[发明专利]一种质子交换膜燃料电池密封材料的寿命预测方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池密封材料的寿命预测方法，该方法包括如下步骤：(1)确定质子交换膜燃料电池密封材料寿命影响因素，同时制作密封材料试样；(2)根据寿命影响因素模拟质子交换膜燃料电池密封材料的工作环境；(3)将密封材料试样在模拟的工作环境中进行加速老化试验，获取压缩永久变形率随老化时间变化的数据；(4)构建寿命预测模型，基于压缩永久变形率随时间变化的数据确定模型参数；(5)应用阶段，利用寿命预测模型进行寿命预测。与现有技术相比，本发明预测结果准确度高，具有较高的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池密封材料的寿命预测方法。

背景技术

密封件在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中起到阻气--防止氢气和空气/氧气的互窜(内漏)和泄露(外漏)，阻水--防止水的内漏和外漏以及吸收震动的重要作用。在一个由数百节单电池组成燃料电池堆内，其总数量可达数千乃至上万件，其品质的一致性、可靠性和寿命将严重地影响整堆的可靠性和寿命。目前，可用于PEMFC的密封材料包含硅橡胶、氯丁橡胶、氟硅橡胶、三元乙丙橡胶、聚四氟乙烯、聚异丁烯等，产品门类众多且性能各异。

经过对现有技术的文献检索发现，PEMFC密封橡胶的寿命预测鲜有研究涉及，且多为时温等效方法，精度不佳；在传统橡胶的寿命预测领域，相关研究多为橡胶在空气、水或油介质中工作的寿命预测方法。中国化工标准HG/T 3087-2001《静密封橡胶零件贮存期快速测定方法》规范了密封橡胶件在空气中贮存的寿命评估方法。GB/T 27800-2011《静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法》提出通过热老化试验外推计算使用温度下的寿命的方法。在中国专利CN110765692A：一种橡胶O型圈静密封寿命预测方法公开了一种利用动力学经验公式搭建寿命预测模型并结合有限元分析确定压缩永久变形率临界值的寿命预测方法，该方法的优势在于能较为全面地建立密封寿命指标与密封结构设计参数及使用条件的数值关系。中国专利CN104568603A公开了一种橡胶密封件使用寿命的工况仿真预估方法，该方法通过试验制作永久变形主曲线，获取加速系数，优势在于避开了材料永久变形临界值的确定，避免了寿命模型由高温外推常温的加速比不确定性。然而，已有相关研究中没有针对橡胶材料在质子交换膜燃料电池特定应用条件下(特定温度和应力、酸度、氟离子浓度等)展开的寿命预测方法。因此开发出一套可对PEMFC密封材料的初始性能进行筛选，并能对耐久性能快速、高效评价的方法，可满足PEMFC产业的迫切需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种质子交换膜燃料电池密封材料的寿命预测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种质子交换膜燃料电池密封材料的寿命预测方法，该方法包括如下步骤：

(1)确定质子交换膜燃料电池密封材料寿命影响因素，同时制作密封材料试样；

(2)根据寿命影响因素模拟质子交换膜燃料电池密封材料的工作环境；

(3)将密封材料试样在模拟的工作环境中进行加速老化试验，获取压缩永久变形率随老化时间变化的数据；

(4)构建寿命预测模型，基于压缩永久变形率随时间变化的数据确定模型参数；

(5)应用阶段，利用寿命预测模型进行寿命预测。

所述的寿命影响因素包括温度、装配压力和溶液浓度。

所述的密封材料试样采用圆柱形试样。

步骤(2)具体为：

(21)制备模拟质子交换膜燃料电池溶液浓度的试验溶液；

(22)制作用于给密封材料试样施加装配压力的夹具；

(23)配置用于改变温度的恒温加热装置。