％の温室効果ガスの排出削減を目指す」1）と言われ水素タンクの素材は強度と重量の関係から、CFRP が選定さており、それを達成するための脱炭素化社会に向けた施策れることが多いと言われているが、CFRPの耐熱は100℃程として、水力や風力、バイオマスといった、代替エネルギー度であり、安全を考慮すると85℃程度になると考えられていの研究や開発が積極的に行われている。

る。つまり、初期温度 20℃では車載タンクの破裂などの災害

上記代替エネルギーの一つに、水素をエネルギー源としてに繋がる可能性が高くなる。

活用した燃料電池が注目されている。日本においては、第 5

そのため水素ガスはディスペンサへ流入する直前にプレ次エネルギー基本計画の構成 第2 章 第2 節6に「水素社会クーラーで初期温度 －40℃まで冷却され、車載水素タンクの実現に向けた取り組みの抜本強化」
として掲載されており、内部が 85℃を上回らないようにされている。

温室効果ガス削減の取り組みとしての期待度も高いことが伺
２）

2 つ目は大きな圧力変動が発生する点である。
水素貯蔵のタンク（カードル）内の圧力は70MPaであるが、える。

水素エネルギーを活用した例としては「家庭用燃料電池」

充填前に一度コンプレッサで82MPaまで昇圧し、最終的にや「燃料電池自動車（FCV）・水素ステーション」が主である

内部70 MPaまで車載の水素タンクへ差圧を利用し充填されが、それらのシチュエーションの中で、エラストマー製シールる。また、充填後は大気圧まで脱圧されるため、ディスペン材として焦点を当てた際の課題は、水素ステーションから自サと車載タンク間では、大気圧から82MPaの間で圧力変動動車への充填過程に存在していると考えられる。

が繰り返し起こることが予想される。

Figure1 自動車への水素充填方式 模式図
16Summer 2020

られるCO2を排出することが長らく問題視されている。パリ協

バルカー技術誌

然ガスを代表とする化石燃料由来のエネルギーに依存してFigure1の方式はエラストマー製シール材にとって過酷な

No.39

高圧水素ガス用シール材料

そのような環境下に汎用のエラストマー材料が置かれた
場合を考えると、－40℃雰囲気下ではゴム弾性が消失してしまい、シール材としての機能を果たさなくなる。

ち抜いた試験片を用いた。
試験片をTR 試験機のつかみ部に装着し、50% 伸長させてつかみ部を固定する。次に－70℃のエタノール中で10min

また、圧力変動が大きい個所ではブリスターが発生する可試験片を冷却し、つかみ具の固定を解除したのち、1℃ /能性がある。ブリスターはエラストマー製シール材が、ガスやminで温度上昇させる。温度上昇に伴いゴム弾性が回復し揮発性液体などの流体と高温・高圧で接触する場合、急激再度収縮するため、2℃昇温ごとに試験片の収縮率をプロットな圧力変動の影響で、流体がシール材の内部に滞留したまする。JIS K6261-4では、収縮率が 10・30・50・70%になっま膨潤することにより、内部や表面層に気泡・亀裂が発生すたときの温度をTR10・TR30・TR50・TR70として表記し、る現象である４）。
（Figure2）

併せて記録する。
（Figure3・4）
TR 試験の結果は、収縮率 =ゴム弾性の回復と見なし、TR10の値が低いほど、低温環境下でもシールが可能な材料であり、TR10とTR70の値差が小さいほどゴム弾性の回バルカー技術誌復が早い材料であるという考え方になる。

Figure2 ブリスターが発生したOリング

Summer 2020

このような事象が発生した場合、水素漏えいが発生し、場合によっては、人命にかかわる災害発生につながり得る。
今後の水素社会の発展に伴い、そのような事態が発生しないためにも、当社では低温環境下でゴム弾性が消失しない、かつ、大きな圧力変動下でもブリスターが発生しないという、2 つの特性を併せ持ったエラストマーシール材料の開発をNo.39

行った。
今回、当社独自の配合設計技術を活用することで、低温

Figure3

TR 試験 模式図

特性やブリスターへの耐性を両立させた、高圧水素ガス用EPDMシール材料としてBLISTANCE TM（ブリスタンス）－HLTを開発したので、本報にてご紹介する。

2.BLISTANCETM - HLTの特徴
BLISTANCETM– HLTは当社既存のH0970などの汎用EPDMと比較し、大幅に低温特性やブリスターへの耐性を向上させた材料である。
それらを示すための試験概要、及び結果を本項に記載する。
2-1）低温特性
低温特性についてはJIS K6261-4に則り、低温弾性回復試験（以下 TR 試験）を実施し評価した。
試験は厚さ2mm±0.2のシート準備し、伸長部 幅 2mm±0.2 長さ50mm±0.2、つかみ部 6.5mm 四方の専用の型で打17

Figure4

温度–収縮率曲線の例

製品の紹介使用される雰囲気の温度や流体などに大きく左右されると2-2）ブリスターに対する耐性評価

ころではあるが、一般的にTR 試験の結果は、TR10で示さブリスターに対する耐性評価は、ブリスター発生の機構かれた温度が低温領域でのシール限界として用いられる。しから、シール材内部より発生する微小な引裂きと見なして、クレし、第 1 項に記載したように、水素流体は非常に高圧な環境

セント型やトラウザー型試験片を用いた引裂き強度の実測値で使用されるため、TR10=－40℃前後では性能不足になるから、おおよその評価をすることは出来る。しかし、高圧水ということは十分に想定される。

素ガスといった特殊環境では、機械物性のみでは良し悪しをそのような中、BLISTANCE – HLTはTR10=－51℃とTM判断することは難しく、信頼性にも乏しい。

いう値を示し、汎用 EPDM H0970のTR10=－43℃と比較

そこで今回、BLISTANCETM– HLTのブリスターに対するすると、低温環境での使用に適していることが確認された。

耐性を評価するために、公益財団法人 水素エネルギー製（Figure5・Table1）

品研究試験センター（以下 HyTReC）
にて、実機と類似のまた、弾性回復の早さも非常に良好であり、TR10とTR70環境下で高圧水素ガスサイクル試験を実施した。
本試験における評価項目としては、90MPaの高圧水素ガ11℃となっている。つまり、H0970は－43℃から徐々にゴム弾スサイクル時のシール性能（漏れ検知なきこと）、及び試験後性が回復していくところ、BLISTANCE – HLTは－51℃かのOリングのブリスター痕の有無（ブリスターなきこと）を確認しら急激にゴム弾性が回復し、－40℃付近では、汎用 EPDMた。

TMシール材とは比較にならないほど、シール材としての機能を取また、試験時の雰囲気温度は高温側 90℃・低温側－40℃の2 条件で実施した。圧力付加のサイクル数は、よりブリスり戻しているということが言える。

ターが発生しやすい高温側で11,250サイクル５）、低温側でで減圧の条件で実施した。
（Table2）
Table2高圧水素ガスサイクル試験 試験条件

温度（℃）
圧力（MPa）
サイクル数（回）
サイクル条件Figure5

BLISTANCETM–HLT・H0970 TR 試験結果

高温側

低温側90-40
大気圧 ⇔ 90

11,2501,000

昇圧時間（s）

7

保持時間
（s）

1減圧時間（s）

1No.39

Table2の条件で実施した試験で使用したHyTReCの試験機の外観をFigure6として以下に掲載する。

Table1BLISTANCETM–HLT－H0970 TR 値比較
BLISTANCETM–HLT

汎用 EPDM
H0970

TR10（℃）－51－43TR30（℃）－47－30TR50（℃）－44－21TR70（℃）−40℃時の収縮率（%）－39－1367.4

12.8

Figure6

Summer 2020

1,000サイクル、圧力付加は90MPaの加圧、及び大気圧まバルカー技術誌の差はH0970は30℃であるが、BLISTANCETM– HLTは高圧水素ガスサイクル試験 試験機外観

また、試験前後でのOリングの外観写真をTable3中に掲載する。
表中の試験後Oリングの写真は、より過酷な使用環境を想定し、高温側 11,250サイクルと低温側 1,000サイクルを通しで使用したものになる。
18

高圧水素ガス用シール材料

Table3

高圧水素ガスサイクル試験 前後の Oリング写真
全体写真

Table4BLISTANCETM–HLT 機械的特性 測定結果

拡大写真
天面試験項目内径

常態物性
JIS K 6251

新品

（3 号ダンベル型試験片）

90℃
↓
－40℃
試験後品

引裂試験
JIS K 6252
空気老化試験
（120℃×72h）
JIS K 6257

（3 号ダンベル型試験片）

Oリングの外観を確認したところ、試験前後でOリングの外実測値
硬度－93

引張強度

MPa14.3伸び％

110

100%引張応力

MPa

10.4

クレセント型

N/mm

42.0

トラウザー型

N/mm

3.2

硬度変化－+2

引張り強度変化率％+4

伸び変化率％－9％16

圧縮永久ひずみ（120℃×72h）
JIS K6262 φ29.5mm  高さ12.5mm  JIS 大型試験片観に変化は無く、ブリスターや噛み込みの痕跡は確認されなかった。

バルカー技術誌

また、試験自体の結果も良好であり、高温・低温の両条件において水素ガスの漏れは検知されなかった。
ただし、注意していただきたい点としては、得られた試験

3. BLISTANCETM - HLTの用途
BLISTANCETM– HLTは高圧水素ガス用途を目指して開結果については、用いた継手の設計も重要なファクターで発されているが、低温特性・ブリスター耐性を有しているたあるため、 本 結 果 は 最 適 に 設 計された 継 手と、このめ、それぞれの特性を切り分けた用途にも適応可能と考えBLISTANCETM– HLTのOリングを併用することで、高圧水る。

Summer 2020

素ガスの市場で要求されている、温度領域：－40〜85℃、1. 低温特性

圧力領域：大気圧〜82MPaの範囲において、問題なくユー冷凍機用シールザー各位がご使用いただける製品になるということである。

寒冷地で使用されるEPDM 材料の置き換え

そのためご使用の際は、一度実機でBLISTANCE –TM

HLT が性能上問題無き点を確認していただくことが必須で

2. ブリスター耐性炭酸飲料の充填機用シールある旨、ご了承いただきたい。

No.392-3）製品形状

4. 謝辞

BLISTANCETM– HLTは、Oリング（No.640）、Vパッキン

高圧水素ガス用シール材料 BLISTANCETM– HLTの開（No.2631）、Xリング（No.641）など、様々な断面形状や大口発に当たり、イハラサイエンス株式会社 開発統轄室の皆様

径製品についても製作可能である。

は、当初よりともに開発・評価に携わっていただいた。ここに厚く御礼を申し上げ、深謝の意を表する。

2-4）機械的特性
BLISTANCETM– HLTの常態物性、及び120℃での空気老化試験、圧縮永久ひずみ率の測定結果をTable4に示す。

5. おわりに今回ご紹介したBLISTANCETM– HLTは、高圧水素ガス環境下で最も優れた特性を示す材料である。今後の水素試験はそれぞれ JISの測定方法に則り試験を実施しており、対応する測定方法についても表中に記載する。
また、表中の数値は、実測値であり、規格値ではない旨をご了承いただきたい。

燃料電池自動車業界の発展に伴い、自動車や水素ステーションに組み込まれるシール材への要求がより一層高くなった
場合においても、十分に適応可能な製品になると思われる。
本件に限らず、今後ともユーザー各位へのご要望に対して迅速にお応え出来るよう、新たなエラストマー材料の開発、既存材料の改良に努めていく所存である。

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製品の紹介4）‌圖師 浩文：バルカー技術誌，No. 31，17-20（2016）

6. 参考文献

5）‌経済産業省 商務流通保安グループ 高圧ガス保安室：

1）‌経済産業省 資源エネルギー庁 HP：CO2 排出量削減に必要なのは「イノベーション」と「ファイナンス」（2020），

70MPa圧縮水素自動車燃料装置用容器に掛かる技術基準の策定について ,（2013）2）‌経済産業省 資源エネルギー庁 HP：新しいエネルギー基
本計画の構成 （2018），※ BLISTANCEは（株）
バルカーの商標です。

3）‌門出 正則：高圧水素充てん中の容器内水素温度と容器
壁温度特性 （2008），

バルカー技術誌

西原 亮平
研究開発本部 商品開発部
エラストマーチーム

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