PEMFC用石墨/酚醛树脂复合板膨胀石墨表面改性

研究了碳纤维表面处理方法及其含量对碳纤维增强酚醛树脂／石墨复合材料导电性能与力学性能的影响。结果表明：空气氧化处理碳纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽,容易形成应力集中,复合材料的强度不高；空气加液相氧化处理填充了碳纤维表面的微裂纹,对复合材料有一定的补强作用；液相氧化处理有利于提高碳纤维表面活性以及碳纤维的均匀分散性,使材料表现出较好的力学性能与导电性能；随碳纤维含量增多,材料电导率变小,材料强度开始增大,达到最大值后材料强度下降。对碳纤维进行液相氧化处理,碳纤维含量在3％～4％时复合材料的力学性能与导电性能最好。

针对石墨/酚醛树脂复合双极板存在的强度低、脆性大等问题,采用偶联剂改性方法来增强复合双极板的界面结合,提高其抗弯强度.研究了偶联剂的种类、添加方式及用量对石墨/酚醛树脂复合材料双极板力学性能和电学性能的影响.结果表明:采用石墨改性法可提高石墨/酚醛树脂复合双极板的抗弯强度,但导电性能有所降低;而采用树脂改性法制备的石墨/树脂复合双极板同时具有较高的电学和力学性能.因此树脂改性法更适合制备复合双极板.当偶联剂质量分数均为0.7%,采用树脂改性法分别以硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂改性时,石墨/树脂复合材料双极板抗弯强度和电导率分别为33.3mpa,70.3s·cm-1和32.1mpa,73.8s·cm-1,均满足燃料电池用石墨/酚醛树脂复合双极板的技术要求.

以改性酚醛树脂(pf)、tic和石墨粉(eg)作为原料,通过一次模压成型工艺制备一种质子交换膜燃料电池复合材料双极板,并借助扫描电镜表征了复合材料的微观结构。研究了酚醛树脂的含量、成型压力以及tic的含量对复合材料导电性能、力学性能的影响。实验结果表明:随酚醛树脂含量的增加,导电性能降低,力学性能升高;随成型压力的增大,导电性能和力学性能都呈升高趋势;随tic含量的增加,力学性能增强,导电性能呈先增大后减小的趋势。当酚醛树脂和tic质量分数各为10%,成型压力为60mpa时,所得复合材料弯曲强度>36mpa,抗压强度分别>30mpa,体积电导率>150s/cm。

介绍了质子交换膜燃料电池双极板的功能及性能要求,综述了树脂/石墨双极板复合材料的性能研究进展及双极板的主要成型方法——注射成型与模压成型,并对这两种成型方法进行了比较。指出在双极板成型中,模压成型既可兼顾成分和性能又可保证成型工艺的要求,可以考虑将模压成型作为双极板批量化生产的主要成型方法。

以天然鳞片石墨为原料,硝酸、磷酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用化学法经氧化酸化插层制备无硫可膨胀石墨,利用正交试验方法确定较佳工艺条件,并对产品进行xrd、sem测试。结果表明:在反应温度75℃,反应时间30min,石墨(g):kmno_4(g):hno_3(ml):h_3po_4(ml)=10:1.0:22:32条件下,可以制备出膨胀体积达150ml/g的无硫膨胀石墨。相关影响因素的大小依次为:高锰酸钾、反应温度、反应时间、硝酸用量、磷酸用量。xrd测试表明膨胀石墨晶体未受破坏,sem可见蠕虫状膨胀石墨结构。

采用真空浸渍结合模压的方法,选取乙烯基酯树脂(ve)和膨胀石墨(eg)板材为原料制备复合双极板。考察了微观结构以及成型压力对双极板材料的导电性能、密封性能、机械性能以及表面亲/憎水性的影响。结果表明:随着成型压力的增加,双极板的电阻下降;双极板的气体密封性优异,其渗透率低于2×10-6cm~3/(s·cm~2),相对于原始eg板材降低了3个数量级;复合双极板有很高的表面能,与水的接触角均大于90°,这有利于电池内部液态水的排出。此外还研究了双极板在模拟燃料电池环境下的腐蚀行为,并利用性能最优的复合双极板组装成单电池,进行性能测试,当电流密度达到1500ma/cm~2时,其功率密度可达到最大值670mw/cm~2。并且经200h运行后,电池性能仍然稳定。因此,乙烯基酯树脂/膨胀石墨复合材料是一种有前景的双极板材料。

比较了用传统的粉末冶金法和用酚醛树脂作粘结剂的新方法，制备的铜-石墨复合材料的显微组织和部分性能．结果表明，用新方法制备铜-石墨复合材料，有利于组织中的铜成三维网状分布，并能降低其电阻率。

比较了用传统的粉末冶金法和用酚醛树脂作粘结剂的新方法,制备的铜-石墨复合材料的显微组织和部分性能。结果表明,用新方法制铜-石墨复合材料,有利于组织中的铜成三维网状分布,并能降低其电阻率。

为了考查石墨对环氧树脂涂层磨蚀性能的影响,研究了石墨含量分别为0、2%和8%的环氧树脂复合涂层的摩擦磨损性能和腐蚀性能。采用mm-200试验机进行摩擦磨损试验,在自配ph为2.97的模拟矿井水中进行腐蚀实验,通过电化学工作站考查涂层的电化学特性。结果显示:加入2%石墨和8%石墨,随着石墨的增加,石墨环氧树脂复合涂层摩擦系数和磨损量均减小;在5%nacl溶液中浸泡10d后,涂层摩擦系数也有所减小;石墨的加入使环氧树脂涂层在腐蚀介质中腐蚀电位变正、腐蚀电流减小,涂层耐腐蚀性能得到提高;同时,涂层相位角q值随着石墨的增加而减小,涂层的防水性有所提高。

以石墨与酚醛树脂粉料为原料通过低温热模压成形工艺制备低成本酚醛树脂/石墨复合材料双极板,对材料的力学性能与导电性能进行了研究。结果表明：酚醛树脂含量是影响复合材料导电性能与力学性能的主要因素,酚醛树脂含量低于20%时,材料具有较高的导电性能；提高固化温度与固化压力,可以提高材料的抗弯强度,但材料的导电性能明显降低；适中的固化压力与固化温度有利于材料具有较好的力学性能与导电性能。

以酚醛树脂与石墨粉料为原料,通过热模压成形得到一种质子交换膜燃料电池双极板材料。研究了酚醛树脂含量、石墨粒径和固化温度对复合材料导电性能与弯曲强度的影响。结果表明:随酚醛树脂含量的增加,导电性能降低,强度升高;随石墨粒径的增大,复合材料的导电性能和弯曲强度呈现先增大后减小的趋势;随固化温度的增加,导电性能出现明显波动,而弯曲强度呈先增大后减小的趋势;酚醛树脂质量分数为15%,石墨颗粒粒径为105μm,固化温度为240℃时,导电复合材料的电导率和弯曲强度可达142s/cm,61.6mpa。

以碳纤维、酚醛树脂以及石墨为原料通过热模压成型得到一种质子交换膜燃料电池双极板材料。研究了碳纤维的处理方式、含量以及长度对复合材料导电性能与弯曲强度的影响,以及复合材料的界面结合。结果表明经过液相处理10h的碳纤维能有效引进羟基等官能团,改善材料间的界面结合,增强效果较为明显;复合材料的性能随碳纤维含量的增加,出现先增大后减小的趋势;随着碳纤维长度的增大,复合材料性能出现最大值时的碳纤维含量有下降的趋势;利用经过液相处理10h,含量为3%、长度为10~15mm碳纤维对复合材料进行增强时,复合材料的弯曲强度与电导率最佳,其值分别为63.6mpa1、75.4s/cm。

介绍了国外制备树脂/石墨复合材料双极板的研究结果。研究了低温热模压成型工艺制备酚醛树脂/石墨复合材料双极板,结果表明:酚醛树脂含量为15wt%时,复合材料的导电性能满足双极板的要求,但力学性能偏低。提出了碳纤维增强的解决方案,研究了碳纤维表面处理方法以及碳纤维含量对复合材料导电性能与力学性能的影响。得到对碳纤维进行液相氧化处理,碳纤维含量3wt%是综合性能较好的一种试验方案。采用低温热模压工艺制备低成本酚醛树脂/石墨复合材料双极板,双极板材料的性能突破必将促进燃料电池的商业化发展。

近年来,化工领域内对酚醛树脂复合材料的使用要求不断增高.在这种情况下,如何提高酚醛树脂复合材料的综合性能成为当前主要研究的问题.基于此,本文综述酚醛树脂材料的性能,分析酚醛树脂材料复合改性的研究进展.分析了各种改性方法的机理以及研究现状.以期获得更高性能的酚醛树脂复合材料,使其在高新技术领域发挥更大的作用.

采用高压浸渍呋喃树脂工艺制备了浸树脂石墨复合材料,并将其加工成密封环进行气密性检验。利用车加工、磨加工及表面抛光等处理方法得到不同的材料表面状态,研究了表面状态与材料密封性能之间的关系。结果表明,浸树脂工艺能大幅提高材料的综合性能,可以作为高性能机械密封材料得到应用。材料的表面状态与其密封性能密切相关,表面微观形貌引起的o型胶圈封闭不严是影响材料密封性能的关键因素。

以天然石墨为原料,球磨过筛得到颗粒均一的球形颗粒。酚醛树脂作为碳源对球磨后石墨进行包覆,经过高温碳化处理,在天然石墨表面形成一层碳包覆层,再对包覆后石墨用聚二甲基硅氧烷进行表面预成膜处理。采用x射线衍射仪、扫描电子显微镜和land电池测试系统等对共改性石墨进行结构、形貌和电化学性能分析。xrd分析显示,共改性后的石墨层间距d002和无序化程度增加,说明在石墨的表面形成了一定的包覆层。sem图片中可以看出改性后的石墨颗粒致密均匀且较为圆滑,这种结构使得石墨颗粒表面积适当减小,电化学性能得到提高。电化学性能测试结果,采用共改性后的石墨在0.1c首次放电比容量达到362ma·h/g,首次库伦效率为92%,100个循环后容量仍保持为最高容量的98.6%。

以天然石墨为原料,球磨过筛得到颗粒均一的球形颗粒。酚醛树脂作为碳源对球磨后石墨进行包覆,经过高温炭化处理,在天然石墨表面形成一层炭包覆层,再对包覆后石墨用聚二甲基硅氧烷进行表面预成膜处理。采用x射线衍射仪、扫描电子显微镜和电池测试系统等对共改性石墨进行结构、形貌和电化学性能分析。xrd分析显示,共改性后的石墨层间距d(002)和无序化程度增加,说明在石墨的表面形成了一定的包覆层。sem图片中可以看出改性后的石墨颗粒致密均匀且较为圆滑,这种结构使得石墨颗粒表面积适当减小,电化学性能得到提高。电化学性能测试结果表明,采用共改性后的石墨在0.1c首次放电比容量达到362mah/g,首次库伦效率为92%,100个循环后容量仍保持为最高容量的98.6%。

以非高纯混合目天然鳞片石墨、硝酸、高锰酸钾为原料,采用化学法经氧化酸化插层、水洗、干燥过程制备无硫低灰分可膨胀石墨。利用正交实验方法确定最佳工艺条件,并对相关影响因素作了初步分析。结果表明:在石墨、高锰酸钾和硝酸的用量比为1.0∶0.2∶6.0,反应时间是60min,反应温度为40℃,h2o2用量为2ml的条件下,可以制备出膨胀体积为260ml/g的无硫低灰分可膨胀石墨。影响反应体系最大的是高锰酸钾用量,依次是硝酸用量、反应温度、反应时间。该工艺方法简单、成本低、易操作,适合工业化生产。

重点分析了现有f7机架出口导卫装置的情况。原导卫材料是由铸钢制造,由于摩擦和高温常常引起热连轧带钢表面划伤,根据现场实际情况用酚醛树脂复合板替代铸钢导卫装置。实践表明,这种改造即可行又可靠,并取得了好的效果

用机械共混法制备电性能优良的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(abs)/石墨导电复合材料。研究了石墨含量、偶联剂对复合材料电导率和拉伸强度的影响。同时,使用扫描电镜(sem)对复合材料的微观特征进行了分析,石墨粒子相互接触形成导电通路。高阻仪和万用表测试分析得出:石墨在abs中的逾渗滤值约为35%。电子万能试验机测试分析出石墨含量为30%左右时,复合材料拉伸强度最大可达39.1mpa。

本文介绍了酚醛树脂及其复合材料的性能、市场概况以及国内外的研究情况和发展状况,并对今后的研究发展趋势进行了展望。

201204010可固化改性酚醛树脂及其制备、含该酚醛树脂的可固化树脂组合物及其涂饰件:jp2011-190418[日本专利公开]/日本:toyoinkscholdingsco.,ltd.(ogiwara,naoto等).-2011.09.29.-25页.-2010/60049(2010.03.17);ipcc08g8/18题述酚醛树脂通过醛类和酸类催化剂将化合物聚合制得。用含(甲基)丙烯酰基