CN112993296B - 一种质子膜燃料电池用流场板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质子膜燃料电池用流场板及其制备方法。其中，所述流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以拉挤工艺制得。本发明制得的流场板具有易成型、成本低、比重小、质量及精度高、导电及导热性能优异、机械强度高、不易开裂、耐腐蚀性好的特点，满足于质子膜燃料电池对流场板的技术需求，有利于质子膜燃料电池在市场上商业化推广。

Description

一种质子膜燃料电池用流场板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及质子膜燃料电池，具体是一种质子膜燃料电池用的流场板，以及该流场板的制备方法。
背景技术：
质子膜燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。从节约能源和保护生态环境的角度而言，质子膜燃料电池是最有发展前途的发电技术。
流场板作为质子膜燃料电池的氢电极板/氧电极板，是质子膜燃料电池的重要组成部分。在质子膜燃料电池中，流场板的作用主要在于提供气体分配和收集电流，且能够适应于质子膜燃料电池在PH2～3酸度、80～100％相对湿度工况环境下有一定电势。基于此，流场板应具有优异的导电性、导热性、一定的机械强度、良好的化学稳定性和耐气体渗透性，除此之外，为了促进质子膜燃料电池的商业化，流场板还需要满足于高的体积比功率和相对低的制造成本。因此，开发一种高性能、低成本的流场板成了行业内共同关注的技术课题。
目前，质子膜燃料电池常用的流场板有纯石墨板结构、金属板结构和复合板结构三种类型。其中，相较于纯石墨板结构和金属板结构的流场板，复合板结构的流场板可以同时克服石墨板结构的难成型、高成本、以及金属板结构的耐腐蚀性差等技术问题，是质子膜燃料电池用的流场板的公认最佳选择。
市场上常见的复合结构流场板是以膨胀石墨(或石墨粉)和树脂复合而成的。
其中，膨胀石墨和树脂复合的制备工艺是，先将膨胀石墨预压制成一定厚度的流场板初品；再真空浸渍或喷洒树脂；然后用溶剂清洗表面树脂；最后烘干固化成型得到流场板。此类流场板具有比重轻的特点，但是其精度较差。
石墨粉和树脂复合的制备工艺是，采用传统的辊压、模压、注射等一种或多种组合的生产工艺成型。由于此类复合板的高导电性和导热性需要有高的石墨粉含量，高气密性和机械强度则要求有高的树脂含量，面临石墨粉和树脂配比难平衡的技术矛盾。一般情况下，此类复合板的导电填料含量不低于75％，如此高的填料含量致使其工艺成型性并不好，整个工艺连续化程度不高，虽然此类复合板的比重较纯石墨板有所降低，但降低不多。
除此之外，也有很多文献报道采用碳纤维布和树脂制备复合结构流场板的。此类复合结构流场板虽然具有小的比重和高的强度，但其导电性较差，且其表面粗糙度较高，较难满足于质子膜燃料电池对流场板的技术需求。
发明内容：
本发明的技术目的在于：针对上述质子膜燃料电池的特殊性和现有技术的不足，提供一种易成型、成本低、比重小、质量及精度高、导电及导热性能优异、机械强度高、耐腐蚀性好的流场板，以及该流场板的制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种质子膜燃料电池用流场板，所述流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以拉挤工艺制得。该技术措施以密度低、强度高、比重轻、耐腐蚀、价格低的碳纤维纱作为主要原料，在流场板的整体结构体系中，以碳纤维纱的纤维轴向形成连续相导电通路，以碳素粉料(石墨或碳黑)来增加碳纤维纱的纤维在横向方向上的导电通路，即碳纤维纱的横向方向导电通路由碳素粉料来协同，从而形成轴向和横向的完整导电网络，导电及导热性能优异；碳纤维纱与树脂具有较好的浸润性，在拉挤工艺作用下易于连续化的制造成型，制造成本低；以此制得的流场板具有易成型、成本低、比重小、质量及精度高、导电及导热性能优异、机械强度高、耐腐蚀性好的特点，满足于质子膜燃料电池对流场板的技术需求，有利于质子膜燃料电池的商业推广。
进一步的，所述碳纤维纱为连续无捻结构，所述碳纤维纱的碳含量为90～ 95％。再进一步的，所述碳纤维纱为12K、24K或36K的小丝束碳纤维纱。该技术措施的连续性好，导电性能优异，易于流场板连续化的制造成型。
进一步的，所述碳素粉料为纯度≥99.5％的石墨或碳黑，所述碳素粉料的粒径范围为300～1000目；所述树脂为粘度250～450mPa.s的环氧树脂、酚醛树脂或乙烯基酯树脂；所述碳素粉料与所述树脂之间按如下百分比配料：碳素粉料2～20％、树脂80～98％。该技术措施的碳素粉料能够可靠地协同碳纤维纱的纤维形成横向导电通路；该技术措施的树脂对碳纤维纱具有较好的浸润性，且其与碳素粉料的配比合理，在对碳纤维纱可靠的实现浸润粘接的同时，不会影响碳素粉料对碳纤维纱的纤维横向之间的导电通路。
进一步的，所述流场板的厚度为0.7～1.3mm、密度为1.3～1.5g/cm3。该技术措施的比重小。
一种上述燃料电池用流场板的制备方法，所述制备方法采取的工艺措施是：
-将碳素粉料与树脂球磨混合均匀；装入浸胶槽内；
-将碳纤维纱布置在纱架上，使碳纤维纱在纱架的输出端以上、下两层结构分层排布；
-在牵引机构的牵引作用下，纱架上的两层碳纤维纱先经浸胶槽浸渍胶料，再依次经预成型模具、拉挤模具合并定型，制得预制板体；
-按流场板设计尺寸裁切预制板体；
-在裁切板体的一侧表面或两侧表面压制流道结构；
-将带流道结构的板体冷却；
-在带流道结构的板体上加工出气体进口和气体出口，得流场板。
该技术措施以碳纤维纱作为主要原料，采用球磨工艺、拉挤工艺和模压工艺依次协作结合的拉挤生产工艺；球磨工艺不仅能够连续化生产，而且球磨工艺可以调整碳素粉料的细度、破坏碳素粉料的分子间范德华力，使树脂和碳素粉料能够充分的均匀混合，以提高流场板的性能的稳定性，获得的流场板质量及精度高；拉挤工艺在流场板的长度方向上可以无限长，原材料浪费少，获得的流场板性能一致、尺寸稳定，对提高流场板的生产效率和良品率具有很重要的作用；模压工艺的流道设计性强，可有效突破传统对光板单独机加工流道结构时对光板复杂流道难加工的局限性，提高复合板结构的可设计性；综合而言，整个生产工艺的连续性好，易于批量化、高效率的制造成型，制造成本低，有利于在市场上商业化推广。
进一步的，所述浸胶槽内的温控范围为35～55℃。该技术措施能够可靠地降低浸胶槽内的混合料黏度，以达到更好地浸润碳纤维纱的目的。
进一步的，所述牵引机构的牵引速度为0.2～0.4m/min。该技术措施能够有效确保碳纤维纱的各层充分浸渍胶料，并由预成型模具和拉挤模具可靠成型，获得的流场板性能一致、稳定。
进一步的，所述预成型模具是由上游侧一级预成型模具和下游侧二级预成型模具顺序组成；所述一级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为上、下两个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度大于流场板设计厚度，上部进料侧模口和上部出料侧模口对应于上层浸胶碳纤维纱，下部进料侧模口和下部出料侧模口对应于下层浸胶碳纤维纱；所述二级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度大于流场板设计厚度但小于一级预成型模具的模口；所述预成型模具制得预成型件，所述预成型件的含胶量≤30％。该技术措施既能够对预成型件实现可靠的定型，又能够有效地控制预成型件中的含胶量，以保障最终成型的流场板质量。
进一步的，所述拉挤模具由上游侧一级拉挤模具、中游侧二级拉挤模具和下游侧三级拉挤模具顺序组成，各级拉挤模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，每一级拉挤模具的各模口宽度对应于流场板设计幅宽、高度大于流场板设计厚度但小于或等于所述预成型模具的最下游模口，所述一级拉挤模具的温控范围为100～120℃，所述二级拉挤模具的温控范围为120～140℃，所述三级拉挤模具的温控范围为140～160℃；所述拉挤模具制得厚度为0.8～1.5mm、密度为1.3～1.5g/cm3的预制板体，所述预制板体的固化度≤50％。该技术措施能够使预成型件按照设计厚度及密度稳定、可靠地结合为成型流场板的板材- 预制板体，以保障最终成型的流场板质量。
进一步的，所述裁切板体上的流道是由压强18～30MPa、模腔温控范围120～ 160℃的模压机压制制得，压制时间为1～5min；所述模压机具有上下对应的动模部分和定模部分，对应于单面呈流道结构的流场板，所述动模部分/定模部分的表面具有能够在裁切板体一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构、所述定模部分/动模部分的表面具有能够在裁切板体的另一侧表面压制出平面的光面结构，对应于双面呈流道结构的流场板，所述动模部分的表面具有能够在裁切板体一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构、所述定模部分的表面具有能够在裁切板体另一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构。该技术措施使裁切好的预制板体上的流道结构可靠地高质量成型，在裁切板体上，流道结构易于高质量、高效率加工。
进一步的，所述冷却是在压力为3～5MPa的环境下进行冷却。
本发明的有益技术效果是：上述技术措施以密度低、强度高、比重轻、耐腐蚀的碳纤维纱作为主要原料，采用球磨工艺、拉挤工艺和模压工艺依次协作结合的拉挤生产工艺制得，在流场板的整体结构体系中，以碳纤维纱的纤维轴向形成连续相导电通路，以碳素粉料(石墨或碳黑)来增加碳纤维纱的纤维在横向方向上的导电通路，从而形成轴向和横向的完整导电网络，导电及导热性能优异；碳纤维纱与树脂具有较好的浸润性，在拉挤生产工艺作用下易于连续化、批量化的制造成型，制造成本低；以此制得的流场板具有易成型、成本低、比重小、质量及精度高、导电及导热性能优异、机械强度高、耐腐蚀性好的特点，满足于质子膜燃料电池对流场板的技术需求，有利于质子膜燃料电池在市场上商业化推广。
附图说明：
图1为本发明制备方法的一种流程框图。
图2为本发明制备方法的一种生产线流程结构示意图。
图中代号含义：1—纱架；11—一级穿纱板；12—二级穿纱板；2—浸胶槽； 3—预成型模具；31—一级预成型模具；32—二级预成型模具；4—拉挤模具；41—一级拉挤模具；42—二级拉挤模具；43—三级拉挤模具；5—牵引机构；6 —切割机；7—模压机；A—碳纤维纱；A1—碳纤维纱上层；A2—碳纤维纱下层； B—预成型件；C—预制板体；D—裁切板体；E—流场板。
具体实施方式：
本发明涉及质子膜燃料电池，具体是一种质子膜燃料电池用的流场板，以及该流场板的制备方法，下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图1和图2对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。
在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。
实施例1
本发明的流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以下述拉挤工艺制得，制得的流场板厚度约为1mm、密度约为1.4g/cm3，制得的流场板的单侧具有流道结构、另一侧为光面结构。
其中，碳纤维纱选用12K小丝束的连续无捻结构，其碳含量约为93％。碳纤维纱是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿着纤维轴向堆砌而成的，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，具有密度低、强度高、优良的导电导热性能，在满足流场板性能要求的前提下，其还具有连续性好、价格便宜的特点。
碳素粉料选用纯度≥99.5％的石墨，选用的碳素粉料为粒径范围600目内的混合粒径料(即碳素粉料的粒径范围为300～600目)。
树脂选用粘度约为350mPa.s的环氧树脂。
上述碳素粉料与树脂之间按如下百分比配料：碳素粉料8％、树脂92％。
参见图1和图2所示，上述流场板的制备方法依赖于流水线顺序排布的纱架1、浸胶槽2、预成型模具3、拉挤模具4、牵引机构5、切割机6和模压机7，即这些设备是本实施例中实现上述流场板的制备方法的一个关键环节。
具体的，纱架1用作支撑排布碳纤维纱A。在纱架1的输出端，按照碳纤维纱 A的输送流程而顺序设置有一级穿纱板11和二级穿纱板12，各级穿纱板上分别具有穿过每一根粗捻纱的孔，单孔的直径约为10mm；一级穿纱板11和二级穿纱板 12相互配合，将纱架1上的碳纤维纱A以上、下两层结构分层排布输出，使纱架1 输出的碳纤维纱A形成碳纤维纱上层A1和碳纤维纱下层A2。
浸胶槽2上设置有温控器，该温控器控制下的浸胶槽内温控范围为35～55℃；浸胶槽2内的温控范围不宜过高，应根据所要加入的当前树脂类型而对应选择，通常而言，以浸胶槽2内的温度高于室温10～30℃为宜。对应于环氧树脂，浸胶槽2内的温度控制约为45℃。浸胶槽2盛放配方量混合均匀的碳素粉料和树脂的胶料，在加热状态下以降低胶料粘度。对应于纱架1输出的碳纤维纱上层A1和碳纤维纱下层A2，在浸胶槽2内设置有上、下两个浸胶托辊，上侧浸胶托辊对应于碳纤维纱上层A1，下侧浸胶托辊对应于碳纤维纱下层A2，上、下浸胶托辊均排布在浸胶槽2内的胶料有效浸渍区域内，碳纤维纱上层A1以绕布于上侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽2并从浸胶槽2内引出，碳纤维纱下层A2以绕布于下侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽2并从浸胶槽2内引出，这样能够使各碳纤维纱层的各区域均浸胶充分。当然，引出于浸胶槽2的碳纤维纱上层A1和碳纤维纱下层A2需要在外部托辊的支撑之下引入预成型模具3内，即浸胶槽2与预成型模具3之间设置有多个转向托辊，碳纤维纱上层A1和碳纤维纱下层A2在转向托辊处无需分层，重叠即可。
预成型模具3是由上游侧一级预成型模具31和下游侧二级预成型模具32顺序组成。一级预成型模具31用作引入浸胶槽2处输出的碳纤维纱层，一级预成型模具31的进料侧模口和出料侧模口分别为上、下两个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度(约为2mm)，一级预成型模具31上的上部进料侧模口和上部出料侧模口对应于上层浸胶碳纤维纱层，下部进料侧模口和下部出料侧模口对应于下层浸胶碳纤维纱层。二级预成型模具32用作引入一级预成型模具31处输出的碳纤维纱层，二级预成型模具32的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于一级预成型模具31的模口(约为1.5mm)，由一级预成型模具31输出的上层浸胶碳纤维纱层和下层浸胶碳纤维纱层在二级预成型模具32处重叠后进入并输出。经由二级预成型模具32输出的浸胶碳纤维纱层组成了预成型件B，即预成型模具3制得预成型件B。
拉挤模具4由上游侧一级拉挤模具41、中游侧二级拉挤模具42和下游侧三级拉挤模具43顺序组成，各级拉挤模具用作依次顺序固化引入的预成型件B，各级拉挤模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，每一级拉挤模具的各模口宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于上述二级预成型模具31的出料侧模口(约为1.2mm)。一级拉挤模具41上设置有温控器，温控器作用下的一级拉挤模具41内的温控约为120℃。二级拉挤模具42上设置有温控器，温控器作用下的二级拉挤模具42内的温控约为130℃。三级拉挤模具43上设置有温控器，温控器作用下的三级拉挤模具43内的温控约为140℃。经由三级拉挤模具43输出的预成型件B固化成了预制板体C，即拉挤模具4制得预制板体C。
牵引机构5是碳纤维纱层从纱架1处经浸胶槽2、预成型模具3、拉挤模具4 连续化输送的牵引动力源，在其牵引作用下，纱架1上的碳纤维纱经浸胶槽2、预成型模具3和拉挤模具4制得预制板体C。为了保证制得的预制板体C的质量，牵引机构5的牵引速度范围约为0.3m/min。
切割机6用作将牵引机构5输出的预制板体C，按照流场板的设计长度进行裁切分段，获得裁切板体D。
模压机7主要由上、下对应的动模部分和定模部分组成(通常上侧的为动模、下侧的为定模)，动模部分和定模部分组成能够压制裁切板体D的模腔，模压机7 用作在裁切好的裁切板体D上模压加工出流道结构。基于本实施例中的流场板单侧为流道结构、另一侧为光面结构(即流场板为单面呈流道结构)，模压机7的动模部分/定模部分的表面具有能够在裁切板体D一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构，模压机7的定模部分/动模部分的表面具有能够在裁切板体D的另一侧表面压制出平面的光面结构，通常而言，动模部分的表面设计出匹配于设计流道的流道凸模结构，定模部分的表面设计为平整的光面结构。模压机7对裁切板体D上的流道结构压制，是在压强约为25MPa、模腔内温控约为150℃的条件实现的。该模压机7的模腔为开放式结构，其模腔面积大于所要压制的裁切板体，若以单次压制仅压制一块裁切板体而言，模腔面积与裁切板体面积之比为1:0.9；若所要一次压制多块裁切板体，则应增大模腔面积，使单次压制过程中能够容置多块裁切板体进行压制，以提高效率。
在上述流水线顺序排布的设备结构中，对应于浸胶槽2设置有球磨机。该球磨机通常采用卧式旋转型结构，其磨筒转速范围约为10～50r/min(例如10r/min、 30r/min、40r/min或50r/min等)，优选35r/min，钢球数量排布范围约为30～150 个(例如70个、90个、120个等)，优选80个，在这些钢球中，各个钢球的直径不尽一致，即形成不同尺寸的钢球相互配合，这些钢球的直径在2～10mm范围内随意选择、混搭。
基于上述流水线顺序排布的纱架1、浸胶槽2、预成型模具3、拉挤模具4、牵引机构5、切割机6和模压机7，上述流场板的制备方法采取如下工艺措施：
-将碳素粉料与树脂以球磨机进行球磨，球磨时间约为15h，确保球磨混合均匀；混合均匀的物料装入浸胶槽2内；
-将碳纤维纱A布置在纱架1上，使碳纤维纱A在纱架1的输出端以上、下两层结构分层排布；
-在牵引机构5的牵引作用下，纱架1上的两层碳纤维纱先经浸胶槽2充分浸渍胶料；再经预成型模具3合并定型制得含胶量约为26％的预成型件B；后经拉挤模具4合并定型制得预制板体C，该预制板体C的固化度约为48％，厚度约为1.2mm，密度约为1.4g/cm3；
-按流场板设计尺寸裁切预制板体C；
-在裁切板体D的一侧表面压制流道结构，压制时间约为3min；
-将带流道结构的板体在压力约为4MPa的环境下进行带压冷却，以防翘变；
-在带流道结构的板体上，以数控机床等常规机加设备加工出气体进口(孔) 和气体出口(孔)，得厚度约为1mm、密度约为1.4g/cm3的流场板E；在此技术措施中，可以将多块带流道结构的板体进行批量化的打孔。
本实施例制得的流场板经检测，具有下表所示性能。
测试指标 测试值
外观 平整无破损
体积密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.40
导电性(S/cm) 120～150
接触电阻(mΩcm<sup>2</sup>) 6.36
弯折强度(MPa) 583
气密性(cm<sup>3</sup>/cm<sup>2</sup>*s) ≤1*10<sup>-7</sup>
导热系数(W/mK) 17.2
腐蚀电流密度(μA/cm<sup>2</sup>) 0.37
通过上表所示内容可以清楚地看出，本实施例制得的流场板机械强度高，导热、导电性能好，气密性好，耐腐蚀。经分析、对比，能够完全满足于美国能源部DOE对复合流场板的技术要求。
实施例2
本发明的流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以下述拉挤工艺制得，制得的流场板厚度约为1.2mm、密度约为1.34g/cm3，制得的流场板的单侧具有流道结构、另一侧为光面结构。
其中，碳纤维纱选用24K小丝束的连续无捻结构，其碳含量为95％。碳纤维纱是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿着纤维轴向堆砌而成的，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，具有密度低、强度高、优良的导电导热性能，在满足流场板性能要求的前提下，其还具有连续性好、价格便宜的特点。
碳素粉料选用纯度≥99.5％的碳黑，选用的碳素粉料为粒径范围500目内的混合粒径料(即碳素粉料的粒径范围为300～500目)。
树脂选用粘度为260mPa.s的酚醛树脂。
上述碳素粉料与树脂之间按如下百分比配料：碳素粉料12％、树脂88％。
上述流场板的制备方法依赖于流水线顺序排布的纱架、浸胶槽、预成型模具、拉挤模具、牵引机构、切割机和模压机，即这些设备是本实施例中实现上述流场板的制备方法的一个关键环节。
具体的，纱架用作支撑排布碳纤维纱。在纱架的输出端，按照碳纤维纱的输送流程而顺序设置有一级穿纱板和二级穿纱板，各级穿纱板上分别具有穿过每一根粗捻纱的孔，单孔的直径约为10mm；一级穿纱板和二级穿纱板相互配合，将纱架上的碳纤维纱以上、下两层结构分层排布输出，使纱架输出的碳纤维纱形成碳纤维纱上层和碳纤维纱下层。
浸胶槽上设置有温控器，该温控器控制下的浸胶槽内温控范围为35～55℃；浸胶槽内的温控范围不宜过高，应根据所要加入的树脂类型对应选择，通常而言，以浸胶槽内的温度高于室温10～30℃为宜。对应于酚醛树脂，浸胶槽内的温度控制约为50℃。浸胶槽盛放配方量混合均匀的碳素粉料和树脂的胶料，在加热状态下以降低胶料粘度。对应于纱架输出的碳纤维纱上层和碳纤维纱下层，在浸胶槽内设置有上、下两个浸胶托辊，上侧浸胶托辊对应于碳纤维纱上层，下侧浸胶托辊对应于碳纤维纱下层，上、下浸胶托辊均排布在浸胶槽内的胶料有效浸渍区域内，碳纤维纱上层以绕布于上侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽并从浸胶槽内引出，碳纤维纱下层以绕布于下侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽并从浸胶槽内引出，这样能够使各碳纤维纱层的各区域均浸胶充分。当然，引出于浸胶槽的碳纤维纱上层和碳纤维纱下层需要在外部托辊的支撑之下引入预成型模具内，即浸胶槽与预成型模具之间设置有多个转向托辊，碳纤维纱上层和碳纤维纱下层在转向托辊处无需分层，重叠即可。
预成型模具是由上游侧一级预成型模具和下游侧二级预成型模具顺序组成。一级预成型模具用作引入浸胶槽处输出的碳纤维纱层，一级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为上、下两个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度(约为2.5mm)，一级预成型模具上的上部进料侧模口和上部出料侧模口对应于上层浸胶碳纤维纱层，下部进料侧模口和下部出料侧模口对应于下层浸胶碳纤维纱层。二级预成型模具用作引入一级预成型模具处输出的碳纤维纱层，二级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于一级预成型模具的模口(约为1.8mm)，由一级预成型模具输出的上层浸胶碳纤维纱层和下层浸胶碳纤维纱层在二级预成型模具处重叠后进入并输出。经由二级预成型模具输出的浸胶碳纤维纱层组成了预成型件，即预成型模具制得预成型件。
拉挤模具由上游侧一级拉挤模具、中游侧二级拉挤模具和下游侧三级拉挤模具顺序组成，各级拉挤模具用作依次顺序固化引入的预成型件，各级拉挤模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，每一级拉挤模具的各模口宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于上述二级预成型模具的出料侧模口(约为1.4mm)。一级拉挤模具上设置有温控器，温控器作用下的一级拉挤模具内的温控约为110℃。二级拉挤模具上设置有温控器，温控器作用下的二级拉挤模具内的温控约为120℃。三级拉挤模具上设置有温控器，温控器作用下的三级拉挤模具内的温控约为150℃。经由三级拉挤模具输出的预成型件固化成了预制板体，即拉挤模具制得预制板体。
牵引机构是碳纤维纱层从纱架处经浸胶槽、预成型模具、拉挤模具连续化输送的牵引动力源，在其牵引作用下，纱架上的碳纤维纱经浸胶槽、预成型模具和拉挤模具制得预制板体。为了保证制得的预制板体的质量，牵引机构的牵引速度范围约为0.4m/min。
切割机用作将牵引机构输出的预制板体，按照流场板的设计长度进行裁切分段，获得裁切板体。
模压机主要由上、下对应的动模部分和定模部分组成(通常上侧的为动模、下侧的为定模)，动模部分和定模部分组成能够压制裁切板体的模腔，模压机用作在裁切好的裁切板体上模压加工出流道结构。基于本实施例中的流场板单侧为流道结构、另一侧为光面结构(即流场板为单面呈流道结构)，模压机的动模部分/定模部分的表面具有能够在裁切板体一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构，模压机的定模部分/动模部分的表面具有能够在裁切板体的另一侧表面压制出平面的光面结构，通常而言，动模部分的表面设计出匹配于设计流道的流道凸模结构，定模部分的表面设计为平整的光面结构。模压机对裁切板体上的流道结构压制，是在压强约为28MPa、模腔内温控约为120℃的条件实现的。该模压机的模腔为开放式结构，其模腔面积大于所要压制的裁切板体，若以单次压制仅压制一块裁切板体而言，模腔面积与裁切板体面积之比为1:0.9；若所要一次压制多块裁切板体，则应增大模腔面积，使单次压制过程中能够容置多块裁切板体进行压制，以提高效率。
在上述流水线顺序排布的设备结构中，对应于浸胶槽设置有球磨机。该球磨机通常采用卧式旋转型结构，其磨筒转速范围约为10～50r/min(例如10r/min、30r/min、40r/min或50r/min等)，优选30r/min，钢球数量排布范围约为30～150 个,优选70个，在这些钢球中，各个钢球的直径不尽一致，即形成不同尺寸的钢球相互配合，这些钢球的直径在2～10mm范围内随意选择、混搭。
基于上述流水线顺序排布的纱架、浸胶槽、预成型模具、拉挤模具、牵引机构、切割机和模压机，上述流场板的制备方法采取如下工艺措施：
-将碳素粉料与树脂以球磨机进行球磨，球磨时间约为13h，确保球磨混合均匀；混合均匀的物料装入浸胶槽内；
-将碳纤维纱布置在纱架上，使碳纤维纱在纱架的输出端以上、下两层结构分层排布；
-在牵引机构的牵引作用下，纱架上的两层碳纤维纱先经浸胶槽充分浸渍胶料；再经预成型模具合并定型制得含胶量约为29％的预成型件；后经拉挤模具合并定型制得预制板体，该预制板体的固化度约为45％，厚度约为1.4mm，密度约为1.34g/cm3；
-按流场板设计尺寸裁切预制板体；
-在裁切板体的一侧表面压制流道结构，压制时间约为2min；
-将带流道结构的板体在压力约为3MPa的环境下进行带压冷却，以防翘变；
-在带流道结构的板体上，以数控机床等常规机加设备加工出气体进口(孔) 和气体出口(孔)，得厚度约为1.2mm、密度约为1.34g/cm3的流场板；在此技术措施中，可以将多块带流道结构的板体进行批量化的打孔。
本实施例制得的流场板经检测，具有下表所示性能。
测试指标 测试值
外观 平整无破损
体积密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.34
导电性(S/cm) 105～120
接触电阻(mΩcm<sup>2</sup>) 7.26
弯折强度(MPa) 540
气密性(cm<sup>3</sup>/cm<sup>2</sup>*s) ≤1*10<sup>-7</sup>
导热系数(W/mK) 18.7
腐蚀电流密度(μA/cm<sup>2</sup>) 0.37
通过上表所示内容可以清楚地看出，本实施例制得的流场板机械强度高，导热、导电性能好，气密性好，耐腐蚀。经分析、对比，能够完全满足于美国能源部DOE对复合流场板的技术要求。
实施例3
本发明的流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以下述拉挤工艺制得，制得的流场板厚度约为1.3mm、密度约为1.5g/cm3，制得的流场板的双侧具有流道结构。
其中，碳纤维纱选用24K小丝束的连续无捻结构，其碳含量约为94％。碳纤维纱是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿着纤维轴向堆砌而成的，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，具有密度低、强度高、优良的导电导热性能，在满足流场板性能要求的前提下，其还具有连续性好、价格便宜的特点。
碳素粉料选用纯度≥99.5％的石墨，选用的碳素粉料为粒径为600～1000 目内的混合粒径料。
树脂选用粘度为340mPa.s的乙烯基酯树脂。
上述碳素粉料与树脂之间按如下百分比配料：碳素粉料18％、树脂82％。
上述流场板的制备方法依赖于流水线顺序排布的纱架、浸胶槽、预成型模具、拉挤模具、牵引机构、切割机和模压机，即这些设备是本实施例中实现上述流场板的制备方法的一个关键环节。
具体的，纱架用作支撑排布碳纤维纱。在纱架的输出端，按照碳纤维纱的输送流程而顺序设置有一级穿纱板和二级穿纱板，各级穿纱板上分别具有穿过每一根粗捻纱的孔，单孔的直径约为10mm；一级穿纱板和二级穿纱板相互配合，将纱架上的碳纤维纱以上、下两层结构分层排布输出，使纱架输出的碳纤维纱形成碳纤维纱上层和碳纤维纱下层。
浸胶槽上设置有温控器，该温控器控制下的浸胶槽内温控范围为35～55℃；浸胶槽内的温控范围不宜过高，应根据所要加入的树脂类型对应选择，通常而言，以浸胶槽内的温度高于室温10～30℃为宜。对应于乙烯基酯树脂，浸胶槽内的温度控制约为35℃。浸胶槽盛放配方量混合均匀的碳素粉料和树脂的胶料，在加热状态下以降低胶料粘度。对应于纱架输出的碳纤维纱上层和碳纤维纱下层，在浸胶槽内设置有上、下两个浸胶托辊，上侧浸胶托辊对应于碳纤维纱上层，下侧浸胶托辊对应于碳纤维纱下层，上、下浸胶托辊均排布在浸胶槽内的胶料有效浸渍区域内，碳纤维纱上层以绕布于上侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽并从浸胶槽内引出，碳纤维纱下层以绕布于下侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽并从浸胶槽内引出，这样能够使各碳纤维纱层的各区域均浸胶充分。当然，引出于浸胶槽的碳纤维纱上层和碳纤维纱下层需要在外部托辊的支撑之下引入预成型模具内，即浸胶槽与预成型模具之间设置有多个转向托辊，碳纤维纱上层和碳纤维纱下层在转向托辊处无需分层，重叠即可。
预成型模具是由上游侧一级预成型模具和下游侧二级预成型模具顺序组成。一级预成型模具用作引入浸胶槽处输出的碳纤维纱层，一级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为上、下两个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度(约为2.8mm)，一级预成型模具上的上部进料侧模口和上部出料侧模口对应于上层浸胶碳纤维纱层，下部进料侧模口和下部出料侧模口对应于下层浸胶碳纤维纱层。二级预成型模具用作引入一级预成型模具处输出的碳纤维纱层，二级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于一级预成型模具的模口(约为2mm)，由一级预成型模具输出的上层浸胶碳纤维纱层和下层浸胶碳纤维纱层在二级预成型模具处重叠后进入并输出。经由二级预成型模具输出的浸胶碳纤维纱层组成了预成型件，即预成型模具制得预成型件。
拉挤模具由上游侧一级拉挤模具、中游侧二级拉挤模具和下游侧三级拉挤模具顺序组成，各级拉挤模具用作依次顺序固化引入的预成型件，各级拉挤模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，每一级拉挤模具的各模口宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于上述二级预成型模具的出料侧模口(约为1.5mm)。一级拉挤模具内设置有温控器，温控器作用下的一级拉挤模具内的温控约为100℃。二级拉挤模具内设置有温控器，温控器作用下的二级拉挤模具内的温控约为120℃。三级拉挤模具内设置有温控器，温控器作用下的三级拉挤模具内的温控约为140℃。经由三级拉挤模具输出的预成型件固化成了预制板体，即拉挤模具制得预制板体。
牵引机构是碳纤维纱层从纱架处经浸胶槽、预成型模具、拉挤模具连续化输送的牵引动力源，在其牵引作用下，纱架上的碳纤维纱经浸胶槽、预成型模具和拉挤模具制得预制板体。为了保证制得的预制板体的质量，牵引机构的牵引速度范围约为0.3m/min。
切割机用作将牵引机构输出的预制板体，按照流场板的设计长度进行裁切分段，获得裁切板体。
模压机主要由上、下对应的动模部分和定模部分组成(通常上侧的为动模、下侧的为定模)，动模部分和定模部分组成能够压制裁切板体的模腔，模压机用作在裁切好的裁切板体上模压加工出流道结构。基于本实施例中的流场板双侧为流道结构(即流场板为双面呈流道结构)，模压机的动模部分和定模部分的表面分别具有能够在裁切板体的对应侧表面压制出设计流道的流道凸模结构，且动模部分表面的流道凸模结构和定模部分表面的流道凸模结构与流场板上的设计流道结构相对应。模压机对裁切板体上的流道结构压制，是在压强约为28MPa、模腔内温控约为130℃的条件实现的。该模压机的模腔为开放式结构，其模腔面积大于所要压制的裁切板体，若以单次压制仅压制一块裁切板体而言，模腔面积与裁切板体面积之比为1:0.9；若所要一次压制多块裁切板体，则应增大模腔面积，使单次压制过程中能够容置多块裁切板体进行压制，以提高效率。
在上述流水线顺序排布的设备结构中，对应于浸胶槽设置有球磨机。该球磨机通常采用卧式旋转型结构，其磨筒转速范围约为10～50r/min(例如10r/min、 30r/min、40r/min或50r/min等)，优选35r/min,钢球数量排布范围约为30～150 个(例如35个、70个、150个等)，优选70个。在这些钢球中，各个钢球的直径不尽一致，即形成不同尺寸的钢球相互配合，这些钢球的直径在2～10mm范围内随意选择、混搭。
基于上述流水线顺序排布的纱架、浸胶槽、预成型模具、拉挤模具、牵引机构、切割机和模压机，上述流场板的制备方法采取如下工艺措施：
-将碳素粉料与树脂以球磨机进行球磨，球磨时间约为8h，确保球磨混合均匀；混合均匀的物料装入浸胶槽内；
-将碳纤维纱布置在纱架上，使碳纤维纱在纱架的输出端以上、下两层结构分层排布；
-在牵引机构的牵引作用下，纱架上的两层碳纤维纱先经浸胶槽充分浸渍胶料；再经预成型模具合并定型制得含胶量约为30％的预成型件；后经拉挤模具合并定型制得预制板体，该预制板体的固化度约为50％，厚度约为1.5mm，密度约为1.5g/cm3；
-按流场板设计尺寸裁切预制板体；
-在裁切板体的两侧表面压制流道结构，压制时间约为4min；
-将带流道结构的板体在压力约为5MPa的环境下进行带压冷却，以防翘变；
-在带流道结构的板体上，以数控机床等常规机加设备加工出气体进口(孔) 和气体出口(孔)，得厚度约为1.3mm、密度约为1.5g/cm3的流场板；在此技术措施中，可以将多块带流道结构的板体进行批量化的打孔。
实施例4
本发明的流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以下述拉挤工艺制得，制得的流场板厚度约为0.8mm、密度约为1.3g/cm3，制得的流场板的单侧具有流道结构、另一侧为光面结构。
其中，碳纤维纱选用12k小丝束的连续无捻结构，其碳含量约为90％。碳纤维纱是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿着纤维轴向堆砌而成的，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，具有密度低、强度高、优良的导电导热性能，在满足流场板性能要求的前提下，其还具有连续性好、价格便宜的特点。
碳素粉料选用纯度≥99.5％的碳黑，选用的碳素粉料为粒径范围500～800 目内的混合粒径料。
树脂选用粘度为380mPa.s的环氧树脂。
上述碳素粉料与树脂之间按如下百分比配料：碳素粉料5％、树脂95％。
上述流场板的制备方法依赖于流水线顺序排布的纱架、浸胶槽、预成型模具、拉挤模具、牵引机构、切割机和模压机，即这些设备是本实施例中实现上述流场板的制备方法的一个关键环节。
具体的，纱架用作支撑排布碳纤维纱。在纱架的输出端，按照碳纤维纱的输送流程而顺序设置有一级穿纱板和二级穿纱板，各级穿纱板上分别具有穿过每一根粗捻纱的孔，单孔的直径约为10mm；一级穿纱板和二级穿纱板相互配合，将纱架上的碳纤维纱以上、下两层结构分层排布输出，使纱架输出的碳纤维纱形成碳纤维纱上层和碳纤维纱下层。
浸胶槽上设置有温控器，该温控器控制下的浸胶槽内温控范围为35～55℃；浸胶槽内的温控范围不宜过高，应根据所要加入的树脂类型对应选择，通常而言，以浸胶槽内的温度高于室温10～30℃为宜。对应于环氧树脂，浸胶槽内的温度控制约为52℃。浸胶槽盛放配方量混合均匀的碳素粉料和树脂的胶料，在加热状态下以降低胶料粘度。对应于纱架输出的碳纤维纱上层和碳纤维纱下层，在浸胶槽内设置有上、下两个浸胶托辊，上侧浸胶托辊对应于碳纤维纱上层，下侧浸胶托辊对应于碳纤维纱下层，上、下浸胶托辊均排布在浸胶槽内的胶料有效浸渍区域内，碳纤维纱上层以绕布于上侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽并从浸胶槽内引出，碳纤维纱下层以绕布于下侧浸胶托辊下侧处的方式流经浸胶槽并从浸胶槽内引出，这样能够使各碳纤维纱层的各区域均浸胶充分。当然，引出于浸胶槽的碳纤维纱上层和碳纤维纱下层需要在外部托辊的支撑之下引入预成型模具内，即浸胶槽与预成型模具之间设置有多个转向托辊，碳纤维纱上层和碳纤维纱下层在转向托辊处无需分层，重叠即可。
预成型模具是由上游侧一级预成型模具和下游侧二级预成型模具顺序组成。一级预成型模具用作引入浸胶槽处输出的碳纤维纱层，一级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为上、下两个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度(约为1.4mm)，一级预成型模具上的上部进料侧模口和上部出料侧模口对应于上层浸胶碳纤维纱层，下部进料侧模口和下部出料侧模口对应于下层浸胶碳纤维纱层。二级预成型模具用作引入一级预成型模具处输出的碳纤维纱层，二级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但小于一级预成型模具的模口(约为1mm)，由一级预成型模具输出的上层浸胶碳纤维纱层和下层浸胶碳纤维纱层在二级预成型模具处重叠后进入并输出。经由二级预成型模具输出的浸胶碳纤维纱层组成了预成型件，即预成型模具制得预成型件。
拉挤模具由上游侧一级拉挤模具、中游侧二级拉挤模具和下游侧三级拉挤模具顺序组成，各级拉挤模具用作依次顺序固化引入的预成型件，各级拉挤模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，每一级拉挤模具的各模口宽度对应于流场板设计幅宽、高度略大于流场板设计厚度但约等于上述二级预成型模具的出料侧模口(约为1mm)。一级拉挤模具上设置有温控器，温控器作用下的一级拉挤模具内的温控约为120℃。二级拉挤模具上设置有温控器，温控器作用下的二级拉挤模具内的温控约为140℃。三级拉挤模具上设置有温控器，温控器作用下的三级拉挤模具内的温控约为160℃。经由三级拉挤模具输出的预成型件固化成了预制板体，即拉挤模具制得预制板体。
牵引机构是碳纤维纱层从纱架处经浸胶槽、预成型模具、拉挤模具连续化输送的牵引动力源，在其牵引作用下，纱架上的碳纤维纱经浸胶槽、预成型模具和拉挤模具制得预制板体。为了保证制得的预制板体的质量，牵引机构的牵引速度约为0.3m/min。
切割机用作将牵引机构输出的预制板体，按照流场板的设计长度进行裁切分段，获得裁切板体。
模压机主要由上、下对应的动模部分和定模部分组成(通常上侧的为动模、下侧的为定模)，动模部分和定模部分组成能够压制裁切板体的模腔，模压机用作在裁切好的裁切板体上模压加工出流道结构。基于本实施例中的流场板单侧为流道结构、另一侧为光面结构(即流场板为单面呈流道结构)，模压机的动模部分/定模部分的表面具有能够在裁切板体一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构，模压机的定模部分/动模部分的表面具有能够在裁切板体的另一侧表面压制出平面的光面结构，通常而言，动模部分的表面设计出匹配于设计流道的流道凸模结构，定模部分的表面设计为平整的光面结构。模压机对裁切板体上的流道结构压制，是在压强约为24MPa、模腔内温控约为140℃的条件实现的。该模压机的模腔为开放式结构，其模腔面积大于所要压制的裁切板体，若以单次压制仅压制一块裁切板体而言，模腔面积与裁切板体面积之比为1:0.9；若所要一次压制多块裁切板体，则应增大模腔面积，使单次压制过程中能够容置多块裁切板体进行压制，以提高效率。
在上述流水线顺序排布的设备结构中，对应于浸胶槽设置有球磨机。该球磨机通常采用卧式旋转型结构，其磨筒转速范围约为10～50r/min(例如10r/min、 30r/min、40r/min或50r/min等)，优选35r/min，钢球数量排布范围约为30～150 个(例如70个、90个、120个等)，优选90个。在这些钢球中，各个钢球的直径不尽一致，即形成不同尺寸的钢球相互配合，这些钢球的直径在2～10mm范围内随意选择、混搭。
基于上述流水线顺序排布的纱架、浸胶槽、预成型模具、拉挤模具、牵引机构、切割机和模压机，上述流场板的制备方法采取如下工艺措施：
-将碳素粉料与树脂以球磨机进行球磨，球磨时间约为24h，确保球磨混合均匀；混合均匀的物料装入浸胶槽内；
-将碳纤维纱布置在纱架上，使碳纤维纱在纱架的输出端以上、下两层结构分层排布；
-在牵引机构的牵引作用下，纱架上的两层碳纤维纱先经浸胶槽充分浸渍胶料；再经预成型模具合并定型制得含胶量约为25％的预成型件；后经拉挤模具合并定型制得预制板体，该预制板体的固化度约为48％，厚度约为1mm，密度约为 1.3g/cm3；
-按流场板设计尺寸裁切预制板体；
-在裁切板体的一侧表面压制流道结构，压制时间约为2min；
-将带流道结构的板体在压力约为4MPa的环境下进行带压冷却，以防翘变；
-在带流道结构的板体上，以数控机床等常规机加设备加工出气体进口(孔) 和气体出口(孔)，得厚度约为0.8mm、密度约为1.3g/cm3的流场板；在此技术措施中，可以将多块带流道结构的板体进行批量化的打孔。
以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种质子膜燃料电池用流场板，其特征在于，所述流场板主要由碳纤维纱、碳素粉料和树脂以拉挤工艺制得；
在制得的流场板的整体结构体系中，以碳纤维纱的纤维轴向形成连续相导电通路，以碳素粉料来增加碳纤维纱的纤维在横向上的导电通路。
2.根据权利要求1所述质子膜燃料电池用流场板，其特征在于，所述碳纤维纱为连续无捻结构，所述碳纤维纱的碳含量为90～95%。
3.根据权利要求1所述质子膜燃料电池用流场板，其特征在于，所述碳素粉料为纯度≥99.5%的石墨或碳黑，所述碳素粉料的粒径范围为300～1000目；所述树脂为粘度250～450mPa.s的环氧树脂、酚醛树脂或乙烯基酯树脂；所述碳素粉料与所述树脂之间按如下百分比配料：
碳素粉料 2～20%、
树脂 80～98%。
4.根据权利要求1所述质子膜燃料电池用流场板，其特征在于，所述流场板的厚度为0.7～1.3mm、密度为1.3～1.5g/cm3。
5.一种权利要求1、2、3或4所述质子膜燃料电池用流场板的制备方法，其特征在于，所述制备方法采取的工艺措施是：
-将碳素粉料与树脂球磨混合均匀；装入浸胶槽内；
-将碳纤维纱布置在纱架上，使碳纤维纱在纱架的输出端以上、下两层结构分层排布；
-在牵引机构的牵引作用下，纱架上的两层碳纤维纱先经浸胶槽浸渍胶料，再依次经预成型模具、拉挤模具合并定型，制得预制板体；
-按流场板设计尺寸裁切预制板体；
-在裁切板体的一侧表面或两侧表面压制流道结构；
-将带流道结构的板体冷却；
-在带流道结构的板体上加工出气体进口和气体出口，得流场板。
6.根据权利要求5所述质子膜燃料电池用流场板的制备方法，其特征在于，所述浸胶槽内的温控范围为35～55℃；所述牵引机构的牵引速度为0.2～0.4m/min。
7.根据权利要求5所述质子膜燃料电池用流场板的制备方法，其特征在于，所述预成型模具是由上游侧一级预成型模具和下游侧二级预成型模具顺序组成；所述一级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为上、下两个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度大于流场板设计厚度，上部进料侧模口和上部出料侧模口对应于上层浸胶碳纤维纱，下部进料侧模口和下部出料侧模口对应于下层浸胶碳纤维纱；所述二级预成型模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，各模口的宽度对应于流场板设计幅宽、高度大于流场板设计厚度但小于一级预成型模具的模口；所述预成型模具制得预成型件，所述预成型件的含胶量≤30%。
8.根据权利要求5所述质子膜燃料电池用流场板的制备方法，其特征在于，所述拉挤模具由上游侧一级拉挤模具、中游侧二级拉挤模具和下游侧三级拉挤模具顺序组成，各级拉挤模具的进料侧模口和出料侧模口分别为一个，每一级拉挤模具的各模口宽度对应于流场板设计幅宽、高度大于流场板设计厚度但小于或等于所述预成型模具的最下游模口，所述一级拉挤模具的温控范围为100～120℃，所述二级拉挤模具的温控范围为120～140℃，所述三级拉挤模具的温控范围为140～160℃；所述拉挤模具制得厚度为0.8～1.5mm、密度为1.3～1.5g/cm3的预制板体，所述预制板体的固化度≤50%。
9.根据权利要求5所述质子膜燃料电池用流场板的制备方法，其特征在于，所述裁切板体上的流道是由压强18～30MPa、模腔温控范围120～160℃的模压机压制制得，压制时间为1～5min；所述模压机具有上下对应的动模部分和定模部分，对应于单面呈流道结构的流场板，所述动模部分/定模部分的表面具有能够在裁切板体一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构、所述定模部分/动模部分的表面具有能够在裁切板体的另一侧表面压制出平面的光面结构，对应于双面呈流道结构的流场板，所述动模部分的表面具有能够在裁切板体一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构、所述定模部分的表面具有能够在裁切板体另一侧表面压制出设计流道的流道凸模结构。
10.根据权利要求5所述质子膜燃料电池用流场板的制备方法，其特征在于，所述冷却是在压力为3～5MPa的环境下进行冷却。
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