[发明专利]聚合物电解质燃料电池气体扩散层碳基材制备方法，其制备的碳基材及该碳基材制备系统

权利要求书

1.一种制备用于聚合物电解质型燃料电池气体扩散层的碳基材的方法，该方法包括：

氧化碳前体纤维预成网形成过程，用于形成包括氧化碳前体短纤维和结合用短纤维的氧化碳前体纤维预成网；

浸渍过程，用于用包含热固性树脂和碳质填料的浆液浸渍该氧化碳前体纤维预成网，并干燥所得到的预成网，得到氧化碳前体纤维网；

固化过程，用于施加热和压力到浸渍有热固性树脂和碳质填料的氧化碳前体纤维网上，以固化该热固性树脂并压制该氧化碳前体纤维网；以及

碳化过程，在惰性氛围下加热该氧化碳前体纤维网，从而稳定和碳化该氧化碳前体短纤维，得到碳基材。

2.根据权利要求1的方法，其中氧化碳前体纤维预成网形成过程包括：

开松步骤，用于均匀混合和松开氧化碳前体短纤维料团和结合用短纤维料团，并使用开松机使它们解缠；

粗梳步骤，用于将氧化碳前体短纤维和结合用短纤维平行排列，并收集它们以便用粗梳机形成片状的氧化碳前体纤维预成网；

交叉铺网步骤，用于从粗梳机中排放出的氧化碳前体纤维预成网堆叠成多层而得到具有所需重量的氧化碳前体纤维预成网；

结合步骤，允许该氧化碳前体短纤维和结合用短纤维通过针刺用特定的针机械地相互缠绕以结合该氧化碳前体纤维预成网；

加热压制步骤，用于通过压延预成网加热压制上述结合的氧化碳前体纤维预成网；以及

卷绕步骤，用于卷绕该氧化碳前体纤维预成网。

3.根据权利要求1的方法，其中结合用短纤维占预成网重量的约1到30％重量，其为热塑性聚合物短纤维，熔点约300℃或低于300℃。

4.根据权利要求1的方法，其中该固化过程通过包括预热步骤、加热压制固化步骤和冷却步骤的多步辊压固化过程来进行。

5.根据权利要求4的方法，其中多步辊压固化过程包括：

预热过程，用于浸渍有热固性树脂和碳质填料的氧化碳前体纤维网在100℃到150℃下预热，同时传送该氧化碳前体纤维网；

连续辊压固化过程，在130℃到250℃下，使用具有两对或多于两对的压辊且其辊隙逐渐地在该氧化碳前体纤维网的传送方向上变窄的辊压固化单元压制和固化该氧化碳前体纤维网，同时传送该氧化碳前体纤维网；以及

冷却步骤，用于空气冷却通过连续辊压固化过程被压制和固化为预定厚度的氧化碳前体纤维网。

6.根据权利要求5的方法，其中预热过程通过在100℃到150℃范围内在两个或多于两个的不同阶段的温度下依次加热来进行。

7.根据权利要求5的方法，其中在连续辊压固化过程中，氧化碳前体纤维网被加热和压制，同时该氧化碳前体纤维网以下面的方式连续经过该辊压固化单元的至少两对压辊：该氧化碳前体纤维网在130℃到250℃下经过具有300μm到1000μm辊隙的第一对辊，接着在130℃到250℃下经过具有250μm到600μm辊隙的第二对辊，然后在130℃到250℃下经过具有200μm到400μm辊隙的第n对辊(n是3或大于3的和10或小于10的自然数)。

8.根据权利要求5的方法，其中冷却过程以下面的方式进行，在连续辊压固化过程中加热的氧化碳前体纤维网在两个或多于两个的阶段的温度下依次冷却以被慢慢冷却。

9.根据权利要求1的方法，其中碳化过程包括：

碳化步骤，用于在惰性氛围中在600℃到1000℃下加热该氧化碳前体纤维网以碳化该氧化碳前体短纤维、该热固性树脂和该结合用短纤维；以及

石墨化步骤，用于进一步在惰性氛围中在1300℃到2000℃下加热该碳化的网以便在通过碳化形成的碳纤维中形成石墨结构。

10.根据权利要求1的方法，其中氧化碳前体短纤维是选自氧化PAN基短纤维、氧化沥青基短纤维、氧化PVA基短纤维、氧化纤维素基短纤维和氧化酚醛树脂基短纤维组成的组中的至少一种，以及

结合用短纤维是选自PVA短纤维、LM聚酯短纤维、PE短纤维、PP短纤维、纤维素短纤维和沥青短纤维组成的组中的至少一种。

11.用权利要求1-10中任一项的制备聚合物电解质型燃料电池气体扩散层的碳基材的方法制备的聚合物电解质型燃料电池气体扩散层的碳基材。