[發明專利]一種質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310052100.4
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN103131193A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 李尚珍;梁宇
• 申請（專利權）人: 湖北派克密封件有限公司
• 主分類號: C08L83/08
• 分類號: C08L83/08;C08L83/10;C08K3/36;C08K5/14;C08K3/22;C08G77/44;B29C35/02;H01M8/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于質子交換膜燃料電池領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料及其制備方法。?

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種將燃料與氧化劑通過化學反應直接產生電力的一種裝置。其具有高的能源轉化效率且噪音低，不排放任何有毒有害氣體等優點。

質子交換膜燃料電池中作為燃料的氫氣，是一種無色、無味、易燃易爆的小分子氣體，即使一個很小的縫隙也非常容易導致泄漏，并且能在很廣的混合范圍內因小火花而引發爆炸燃燒，所以要求電池單元間具有良好的氣體密封性。一臺大功率燃料電池電堆有數百個密封面，分為一次性密封面和活動性密封面。一次性密封主要采用樹脂膠結技術，活動密封主要采用橡膠彈性體。在集成塊的最后封裝過程中，都是采用活動密封，其中大量使用橡膠彈性體密封，這樣有利于燃料電池以后的維護和檢修。因而，選擇合適的密封材料就顯得至關重要。

氟硅橡膠是一種主鏈含有硅氧結構、側鏈含有氟烷基結構的特種合成橡膠，這種橡膠的特殊結構使其既擁有硅橡膠優異的高低溫性能，有具有氟橡膠優異的耐高溫、耐化學介質與耐油的性能。?

發明內容

本發明的目的是提供一種質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料及其制備方法，該密封材料具有密封可靠、成本較低的特點。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：一種質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料，其特征在于它由氟硅橡膠生膠、氟硅助劑、氣相法白炭黑、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷和三氧化二鐵制備而成，各原料所占質量份為：氟硅橡膠生膠：100份，氟硅助劑：5~10份，氣相法白炭黑：45份，2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷?：1~2份，三氧化二鐵：5份。

上述一種質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟：

1）首先制備氟硅助劑：以三氟丙基硅氧烷單體、羥基氟硅油、甲基乙烯基硅氧烷單體為原料（物料聚合前都要進行脫水處理），在鋰硅醇鹽（堿性助劑）的催化下聚合反應制得氟硅助劑；

各原料所占質量份為：三氟丙基硅氧烷單體：100份，羥基氟硅油：50~80份，甲基乙烯基硅氧烷單體：5~10份，鋰硅醇鹽：0.7~1份；

2）將制備的氟硅助劑添加到氟硅橡膠生膠（即氟硅生膠）中，同時添加氣相法白炭黑、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷和三氧化二鐵在開煉機上混合均勻（40℃下混煉40~60分鐘），用壓出機壓出成型（壓出溫度小于40℃），再在硫化條件下硫化即可得到質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料(氟硅橡膠密封件)；

各原料所占質量份為：氟硅橡膠生膠：100份，氟硅助劑：5~10份，氣相法白炭黑：45份，2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷?：1~2份，三氧化二鐵：5份。

步驟1）中催化下聚合反應為：將三氟丙基硅氧烷單體、羥基氟硅油、甲基乙烯基硅氧烷單體和鋰硅醇鹽加入干燥的不銹鋼聚合反應釜中，在70±3℃的溫度和在真空度為-0.01~-0.02MPa的條件下攪拌脫水3小時，需要持續通入干燥氮氣；然后把溫度升到125±3℃進行聚合反應，聚合過程也要持續通干燥氮氣，聚合25分鐘冷卻到60~70℃，得到聚合產物；加入等體積的乙酸乙酯攪拌溶解（所述等體積為：乙酸乙酯與聚合產物等體積），然后水洗到中性，最后蒸去溶劑，得到氟硅助劑。

步驟2）中所述硫化條件：一段硫化在150℃~165℃硫化20?min，壓力5~6MPa；二段硫化為從室溫用1.5h升溫到200℃，再保溫4~6h，即可得到質子交換膜燃料電池用氟硅橡膠密封材料(氟硅橡膠密封件)。

硅橡膠具有彈性好、工作溫度范圍大、成本低廉等一系列優點。而硅橡膠價格便宜、易加工，而且每個燃料電池堆由數百個電池單元所組成，這些單元之間需要數百個橡膠墊片來密封，硅橡膠由于具有良好地可壓縮性，其厚度可做到0.3~1.5毫米之間，以減小電池組裝的累積誤差。普通硅橡膠的耐溶劑性能較差，在燃料電池環境中容易浸出小離子可能對催化劑造成污染。而在硅橡膠側鏈引入氟烷基聚合而成的氟硅橡膠則可以大大改善硅橡膠的耐溶劑性能。

所述的氟硅橡膠主鏈結構中的Si—O—Si鍵角(130°~?160°)比sp³雜化中的氧原子的通常鍵角(109°)大得多，這就賦予氟硅橡膠分子鏈特有的熱穩定性和低溫柔順性，溫度適用范圍極廣，在-50℃~250℃之間保持良好的彈性。

所述的氟硅橡膠由于氟烷基的引入而具有了優異的耐油、耐溶劑和耐化學藥品的特性。