聚酰胺樹脂組合物的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚酰胺樹脂組合物，該組合物用于能夠保持和提高車輛中的燃料 電池系統(tǒng)的性能的加濕器。
【背景技術】
[0002] 燃料電池是一種高效無污染的通過電化學反應直接將氫和氧的化學能轉化為電 能的發(fā)電裝置，其工作原理是，將氧和氫分別提供到陰極和陽極、通過電化學反應（即反向 水電解）產(chǎn)生電以及水和熱。與典型的化學電池（諸如干電池或蓄電池）不同，只要提供 氫和氧，燃料電池能夠連續(xù)地產(chǎn)生電，并且沒有熱損失，因而是內燃機效率的兩倍以上。因 此，燃料電池對環(huán)境友好，并可以減少對石化燃料耗盡的擔心。
[0003] 根據(jù)所用電解質的種類，這種燃料電池可以分為聚合物電解質燃料電池、磷酸型 燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池、以及堿性燃料電池。
[0004] 提高聚合物電解質燃料電池性能的主要因素是，向膜電極組的聚合物電解質膜提 供合適的溫度和預定數(shù)量的水分，以維持水分含量。這是因為，當所述聚合物電解質膜變干 時，發(fā)電效率會顯著下降。
[0005] 因此，加濕器對于維持膜電極組的聚合物電解質膜的合適的溫度和濕度是必需 的。
[0006] 加濕器的作用是，利用一種膜向聚合物電解質膜提供未反應氣體的水汽，該膜僅 使未反應氣體中所含的水汽能選擇性通過聚合物電解質膜，并且可以方便地制得輕而小。 這種選擇性透過膜優(yōu)選包括單位體積的透過面積很大的中空纖維膜。
[0007] 用于加濕膜的材料不應該對中空纖維膜的性能有不利的影響。由于離子會隨著時 間使膜的性能變差，因此，用于加濕器的材料不應該釋放離子。即使釋放離子，其數(shù)量也應 該較低。另外，當這種材料用于車輛時，諸如抗振性、耐熱性以及耐冷性等特性應該是優(yōu)異 的，而當其用于建筑時，抗沖擊性應該是好的。
[0008] 為了滿足這些要求，提出了各種聚合物材料。具體說，一種高耐熱聚酰胺樹脂在機 械特性以及耐熱性和耐冷性方面很優(yōu)異，因而近來作為加濕器材料受到了關注。
[0009] 然而，這種高耐熱聚酰胺樹脂具有高的熔融溫度，在產(chǎn)品成型時會具有相當長的 周期，使得產(chǎn)率較差。
[0010]因此，需要開發(fā)這樣的加濕器材料，該材料在成型時可以使長的周期縮短，并且滿 足高耐熱聚酰胺樹脂的優(yōu)點，包括釋放離子少、機械性能優(yōu)異、耐熱性高、耐冷性高。

【發(fā)明內容】

[0011] 技術問題
[0012] 因此，本發(fā)明旨在提供一種適合用于車輛燃料電池加濕器的聚酰胺樹脂組合物， 它可以呈現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能、高耐熱性、高耐冷性、高產(chǎn)率，以及非常低的離子釋放，即使 當其長時間暴露在車輛的內環(huán)境中，諸如高溫和高濕的條件下，也是如此。
[0013] 技術方案
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)選的第一實施例提供一種聚酰胺樹脂組合物，其包含：聚酰胺樹脂； 以及基于100重量份的所述聚酰胺樹脂，5~100重量的聚丙烯樹脂、5~135重量份的玻璃 纖維和0. 01~8重量份的酚類耐熱劑，其中，由所述聚酰胺樹脂組合物制備表面積為SOcm2的樣品、將該樣品浸入200mL去離子水中、然后將該樣品在80°C下加熱1500小時之后所測 量的電導率為80 μ S以下，以及由所述聚酰胺樹脂組合物制備表面積為270cm2的樣品，將 該樣品浸入200mL去離子水中、然后將該樣品在80°C下加熱168小時之后所測量的包含鈉、 鉀、鎂、鈣、銅、碘、磷、鋰、鋁、錳、鐵和鎳的陽離子的總濃度為Sppm以下。
[0015] 在本實施例中，所述聚酰胺樹脂可以具有2. 0~3. 5的相對粘度，并可以包含選自 聚酰胺6、聚酰胺12、聚酰胺66、聚酰胺6/66、聚酰胺6/12、聚酰胺6/6T、聚酰胺6/61及其 共聚物中的至少一種。
[0016] 在本實施例中，所述聚丙烯樹脂可以包含至少一種增容劑，該增溶劑選自其上接 枝有0. 4~2wt%馬來酐的均聚聚丙烯、乙烯丙烯共聚物和乙烯辛烯共聚物中的至少一種。
[0017] 在本實施例中，所述聚丙烯樹脂的熔融指數(shù)(MI)根據(jù)ASTM D1238測量可以為3~ 50g/10min。另外，在本實施例中，所述酚類耐熱劑可以由下面的結構式（I)表示：
[0018] 結構式（I)
[0020] 其中，Rl為甲基，R2和R3為選自具有1到5個碳原子的烷基的相同或不同的取代 基。
[0021] 在本實施例中，所述聚酰胺樹脂組合物還可以包含選自抗氧化劑、阻燃劑、熒光增 白劑、塑化劑、增稠劑、抗靜電劑、脫模劑、顏料和成核劑中的至少一種添加劑。
[0022] 在本實施例中，所述聚酰胺樹脂組合物可以具有：根據(jù)ASTM D638測得的I IOOkg/ cm2以上的拉伸強度，根據(jù)ASTM D790測得的1700kg/cm2以上的彎曲強度，以及根據(jù)ASTM D648在4. 6kg/cm2的負荷下測得的150°C以上的熱變形溫度。
[0023] 所述聚酰胺樹脂組合物可以用于設置在車輛中的燃料電池薄膜的加濕器。
[0024] 有益效果
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，聚酰胺樹脂組合物具有即使處于長時間振動、高溫或低溫條件下也 不會有顯著變化的機械性能。此外，該樹脂組合物可以具有優(yōu)異的物理性能和耐熱性，并且 即使長時間浸入水中離子釋放得也很少。因此，這種樹脂組合物適合用在能夠保持和提高 燃料電池系統(tǒng)性能的加濕器中。
【具體實施方式】
[0026] 在下文中，將給出本發(fā)明的詳細描述。
[0027] 本發(fā)明提出一種聚酰胺樹脂組合物，其包含聚酰胺樹脂；以及基于100重量份聚 酰胺樹脂，5~100重量份的聚丙烯樹脂、10~135重量份的玻璃纖維和0. 1~8重量份的 酚類耐熱劑。
[0028] -般地說，聚酰胺樹脂是指具有酰胺基（-C0NH-)的熱塑性樹脂。在聚酰胺樹脂的 例子中，聚酰胺6和聚酰胺66分別以下面的結構式（II)和（III)表示。
[0029] 結構式（II)
[0030] - (NH- (CH2) 5-C0) n
[0031] 結構式（III)
[0032] - (NH- (CH2) 6-HN-C0- (CH2) 4-C0) n
[0033] 在結構式（II)和（III)中，η是從200到15000的整數(shù)。
[0034] 在本發(fā)明中，聚酰胺樹脂可以包括選自聚酰胺6、聚酰胺12、聚酰胺66、聚酰胺 6/66、聚酰胺6/12、聚酰胺6/6Τ、聚酰胺6/61及其共聚物中的至少一種。尤其有用的是聚 酰胺6、聚酰胺66及其混合物。
[0035] 聚酰胺樹脂的相對粘度為2. 0~3. 5,其中，相對粘度通過在20°C下將Ig聚酰胺 樹脂加入IOOmL 96%的硫酸來測量。
[0036] 如果相對粘度小于2.0,那么，硬度和耐熱性會變差。相反，如果相對粘度超過 3. 5,那么，快速生產(chǎn)時在螺桿和樹脂之間會產(chǎn)生過多的摩擦熱，而且該樹脂會分解，或者需 要高壓進行成型，從而導致成型機或模具出現(xiàn)問題，使注塑成型變得困難，這是不合要求 的。
[0037] 在本發(fā)明中，聚丙烯樹脂與聚酰胺的相容性較差。因此，可以使用增容劑使這兩種 樹脂之間的相容性最大化。
[0038] 在相容性不能保證的情況下，在聚酰胺和聚丙烯樹脂之間會發(fā)生相分離，于是，由 于聚酰胺樹脂與聚丙烯樹脂相比釋放很多離子，因而增加了陽離子濃度和導電性。
[0039] 增容劑可以包括選自其上接枝有0. 4~2wt %馬來酐的均聚聚丙烯、乙烯丙烯共 聚物和乙烯辛烯共聚物中的至少一種。就這一點來說，所接枝的馬來酐的數(shù)量，即0. 4~ 2wt%，基于各個其上接枝有馬來酐的均聚聚丙烯、乙烯丙烯共聚物和乙烯辛烯共聚物的總 量來確定。如果所接枝的馬來酐的數(shù)量少于〇. 4wt%，那么，黏結性會變差，使增容劑的功能 變差，并使抗沖擊性的提高不顯著，這是不合要求的。相反，如果所接枝的馬來酐的數(shù)量超 過2wt %，那么，過量部分會作為未反應量剩下來，從而在接觸水時會引起變色，并在產(chǎn)品表 面產(chǎn)生擦痕，這是不合要求的。
[0040] 另外，聚丙烯樹脂可以包括具有3~50g/10min的熔融指數(shù)（MI)以及1~35wt% 的增容劑的聚丙烯，其中，所述增容劑諸如其上接枝有〇. 4~2wt%馬來酐的均聚聚丙烯、 乙烯丙烯共聚物或乙烯辛烯共聚物。就這一點來說，熔融指數(shù)定義為：根據(jù)ASTM D1238,使 用2160g重物，在230°C下流過小孔的聚合物熔體的量。
[0041] 至于所述聚丙烯樹脂，如果增容劑（包括選自其上接枝有0. 4~2wt %馬來酐的均 聚聚丙烯、乙烯丙烯共聚物和乙烯辛烯共聚物中的至少一種）的量少于Iwt %，那么，聚丙 烯樹脂和聚酰胺樹脂之間的相容性會變差，從而增強抗沖擊性的效果會變得不明顯。相反， 如果增容劑的量多于35wt%，那么，與過量相應的性能提高會變得不明顯，沒有經(jīng)濟效益。
[0042] 另外，如果熔融指數(shù)小于3g/10min或者大于50g/10min，那么，在擠出機中與聚酰 胺樹脂揉合時會發(fā)生相分離。
[0043] 基于100重量份聚酰胺樹脂組合物，聚丙烯樹脂的量可以設置為5~100重量份。 如果聚丙烯的量少于5重量份，那么，抗沖擊性會下降。相反，如果聚丙烯的量超過100重 量份，那么，耐熱性會變差，從而會發(fā)生后變形。因此，該量優(yōu)選設置在上述范圍內。然而， 根據(jù)所要求的性能可以調節(jié)該量。
[0044] 在本發(fā)明的一個實施例中，聚酰胺樹脂組合物可以進一步包括玻璃纖維以增強其 硬度。在本發(fā)明中使用的玻璃纖維為典型的玻璃纖維，具有切碎的形式，長度為3~6mm， 主要由CaO · SiO2 .Al2O3組成，其中包含10~20重量份CaO、50~70重量份SiO 2、2~15 重量份Al2O3。優(yōu)選使用的是經(jīng)過硅烷偶聯(lián)表面處理的玻璃纖維，以確保與最終組合物的界 面粘接。所述玻璃纖維的直徑可以為10~13 μπι。本發(fā)明的組合物中所使用的玻璃纖維 的例子是可以從KCC獲得的"CS-311"，其數(shù)量基于100重量份聚酰胺樹脂設置為10~135 重量份。如果玻璃纖維的量少于10重量份，那么，拉伸強度和彎曲強度會下降。相反，如果 玻璃纖維的量超過135重量份，那么，模塑產(chǎn)品的表面狀況會較差，或者導電性增加。
[0045] 由于所述玻璃纖維主要由Ca、Si和Al陽離子構成，因此，它會引起陽離子濃度和 導電性增加。為了抑制因水解而導致的陽離子釋放，在本發(fā)明中，使用經(jīng)硅烷表面處理過的 玻璃纖維是有效的。此外，增強與聚酰胺樹脂和聚丙烯樹脂的粘性以防止玻璃纖維接觸水 對于抑制陽離子釋放是最有效的。
[0046] 在本發(fā)明的一個實施例中，可以使用酚類耐熱劑以增強