[发明专利]用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及碳纤维复合材料的加工的技术领域，特别是涉及用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料及其制备方法，其能够使膜的拉伸、弯曲、冲击强度得到提高，增强膜的力学性能，增强膜的耐腐蚀性，延长质子交换膜燃料电池的使用寿命；该碳纤维复合材料由短切碳纤维、石墨粉末和乙烯基酯组成，其中短切碳纤维由碳纤维长丝经过纤维切断机短切而成，石墨粉末由研磨机将石墨研磨加工至粉末状，乙烯基酯由双酚型环氧树脂与甲基丙烯酸反应制得。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料的加工的技术领域，特别是涉及用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置，其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质，工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

现有技术中，这种燃料电池中的质子交换膜，在使用过程中发现，膜的拉伸、弯曲和冲击强度不够，使得膜的力学性能比较差，而且膜的耐腐蚀性比较差，影响质子交换膜燃料电池的使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种能够使膜的拉伸、弯曲、冲击强度得到提高，增强膜的力学性能，增强膜的耐腐蚀性，延长质子交换膜燃料电池的使用寿命的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料及其制备方法。

本发明的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料，该碳纤维复合材料由短切碳纤维、石墨粉末和乙烯基酯组成，其中短切碳纤维由碳纤维长丝经过纤维切断机短切而成，石墨粉末由研磨机将石墨研磨加工至粉末状，乙烯基酯由双酚型环氧树脂与甲基丙烯酸反应制得。

本发明的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、短切碳纤维的制备：利用纤维切断机将碳纤维长丝加工成短切碳纤维；

S2、石墨粉末的制备：取石墨料材，利用研磨机将料材研磨成粉末状；

S3、乙烯基酯树脂的制备：将双酚型环氧树脂与甲基丙烯酸反应，制成乙烯基酯树脂；

S4、采用树脂膜融渗工艺将短切碳纤维材料和石墨粉末融入乙烯基酯中，制成碳纤维复合团状模塑料；

S5、根据燃料电池设计要求，将制备好的碳纤维复合团状模塑料，切割或者裁剪成目标膜料。

本发明的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料的制备方法，所述短切碳纤维长度满足3mm-12mm。

本发明的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料的制备方法，所述双酚型环氧树脂还可替换成酚醛型环氧树脂。

本发明的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料的制备方法，所述短切碳纤维还可替换成碳纳米纤维。

本发明的用于燃料电池质子交换膜的碳纤维复合材料的制备方法，所述石墨粉末颗粒应加工成500-800目的微粒。

与现有技术相比本发明的有益效果为：通过将短切碳纤维材料和石墨粉末融入至乙烯基酯中，形成团状模塑料，这样制备出的碳纤维复合材料，含碳量高于90％，是一种无机高性能纤维复合材料，能够使膜的拉伸、弯曲、冲击强度得到提高，增强膜的力学性能，并且对水、乙醇、脂肪烃、油脂等具有良好的耐腐蚀性，增强膜的耐腐蚀性，延长质子交换膜燃料电池的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。