[發(fā)明專利]一種燃料電池密封材料壽命測試裝置及評估方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211716179.1
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116086957A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓冰峰;金太英;彭斌;劉振;趙小平;孫昕;邢丹敏
• 申請（專利權(quán)）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 王思宇;李洪福

1.一種燃料電池密封材料壽命測試裝置，其特征在于，包括依次設(shè)置的上端蓋、上密封蓋、下密封蓋和下端蓋；

所述上端蓋和所述下端蓋之間通過導(dǎo)向柱相連接，所述導(dǎo)向柱中部設(shè)置有臺階結(jié)構(gòu)，所述臺階結(jié)構(gòu)用于限制所述上端蓋繼續(xù)下壓；

所述上密封蓋與所述下密封蓋之間安裝有能夠起到密封作用的氟橡膠圈；

所述下密封蓋設(shè)置有用于放置橡膠樣塊的凹槽，所述上密封蓋上與所述凹槽相對應(yīng)的位置設(shè)置有用于壓緊所述橡膠樣7的凸起；所述上密封蓋和所述氟橡膠圈能夠?qū)崿F(xiàn)所述凹槽的密封。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池密封材料壽命測試裝置，其特征在于，所述橡膠樣件采用圓柱標(biāo)準(zhǔn)樣塊，尺寸為厚度公差±0.1mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池密封材料壽命測試裝置，其特征在于，所述上端蓋與所述下端蓋之間設(shè)置有若干個所述導(dǎo)向柱；所述上端蓋和所述下端蓋邊緣分別設(shè)置有安裝孔，所述導(dǎo)向柱兩端分別通過螺母固定安裝于所述上端蓋和所述下端蓋上的所述安裝孔內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池密封材料壽命測試裝置，其特征在于，所述上密封蓋和所述下密封蓋均采用聚四氟乙烯材質(zhì)，所述上端蓋和所述下端蓋均采用不銹鋼材質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池密封材料壽命測試裝置，其特征在于，所述橡膠樣塊通過所述上密封蓋上的所述凸起壓緊于所述上密封蓋與所述下密封蓋之間，當(dāng)所述上端蓋下壓至所述臺階結(jié)構(gòu)，所述橡膠樣塊能夠?qū)崿F(xiàn)25％的壓縮變形。

6.一種燃料電池密封材料壽命評估方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的測試裝置，具體包括以下步驟：

S1、采用PH為2的硫酸和5ppm的氫氟酸配置酸性混合溶液；

S2、組裝所述測試裝置，將所述橡膠樣塊放入所述凹槽中，并利用滴管將配置好的酸性混合溶液滴入所述凹槽內(nèi)；

S3、將所述測試裝置放入松弛試驗機，調(diào)整松弛試驗機的旋轉(zhuǎn)手柄，控制松弛試驗機壓頭的下壓距離，使所述上端蓋下壓至所述臺階結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對所述橡膠樣塊的25％的壓縮變形：

S4、設(shè)置松弛試驗機的測試溫度為120℃，觀察所述橡膠樣塊在25％的壓縮變形下，松弛試驗機壓頭的作用力F_n隨時間t_n的變化情況，并記錄為F_n(t_n)數(shù)列，其中，n表示記錄的數(shù)列的列數(shù)序號；

根據(jù)下式計算所述橡膠樣塊受到所述上密封蓋的作用力F_s(t_n)：

F_s(t_n)＝F_n(t_n)-F_p-F_c

其中，F(xiàn)_p表示120℃時，所述上密封蓋受到的飽和蒸氣氣體壓力；F_c表示在120℃時，所述氟橡膠圈被壓縮后產(chǎn)生的支反力；

所述橡膠樣塊受到作用力F_s(t_n)產(chǎn)生的應(yīng)力σ_n(t_n)通過下式得到：

σ_n(t_n)＝F_s(t_n)/660.185

通過下式計算所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率：

P＝σ_n(t_n)/σ_max

其中，σ_max為老化前最大應(yīng)力，即σ_n(t_n)數(shù)列中的最大應(yīng)力；

擬合應(yīng)力松弛率P和σ_n(t_n)數(shù)列，得到120℃條件下，所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率曲線：

P＝Aexp(-kt^a)

其中，P為所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率，A和a為常數(shù)；

S5、分別設(shè)置松弛試驗機的測試溫度為135℃和150℃，重復(fù)步驟S4，分別得到135℃和150℃條件下，所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率曲線；

S6、燃料電池的工作溫度為80℃，利用以下公式擬合120℃、135℃和150℃條件下的各應(yīng)力松弛率曲線，并結(jié)合80℃條件下，所述橡膠樣塊在25％的壓縮變形下1h、72h、168h后的應(yīng)力松弛率，得到80℃條件下，所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率曲線的k值，進而得到80℃條件下，所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率曲線：

其中，a120、a135、a150分別代表在120℃、135℃、150℃條件下，利用動力學(xué)曲線擬合得到的a值；A120、A135、A150分別代表在120℃、135℃、150℃條件下，利用動力學(xué)曲線擬合得到的A值；

S7、將應(yīng)力松弛率衰減50％作為臨界值，利用步驟S6得到的80℃條件下，所述橡膠樣塊的應(yīng)力松弛率曲線，得到所述橡膠樣塊在80℃下對應(yīng)的壽命。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池密封材料壽命評估方法，其特征在于，步驟S3中，控制松弛試驗機壓頭的下壓距離為h₀＝h₂-(h₁-12.5)-3.125，其中，h₀為未施加壓力時所述上端蓋與所述臺階結(jié)構(gòu)之間的高度差，h₁為所述凹槽與所述臺階結(jié)構(gòu)之間的高度差，h₂為所述上密封蓋上所述凸起所在位置的厚度。