[發明專利]一種導電復合材料及其制備工藝

無效

• 申請號: 200810014872.8
• 申請日: 2008-03-26
• 公開（公告）號: CN101252029A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 李愛菊;王威強;邵磊;陰強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01B1/24
• 分類號: H01B1/24;C09J163/00;C09J161/06;H01B13/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 王緒銀;薛玉麟

一、技術領域：

本發明屬于導電復合材料及其制備工藝領域，尤其是涉及環氧、酚醛混合樹脂/石墨基導電復合材料及其制備工藝。

二、背景技術：

導電復合材料由于其兼有導電性能好、耐腐蝕、強度高等優點，被廣泛應用于電刷、電極、燃料電池雙極板等產品。質子交換膜燃料電池是目前比較成熟的一種利用氫氣與氧氣反應釋放電能的燃料電池。1997年我國將“燃料電池技術”列為國家“九五”重大科技攻關項目之一，其中質子交換膜燃料電池為主要科研項目，被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發電裝置。而其中最主要元件——雙極板不但影響電池的性能，而且占據了電池成本的60％～70％。目前應用較多的是石墨雙極板，在制造時通常采用機械加工的方法將石墨板材加工成具有特殊流道形狀的雙極板，但是加工時間長、工作量大而且廢品率較高。因此，要實現質子交換膜燃料電池的產業化，降低其制造費用，必需采用良好的雙極板材料和成型方法。

樹脂/石墨基復合材料為制備低成本、高性能雙極板提供了一個新的研究方向，所用樹脂主要有熱塑性樹脂和熱固性樹脂。熱塑性樹脂復合材料相對較脆，制作的雙極板需要較大的厚度才能保證力學性能，這樣會增加雙極板的質量，使成本增加，也不利于后期雙極板的安裝，使燃料電池體積加大；而熱固性樹脂復合材料，現在一般采用粘性樹脂濕法進行磨碎混合，混合過程中需要加入溶劑，成型后再高溫碳化，工藝比較復雜，導致制造成本升高。

三、發明內容

本發明的目的是克服目前現有技術及材料存在的不足和缺陷，提供一種導電性好、耐腐蝕性強、抗彎強度高、阻氣性好、應用適應面寬且制備工藝簡單的石墨基導電復合材料。

本發明的技術方案如下：

利用石墨材料所具有的良好的導電性、導熱性和耐蝕性，以及環氧樹脂和酚醛樹脂所具有的良好的粘結性和與石墨材料的相容性，提出一種環氧、酚醛混合樹脂/石墨基導電復合材料。材料配方質量比為：

石墨材料：70-90％，環氧樹脂：0-24％，酚醛樹脂：30-2％。

最佳材料配方質量比為：石墨材料：80-90％，環氧樹脂：1-16％，酚醛樹脂：18-2％。

石墨材料、環氧樹脂以及酚醛樹脂為粉末狀。

本發明所提出的環氧、酚醛混合樹脂/石墨導電復合材料的制備工藝為：

(1)按質量百分比備料環氧樹脂、酚醛樹脂與石墨；

(2)混合磨碎環氧樹脂、酚醛樹脂和石墨，獲得細化、均勻的混合粉體，粒度在100目到180目之間；粉碎過程為干法混合磨碎，不添加任何溶劑，采用滾壓磨或沖擊磨或球磨或振動磨或氣流磨或攪拌磨等方法；

(3)將混合粉體裝入模壓成型模具中，熱壓燒結成型，成型溫度為180-310℃，成型壓力為10-40MPa，保溫保壓時間為30-120min。

本發明導電復合材料具有以下特性：①常溫體積電導率為25-285S/cm；②常溫彎曲強度為30-61.6MPa。以上性能明顯優于目前已有樹脂/石墨基導電復合材料的性能。

該石墨基導電復合材料主要用于制造質子交換膜燃料電池雙極板及其它電極，在保證其電導率和耐蝕性的情況下，同時具有較高的強度和密度，各項性能指標比現有的石墨雙極板都有了明顯提高；本發明的制備工藝簡單，節能、環保，成本低廉，適應范圍廣。

四、具體實施方式

實施例1：

材料成分：石墨89wt％，環氧樹脂8wt％，酚醛樹脂3wt％；采用球磨混合磨碎，粒度為100目到180目；裝入模具熱壓，成型壓力：30MPa，成型溫度：250℃，固化時間：100min。

所制備的導電復合材料性能如下：

抗彎強度：45.6MPa；電導率：285S/cm。

實施例2：

材料成分：石墨85wt％，環氧樹脂0wt％，酚醛樹脂15wt％；采用球磨混合磨碎，粒度為100目到160目；裝入模具熱壓，成型壓力：40MPa，成型溫度：260℃，固化時間：90min。

所制備的導電復合材料性能如下：

抗彎強度：61.6MPa；電導率：142S/cm。

實施例3：

材料成分：石墨83wt％，環氧樹脂12.5wt％，酚醛樹脂4.5wt％；采用球磨混合磨碎，粒度為100目到180目；裝入模具熱壓，成型壓力：30MPa，成型溫度：250℃，固化時間：100min。

所制備的導電復合材料性能如下：

抗彎強度：56MPa；電導率：162S/cm。

實施例4：