CN118108999A - 一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法 - Google Patents
一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118108999A CN118108999A CN202211480057.7A CN202211480057A CN118108999A CN 118108999 A CN118108999 A CN 118108999A CN 202211480057 A CN202211480057 A CN 202211480057A CN 118108999 A CN118108999 A CN 118108999A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sealing material
- ethylene propylene
- diene monomer
- propylene diene
- rubber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 title claims abstract description 44
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 14
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical group C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-tris(prop-2-enyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione Chemical group C=CCN1C(=O)N(CC=C)C(=O)N(CC=C)C1=O KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 claims description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 accelerator Substances 0.000 claims description 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical group [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003230 hygroscopic agent Substances 0.000 claims description 2
- ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N isocyanuric acid Chemical group OC1=NC(O)=NC(O)=N1 ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000002081 peroxide group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 150000001993 dienes Chemical class 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229920001897 terpolymer Polymers 0.000 description 1
Abstract
本发明提供了一种氢燃料电池三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法，所述密封材料是由100重量份基体橡胶、2～5重量份硫化剂、2～5重量份促进剂、2～10重量份活性剂、10～30重量份补强剂和1～5重量份吸湿剂原料混炼硫化后制得，其中，基体橡胶为固体三元乙丙橡胶和液体三元乙丙橡胶的混合。本发明制得的密封材料力学性能好、化学性能稳定、玻璃转化温度低、使用寿命长、还能避免由于密封材料降解而造成膜电极污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池领域，进一步地说，是涉及一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法。
背景技术
随着不断增长的能源需求，开发更清洁的可再生能源是生态安全的必然要求和能源安全的必然方向。
氢燃料电池(PEMFC)能够将氢气和氧气中储存的化学能转化为电能，是一种新型发电技术，具有清洁无污染、能量转化效率高、工作温度低、启动速度快等优势，被广泛应用于航空航天、潜艇、交通运输及分布式发电等领域。
然而，氢燃料电池是一种包含流体、电化学、热、力多场耦合作用的复杂系统，密封材料通常暴露于氢燃料电池内部复杂的工作环境，例如，酸性介质溶液、潮湿气体、冷却剂、循环温度等。密封设计直接关系燃料电池的安全性、可靠性和耐久性，由此要求密封材料必须具备良好的气体/液体密封性、耐酸性、耐湿性、耐高温性及耐老化性。
目前，氢燃料电池常用的密封材料中，硅橡胶具有良好的耐热性、且易于加工，但是其在酸性环境下化学稳定性较差；氟橡胶的耐腐蚀性好、压缩永久变形值低，但其价格昂贵，且加工性能和低温耐受性能差。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种氢燃料电池三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法，本发明提供的密封材料不仅具有较好力学性能，还具有较好的密封性、低温硫化性能以及避免由于降解而带来的污染膜电极问题。
首先，本发明的目的之一是提供一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料。
包括基体橡胶、硫化剂、促进剂、活性剂、补强剂和吸湿剂，其中，基体橡胶为固体三元乙丙橡胶和液体共混的三元乙丙橡胶，且固体三元乙丙橡胶与液体三元乙丙橡胶的质量比99：1～70：30；优选为95：5～80：20。三元乙丙橡胶为乙烯、丙烯和少量非共轭二烯烃的三元共聚物，原料来源实惠经济，还具有良好的耐热、耐气、耐介质、耐氧化、电气绝缘性能、化学稳定性能以及良好的加工性能，是一种优良的密封材料，本发明利用固体和液体共混的三元乙丙橡胶得到一种具有较好力学性能、密封性能和耐腐蚀性能的氢燃料电池用密封材料。
具体地，三元乙丙橡胶密封材料由包括以下组分的原料混炼硫化后制得，各组分按重量份数计为：
更优选地，各组分按重量份数计为：
进一步地，硫化剂为过氧化物型硫化剂，优选地，硫化剂为1,1-双叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷(TMCH)。本发明在材料配方中加入TMCH硫化剂后能够显著地降低材料的硫化温度。
进一步地，促进剂为含芳杂环的异氰脲酸酯，优选地，促进剂为含芳杂环的多功能烯烃单体的三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)。
进一步地，活性剂为无机锌，优选地，无机锌为氧化锌。
进一步地，补强剂为炭黑；优选地，补强剂为炭黑N990。炭黑N990可显著改善材料在混炼过程的加工性能和最终橡胶成品的性能，并能延长密封材料的寿命。
进一步地，吸湿剂为无机吸湿剂，优选地，吸湿剂为氧化钙。
其次，本发明的目的之二是提供一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶基密封材料的制备方法。
所述方法包括：
先将基体橡胶塑炼，再按所述用量加入活性剂、吸湿剂、补强剂、促进剂和硫化剂混炼，硫化后得到三元乙丙橡胶基密封材料。
具体包括以下步骤：
先将混合基体橡胶塑炼2～5min，再依次加入活性剂、吸湿剂和补强剂进行混炼，再依次缓慢加入促进剂和硫化剂，制成混炼胶片静置12～18h后，再进行硫化，硫化温度为120～130℃，硫化时间为1～2h，得到三元乙丙橡胶基密封材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明采用固、液混合的三元乙丙橡胶作为氢燃料电池的膜电极密封材料，密封材料力学性能好、化学性能稳定、玻璃转化温度低、使用寿命长、还能避免由于密封材料降解而造成膜电极污染的问题。
2.本发明提供的密封材料，采用的原料绿色环保，易得且价格低廉，有效地降低了密封材料的制备成本。
3.本发明提供的密封材料，易于加工，硫化温度低，可与膜电极、边框等组件进行一体化注塑成型，同时不会对膜电极、催化层等组件造成伤害，应用更简单方便。
4.本发明提供的密封材料，原料组分少，且制备方法简单，易操作，适于工业化生产。
5.本发明提供的密封材料，力学性能均满足美国能源部对氢燃料电池密封材料要求，且部分力学远超于美国能源部对氢燃料电池密封材料要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不应理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
在本发明的实施例中，采用的测试仪器和原料来源说明如下表1和表2。
表1为实验设备和测试仪器说明
表2为采用的原料剂来源说明
对比例1
在开炼机中加入固体三元乙丙橡胶进行塑炼2min，然后依次加入配方中的填料助剂ZnO、CaO、炭黑N990进行混炼10min；接着依次缓慢加入促进剂TAIC、硫化剂TMCH混炼5min；在开炼机上对橡胶进行打三角包、滚卷处理，最后制得混料胶片，混炼胶片静置12h后，在130℃条件下硫化1h，硫化后即得到三元乙丙橡胶基密封材料，其中，各组分的用量见表3，制得的密封材料性能测试结果见表4。
对比例2
相比于对比例1的不同在于基体橡胶为液体三元乙丙橡胶，其加工制备方法与对比例1相同，制得的密封材料性能测试结果见表4。
实施例1～4
在开炼机中加入基体橡胶进行塑炼2min，然后加入配方中的填料助剂ZnO、CaO、炭黑N990进行混炼10min；接着依次缓慢加入促进剂TAIC、硫化剂TMCH混炼5min；在开炼机上对橡胶进行打三角包、滚卷处理，最后制得混料胶片，混炼胶片静置12h后，在130℃条件下硫化1h，硫化后即得到三元乙丙橡胶基密封材料，其中，各组分的用量见表3，制得的密封材料性能测试结果见表4。
实施例5～8
在开炼机中加入基体橡胶进行塑炼5min，然后加入配方中的填料助剂ZnO、CaO、炭黑N990进行混炼15min；接着依次缓慢加入促进剂TAIC、硫化剂TMCH混炼5min；在开炼机上对橡胶进行打三角包、滚卷处理，最后制得混料胶片，混炼胶片静置12h后，在120℃条件下硫化2h，硫化后即得到三元乙丙橡胶基密封材料，其中，各组分的用量见表3，制得的密封材料性能测试结果见表4。
表3实施例1～8及对比例1、对比例2中各原料组分的用量
表4实施例1～8和对比例1、对比例2制得的三元乙丙橡胶基密封材料的性能测试数据
对上述数据进行分析，由实施例1～4与对比例1可知，随着固体三元乙丙橡胶含量的增加，密封材料的气密性越好；随着液体三元乙丙橡胶含量的增加，密封材料的拉伸强度、断裂伸长率在明显增加，而硬度、定伸应力在逐渐降低，因此，本发明的密封材料中液体三元乙丙橡胶的含量不宜过多。由对比例2可知，当基体橡胶仅为液体三元乙丙橡胶时，相应的硬度、定伸应力、拉伸强度、断裂拉伸率远不及固体或固体和液体混合时的性能。由实施例5～8可知，通过调节密封材料的配比，能进一步提升密封材料的力学性能。
更进一步地，采用固体、液体三元乙丙橡胶的混合作为基体橡胶，能够较好低改善密封材料的加工性能，具体地，当只采用纯固体三元乙丙橡胶混炼时，加入填料后填料会飞溅出来，不易加工；只采用纯液体三元乙丙橡胶混炼时，液体橡胶会粘附在开炼机上，也不易加工。本发明通过将两者混用时可以有效避免填料飞溅以及橡胶粘附在开炼机上的问题。
由此可见，本发明采用由固体、液体三元乙丙橡胶作为基体橡胶，不仅能够进一步改善了密封材料的力学性能，还能够保证胶料的良好流动特性，改善材料的加工性能，同时还能保证较好的气密性，本发明提供的密封材料能更好地满足氢燃料电池密封材料性能的要求。
除此之外，本发明制备得到的密封材料的玻璃化转变温度均低于-40℃，可以满足氢燃料电池低温使用的温度范围-40～90℃的要求。本发明的密封材料是在102～130℃的温度条件下硫化制得，能够满足氢燃料电池密封材料一体化注射成型先进工艺的低温硫化要求。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料，其特征在于：所述密封材料是由包括以下组分的原料混炼硫化后制得：
基体橡胶、硫化剂、促进剂、活性剂、补强剂和吸湿剂；
各组分按重量份数计为，
所述基体橡胶为固体三元乙丙橡胶和液体三元乙丙橡胶。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料，其特征在于：
所述固体三元乙丙橡胶与所述液体三元乙丙橡胶的质量比为99：1～70：30。
3.根据权利要求2所述的氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料，其特征在于：
所述固体三元乙丙橡胶与所述液体三元乙丙橡胶的质量比为为95：5～80：20。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料，其特征在于，
各组分按重量份数计为，
5.根据权利要求1所述的密封材料，其特征在于，
所述硫化剂为过氧化物型硫化剂；
所述促进剂为含芳杂环的异氰脲酸酯；
所述活性剂为无机锌；
所述吸湿剂为无机吸湿剂。
6.根据权利要求5所述的密封材料，其特征在于，
所述硫化剂为1,1-双叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷；
所述促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯；
所述无机锌为氧化锌；
所述吸湿剂为氧化钙。
7.根据权利要求1所述的密封材料，其特征在于，
所述补强剂为炭黑。
8.根据权利要求1～7任一所述的密封材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
先将基体橡胶塑炼，再按所述用量加入活性剂、吸湿剂、补强剂、促进剂和硫化剂混炼，硫化后得到三元乙丙橡胶基密封材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述塑炼时间为2～5min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硫化温度为120～130℃；硫化时间为1～2h。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118108999A true CN118108999A (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102115563B (zh) | 一种用于高温、高压或高湿环境下电器类使用的密封件原料及其制备方法 | |
| CN110797561B (zh) | 一种基于碳量子点的质子交换膜及其制备方法 | |
| CN105330990A (zh) | 用于新能源汽车充电桩电缆的绝缘材料及其制备方法 | |
| CN114672101B (zh) | 一种耐低温压缩永久变形三元乙丙橡胶材料及其制备方法 | |
| CN111777983A (zh) | 高硬度导热聚氨酯结构胶及其制备方法 | |
| CN118108999A (zh) | 一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法 | |
| CN115368681A (zh) | 一种抗撕裂性三元乙丙橡胶模压板及其制备方法 | |
| CN109777010B (zh) | 一种低压变合金弹性体密封件及其制备方法 | |
| EP2940076A1 (en) | Polyamide resin composition | |
| CN117050432A (zh) | 一种耐高低温、长寿命密封橡胶复合材料及其制备方法 | |
| CN114672116B (zh) | 一种电池密封件用低压缩应力松弛氟橡胶及其制备方法 | |
| EP3971241B1 (en) | Rubber composition for fuel-cell cooling hose and fuel-cell cooling hose using same | |
| CN113078344B (zh) | 凝胶挤出流延改性全氟磺酸质子交换膜的方法 | |
| Pehlivan-Davis | Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell seals durability | |
| CN115584095A (zh) | 一种离子液体辅助分散制备高导电氟橡胶密封材料的方法 | |
| CN113372655B (zh) | 一种氢燃料电池用三元乙丙橡胶密封材料及制备方法和应用 | |
| CN114605835A (zh) | 一种低密度导热垫片 | |
| CN113265105B (zh) | 燃料电池双极板密封材料及其制备方法和应用 | |
| KR101263485B1 (ko) | 금속 이온 용출이 없는 리튬 이온 전지용 절연 패킹 부재의 고무 조성물 | |
| KR101107198B1 (ko) | 리튬이온 전지용 절연 패킹 부재 | |
| KR20200073070A (ko) | 수소연료자동차 냉각수 개폐기용 오일씰의 고무 조성물 | |
| EP4223510A1 (en) | Multilayer body | |
| JP2004211038A (ja) | 接着剤組成物 | |
| JP2014065248A (ja) | 積層体およびその製法 | |
| CN116693988A (zh) | 一种高绝缘高阻燃线缆胶料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication |