[发明专利]一种磨碎碳纤维增强树脂/石墨导电复合材料及其制备工艺

说明书

一、技术领域：本发明涉及导电复合材料及其制备工艺领域，尤其是涉及磨碎碳纤维增强树脂/石墨导电复合材料及其制备工艺。

二、背景技术：燃料电池以其能量转化率高、低排放、能量和功率密度高等优点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。双极板是燃料电池的重要组成部分，寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料是燃料电池产业化技术研究中的重要课题。树脂/石墨复合材料由于具有良好的力学和电学性能，且成本低、原料广泛，将其作为双极板材料得到日益重视。然而该类型双极板材料上的复合改进仍然面临着很多矛盾，例如高导电导热性需要高石墨含量与高气密性和高机械强度需要高树脂含量的矛盾。

中国国家知识产权局专利局公开的，专利申请号为200510029432.6名称为“一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法”，提出了采用碳纤维增强树脂/石墨复合材料，但由于采用的碳纤维长度为1～100mm，在均匀混料等工艺方面比较难实现，尤其是在制得厚度为1～2mm的双极板或其他小型电极板时，由于混料不均匀其成型加工质量及导电性能难于保证。

三、发明内容

本发明的目的是克服现有纤维增强树脂/石墨导电复合材料和工艺存在的缺陷，提供一种导电性好、耐腐蚀性强、弯曲强度高、阻气性好、制备工艺简单、可靠，性价比好的导电复合材料及其加工工艺。

磨碎碳纤维是将连续碳纤维经高温脱胶、短切、研磨成设定长度的圆柱形微粒，其长度一般为几十到几百μm，不仅远远小于长纤维，也小于短切纤维。由于磨碎碳纤维的长度比连续碳纤维的长度小得多，因而比表面积大，适合作为高分子材料的增强填料。磨碎碳纤维在树脂与石墨复合材料中易于均匀分散和有利于成形加工，而且成本低廉，是树脂/石墨导电复合材料优良的增强体。

本发明的技术方案如下：

利用磨碎碳纤维所具有的良好的增强性以及与树脂/石墨复合材料所具有的良好的分散性、相容性，提出一种磨碎碳纤维增强树脂/石墨导电复合材料。

该复合材料由磨碎碳纤维、石墨粉体和混合树脂粉体复合而成，其中磨碎碳纤维长度为50～150μm；

材料配方及质量百分比为：磨碎碳纤维1～11％，颗粒目数不小于200目的石墨粉体66～87％，颗粒目数为80～200目的混合树脂粉体11～24％；

混合树脂粉体由环氧树脂粉体、酚醛树脂粉体和硬脂酸锌粉体混合而成，材料配方质量百分比为：环氧树脂粉体66～70％、酚醛树脂粉体23～30％、硬脂酸锌粉体0～11％，采用干法磨碎工艺混合而成。

磨碎碳纤维增强树脂/石墨导电复合材料的制备工艺为：

(1)按质量百分比和颗粒目数备料磨碎碳纤维、石墨、混合树脂；

(2)磨碎混合磨碎碳纤维、石墨粉体、混合树脂粉体，获得细化、均匀的混合粉体；粉碎过程为干法混合磨碎，不添加任何溶剂，采用滚压磨或冲击磨或球磨或振动磨或气流磨或搅拌磨等方法；

(3)将混合粉体装入模压成型模具中，热压烧结成型，成型温度为250～300℃，成型压力为25～35MPa，保温保压时间为60～120min。

本发明具有以下特点：所利用的磨碎碳纤维材料价格低廉，并具有良好的增强性、分散性以及与树脂/石墨复合材料所具有的良好的相容性、比表面积大；提高了产品质量降低了成本，其常温体积电导率达到166～253S/cm，常温弯曲强度达到50～60MPa；以上性能明显优于目前已有树脂/石墨导电复合材料的性能，性价比好。本工艺简单、可靠。

可用于制造质子交换膜燃料电池双极板、蓄能电池的电极板等导电、耐蚀、需要足够强度的产品。

四、具体实施方式

实施例1：

按质量百分比配料，长度为50μm的磨碎碳纤维1％，其他成分：过200目筛的石墨粉体86.12％、过80和200目筛的混合树脂粉体12.88％(其中：环氧树脂粉体69.18％、酚醛树脂粉体23.06％、硬脂酸锌粉体7.76％)；采用球磨混合磨碎；装入模具热压，成型压力：30MPa，成型温度：275℃，固化时间：100min。

所制备的导电复合材料性能如下：

抗弯强度：53.7MPa；电导率：195S/cm。

实施例2：