[发明专利]一种燃料电池用石墨/树脂复合双极板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别涉及一种燃料电池用石墨/树脂复合双极板的制备方法。

背景技术

目前，在采用一次成型法制作双极板的技术中，是以热固性或热塑性树脂有机物为粘结剂，以石墨或碳黑无机填料为导电骨料，上述物料经预处理后混合均匀，经干燥-破碎-过筛，制备得到复合粉料，再通过模压、挤压或注射等成型方法一次性将粉料成型得到带流场的各种形状和尺寸的复合材料双极板。上述复合粉料制备工艺中，普遍采用机械混合法。但实验发现，采用该混合法制作的复合粉料，再加工成双极板，在扫描电镜下观察该双极板，可看到其中分别存在树脂的聚集区和石墨的聚集区，且有局部大块现象，因此双极板压制得不紧密，其抗折强度、导电性能受到很大影响；并且，现有技术中，直接采用无机物填料和有机聚合物粘结剂，没有其它辅助试剂，由于这两类物质在化学结构和物理形态上存在着显著的差异，两者缺乏亲和性，也使得最后制得的双极板石墨与树脂间的结合界面疏松，存在孔洞，压制不紧密，大大影响其抗折强度和导电性能。

发明内容

本发明旨在提供一种压制紧密、抗折强度和导电性能优良的双极板的制备方法。

本发明采用下述方案实现：将粘结剂用树脂溶解于有机溶剂中，加入添加剂炭黑，在超声器中超声分散后，再向其中加入所需的导电填料和水，之后在超声器中超声分散，同时施以机械搅拌，频率一股可选择3000-4500转/分钟，超声波频率为：20～80KHz，将物料混合均匀后，再将混合料在不高于40℃环境中干燥，上述混合物料粉碎后再经成型——固化工艺后制得双极板，各物料加入比例与现有技术中各物料加入比例相同，成型步骤可采用现有技术中的模压、挤压、注射等各种方式，如模压成型条件：压力120-200MPa，保压时间1-10min，固化程序为：80℃-100℃-120℃-140℃-160℃-180℃，在各温度段间保温1小时，最后在180℃保温两小时以上。

为进一步提高树脂粘结剂和无机填料两者之间的浸润性，对所述的导电填料先进行表面预处理，方法是：取导电填料、有机溶剂、水及偶联剂于容器内，用超声波振荡、搅拌混合均匀，超声波频率为：20～80KHz，然后在不高于80℃条件下烘干即可。

另一种提高浸润性的方法是：向所述的粘结剂用树脂中加入偶联剂，超声分散后再向其中加入添加剂炭黑。

上述两种提高浸润性的方法中，所采用的偶联剂是下述两类物质中的一种，一类是如Y-Si-(OR)₃式表示的硅烷类物质，其中Y为有机官能基团，OR指可水解的烷氧有机基团，如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷；另一类偶联剂则可采用钛酸有机酯类物质，如异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、植物酸型单烷氧基类钛酸酯，复合型单烷氧基类钛酸酯。

上述偶联剂的添加量为所用导填料质量的0.5％-1％。

与现有技术相比，本发明优点体现如下：1.本发明在加入导电填料和水后采用超声分散和搅拌同时进行的方式，该方法被称为超分散法，在这种超声波环境下，树脂体系受高强交变声强的作用产生空化效应，分子的构象发生改变，分子运动加剧，从而导致树脂的粘度及表面张力迅速下降，流动性变好。这些因素减小了导电粒子运动时的粘滞阻力，使石墨颗粒等导电粒子的表面能均匀充分地被树脂浸润，各物料混合得更均匀。采用该方法得到的复合材料再制备成双极板，其导电率可提高近70％。

2.采用本发明的对导电填料先进行偶联剂表面预处理的方法，制得的复合材料再制作成双极板后，双极板压制得非常紧密，可大大提高其抗折强度。

3.采用本发明的直接向粘结剂中加入偶联剂的方法，制得的复合材料再制作成双极板后一方面双极板压制紧密，可提高其抗折强度，另一方面可降低偶联剂对导电性能的不利影响，提高双极板的综合性能，且该方法工艺简化，实用性强。

具体实施方式