本发明涉及一种改性石墨基复合材料双极板的制备方法，属于导电双极板制备技术领域。
背景技术：
导电塑料是将树脂和导电物质混合，用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料。主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。双极板是钒电池电堆的重要部件，用于集流和分隔正负极溶液，对其要求是具有较高的导电性、良好的机械强度、优异的耐腐蚀性以及较低的成本。导电塑料双极板均采用常规的高温混炼进行原材料的混合，再通过热压成型的制备工艺。目前导电塑料双极板大多选择二元复合体系，由于炭黑填充到树脂中的份数较大，复合体系的熔体粘度增大，加工性能变差，材料力学性能特别是冲击强度明显降低；填充炭黑含量一般为50～90%，这种相对较高的炭黑含量会导致炭黑的局部集中，使得材料的导电性能不稳定，进行多次放电后，炭黑脱落导致表面有微小孔洞，造成电池正负极窜液及电池失效；组装多组电池时，为保证整体密封性并且降低材料之间的接触电阻，需很大的压紧力，导致其压缩变形大，反复使用后易断裂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对目前导电塑料双极板，由于炭黑填量大，加工性能变差，冲击强度降低，压缩变形大，反复使用后易断裂的问题，提供了一种采用鳞片石墨为原料，与重铬酸钾，浓磷酸，高氯酸反应，经微波加热制得膨胀石墨，再用热稳定性好、耐蚀性高的热塑性聚酰亚胺树脂与碳填料球磨共混，制得复合料粉，最后将膨胀石墨与复合料粉加热共混，热塑性聚酰亚胺树脂在高温下逐渐融化，覆盖占据膨胀石墨的空隙，填充到膨胀石墨中，再经模压、固化、脱模后制得改性石墨基复合材料双极板的方法。本发明制备步骤简单，加工性能好，无炭黑脱落现象发生，所得产品导电性能好，耐冲击强度高，有效解决了压缩变形大，反复使用后易断裂的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）分别称取80～120g鳞片石墨，120～180g重铬酸钾，加入反应釜中，继续添加20～28mL质量分数为85%浓磷酸，90～130mL质量浓度70%高氯酸，在60～65℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌20～30min，静置1～2h，冷却至室温，加入500～800mL去离子水，减压抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，转入80～90℃干燥箱中干燥至恒重，再将其用400W微波处理8～12s，得膨胀石墨，备用；
（2）称取40～50g热塑性聚酰亚胺树脂，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的热塑性聚酰亚胺树脂与1.0～1.2g碳纤维，0.5～0.6g多壁碳纳米管，5～7g乙炔黑，8～10g炭黑，装入球磨机中，加入交联剂六次甲基四胺，球磨4～5h，得复合料粉；
（3）称取60～75g步骤（1）备用的膨胀石墨与50～55g上述复合料粉，加入密炼机中混合均匀，以10℃/min速率程序升温至270～280℃，保持温度2～3h，随后冷却至130～150℃，出料，得混合料；
（4）将上述所得混合料装入模具中，并置于热压机上，用8～10MPa压力预压2～3min，以10MPa/min速率增大压力至80～90MPa，在120～130℃下，保持压力10～15min，随后减压至常压，将模具移入马弗炉中，在230～240℃下固化2～3h，冷却至室温，取出模压板，得改性石墨基复合材料双极板。
本发明制得的改性石墨基复合材料双极板冲击强度为3.6～3.8KJ·m-2，电阻率为0.41～0.47Ω·mm2/m，断裂伸长率为6～8%，硬度92～101H，拉伸强度为32.6～36.8MPa，耐弯曲疲劳次数为1085～1270次。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备步骤简单，加工性能好，无炭黑脱落现象发生；
（2）所得产品导电性能好，耐冲击强度高，压缩变形小，反复使用后不易断裂。
具体实施方式
首先分别称取80～120g鳞片石墨，120～180g重铬酸钾，加入反应釜中，继续添加20～28mL质量分数为85%浓磷酸，90～130mL质量浓度70%高氯酸，在60～65℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌20～30min，静置1～2h，冷却至室温，加入500～800mL去离子水，减压抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，转入80～90℃干燥箱中干燥至恒重，再将其用400W微波处理8～12s，得膨胀石墨，备用；然后称取40～50g热塑性聚酰亚胺树脂，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的热塑性聚酰亚胺树脂与1.0～1.2g碳纤维，0.5～0.6g多壁碳纳米管，5～7g乙炔黑，8～10g炭黑，装入球磨机中，加入交联剂六次甲基四胺，球磨4～5h，得复合料粉；再称取60～75g备用的膨胀石墨与50～55g上述复合料粉，加入密炼机中混合均匀，以10℃/min速率程序升温至270～280℃，保持温度2～3h，随后冷却至130～150℃，出料，得混合料；最后将上述所得混合料装入模具中，并置于热压机上，用8～10MPa压力预压2～3min，以10MPa/min速率增大压力至80～90MPa，在120～130℃下，保持压力10～15min，随后减压至常压，将模具移入马弗炉中，在230～240℃下固化2～3h，冷却至室温，取出模压板，得改性石墨基复合材料双极板。
实例1
首先分别称取80g鳞片石墨，120g重铬酸钾，加入反应釜中，继续添加20mL质量分数为85%浓磷酸，90mL质量浓度70%高氯酸，在60℃恒温水浴下，以300r/min搅拌20min，静置1h，冷却至室温，加入500mL去离子水，减压抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，转入80℃干燥箱中干燥至恒重，再将其用400W微波处理8s，得膨胀石墨，备用；然后称取40g热塑性聚酰亚胺树脂，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的热塑性聚酰亚胺树脂与1.0g碳纤维，0.5g多壁碳纳米管，5g乙炔黑，8g炭黑，装入球磨机中，加入交联剂六次甲基四胺，球磨4h，得复合料粉；再称取60g备用的膨胀石墨与50g上述复合料粉，加入密炼机中混合均匀，以10℃/min速率程序升温至270℃，保持温度2h，随后冷却至130℃，出料，得混合料；最后将上述所得混合料装入模具中，并置于热压机上，用8MPa压力预压2min，以10MPa/min速率增大压力至80MPa，在120℃下，保持压力10min，随后减压至常压，将模具移入马弗炉中，在230℃下固化2h，冷却至室温，取出模压板，得改性石墨基复合材料双极板。
本发明制备步骤简单，加工性能好，无炭黑脱落现象发生；所得产品导电性能好，耐冲击强度高，压缩变形小，反复使用后不易断裂；制得的改性石墨基复合材料双极板冲击强度为3.6KJ·m-2，电阻率为0.41Ω·mm2/m，断裂伸长率为6%，硬度92H，拉伸强度为32.6MPa，耐弯曲疲劳次数为1085次。
实例2
首先分别称取100g鳞片石墨，150g重铬酸钾，加入反应釜中，继续添加24mL质量分数为85%浓磷酸，110mL质量浓度70%高氯酸，在63℃恒温水浴下，以350r/min搅拌25min，静置2h，冷却至室温，加入650mL去离子水，减压抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，转入85℃干燥箱中干燥至恒重，再将其用400W微波处理10s，得膨胀石墨，备用；然后称取45g热塑性聚酰亚胺树脂，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的热塑性聚酰亚胺树脂与1.1g碳纤维，0.6g多壁碳纳米管，6g乙炔黑，9g炭黑，装入球磨机中，加入交联剂六次甲基四胺，球磨5h，得复合料粉；再称取68g备用的膨胀石墨与53g上述复合料粉，加入密炼机中混合均匀，以10℃/min速率程序升温至275℃，保持温度3h，随后冷却至140℃，出料，得混合料；最后将上述所得混合料装入模具中，并置于热压机上，用9MPa压力预压3min，以10MPa/min速率增大压力至85MPa，在125℃下，保持压力13min，随后减压至常压，将模具移入马弗炉中，在235℃下固化3h，冷却至室温，取出模压板，得改性石墨基复合材料双极板。
本发明制备步骤简单，加工性能好，无炭黑脱落现象发生；所得产品导电性能好，耐冲击强度高，压缩变形小，反复使用后不易断裂；制得的改性石墨基复合材料双极板冲击强度为3.7KJ·m-2，电阻率为0.44Ω·mm2/m，断裂伸长率为7%，硬度96H，拉伸强度为34.7MPa，耐弯曲疲劳次数为1175次。
实例3
首先分别称取120g鳞片石墨，180g重铬酸钾，加入反应釜中，继续添加28mL质量分数为85%浓磷酸，130mL质量浓度70%高氯酸，在65℃恒温水浴下，以400r/min搅拌30min，静置2h，冷却至室温，加入800mL去离子水，减压抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，转入90℃干燥箱中干燥至恒重，再将其用400W微波处理12s，得膨胀石墨，备用；然后称取50g热塑性聚酰亚胺树脂，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的热塑性聚酰亚胺树脂与1.2g碳纤维，0.6g多壁碳纳米管，7g乙炔黑，10g炭黑，装入球磨机中，加入交联剂六次甲基四胺，球磨5h，得复合料粉；再称取75g备用的膨胀石墨与55g上述复合料粉，加入密炼机中混合均匀，以10℃/min速率程序升温至280℃，保持温度3h，随后冷却至150℃，出料，得混合料；最后将上述所得混合料装入模具中，并置于热压机上，用10MPa压力预压3min，以10MPa/min速率增大压力至90MPa，在130℃下，保持压力15min，随后减压至常压，将模具移入马弗炉中，在240℃下固化3h，冷却至室温，取出模压板，得改性石墨基复合材料双极板。
本发明制备步骤简单，加工性能好，无炭黑脱落现象发生；所得产品导电性能好，耐冲击强度高，压缩变形小，反复使用后不易断裂；制得的改性石墨基复合材料双极板冲击强度为3.8KJ·m-2，电阻率为0.47Ω·mm2/m，断裂伸长率为8%，硬度101H，拉伸强度为36.8MPa，耐弯曲疲劳次数为1270次。