CN112430297A - 酚醛树脂改性增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺 - Google Patents

酚醛树脂改性增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本公开的酚醛树脂经环氧氯丙烷‑无机酸的改性，通过环氧氯丙烷与无机酸的协同作用，得到改性酚醛树脂，经炭纸原纸浸渍、热压固化、炭化石墨化处理，得到炭纸材料得到的炭纸材料，具有良好的拉伸强度、弯曲强度、电阻率和透气性，兼顾其力学性能和电学性能，炭纸韧性好，扩散性强。适用于电池材料气体扩散层的工业化生产。

Description

酚醛树脂改性增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种改性酚醛树脂增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺，属于燃料电池技术领域。
背景技术
随着新能源技术的发展，燃料电池发电是继水力、火力、核能之后的第四代发电技术。在各类燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种理想的氢能发电装置，因其具有高功率密度、高能量转换率、低温启动、无污染、体积轻巧、绿色环保等优点，受到了人们的普遍关注，并成为氢能研究开发的热点。
PEMFC主要由双极板、气体扩散层、催化剂层、质子交换膜组成，气体扩散层(GDL)是燃料电池的核心部件，通常由导电的多孔材料和微孔层组成，主要作用是收集电流、传递气体和排出在电化学反应过程中产生的水。在电池运行中，GDL不仅要起着支撑催化剂层、稳定电极结构的作用，还要为电极反应提高气体、质子、电子和水等多个通道。因此，开发高性能的GDL对燃料电池的耐久性和可靠性具有非常重要的意义。
在质子交换膜燃料电池电极中，炭纸是最常见的气体扩散层基底材料，它具有均匀的多孔薄层结构，机械强度好，尺寸稳定。由于其主要原料是可石墨化的碳纤维，还使它具有优异的导电性、化学稳定性和热稳定性，炭纸是目前制备燃料电池气体扩散层的重要基底材料，其结构和性能对PEMFC的性能具有极其重要的影响。
酚醛树脂作为炭纸的粘合剂，固化后存在韧性差、残炭率低等缺点，极大的影响炭纸的综合性能，同时由于酚醛树脂与炭纸原纸的相容性差，在碳纤维表面分布效果不佳，难以与炭纸形成良好的界面结合，从而影响炭纸的最终强度，因此，常需要对酚醛树脂进行改性来增韧增强燃料电池用炭纸。
CN102230305B介绍了一种端羧基丁腈橡胶(CTBN)改性酚醛树脂增强炭纸的工艺，其采用端羧基丁腈橡胶(CTBN)对酚醛树脂进行共混改性，再浸渍炭纸，模压固化、石墨化后得到改性炭纸。这种方法改善了炭纸的强度，提高了孔隙率、透气性和导电能力。但由于CTBN与酚醛树脂溶液不溶，易沉淀在溶液底部，所以在使用中必须一直搅拌，产品质量难以控制，设备成本增加，同时该法制备的炭纸，树脂炭在炭纸中分布不太均匀。
CN106567283B公开了一种聚乙烯醇缩丁醛(PVB)改性酚醛树脂增强炭纸的制备工艺，具体包括：将炭纸浸渍PVB溶液取出，再浸渍酚醛树脂溶液，模压固化、石墨化后得到PVB改性酚醛树脂增强炭纸。该工艺制备的炭纸具有柔韧性好、强度高等优异性能。但由于改性后，炭纸表面孔隙的孔径明显变小，使气体通过炭纸时，阻力变大，故而透气性不佳。
CN201910757768.6描述了采用多种原料(粘胶纤维、纤维素纳米纤丝和碳纤维)复配制备炭纸，然后浸渍经过碳纳米管、硼酸-腰果酚改性后的酚醛树脂，热压、石墨化后得到较好导电性和物理性能的高性能炭纸。该工艺制备的炭纸电阻率低、拉伸强度高，但孔隙率降低，未表征韧性，不适宜工业化生产。
因此，开发一种强度、韧性、导电性、透气性等各项性能优异的炭纸具有重要意义。
尽管已经有采用环氧氯丙烷作为改性剂，提高酚醛树脂性能的报道，但将环氧氯丙烷-无机酸同时改性酚醛树脂，用作炭纸的基体，提高炭纸综合性能的报道还未出现。但是，单一环氧氯丙烷的改性还是存在一定的局限性，缺点在于仅改善了炭纸的柔韧性，无法提高炭纸的强度和导电性。
发明内容
本公开提供一种酚醛树脂改性增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺，在保证炭纸综合性能情况下，采用环氧氯丙烷-无机酸对酚醛树脂进行改性，并控制改性剂原料的选择，优化改性工艺，一方面通过无机酸在酚醛体系中生成杂环结构，来提高酚醛树脂的残炭率，杂化结构提高体系无定形性，提高了炭纸的机械强度和导电性；另一方面通过环氧氯丙烷引入柔性长链，提高炭纸的柔韧性。解决了现有炭纸力学性能和电学性能无法同时满足，强度、透气性、韧性、导电性指标较差的技术问题。
本发明提供一种酚醛树脂改性方法，采用环氧氯丙烷-无机酸作为改性剂。具体步骤如下：(1)制备酚醛树脂；(2)采用环氧氯丙烷和无机酸改性酚醛树脂；(3)过滤、干燥，得到改性酚醛树脂。
首先，环氧氯丙烷改性酚醛树脂，通过酚羟基醚化，引入柔性支链，增加柔性链段的比例，改变酚醛树脂的刚性结构，从而提高韧性。由于环氧氯丙烷的改性反应只是发生在酚羟基上，并没有改变酚醛树脂以苯环为基本单元的三维交联的结构，所以，改性后酚醛树脂的热分解温度和残炭率虽略有变化，但基本保持了酚醛树脂高的热分解温度和高残炭率的特点。
无机酸与经环氧氯丙烷改性后的酚醛树脂反应，由于经过柔性支链的改性，使得化学键结合更容易进入柔性酚醛树脂体系中并形成了稳定的杂环结构，而杂环结构有利于提高酚醛树脂的残炭率。尤其是无机酸磷酸、硫酸、硝酸、硼酸的磷、硫、氮及硼原子形成杂环结构，能促使酚醛树脂发生环化与缩聚反应而易于形成芳环结构，这也有利于酚醛树脂成炭性能的改善。
更优选地，无机酸中的磷酸、硼酸能够促使脂肪烃在较低温度下断链而重新连接成更稳定、残炭率更高的芳香族聚合物，使酚醛树脂在前期就生成大量的水而脱出。而在炭化阶段，磷酸、硼酸通过与酚醛树脂分子发生缩聚和环化反应来参与键的交联，使磷酸、硼酸以化学键形式进入酚醛树脂大分子中并形成高稳定性的杂环结构，且提高了树脂的芳香性，减少了CH4，H2，CO和CO2等小分子的逸出量，从而降低酚醛树脂在高温下的分解量，使得酚醛树脂的残炭率得到有效提高。同时，由于新生成的P-O键、B-O键的键能均大于C-C键的键能，在同样的温度下，P-O、B-O更不容易断裂。于是，在高温下，经磷酸、硼酸改性的酚醛树脂的分解量降低而释放出的小分子物质量减少，因此，其质量损失率就减小，残炭率高。
具体的，步骤(1)制备酚醛树脂：将苯酚、甲醛加入三口烧瓶中，再加入氨水作为催化剂，水浴恒温反应，搅拌；
优选地，水浴温度为60-100℃，反应时间2-7h，转速200-800r/min。
步骤(2)改性酚醛树脂：加入环氧氯丙烷和溶剂氨水，水浴温度为60-100℃的条件下继续反应2-7h，冷却回流，降温至室温；然后将无机酸缓慢加入反应体系中，继续加热反应，待反应结束后，停止加热和搅拌；所述继续加热反应温度为100-180℃，反应时间2-6h。
其中，氨水作为溶剂，为环氧氯丙烷提供更好的PH体系，利于柔性支链进入酚醛结构中，具有更好的反应效率。
优选地，无机酸选自磷酸、硫酸、硝酸、硼酸中一种或多种；更优选地，无机酸为磷酸和/或硼酸。
优选地，环氧氯丙烷与无机酸的质量比为0.8-4：1，更优选1-3：1。其中，如果环氧氯丙烷加入量过多，可能会增加树脂粘度，形成物不易分离沉淀，如果无机酸加入量过多，体系酸性增强不稳定，柔性支链容易被破坏。
优选地，改性剂(环氧氯丙烷+无机酸)的加入量为占苯酚质量的15％-35％，优选20％-35％，如果改性剂加入量过少，则酚醛树脂的改性不够充分，柔性链较少，纸的韧性不够；如果加入量过大，则树脂中杂化结构较多，不利于提高纸的力学性能。
其中环氧氯丙烷的作用是：通过酚羟基醚化引入柔性支链，改变酚醛树脂的刚性结构，提高韧性。无机酸的作用是：通过化学键结合更容易进入环氧氯丙烷改性后酚醛树脂体系中并形成了杂环结构，提高酚醛树脂的残炭率。
步骤(3)过滤、干燥：将步骤(2)产物经热过滤，真空干燥箱中干燥，得到环氧氯丙烷-无机酸改性酚酸树脂。
优选地，干燥温度50-150℃，压力-0.05-0.05MPa，干燥时间15-35h。
其中原料配比按质量份计：苯酚30-60份，甲醛30-80份，催化剂氨水1-5份，环氧氯丙烷3-15份，溶剂氨水1-5份，无机酸2-10份。
进一步地，本申请还提供一种改性酚醛树脂增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺，包括如下步骤：
1)炭纸原纸浸渍：取5-40质量份改性酚醛树脂溶于乙醇。将自制的炭纸原纸浸渍于上述改性酚醛树脂的乙醇溶液中10-40s，取出后放置60-100℃烘箱中1-4h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为100-180质量份；
2)热压固化：将浸渍有酚醛树脂的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力为2-8MPa，温度120-250℃，时间1-4h；
3)炭化石墨化：将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中，最高温度为2500℃的石墨化炉中进行烧结，经炭化、石墨化处理得到燃料电池用炭纸。
优选地，所述炭化过程以30-45℃/min升温至1400-1500℃，保温5-15min；石墨化过程以10-25℃/min升温至2300-2400℃，保温5-20min。
通过快速升温炭化，将炭材料空隙充分扩大，提高孔隙率，经高温炭化后，缓慢升温进行石墨化处理，利于形成紧密的三维结构，可以有效增加炭纸的柔韧性。利于树脂与炭纤维结合成炭纸，形成良好的界面。
本发明的有益效果：
1.本发明采用环氧氯丙烷-无机酸对普通浸渍用酚醛树脂进行改性处理，通过酚羟基醚化引入柔性支链，增加了柔性链段的比例，降低了酚醛树脂的刚性，从而提高炭纸的韧性；通过无机酸与酚醛树脂之间发生化学键合反应，形成杂环结构，提高了酚醛树脂的残炭率，如表2所示，从而提高了炭纸的强度和导电性。
2.本发明通过筛选改性剂中适宜的环氧氯丙烷与无机酸的复配比例，控制改进剂含量，从而在优化炭纸材料的力学性能的同时，还能保证其电学性能。
3.本发明的炭纸经热压固化后，经过低温炭化，高温石墨化处理，通过严格控制升温速率和炭化、石墨化条件，炭纸具有更好的孔隙率和拉伸强度，从而提高透气性能。
4.本发明制备的燃料电池用炭纸具有优异的综合性能：拉伸强度最大为58.24MPa，弯曲强度最大为73.85MPa，电阻率最低为4.98mΩ/cm，透气性最优为17s/100cc。
5.本发明的改进剂简单易得，避免了过多有机改性剂的添加，减少废弃污染物排放，简化回收工序，环境友好，利于工业化生产。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1炭纸制备工艺流程图。
图2实施例1制备炭纸形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
实施例1
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入8质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应5h，冷却回流，降温至室温；然后将6质量份磷酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度150℃，反应时间4h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂；
(2)将自制的炭纸原纸浸渍于改性酚醛树脂的30质量份的乙醇溶液中20s，取出后放置80℃烘箱中干燥2h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为120质量份；
(3)将干燥后的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力6MPa，温度200℃，时间1.5h；
(4)将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中烧结，炭化过程以30℃/min升温至1400℃，保温10min；石墨化过程以15℃/min升温至2400℃，保温15min，得到燃料电池用炭纸，性能测试结果如表1所示。
实施例2
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温100℃反应3h，转速400r/min；再加入6质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应3h，冷却回流，降温至室温；然后将6质量份磷酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度120℃，反应时间3h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度120℃，压力0.03MPa，干燥时间25h，得到环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂；
(2)将自制的炭纸原纸浸渍于改性酚醛树脂的30质量份的乙醇溶液中30s，取出后放置100℃烘箱中干燥3h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为120质量份；
(3)将干燥后的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力8MPa，温度180℃，时间1h；
(4)将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中烧结，炭化过程以35℃/min升温至1400℃，保温15min；石墨化过程以10℃/min升温至2400℃，保温10min，得到燃料电池用炭纸，性能测试结果如表1所示。
实施例3
(1)将40质量份苯酚、50质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入2质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入6质量份环氧氯丙烷和2质量份氨水，继续反应5h，冷却回流，降温至室温；然后将4质量份磷酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度150℃，反应时间4h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂；
(2)将自制的炭纸原纸浸渍于改性酚醛树脂的40质量份的乙醇溶液中20s，取出后放置80℃烘箱中干燥2h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为150质量份；
(3)将干燥后的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力6MPa，温度200℃，时间1.5h；
(4)将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中烧结，炭化过程以30℃/min升温至1400℃，保温10min；石墨化过程以15℃/min升温至2400℃，保温15min，得到燃料电池用炭纸，性能测试结果如表1所示。
实施例4
(1)将30质量份苯酚、50质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入2质量份氨水作为催化剂，水浴恒温100℃反应3h，转速400r/min；再加入6质量份环氧氯丙烷和2质量份氨水，继续反应3h，冷却回流，降温至室温；然后将4质量份硝酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度120℃，反应时间3h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度120℃，压力0.03MPa，干燥时间25h，得到环氧氯丙烷-硝酸改性酚醛树脂；
(2)将自制的炭纸原纸浸渍于改性酚醛树脂的40质量份的乙醇溶液中20s，取出后放置100℃烘箱中干燥3h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为150质量份；
(3)将干燥后的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力8MPa，温度180℃，时间1h；
(4)将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中烧结，炭化过程以40℃/min升温至1400℃，保温15min；石墨化过程以10℃/min升温至2400℃，保温10min，得到燃料电池用炭纸，性能测试结果如表1所示。
实施例5
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入8质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应5h，冷却回流，降温至室温；然后将2质量份磷酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度150℃，反应时间4h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂；
其他步骤与实施例1相同。
实施例6
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入3.6质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应5h，冷却回流，降温至室温；然后将6质量份磷酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度150℃，反应时间4h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂；
炭化过程以30℃/min升温至1400℃；石墨化过程以30℃/min升温至2400℃，其他步骤与实施例1相同。
实施例7
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入8质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应5h，冷却回流，降温至室温；然后将2.7质量份磷酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度150℃，反应时间4h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂；
其他步骤与实施例1相同。
实施例8
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入8质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应5h，冷却回流，降温至室温；然后将5.3质量份硼酸缓慢加入反应体系中，继续加热控制反应温度150℃，反应时间4h；反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷-硼酸改性酚醛树脂；
其他步骤与实施例1相同。
对比例1
(1)将自制的炭纸原纸浸渍于未改性酚醛树脂的30质量份的乙醇溶液中20s，取出后放置80℃烘箱中干燥2h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为120质量份；
(3)将干燥后的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力6MPa，温度200℃，时间1.5h；
(4)将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中烧结，炭化过程以30℃/min升温至1400℃，保温10min；石墨化过程以15℃/min升温至2400℃，保温15min，得到燃料电池用炭纸。性能测试结果如表1所示。
对比例2
(1)将50质量份苯酚、60质量份甲醛加入三口烧瓶中，再加入3质量份氨水作为催化剂，水浴恒温80℃反应5h，转速400r/min；再加入8质量份环氧氯丙烷和3质量份氨水，继续反应5h，反应结束后，停止加热和搅拌，热过滤，并于真空干燥箱中干燥，温度100℃，压力0.01MPa，干燥时间20h，得到环氧氯丙烷改性酚醛树脂。
其他步骤与实施例1相同。
测试方法：
目前国内外还未有统一的方法表征炭纸的性能，本发明采用如下方法测试制备的炭纸性能。
厚度：采用厚度测定仪测试炭纸的厚度。
密度：通过质量和体积计算。
电阻率：采用四探针测量法，使用四探针测试仪测试炭纸的电阻率。
拉伸强度：按照ASTM D3039，使用万能材料试验机对炭纸的拉伸性能进行测试。
弯曲强度：采用三点抗弯法，使用万能材料试验机测试炭纸的弯曲强度。
孔隙率：根据YBT908-1997，测定炭纸的孔隙率。
透气性：使用Gurley透气度仪测试炭纸的透气性。
表1炭纸性能参数
Figure BDA0002793464400000121
表2改性前后酚醛树脂的残炭率
样品 残炭率
实施例1环氧氯丙烷-磷酸改性酚醛树脂 67.1％
对比例1未改性酚醛树脂 49.50％
对比例2环氧氯丙烷改性酚醛树脂 50.2％
通过数据可以看出，本公开的酚醛树脂通过环氧氯丙烷-无机酸的改性，调整二者的比例，通过环氧氯丙烷与无机酸的协同作用，改性酚醛树脂，提高了酚醛树脂的残炭率，并将其用于制备炭纸材料，提高了炭纸的强度和导电性，使得炭纸具有良好的拉伸强度、弯曲强度、电阻率和透气性，兼顾其力学性能和电学性能，炭纸韧性好，扩散性强。适用于电池材料气体扩散层的工业化生产。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种酚醛树脂的改性方法，其特征在于，采用环氧氯丙烷-无机酸作为改性剂，具体步骤如下：
(1)制备酚醛树脂：将苯酚、甲醛加入三口烧瓶中，再加入氨水作为催化剂，60-100℃水浴恒温反应，搅拌；
(2)采用环氧氯丙烷和无机酸改性步骤(1)制备的酚醛树脂；
(3)过滤、干燥得到改性酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤为：加入环氧氯丙烷和氨水，继续反应2-7h，冷却回流，降温至室温；然后将无机酸缓慢加入反应体系中，继续加热反应待反应结束后，停止加热和搅拌。
3.根据权利要求2所述的酚醛树脂改性方法，其特征在于，所述无机酸选自磷酸、硫酸、硝酸、硼酸中一种或多种，步骤(2)继续加热反应温度100-180℃，反应时间2-6h。
4.根据权利要求2或3所述的酚醛树脂改性方法，其特征在于，所述环氧氯丙烷与无机酸改性剂的加入量为苯酚的15％-40wt％。
5.一种改性酚醛树脂增韧增强气体扩散层用炭纸的制备工艺，其特征在于，将根据权利要求1所述改性方法制备的改性酚醛树脂，经炭纸原纸浸渍、热压固化、炭化石墨化处理，得到炭纸材料。
6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述炭纸原纸浸渍的具体步骤为：将自制的炭纸原纸浸渍于所述改性酚醛树脂的乙醇溶液中10-40s，取出后放置60-100℃烘箱中1-4h，其中，炭纸原纸100质量份，酚醛树脂浸渍量为100-180质量份。
7.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述热压固化的具体步骤为：将浸渍有酚醛树脂的炭纸放于平板硫化机中热压，其中压力为2-8MPa，温度120-250℃，时间1-4h。
8.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述炭化石墨化的具体步骤为：将热压固化后的炭纸，在氮气气氛中，最高温度为2500℃的石墨化炉中进行烧结，经炭化、石墨化处理得到燃料电池用炭纸。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，所述炭化过程以30-45℃/min升温至1400-1500℃，保温5-15min；石墨化过程以10-25℃/min升温至2300-2400℃，保温5-20min。
10.根据权利要求5所述的制备工艺制备得到的炭纸，其特征在于，所述炭纸用于质子交换膜燃料电池。
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