本发明专利技术公开了适用于要求耐腐蚀场合并可被模塑为非常复杂而薄的样品的一种导电聚合物，所述耐腐蚀包括对承受从－４０到１４０°Ｆ温度范围的酸流的抗腐蚀能力，所述非常复杂而薄的样品具有一致的电导率、足够的强度和柔韧性，以及适宜的表面特性。尤其本发明专利技术涉及对充填导电填料量高的不饱和预聚物树脂组合物进行模塑。此外，为使达到必要的特性，该组合物含有流变性调节剂，诸如第ＩＩ族元素的氧化物和氢氧化物、碳化二酰胺、氮丙啶类、多异氰酸酯、聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）、全氟聚醚（ＰＦＰＥ）及聚乙烯。表面上，这些调节剂起改变表观分子量及三维预聚物网状结构的作用，矫正其流变性不足，不然会导致模塑过程中过多树脂颗粒分离及极板表面体积电导率巨大变化。本发明专利技术公开了用于电化学电池诸如燃料电池的组合物。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利
属于高导电组合物，即尤其用于模塑工序，诸如用于块料热固化模塑组合物的那些模塑工序。这些模塑组合物可被成型为高显明轮廓的复杂结构。例如，它们可被模塑为薄片状的样品(如千分之60至千分之200英寸)，具有非常狭窄比较平滑流动通道的复杂式样网状构型。这些样品被用作为电化学电池的双极板。最好这些双极板的体积电导率至少为40、50、60、70、80、90、以至96秒/厘米(s/cm)。它们也具有所希望的表面特性；耐热、耐温、耐化学及抗收缩性；强度；及成本。
技术介绍
导电聚合物具有替代传统导电材料的用途，用传统导电材料制造复杂部件，通常包括更多的劳动力费用。尤其，在需要判明产品有效体积的情况下，可以证明聚合物模塑费用比其它材料的可比加工费会更为经济合算。但是，过去已有证明，达到导电率高同时模塑特性又好有困难。一般，聚合物基质中需充填重量百分含量高的适宜填料，才能使导电率达到令人满意的水平。但是，高充填量会引起所得组合物在强度、耐用性及模塑加工性方面的一些问题。应用燃料电池对解决前述强度、耐用性及模塑问题应当是尤其有利的一个领域。电化学燃料电池作为潜力无限的能源，即清洁及对环境友好的能源，具有巨大的吸引力。另外，这些燃料电池可以构成适宜规模，用于小规模能耗，诸如家用，或用于工业规模的应用，甚至用于商业性发电。它们可便携应用于驱动小电气用具(诸如电脑或野营设备)，或汽车及其它运输形式。尽管这些不同应用涉及规模差异，但其基本结构仍然相同，适于一千瓦以下至几千千瓦的发电。燃料电池基本上是借助于电化过程将燃料的化学能直接转化为电能的一种原电池。燃料电池的基本部件是包括阳极及阴极的电极、电化催化剂及电解质。对完善液体及固体两种电解质的燃料电池方面都进行了研究，本专利技术可应用于两种类型的燃料电池。固体电解质包括聚合物隔膜，它起一般由氢供燃料的质子交换膜作用。这些隔膜通常包括被夹在可利用碳负载的铂作为电化催化剂的两支催化电极之间的全氟化磺酸聚合物隔膜。氢燃料电池形成一反应室，在阳极它耗氢。在阴极，氧气与电化催化位上的质子和电子发生反应，产生水作为反应产物。在电极区内形成了三相界面，并必须保持电极、电解质和气体相之间的微妙平衡。涉及应用其它电解质的系统也有研究。这些研究可包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池，和固体氧化物燃料电池。但是，其原理都相似，如在完善这些产品中的某些方面那样。燃料电池反应器可包括单电池或多电池组。无论如何，该电池包括至少两个起多功能作用的高导电的流场极板。这些极板可起集电器作用，为燃料电池电压端子和电极间提供电连接。它们也提供机械支撑(例如用于隔膜/电极组装)。另外，这些极板还起传递反应物至电极的作用，是建立前述微妙相平衡所必不可少的。一般，燃料电池的极板是薄而比较扁平片状组件，包括形成极板流场区域的十分复杂的通道互连网状构型。这些通道的结构是高度显现的，以保持反应物的恰当流量和避免沟流或形成滞流区，从而导致不良的燃料电池性能。关键在于，对反应物流要适当加以操纵，而且要连续供应电化催化剂，使反应物保持正好适宜的平衡。因此，最基本的是极板在精密操纵流的密封圈内要限定和保持清洁的通路。而且，为了保证极板令人满意的寿命，该极板必须在各种条件下能耐表面腐蚀。例如，燃料电池可放在户外承受环境气候的影响。因此，该电池必须耐受应力断裂和耐受40至200°F温度范围的腐蚀。此外，由于电池内的条件就是有腐蚀性的，所以电池在这些温度下也必须耐受各种侵蚀性物质的化学腐蚀。例如，可根据燃料电池的类型，极板可能经受去离子水、甲醇、甲酸、甲醛、重石脑油、氢氟酸、四氟乙烯和六氟丙烯的影响。此外，燃料电池内的条件可导致高温，即从150至200°F，以及高压，即从环境压力到30磅/平方英寸。必须避免侵蚀性的分解，因为这几乎肯定会改变燃料电池内的流型造成系统损坏。过去对解决燃料电池板的各种要求的试验已包括应用金属和机加工的石墨板。采用金属板会导致单位电池的重量较高、机械加工成本较高和可能腐蚀的问题。机加工的石墨板解决了重量和腐蚀的问题，但机械加工成本高，并导致产品易碎，尤其在制备如特薄的片材时。已部分采用石墨/聚(1，1-二氟乙烯)极板，但这些都是以昂贵、易碎及长循环周期为特征。此处引入US4,197,178中对电化学电池工作和组合物的教导。此处引入US4,301,222对电化学电池石墨基隔板的教导。专利技术综述过去，对已知常规模塑块料是通过添加大量导电的填料，诸如石墨，而使之改性为导电的。在模塑过程中，可以观察到液态树脂相与填料的分离及从模塑制品中挤出。此外，还可观察到，这种现象易于造成薄的模塑试样的断裂。而且，样品内不同位置处的体积电导率测定不一致。按照本专利技术，发现可以配制能解决上述问题的若干组合物。尤其是，这些配制涉及采用导电填料充填量高的树脂基质；各种附加添加剂，诸如引发剂、脱模剂及炭黑；和一种或多种流变剂，此流变剂选自包括第II族的氧化物、碱土金属氧化物、碳化二酰胺、多异氰酸酯、聚乙烯和聚四氟乙烯。对模塑剂作用机理的一种可能解释就是，模塑剂起构建预聚物(如乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂)表观分子量的作用。另外，这些试剂诸如通过降低模塑过程中的剪切力可促进流动。采用这些流变剂消除了相分离、断裂和电导率测量不一致。可以预料，这些问题是由于模塑样品结构复杂以及采用了很高浓度的导电填料的结果。除解决模塑和断裂问题外，可以预料采用本专利技术的结果是，其它性能如热膨胀系数、导电性和导热性、抗缩性和机械性能均可更为均匀，和/或甚至得以提高。除上述改进外，据发现，本专利技术的树脂组合物表明玻璃态转化温度较高，从而可改进模塑部件的热强度。控制引发剂类型及数量和抑制剂类型及数量，使预聚物胶凝时间及固化时间最佳化，还可能进一步获得改进。对这些组合物模塑样品的上述改进，能使双极板低成本大量生产，如同本专利技术的另一实施方案。这些可用于便携式燃料电池及固定式动力装置。附图简述附图说明图1是对利用双极电池板组装的燃料电池的说明；及图2是对按照本专利技术可生产的一种双极燃料电池板的说明。专利技术详述本专利技术涉及对导电模塑组合物的改进。尤其，该组合物可用于压缩模塑工序和注模工序。此外这些组合物能生产高导电填料浓度的薄而复杂的样品。片料模塑及块料模塑组合物描述于US5,998,510；5,342,554；5,854,317；5,744,816；及5,268,400中，其对本领域已知的模塑组合物的各种改进教导在此均引以参考。模塑树脂组合物的一种组分是可交联的预聚物，诸如不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂。最好该预聚物具有比较低的分子量，比如约200-5000(重均)。对它们详细描述于上述引以参考的专利的实施例中。这些聚酯树脂都是衍生于不饱和多元酸和/或酐与多元醇诸如二羟或三羟基化合物的缩合产物。最好，这些聚酯树脂是二酸或二酸酐与一种多元醇或环醚的酯化反应产物，其中二酸或二酸酐一般有约3-12，或更优选约4-8个碳原子，多元醇或环醚有约2-12，或更优选约2-6个碳原子。一般说来，可以采用的乙烯基酯树脂是环氧树脂与单官能团的烯属不饱和羧酸的反应产物。更具体地说，这些乙烯基酯树脂是一种环氧终止的低聚物如环氧官能化双酚A与可在该低聚物上形成丙烯酸端基的丙烯酸或甲基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种组合物包括： ａ）一种不饱和预聚物树脂，它包括一种或多种不饱和聚酯和乙烯基酯树脂； ｂ）与所述树脂可共聚合的并包括末端乙烯基的一种不饱和材料； ｃ）至少５０％总重量的包括导电填料的组合物； ｄ）一种引发剂，用于引发所述共聚合；和 ｅ）一种有效量的流变性调节剂，用以在模塑期间防止所述树脂与所述导电填料间的相分离，所述流变性调节剂是选自第Ⅱ族的氧化物和氢氧化物、碳化二酰胺、氮丙啶、多异氰酸酯、聚四氟乙烯、全氟聚醚、聚乙烯和热解法二氧化硅，和粘土中的一种或多种的组合物。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：KI布特勒，
申请(专利权)人：量子组合物公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。