等进行复配。石墨締具有非常大的长径比，高比表面积和大量的含氧官能团，因而微 量的石墨締易均匀的分散在乙締基树脂粘结剂中。石墨締等纳米导电填料的均匀分散，在 树脂包覆导电填料的绝缘层中形成有效的导电通路，从而减弱了包覆层对电导率的负面影 响，使电导率大幅度提高。而炭黑作为传统的纳米级导电增强填料，具有非常强的链状结构 形成能力。在导电炭黑加入树脂后，部分吸附在导电填料表面，部分分散在树脂中，也有一 部分填充在导电填料之间的空隙，增加了导电通道，形成隧道电流，从而提高电导率；与此 同时，导电炭黑浸润在树脂中，提高了复合材料的硬度和强度。
[0023] 复合材料双极板在使用过程中处于酸性环境中，因而容易发生老化。粘结剂酪醒 环氧型乙締基树脂在酸性环境中会发生降解，对天然鱗片石墨包覆能力减弱，使得天然鱗 片石墨颗粒发生迁移，复合材料双极板内部导电网络结构发生破坏，减少了载流子的迁移 通道，从而引起电导率的降低。因而颗粒级配在不增加导电填料含量的基础上，形成了更多 的导电通路，同时加强了树脂对导电填料的浸润，导电填料粒子间堆积的更加紧密，内部缺 陷减少，腐蚀点减少。
[0024] 本发明技术方案如下： (1) 利用振磨机振磨大尺寸天然鱗片石墨（D=104um) 2~32h，得到小尺寸天然鱗片石墨 导电填料（d=0. 092~0. 586D); (2) 根据大尺寸天然鱗片石墨占总量的重量百分比60~90%，小尺寸天然鱗片石墨占总 量的重量百分比0~10%，石墨締占总量的重量百分比0~2%，导电炭黑占总量的0~10%分 别称量； (3) 分别将导电填料加入酪醒环氧型乙締基树脂粘结剂中，采用超声或者捏合等进行 混合，超声混合时间为10~20min或机械捏合时间为20~40min。捏合起始时树脂、引发剂与 复合导电填料同时加入，超声时加料顺序分别为树脂、石墨締、导电炭黑、天然鱗片石墨、引 发剂； (4) 将共混物进行抽真空干燥，50°C条件下干燥化； (5) 将混合物在自制模具内进行模压成型，施压溫度为90~110°C，模压压力为 12~20MPa，成型溫度为140~170°C，保溫时间为8~15min ;脱模取得样品。
【附图说明】
[002引颗粒级配，大尺寸石墨01020304,小尺寸石墨A。图1是自由排列示意图，图2是紧 密排列示意图，图3是填料级配示意图，图4是填料级配与复配示意图。
[0026]实施例11.材料组分 大尺寸天然鱗片石墨 80% 小尺寸天然鱗片石墨 5% 酪醒环氧型乙締基树脂 15% TBPB 2% (相对于树脂质量而言） BPO 2%讨目对于树脂质量而言） 2.制备方案： 山利用振磨机振磨140目大尺寸天然鱗片石墨（D=104um)l化，制得直径为d=0. 21抓的 小尺寸石墨； 巧将上述导电填料、粘结剂和两种引发剂按比例称量； 巧)将导电填料与树脂采用捏合方式进行共混，其中按树脂：溶剂比例为1:0. 3加入溶 剂稀释，所有物料同时加入捏合机，捏合30min l4)将上述共混物进行抽真空干燥，50°C条件下干燥化； 巧》将共混物在自制模具中进行模压成型，模压过程：施压溫度为l〇〇°C，模压压力为 18MPa，成型溫度为160°C，保溫时间为Ilmin ;脱模取得样品。
[0027] 3.样品性能 电导率：185S/cm ;弯曲强度：30MPa 实施例2 1. 材料组分 大尺寸天然鱗片石墨 79.5% 小尺寸天然鱗片石墨 5% 石墨締 0.5% 酪醒环氧型乙締基树脂15% TBPB 2%讨目对于树脂而言） BPO 2%讨目对于树脂而言） 2. 制备方案： 山利用振磨机振磨140目大尺寸天然鱗片石墨（D=104um)l化，制得直径为d=0. 21抓的 小尺寸石墨； 戀将上述导电填料、粘结剂和两种引发剂按比例称量； 《鑽将导电填料与树脂采用超声方式进行共混，其中按导电填料粘结剂总量：溶剂比例 为1:2. 5加入洛剂，物料加入顺序为树脂、石墨締、石墨、引发剂，超声总时长15min ; (朽将上述共混物放置自然惊干，然后进行抽真空干燥，50°C条件下干燥化，进一步脱 除溶剂； 括;将共混物在自制模具中进行模压成型，模压过程：施压溫度为l〇〇°C，模压压力为 18MPa，成型溫度为160°C，保溫时间为Ilmin ;脱模取得样品。
[0028] 3.样品性能 电导率：218S/cm ;弯曲强度：38. 4MPa 实施例3 1.材料组分 大尺寸天然鱗片石墨 75% 小尺寸天然鱗片石墨 5% 导电炭黑 5% 酪醒环氧型乙締基树脂 15% TBPB 2%讨目对于树脂而言） BPO 2%讨目对于树脂而言） 2.制备方案： 山利用振磨机振磨140目大尺寸天然鱗片石墨（D=104um)l化，制得直径为d=0. 21抓的 小尺寸石墨； 巧将上述导电填料、粘结剂和两种引发剂按比例称量； 说，将导电填料与树脂采用超声方式进行共混，其中按导电填料粘结剂总量：溶剂比例 为1:2. 5加入溶剂，物料加入顺序为树脂、导电炭黑、石墨、引发剂，超声总时长15min ; a)将上述共混物放置自然惊干，然后进行抽真空干燥，50°C条件下干燥化，进一步脱 除溶剂； ^5>将共混物在自制模具中进行模压成型，模压过程：施压溫度为l〇(TC，模压压力为 18MPa，成型溫度为160°C，保溫时间为Ilmin ;脱模取得样品。
[0029] 3.样品性能 电导率：240S/cm ;弯曲强度：32MPa 实施例4 1. 材料组分 大尺寸天然鱗片石墨 74% 小尺寸天然鱗片石墨 5% 石墨締 1 % 酪醒环氧型乙締基树脂 20% TBPB 2%讨目对于树脂而言） BPO 2%讨目对于树脂而言） 2. 制备方案： 山利用振磨机振磨140目大尺寸天然鱗片石墨（D=104um)l化，制得直径为d=0. 21抓的 小尺寸石墨； 踢将上述导电填料、粘结剂和两种引发剂按比例称量； ;诺将导电填料与树脂采用超声方式进行共混，其中按导电填料粘结剂总量：溶剂比例 为1:2. 5加入洛剂，物料加入顺序为树脂、石墨締、石墨、引发剂，超声总时长15min ; 化;将上述共混物放置自然惊干，然后进行抽真空干燥，50°C条件下干燥化，进一步脱 除溶剂； 巧)将共混物在自制模具中进行模压成型，模压过程：施压溫度为l〇〇°C，模压压力为 18MPa，成型溫度为160°C，保溫时间为Ilmin ;脱模取得样品。
[0030] 3.样品性能 电导率：150. 63S/cm ;弯曲强度：40. 1 MPa。
【主权项】
1. 一种燃料电池双极板复合材料，其特征在于：该复合材料由两种不同尺寸的天然鳞 片石墨级配材料作为导电填料，石墨烯或导电炭黑作为辅助导电填料，酚醛环氧型乙烯基 树脂作为粘结剂，TBPB、BPO作为树脂固化复合引发剂。2. 按权利要求1所述的复合材料，其特征在于：两种不同尺寸的天然鳞片石墨级配材 料占总量的重量百分比为70~90%，石墨烯占导电填料总重量的0~2%，导电炭黑占导电填 料的0~10%，粘结剂占总量的重量百分比为10~20%。3. 按权利要求2所述的两种不同尺寸的天然鳞片石墨级配材料，其特征在于：大尺寸 天然鳞片石墨为140目（D=104um)，小尺寸天然鳞片石墨直径d=0. 092~0. 586D，小尺寸天然 鳞片石墨由140目大尺寸天然鳞片石墨利用振磨机振磨2~32h制得；小尺寸天然鳞片石墨 占总量的重量百分比为〇~1〇 %，大尺寸天然鳞片石墨占总量的重量百分比为60~90 %。4. 按权利要求1所述的复合材料，其特征在于：电导率为150~240S/cm，弯曲强度为 30~41Mpa。5. -种按权利要求书1~4所述的高导电燃料电池双极板复合材料的制备方法，其特征 在于：该方法包含如下的步骤， (1) 利用振磨机振磨大尺寸天然鳞片石墨（D=104um) 2~32h，得到小尺寸天然鳞片石墨 导电填料（d=0. 092~0. 586D); (2) 根据大尺寸天然鳞片石墨占总量的重量百分比60~90%，小尺寸天然鳞片石墨占总 量的重量百分比〇~1〇%，石墨烯占总量的重量百分比〇~2%，导电炭黑占总量的0~10%分 别称量； (3) 分别将导电填料加入酚醛环氧型乙烯基树脂粘结剂中，采用超声或者捏合等进行 混合，超声混合时间为l〇~20min或机械捏合时间为20~40min，捏合起始时树脂、引发剂与 复合导电填料同时加入，超声时加料顺序分别为树脂、石墨烯、导电炭黑、天然鳞片石墨、弓丨 发剂； (4) 将共混物进行抽真空干燥，50°C条件下干燥6h; (5) 将混合物在自制模具内进行模压成型，施压温度为90~110°C，模压压力为 12~20Mpa，成型温度为140~170°C，保温时间为8~15min;脱模取得样品。
【专利摘要】本发明公开了一种提高双极板复合材料性能的方法。一种同时提高双极板复合材料电导率和弯曲强度的方法，其特征是：采用两种不同尺寸的天然鳞片石墨进行级配，大尺寸石墨粒径为D，小尺寸石墨粒径d为0.092～0.586D，将两者按合理比例进行颗粒级配，其中大尺寸天然鳞片石墨占总量的重量百分比为60～90％，小尺寸天然鳞片石墨占总量的重量百分比为0～10％，再添加适量纳米填料导电炭黑(0～10％)或石墨烯(0～2％)复配与酚醛环氧型乙烯基树脂粘结剂制备模压料；然后将模压料在一定温度、压力、时间下模压固化制备样品。颗粒级配与复配技术的使用，使复合材料构建起更加完善的导电网络和得到更好的树脂浸润情况，导致电导率和弯曲强度的同时提高。
【IPC分类】H01M8/0226, H01M8/0221
【公开号】CN105406092
【申请号】CN201510738137
【发明人】吴宏, 高卫强, 郭少云, 夏立超
【申请人】四川大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月4日