CN101113239A - 一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导电复合材料及其制备工艺领域，尤其是一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料及其制备工艺。材料的配方质量比为：石墨60－85％，聚苯硫醚树脂15－40％。制备工艺过程为：将按照材料的配方比例和质量要求预备的材料装入搅拌混合或者磨碎混合设备，搅拌混合或者磨碎混合；将混合粉料装入模具，置于低温热压炉中，先升温至成型温度300－400℃，保温20－120min，然后加压至成型压力20－40MPa，打开炉门空冷至室温，开模取料；或者加压至成型压力后，保压5－30min，冷却至室温后开模取料。本导电复合材料，常温体积电导率为30－170S/cm，抗弯强度为10－65MPa，可用于制造燃料电池双极板、电刷及其它电极等产品，电导率优良、抗弯强度高、耐腐蚀性能好；其制备工艺简单，加工质量好，成本低。

Description

一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料及其制备工艺

一、技术领域：

本发明涉及导电复合材料及其制备工艺领域，尤其是一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料及其制备工艺。

二、背景技术：

由于聚合物-碳导电复合材料具有质量轻、无锈蚀、加工工艺性及尺寸稳定性好、电导率在较大范围内可调、易于大批量生产等特点。所以，近来，聚合物-碳复合材料的开发利用受到人们的重视，而被广泛应用于电刷、电极、燃料电池双极板等产品的制造中。

燃料电池具有高效率，高能源密度，启动温度相对较低，燃料供应便捷以及使用寿命长等优点，是本世纪理想的能源转换装置。双极板是其中的重要部件，大约占燃料电池体积的80％，重量的70％以及整个电池堆价格的60％。双极板的价格已成为制约燃料电池产业化的主要因素。因此，优选良好的电极板材料和成型方法，降低双极板成本，对于降低质子交换膜燃料电池的制造费用，实现产业化具有重要意义。

聚合物-碳复合材料可采用热压或注射成型的方法在双极板表面直接制备流场，可以大大降低双极板的加工费用。如果选用热塑性树脂，还可以具有可回收的优点。但由于大部分聚合物具有低的电导率，因此为满足双极板的电导率要求(≥100S/cm)聚合物的含量不能太高，这又会使导电复合材料的力学性能降低。因此，要求导电复合材料同时满足优良的电导率和较高的力学性能要求是一项难于实现的工作。

三、发明内容：

本发明的目的是为了克服现有的导电复合材料电导性能差、抗弯强度低，加工工艺复杂以及成本高的问题。发明一种电导率优良、抗弯强度高、耐腐蚀、耐高温以及制备工艺简单的石墨基导电复合材料及其制备工艺。

本发明的技术方案如下：

热塑性聚苯硫醚树脂具有耐高温、耐腐蚀、力学性能好以及成型工艺性好等优点，石墨材料具有良好的导电性、导热性和耐蚀性。本发明经过科学的筛选，综合利用上述材料的物理和化学性能，以石墨为基体，聚苯硫醚树脂作为粘结剂发明一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料。

材料的配方质量比为：石墨：60-85％，聚苯硫醚树脂：15-40％。所选用的石墨材料为80～200微米的粉末，聚苯硫醚树脂为60～200微米的粉末。

本发明所提出的聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料的制备工艺为：

(1)按照材料的配方比例和质量要求预备聚苯硫醚树脂粉末、石墨粉末；

(2)将备料装入搅拌混合或者磨碎混合设备，搅拌混合或者磨碎混合聚苯硫醚树脂和石墨，获得细化、均匀的混合粉料；搅拌混合或者磨碎混合过程为干法搅拌或磨碎混合，不添加任何溶剂；

(3)将混合粉料装入模具，置于低温热压炉中，先升温至成型温度300-400℃，保温20-120min，然后加压至成型压力20-40MPa，打开炉门空冷至室温，开模取料；或者加压至成型压力后，保压5-30min，向模具冷却腔内通入室温水或开炉取出模具放入室温水槽中冷却，至室温后开模取料。

本发明导电复合材料具有以下特点：常温体积电导率为30-170S/cm，抗弯强度为10-65Mpa，可用于制造燃料电池双极板、电刷及其它电极等产品，电导率优良、抗弯强度高、耐腐蚀性能好；本发明导电复合材料的制备工艺简单，加工质量好，成本低。

四、具体实施方式：

实施例1：

先按照材料成分比例：90～150微米的粉末颗粒状人造石墨石80wt％，90～160微米的粉末聚苯硫醚树脂20wt％备料；再装入混合磨碎设备，球磨机或滚压磨碎机进行球磨混合，在低温炉中热压成型，成型温度380℃，保温时间30min，然后加压至成型压力30MPa，打开炉门空冷至室温后，开模取料。

制备出的导电复合材料性能如下：

抗弯强度：52.4MPa；电导率：118.9S/cm。

实施例2：

先按照材料成分比例：120～180微米的粉末颗粒状人造石墨60wt％，120～200微米的粉末聚苯硫醚树脂40wt％备料；再装入混合磨碎设备进行球磨混合，在低温炉中热压成型，成型温度370℃，保温时间90min，成型压力30MPa，保压15min，开炉取出模具放入室温水槽中冷却，至室温后开模取料。

制备出的导电复合材料性能如下：

抗弯强度：38MPa；电导率：32S/cm。

实施例3：

先按照材料成分比例：80～150微米的粉末颗粒状人造石墨石80wt％，80～150微米的粉末聚苯硫醚树脂20wt％备料；再装入球磨混合设备进行球磨混合，低温炉中热压成型，成型温度390℃，保温时间120min，成型压力30MPa，保压8min，开炉取出模具放入室温水槽中冷却，至室温后开模取料。

制备出的导电复合材料性能如下：

抗弯强度：58.9MPa；电导率：124.5S/cm。

Claims (3)

1.一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料，以石墨为基体，聚苯硫醚树脂作为粘结剂，其特征为材料的配方质量比为：石墨60-85％，聚苯硫醚树脂15-40％。

2.根据权利要求书1所述的一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料，其特征为所述的石墨材料为80～200微米的粉末，聚苯硫醚树脂为60～200微米的粉末。

3.制备权利要求1所述的一种聚苯硫醚树脂/石墨基导电复合材料的制备工艺，其特征为所述材料的制备工艺过程为：

(1)按照材料的配方比例和质量要求预备聚苯硫醚树脂粉末、石墨粉末；

(2)将备料装入搅拌混合或者磨碎混合设备，搅拌混合或者磨碎混合聚苯硫醚树脂和石墨，获得细化、均匀的混合粉料；搅拌混合或者磨碎混合过程为干法搅拌或磨碎混合，不添加任何溶剂；

(3)将混合粉料装入模具，置于低温热压炉中，先升温至成型温度300-400℃，保温20-120min，然后加压至成型压力20-40MPa，打开炉门空冷至室温，开模取料；或者加压至成型压力后，保压5-30min，向模具冷却腔内通入室温水或开炉取出模具放入室温水槽中冷却，至室温后开模取料。