CN101252029A - 一种导电复合材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电复合材料及其制备工艺，尤其是涉及环氧、酚醛混合树脂/石墨基导电复合材料及其制备工艺。其材料配方质量比为：石墨材料：70－90％，环氧树脂：0－24％，酚醛树脂：30－2％。制备工艺为：(1)按质量百分比备料环氧树脂、酚醛树脂与石墨；(2)混合磨碎环氧树脂、酚醛树脂和石墨，获得细化、均匀的混合粉体，粒度在100目到180目之间；(3)将混合粉体装入模压成型模具中，热压烧结成型，成型温度为180－310℃，成型压力为10－40MPa，保温保压时间为30－120min。该材料主要用于制造质子交换膜燃料电池双极板及其它电极，在保证其电导率和耐蚀性的情况下，同时具有较高的强度和密度，其制备工艺简单，节能、环保，成本低廉，适应范围广。

Description

一种导电复合材料及其制备工艺
一、技术领域：
本发明属于导电复合材料及其制备工艺领域，尤其是涉及环氧、酚醛混合树脂/石墨基导电复合材料及其制备工艺。
二、背景技术：
导电复合材料由于其兼有导电性能好、耐腐蚀、强度高等优点，被广泛应用于电刷、电极、燃料电池双极板等产品。质子交换膜燃料电池是目前比较成熟的一种利用氢气与氧气反应释放电能的燃料电池。1997年我国将“燃料电池技术”列为国家“九五”重大科技攻关项目之一，其中质子交换膜燃料电池为主要科研项目，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电装置。而其中最主要元件——双极板不但影响电池的性能，而且占据了电池成本的60％～70％。目前应用较多的是石墨双极板，在制造时通常采用机械加工的方法将石墨板材加工成具有特殊流道形状的双极板，但是加工时间长、工作量大而且废品率较高。因此，要实现质子交换膜燃料电池的产业化，降低其制造费用，必需采用良好的双极板材料和成型方法。
树脂/石墨基复合材料为制备低成本、高性能双极板提供了一个新的研究方向，所用树脂主要有热塑性树脂和热固性树脂。热塑性树脂复合材料相对较脆，制作的双极板需要较大的厚度才能保证力学性能，这样会增加双极板的质量，使成本增加，也不利于后期双极板的安装，使燃料电池体积加大；而热固性树脂复合材料，现在一般采用粘性树脂湿法进行磨碎混合，混合过程中需要加入溶剂，成型后再高温碳化，工艺比较复杂，导致制造成本升高。
三、发明内容
本发明的目的是克服目前现有技术及材料存在的不足和缺陷，提供一种导电性好、耐腐蚀性强、抗弯强度高、阻气性好、应用适应面宽且制备工艺简单的石墨基导电复合材料。
本发明的技术方案如下：
利用石墨材料所具有的良好的导电性、导热性和耐蚀性，以及环氧树脂和酚醛树脂所具有的良好的粘结性和与石墨材料的相容性，提出一种环氧、酚醛混合树脂/石墨基导电复合材料。材料配方质量比为：
石墨材料：70-90％，环氧树脂：0-24％，酚醛树脂：30-2％。
最佳材料配方质量比为：石墨材料：80-90％，环氧树脂：1-16％，酚醛树脂：18-2％。
石墨材料、环氧树脂以及酚醛树脂为粉末状。
本发明所提出的环氧、酚醛混合树脂/石墨导电复合材料的制备工艺为：
(1)按质量百分比备料环氧树脂、酚醛树脂与石墨；
(2)混合磨碎环氧树脂、酚醛树脂和石墨，获得细化、均匀的混合粉体，粒度在100目到180目之间；粉碎过程为干法混合磨碎，不添加任何溶剂，采用滚压磨或冲击磨或球磨或振动磨或气流磨或搅拌磨等方法；
(3)将混合粉体装入模压成型模具中，热压烧结成型，成型温度为180-310℃，成型压力为10-40MPa，保温保压时间为30-120min。
本发明导电复合材料具有以下特性：①常温体积电导率为25-285S/cm；②常温弯曲强度为30-61.6MPa。以上性能明显优于目前已有树脂/石墨基导电复合材料的性能。
该石墨基导电复合材料主要用于制造质子交换膜燃料电池双极板及其它电极，在保证其电导率和耐蚀性的情况下，同时具有较高的强度和密度，各项性能指标比现有的石墨双极板都有了明显提高；本发明的制备工艺简单，节能、环保，成本低廉，适应范围广。
四、具体实施方式
实施例1：
材料成分：石墨89wt％，环氧树脂8wt％，酚醛树脂3wt％；采用球磨混合磨碎，粒度为100目到180目；装入模具热压，成型压力：30MPa，成型温度：250℃，固化时间：100min。
所制备的导电复合材料性能如下：
抗弯强度：45.6MPa；电导率：285S/cm。
实施例2：
材料成分：石墨85wt％，环氧树脂0wt％，酚醛树脂15wt％；采用球磨混合磨碎，粒度为100目到160目；装入模具热压，成型压力：40MPa，成型温度：260℃，固化时间：90min。
所制备的导电复合材料性能如下：
抗弯强度：61.6MPa；电导率：142S/cm。
实施例3：
材料成分：石墨83wt％，环氧树脂12.5wt％，酚醛树脂4.5wt％；采用球磨混合磨碎，粒度为100目到180目；装入模具热压，成型压力：30MPa，成型温度：250℃，固化时间：100min。
所制备的导电复合材料性能如下：
抗弯强度：56MPa；电导率：162S/cm。
实施例4：
材料成分：石墨88wt％，环氧树脂9.3wt％，酚醛树脂2.7wt％；采用滚压磨混合磨碎，粒度为100目到140目；装入模具热压，成型压力：25MPa，成型温度：300℃，固化时间：90min。
所制备的导电复合材料性能如下：
抗弯强度：52.48MPa；电导率：187.88S/cm。
实施例5：
材料成分：石墨82wt％，环氧树脂13wt％，酚醛树脂5wt％；采用球磨混合磨碎，粒度为100目到180目；装入模具热压，成型压力：25MPa，成型温度：200℃，固化时间：70min。
所制备的导电复合材料性能如下：
抗弯强度：39.26MPa；电导率：233S/cm。

Claims (4)

1、一种导电复合材料，以石墨为基体，以环氧树脂、酚醛树脂为粘结剂，其特征在于材料配方质量比为：石墨材料：70-90％，环氧树脂：0-24％，酚醛树脂：30-2％。
2、根据权利要求1所述的导电复合材料，其特征在于所述的材料配方的最佳质量比为：石墨材料80-90％，环氧树脂1-16％，酚醛树脂18-2％。
3、实施权利要求1的一种导电复合材料的制备工艺，其特征为：
(1)按质量百分比备料环氧树脂、酚醛树脂和石墨；
(2)混合磨碎环氧树脂、酚醛树脂和石墨，获得细化、均匀的混合粉体，粒度在100目到180目之间；
(3)将混合粉体装入模压成型模具中，热压烧结成型，成型温度为180～310℃，成型压力为10～40MPa，保温保压时间为30～120min。
4、根据权利要求4所述的导电复合材料的制备工艺，其特征在于所述的工艺步骤(2)采用干法工艺进行混合磨碎，不添加任何溶剂。
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