纖維增強(qiáng)樹脂-石墨復(fù)合材料雙極板制備與性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以能量轉(zhuǎn)換率高、無污染和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是適應(yīng)未來環(huán)境要求的理想新能源之一。雙極板作為PEMFC中關(guān)鍵部件之一,它的性能優(yōu)劣直接影響整個(gè)電池堆的成本價(jià)格、體積大小、使用壽命以及輸出功率等。因此,尋找一種成本低廉且性能優(yōu)越的雙極板材料是人們目前PEMFC主要研究課題之一。本文作者采用價(jià)格低廉的酚醛樹脂(PF)、環(huán)氧樹脂(EP)和石墨粉,通過干混球磨混合,以低溫?zé)釅簾Y(jié)方式制備磨碎炭纖維增強(qiáng)樹脂/石墨復(fù)

2、合材料。期望通過優(yōu)選合適的制備工藝和原材料來提高材料的綜合性能,同時(shí)降低材料的成本。
　　 磨碎炭纖維增強(qiáng)樹脂/石墨復(fù)合材料的性能不僅受所用的原材料影響,而且與相應(yīng)的比例有關(guān),另外還受到燒結(jié)成型工藝條件的制約。首先,為了確定一個(gè)成熟可靠的成型工藝條件,安排了兩個(gè)單因素試驗(yàn)來確定成型工藝中的重要影響參數(shù)固化溫度和固化時(shí)間。然后通過均勻試驗(yàn),對(duì)原材料及相互配比進(jìn)行了篩選和優(yōu)化,且對(duì)其中的主要影響因素再采用單因素試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)比。在

3、綜合考慮復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率兩個(gè)性能指標(biāo)之后,確定了磨碎炭纖維增強(qiáng)樹脂/石墨復(fù)合材料的導(dǎo)電填料使用粒度為80～120目的天然鱗片石墨(FG)和160～200目的人造石墨(SG)混合使用,含量分別為45wt％和33wt％。粘結(jié)劑使用EP和PF的共混樹脂,其官能團(tuán)摩爾比為1:3,總樹脂含量為17wt％。再加上5wt％磨碎炭纖維增強(qiáng)體,此時(shí)得到的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為50.9MPa,電導(dǎo)率達(dá)到376.8S·cm-1。同時(shí)該材料具有良好的阻氣性

4、和耐腐蝕性,且能夠在PEMFC環(huán)境中長期使用。
　　 為進(jìn)一步驗(yàn)證纖維增強(qiáng)樹脂/石墨復(fù)合材料能否適用于作為制備雙極板的材料,在選用了一種典型的雙極板流場布置之后,設(shè)計(jì)和制造了相應(yīng)的配套模具,然后著重討論了脫模效果這一模壓成型時(shí)的關(guān)鍵問題。在研究了多種內(nèi)、外脫模劑的脫模效果之后,在直接采用硬脂酸鋅當(dāng)外脫模劑使用時(shí),成功壓制出流道清晰的雙極板。
　　 根據(jù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料理論,在匯總了纖維的方向系數(shù)、粘結(jié)系數(shù)和長度有效系數(shù)的