[发明专利]高压氢气容器用密封材料和高压氢气容器

说明书

技术领域

本发明涉及低温性没有明显损失的高强度密封材料。另外，涉及向燃料电池供应氢气的适合作为车辆用的高压氢气容器。 

背景技术

近年来，在汽车、住宅、运输机械等中使用着用于储藏作为发电燃料的氢气、天然气的气罐(气瓶)。 

例如，作为汽车的动力源，固体高分子型燃料电池受到关注。在使用该燃料电池发电时，通过向各燃料电池单元的一方的气体扩散电极层供给气体燃料(例如氢气)，向另一方的气体扩散电极层供给氧化剂气体(例如含有氧气的空气)，来发生电化学反应。由于在该发电时中仅产生无害的水，所以从对环境的影响、利用效率的观点来看，上述燃料电池受到关注。 

为了向安装有上述燃料电池的汽车持续供应氢气等气体燃料，在车载的气罐中预先储藏气体燃料。作为车载用氢气罐，已研究了将氢气以压缩状态储存的气罐、以吸附在氢气吸藏合金(MH)中的状态储存的氢气吸藏气罐等。 

其中，作为储存压缩氢气的车载用气罐，研究了CFRP(碳纤维强化塑料)罐。CFRP罐是通过在由被碳纤维强化的塑料(CFRP材)构成的层(外壳：纤维强化层)的内侧上形成用于保持罐的气密性的内衬层(内壳)，从而构成的。CFRP罐比纯塑料制的罐强度高，耐压性优异，所以作为气体燃料用罐而优选。 

在燃料电池车用高压氢气容器(压缩氢气罐：CHG罐)体系中，充装有35MPa至75MPa以上的高压氢气，从密封材料的设计自由度的观点来 看，使用弹性体材料进行密封比使用金属材料进行密封更合适，同时希望开发出能承受高频率充装和释放高压氢气的材料。由于在高压下被包在弹性体中的氢气在减压下要向弹性体外扩散，所以需要能承受压力变化环境。同时，需要能承受从-70℃左右的低温到80℃左右的高温的温度变化环境。 

作为一般的密封材料已知有各种材料。例如，在特开平10-182882号公报中公开了：对于通过在氢化丁腈橡胶中添加二氧化硅而成的以往的汽车空调用压缩机的密封部成型材料而言，由其硫化成型的密封部件在高温条件下的耐氟烃性(耐起泡性)以及作为动态密封部件的必要的耐磨耗性，都没有得到满足，通过向(a)特定的氢化丁腈橡胶中添加(b)具有特定的比表面积、压缩DBP吸油量、比着色力、氮吸附比表面积/碘吸附量之比、以及电子显微镜平均粒径的炭黑而成的橡胶组合物。由该橡胶组合物硫化成型的汽车空调用压缩机的密封部件等，耐起泡性和耐磨耗性等优异。 

另外，在Plast Rubber Compos Process Appl JIN：D0988BISSN：0959-8111 Vol.22，No.3中，以“为了在高压下的苛刻环境中使用的密封用途中使用的TFE/P和其它的氟化弹性体的耐久性”为课题，对弹性体的液体吸收、高压渗透、急速分解(爆发分解)进行了理论分析，进而通过实验进行了确认。其中介绍了，密封材料受物理影响比受化学反应更易劣化，在氟系弹性体中急剧分解(爆发分解)良好的弹性体(防爆弹性体)。 

但防爆弹性体存在下述问题，即，对于密封耐久性能重要的“松垮性能)显著不好，在燃料电池用高压氢罐的使用环境下重要的“低温性(弹性恢复性)”显著不好。 

作为产生上述问题的原因，可以认为如下。 

(1)作为提高防爆弹性体的防爆性的材料的改进方法，在氟系弹性体的范围内交联密度显著提高，即材料由弹性体状态变为胶木化状态，由此使弹性材料的作为本质特性的弹性恢复性丧失。 

(2)作为提高防爆性的材料的改进方法，有抑制弹性体中的气体吸收量的对策，具体地可以认为是降低弹性体的聚合物比例的配合改进(使配 合组成中的聚合物量的比例减小)，可以认为该改进方法牺牲了弹性体特性，结果使耐松垮性恶化。 

(3)氟系弹性体，本质上低温性不好，加上上述的2点改进方法，使低温性恶化。 

发明内容

在试图对各种弹性体提高防爆耐久性(提高高压氢气的压力变动耐久性)时，虽然考虑了抑制在弹性体中的气体吸收量的方法(具体地讲，减小配合组成中的聚合物比例)，但由于耐松垮性恶化，所以不能成为目标的性能提高对策。 

另外，以往的弹性体的低温松垮性(低温弹性恢复率)，-45℃左右是界限，作为性能提高的目标的-60℃以下是困难的。 

进而，作为提高目标的两性能的有力的弹性体，可以考虑硅氧烷弹性体，但对于防爆耐久性的性能提高来说，一般硅氧烷弹性体的强度物性不足成为最大课题。