專利名稱：一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備工藝的制作方法
一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備工藝
一、 技術(shù)領(lǐng)域-
本發(fā)明涉及導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備工藝領(lǐng)域，尤其是一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合 材料及其制備工藝。
二、 背景技術(shù)-
由于聚合物-碳導(dǎo)電復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、無(wú)銹蝕、加工工藝性及尺寸穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率 在較大范圍內(nèi)可調(diào)、易于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。所以，近來(lái)，聚合物-碳復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)利用受 到人們的重視，而被廣泛應(yīng)用于電刷、電極、燃料電池雙極板等產(chǎn)品的制造中。
燃料電池具有高效率，高能源密度，啟動(dòng)溫度相對(duì)較低，燃料供應(yīng)便捷以及使用壽命長(zhǎng) 等優(yōu)點(diǎn)，是本世紀(jì)理想的能源轉(zhuǎn)換裝置。雙極板是其中的重要部件，大約占燃料電池體積的 80%，重量的70%以及整個(gè)電池堆價(jià)格的60%。雙極板的價(jià)格巳成為制約燃料電池產(chǎn)業(yè)化的 主要因素。因此，優(yōu)選良好的電極板材料和成型方法，降低雙極板成本，對(duì)于降低質(zhì)子交換 膜燃料電池的制造費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
聚合物-碳復(fù)合材料可采用熱壓或注射成型的方法在雙極板表面直接制備流場(chǎng)，可以大大 降低雙極板的加工費(fèi)用。如果選用熱塑性樹(shù)脂，還可以具有可回收的優(yōu)點(diǎn)。但由于大部分聚 合物具有低的電導(dǎo)率，因此為滿足雙極板的電導(dǎo)率要求(》100S/cm)聚合物的含量不能太高， 這又會(huì)使導(dǎo)電復(fù)合材料的力學(xué)性能降低。因此，要求導(dǎo)電復(fù)合材料同時(shí)滿足優(yōu)良的電導(dǎo)率和 較高的力學(xué)性能要求是一項(xiàng)難于實(shí)現(xiàn)的工作。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的導(dǎo)電復(fù)合材料電導(dǎo)性能差、抗彎強(qiáng)度低，加工工藝復(fù)雜 以及成本高的問(wèn)題。發(fā)明一種電導(dǎo)率優(yōu)良、抗彎強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫以及制備工藝簡(jiǎn)單 的石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
熱塑性聚苯硫醚樹(shù)脂具有耐高溫、耐腐蝕、力學(xué)性能好以及成型工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，石墨 材料具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性。本發(fā)明經(jīng)過(guò)科學(xué)的篩選，綜合利用上述材料的物 理和化學(xué)性能，以石墨為基體，聚苯硫醚樹(shù)脂作為粘結(jié)劑發(fā)明一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電 復(fù)合材料。
材料的配方質(zhì)量比為石墨60-85%，聚苯硫醚樹(shù)脂15-40%。所選用的石墨材料為
80~200微米的粉末，聚苯硫醚樹(shù)脂為60~200微米的粉末。
本發(fā)明所提出的聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備工藝為
(1) 按照材料的配方比例和質(zhì)量要求預(yù)備聚苯硫醚樹(shù)脂粉末、石墨粉末；
(2) 將備料裝入攪拌混合或者磨碎混合設(shè)備，攪拌混合或者磨碎混合聚苯硫醚樹(shù)脂和石 墨，獲得細(xì)化、均勻的混合粉料；攪拌混合或者磨碎混合過(guò)程為干法攪拌或磨碎混合，不添 加任何溶劑；
(3) 將混合粉料裝入模具，置于低溫?zé)釅籂t中，先升溫至成型溫度300-40(TC，保溫 20-120min，然后加壓至成型壓力20-40MPa，打開(kāi)爐門空冷至室溫，開(kāi)模取料；或者加壓至 成型壓力后，保壓5-30min，向模具冷卻腔內(nèi)通入室溫水或開(kāi)爐取出模具放入室溫水槽中冷 卻，至室溫后開(kāi)模取料。
本發(fā)明導(dǎo)電復(fù)合材料具有以下特點(diǎn)常溫體積電導(dǎo)率為30-170S/cm,抗彎強(qiáng)度為 10-65Mpa，可用于制造燃料電池雙極板、電刷及其它電極等產(chǎn)品，電導(dǎo)率優(yōu)良、抗彎強(qiáng)度高、 耐腐蝕性能好；本發(fā)明導(dǎo)電復(fù)合材料的制備工藝簡(jiǎn)單，加工質(zhì)量好，成本低。具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 :
先按照材料成分比例90 150微米的粉末顆粒狀人造石墨石80城％， 90-160微米的粉末 聚苯硫醚樹(shù)脂20wt。/。備料；再裝入混合磨碎設(shè)備，球磨機(jī)或滾壓磨碎機(jī)進(jìn)行球磨混合，在低 溫爐中熱壓成型，成型溫度380°C，保溫時(shí)間30min,然后加壓至成型壓力30MPa，打開(kāi)爐 門空冷至室溫后，開(kāi)模取料。
制備出的導(dǎo)電復(fù)合材料性能如下
抗彎強(qiáng)度52.4 MPa;電導(dǎo)率118.9 S/cm。
實(shí)施例2:
先按照材料成分比例120 180微米的粉末顆粒狀人造石墨60wt%， 120~200微米的粉末 聚苯硫醚樹(shù)脂40wty。備料；再裝入混合磨碎設(shè)備進(jìn)行球磨混合，在低溫爐中熱壓成型，成型 溫度370。C，保溫時(shí)間90min,成型壓力30 MPa，保壓15min，開(kāi)爐取出模具放入室溫水槽 中冷卻，至室溫后開(kāi)模取料。
制備出的導(dǎo)電復(fù)合材料性能如下
抗彎強(qiáng)度38MPa;電導(dǎo)率32S/cm。
實(shí)施例3:
先按照材料成分比例80 150微米的粉末顆粒狀人造石墨石80wt%， 80-150微米的粉末
聚苯硫醚樹(shù)脂20wt。/。備料；再裝入球磨混合設(shè)備進(jìn)行球磨混合，低溫爐中熱壓成型，成型溫 度390。C，保溫時(shí)間120min，成型壓力30 MPa，保壓8min，開(kāi)爐取出模具放入室溫水槽中 冷卻，至室溫后開(kāi)模取料。
制備出的導(dǎo)電復(fù)合材料性能如下
抗彎強(qiáng)度58.9 MPa;電導(dǎo)率124.5S/cm。
權(quán)利要求
1、一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料，以石墨為基體，聚苯硫醚樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，其特征為材料的配方質(zhì)量比為石墨60-85％，聚苯硫醚樹(shù)脂15-40％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征為所述的 石墨材料為80 200微米的粉末，聚苯硫醚樹(shù)脂為60~200微米的粉末。
3、 制備權(quán)利要求1所述的一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備工藝，其特征為 所述材料的制備工藝過(guò)程為(1) 按照材料的配方比例和質(zhì)量要求預(yù)備聚苯硫醚樹(shù)脂粉末、石墨粉末；(2) 將備料裝入攪拌混合或者磨碎混合設(shè)備，攪拌混合或者磨碎混合聚苯硫醚樹(shù)脂和石 墨，獲得細(xì)化、均勻的混合粉料；攪拌混合或者磨碎混合過(guò)程為干法攪拌或磨碎混合，不添 加任何溶劑；(3) 將混合粉料裝入模具，置于低溫?zé)釅籂t中，先升溫至成型溫度300-400°C，保溫 20-120min，然后加壓至成型壓力20-40MPa，打開(kāi)爐門空冷至室溫，開(kāi)模取料；或者加壓至 成型壓力后，保壓5-30min，向模具冷卻腔內(nèi)通入室溫水或開(kāi)爐取出模具放入室溫水槽中冷卻， 至室溫后開(kāi)模取料。
全文摘要
本發(fā)明涉及導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備工藝領(lǐng)域，尤其是一種聚苯硫醚樹(shù)脂/石墨基導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備工藝。材料的配方質(zhì)量比為石墨60-85％，聚苯硫醚樹(shù)脂15-40％。制備工藝過(guò)程為將按照材料的配方比例和質(zhì)量要求預(yù)備的材料裝入攪拌混合或者磨碎混合設(shè)備，攪拌混合或者磨碎混合；將混合粉料裝入模具，置于低溫?zé)釅籂t中，先升溫至成型溫度300-400℃，保溫20-120min，然后加壓至成型壓力20-40MPa，打開(kāi)爐門空冷至室溫，開(kāi)模取料；或者加壓至成型壓力后，保壓5-30min，冷卻至室溫后開(kāi)模取料。本導(dǎo)電復(fù)合材料，常溫體積電導(dǎo)率為30-170S/cm，抗彎強(qiáng)度為10-65MPa，可用于制造燃料電池雙極板、電刷及其它電極等產(chǎn)品，電導(dǎo)率優(yōu)良、抗彎強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好；其制備工藝簡(jiǎn)單，加工質(zhì)量好，成本低。
文檔編號(hào)C08K3/00GK101113239SQ200710016319
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者夏麗剛, 李愛(ài)菊, 王威強(qiáng), 磊 邵 申請(qǐng)人:山東大學(xué)