CN112490460A - 一种注塑成型石墨双极板及其制备方法 - Google Patents

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燕希强
贾佳
梁俊彦
何生根
瞿丽娟
王铎霖
孙注江
崔士涛
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Abstract

本发明提供一种注塑成型石墨双极板及其制备方法，所述注塑成型石墨双极板包括以下重量百分比的组分：2％～7％的碳纤维、40％～50％的树脂和余量的柔性石墨蠕虫粉。本发明的注塑成型石墨双极板同时具备优异的机械性能和导电性能。本发明的注塑成型石墨双极板制备方法效率高，可连续注塑成型，远高于雕刻及模压石墨板；采用预混合方式，原料为糊状，无需人工放置原料板，接触重型设备，可靠安全；极板成型固化整平一次完成，不必再次浸胶，固化等节省设备资源。

Description

一种注塑成型石墨双极板及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电复合材料领域，具体涉及一种注塑成型石墨双极板及其制 备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池，是目前世界上最成熟的一种利用电解水逆反应原理， 使用可再生能源氢气作为还原剂、空气中氧气作为氧化剂将化学能转化为电能 的发电装置。其不同于普通电池将化学反应物封存于电池内部，待反应物耗尽 无法持续输出电能。燃料电池只需持续提供燃料气体及氧化剂即可持续输出电 能，故利用燃料电池作为动力的机车，具有加注时间短，续航里程高等明显优 势。其发电电堆具有体积小、能量密度高、零排放、净化空气等优势，反应生 成富氢水具有抗氧化，利于机体恢复等效果。
燃料电池电堆是由多片单体电池串联叠加构成，将双极板与膜电极交替叠 合密封，并由前、后端板及补偿装置压紧固定，构成质子交换膜燃料电池电堆。 电堆的核心是双极板与MEA，双极板常用石墨材质制作。相比金属双极板，石 墨双极板具有较高导电性、耐蚀性，质量轻、寿命长且与电极相容性好等特点。
现有的两种石墨双极板成型工艺，其一，通过机械雕刻硬石墨表面，形成 流场。此法效率低，机械加工难度大，成本较高，且加工成型极板较厚，较脆 不易组装。其二，通过成型模具模压，形成流场，这种方法可以一次成型，效 率高于普通雕刻石墨板。但由于柔性石墨板较软，模压成型后形成微真空状态， 吸附在模具表面，必须依靠人工去除废边，将成型极板从模具上取出。取出后 的极板要再次经过人工去除公共通道及还原剂、氧化剂进气分配入口废料，容 易造成极板密封区域损坏及废料遗漏，后期无法通过泄露测试且影响下工序。 而且双极板板的机械弯曲性能和导电性能有待改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种注塑成型石墨 双极板及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种注塑成型石墨双极板， 所述注塑成型石墨双极板包括以下重量百分比的组分：2％～7％的碳纤维、 40％～50％的树脂和余量的柔性石墨蠕虫粉。
发明人将柔性石墨蠕虫粉、树脂和碳纤维配合制备注塑成型石墨双极板， 树脂在复合材料中能形成结实的三维网状结构，因而具有更强的弯曲强度，允 许用来制作更薄的双极板，碳纤维具有优良的力学性能与导电性能，可以提高 复合材料力学性能。发明人通过研究发现，将2％～7％的碳纤维、40％～50％的树 脂和余量的柔性石墨蠕虫粉混合注塑成型后，得到的注塑成型石墨双极板同时 具有优异的机械性能和导电性能。
优选地，所述碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为2％～5％。
发明人通过研究发现，当碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比 为2％～5％，上述注塑成型石墨双极板具有更优异的机械性能和导电性能。
优选地，所述碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为3％～5％。
优选地，所述碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为4％～5％。
发明人通过研究发现，当碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比 为4％～5％，上述注塑成型石墨双极板具有更优异的机械性能和导电性能。
优选地，所述碳纤维为0.8～1.2mm短切碳纤维。
优选地，所述树脂为酚醛树脂。
优选地，所述石墨双极板包括极板A和极板B，所述极板A和极板B按照 原料配比注塑成型后组合成双极板。
本发明还提供一种上述任一所述注塑成型石墨双极板的制备方法，所述方 法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、树脂和柔性石墨蠕虫粉按照重量配合混合熔融得预塑料；
(2)将预塑料在模具中分别注塑后热固化得到成型极板，成型极板组装得 到所述注塑成型石墨双极板。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种注塑成型石墨双极板及其制备 方法，本发明的注塑成型石墨双极板制备方法具有以下优点：(1)效率高，可 连续注塑成型，远高于雕刻及模压石墨板；(2)采用预混合方式，原料为糊状， 无需人工放置原料板，接触重型设备，可靠安全；(3)极板成型固化整平一次 完成，不必再次浸胶，固化等节省设备资源；(4)极板成型为硬板状态，相比 模压极板未浸胶固化的较软状态，不需破真空取出成品板，避免接触较软状态 极板，造成区域损坏，一致性好；(5)成型进出气口无废料，且无废料边，不 需要人工去除废料，避免损坏极板，提高产品合格率；本发明的注塑成型石墨 双极板同时具备优异的机械性能和导电性能。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对 本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：5％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
本实施例的注塑成型石墨双极板的制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、树脂和柔性石墨蠕虫粉按照重量配合在三维运动混合机混 合熔融得预塑料；料筒温度：前100℃，中90℃，后80℃；螺杆转速50r/min；
(2)将预塑料在模具中分别注塑后热固化得到成型极板，注射压力170 MPa；注射时间2s；模具温度180℃；保压压力70MPa；保压时间60s，成型 极板组装得到所述注塑成型石墨双极板。
实施例2
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：5％的碳纤维、50％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
实施例3
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：2％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
实施例4
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：3％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
实施例5
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：4％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
实施例6
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：5％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
实施例7
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：6％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
实施例8
作为本发明实施例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：7％的碳纤维、40％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
对比例1
作为本发明对比例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：5％的碳纤维、30％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉。
对比例2
作为本发明对比例的一种注塑成型石墨双极板，所述注塑成型石墨双极板 包括以下重量百分比的组分：5％的碳纤维、60％的酚醛树脂和余量的柔性石墨 蠕虫粉，所述碳纤维为1mm短切碳纤维。
效果例1
对实施例1-实施例8和对比例1-2的注塑成型石墨双极板的弯曲性能和电导 率进行检测。
表1注塑成型石墨双极板的弯曲性能和电导率
Figure BDA0002779899150000051
Figure BDA0002779899150000061
由表1可知，当酚醛树脂占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为 40％～50％时，注塑成型石墨双极板具有更优异的机械性能和导电性能；当碳纤 维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为4％～5％，上述注塑成型石墨双极 板具有更优异的机械性能和导电性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本 发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的 普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而 不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述注塑成型石墨双极板包括以下重量百分比的组分：2％～7％的碳纤维、40％～50％的树脂和余量的柔性石墨蠕虫粉。
2.根据权利要求1所述的注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为2％～5％。
3.根据权利要求2所述的注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为3％～5％。
4.根据权利要求3所述的注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述碳纤维占所述注塑成型石墨双极板的重量百分比为4％～5％。
5.根据权利要求1所述的注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述碳纤维为0.8～1.2mm短切碳纤维。
6.根据权利要求1所述的注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂。
7.根据权利要求1所述的注塑成型石墨双极板，其特征在于，所述石墨双极板包括极板A和极板B，所述极板A和极板B按照原料配比注塑成型后组合成双极板。
8.一种如权利要求1-7任一所述注塑成型石墨双极板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、树脂和柔性石墨蠕虫粉按照重量配合混合熔融得预塑料；
(2)将预塑料在模具中分别注塑后热固化得到成型极板，成型极板组装得到所述注塑成型石墨双极板。
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