硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池技术

本发明专利技术提供了硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池，所述硫化硅橡胶注塑材料的制备方法包括：将硅胶、硅油、助剂、交联剂和硫化剂进行混合，得到所述硫化硅橡胶注塑材料；所述助剂包括纳米氧化锌和纳米二氧化钛。本发明专利技术通过添加助剂显著提高了硫化硅橡胶注塑材料在高湿高温以及酸性环境下的耐受性，作为膜电极的注塑材料能够满足商用车燃料电池对密封性的要求，进一步提升了商用车燃料电池的寿命。车燃料电池的寿命。车燃料电池的寿命。

【技术实现步骤摘要】
硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池


[0001]本专利技术属于新能源车用燃料电池
，尤其涉及硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池。

技术介绍

[0002]氢燃料电池，利用氢气和氧气发生反应，将化学能直接转化为电能，由于质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、功率密度大、应用成熟等特点，在汽车上得到广泛应用。然而，目前商用车氢燃料电池的耐久性差，寿命平均为15000小时，达不到与内燃机相媲美的寿命要求，因此提升寿命是商用车燃料电池推广应用的最重要问题之一。
[0003]膜电极是商用车氢燃料电池的重要组成部分，是电化学反应发生场所，被比作燃料电池的芯片，成本占据燃料电池的60％以上，因此膜电极的成本和寿命直接决定了燃料电池的成本和寿命。为了保证质子交换膜燃料电池中的氢气燃料与氧化剂空气能够分别在膜电极两侧表面而不会发生回合，除了要求膜电极本身密封性外，膜电极四周的密封技术也至关重要，直接影响电池的性能和耐久。目前膜电极密封主要有两种塑料边框和注塑一体化密封。
[0004]CN107534166A公开了用于固体聚合物电解质燃料电池的密封件，通过设置围绕膜电极组件外围的框架，将框架与质子交换膜粘合(或热压)在一起，并利用框架上的通孔将流动性密封材料注入和实现密封，一体化效果好，生产效率高。
[0005]CN112103542A公开了一体化膜电极的制备装置及制备方法，通过将电极产品放置在下模具内，再从上模具向定位凹腔内注塑，从而完成电极产品的加工，实现了膜电极的自动化生产，人工成本低；且使用注塑的方式对电极产品进行封边，成品密封效果好，封边不易失效，膜电极的结构稳固。
[0006]CN112310431A公开了用于燃料电池的弹性体电池框架及其制造方法和单元电池，使用一种燃料电池的弹性体电池框架，包括：膜电极组件，包括电解质膜和分别设置在电解质膜两侧的一对催化层以及设置在膜电极组件两侧的一对气体扩散层；弹性体电池框架，该弹性体框架围绕膜电极组件的外部边缘。通过对膜电极组件和弹性体框架的重叠部分施加热压将重叠部分热熔粘结，从而使膜电极组件和弹性体框架彼此形成一体，构成一体化膜电极。这种方法可以降低材料成本，省去粘合剂涂覆工艺、密封构件的成型工艺，提高生产效率；还可以减小电池间距，减轻重量，实现燃料电池电堆体积/质量功率的提升。
[0007]上述文献均是基于在模具设计层面对一体化膜电极进行改进，解决膜电极的气密性问题，成品密封效果好，实现连续快速生产，进一步提高了生产效率。但是均未考虑注塑材料在老化过程的析出物对质子膜和催化剂的攻击和一体化膜电极疏水等问题，对商用车燃料电池耐久性和寿命的影响。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池，通过添加助剂显著提高了硫化硅橡胶注塑材料在高湿高温以及酸性环境下的耐受性，适用于作为商用车燃料电池中膜电极的注塑材料，能够显著提高膜电极的气密性和耐久性，满足商用车燃料电池对密封性的要求，进而提升商用车燃料电池的寿命。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种硫化硅橡胶注塑材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0011]将硅胶、硅油、助剂、交联剂和硫化剂进行混和，反应后得到所述硫化硅橡胶注塑材料；
[0012]所述助剂包括纳米氧化锌和纳米二氧化钛。
[0013]本专利技术制备得到的硫化硅橡胶为室温硫化硅橡胶(RTV)，采用纳米氧化锌作为助剂，将其分散填充至硅橡胶中，纳米氧化锌颗粒吸附在硅橡胶的表面，包裹住硅橡胶末端硅羟基(O
‑
Si
‑
R)，同时限制聚合物分子链的运动，使硅橡胶难以发生端羟基引发的解扣式降解反应和水解反应，抑制湿热环境下硅橡胶末端硅羟基的断裂，提升了室温硫化硅橡胶的热稳定性。
[0014]同时，添加纳米二氧化钛作为耐酸型助剂，由于其粘附力强，酸碱环境下化学稳定性较好，分散在室温硫化硅橡胶中，可以有效提高硅橡胶的耐酸性。通过添加助剂的方式，改善硫化硅橡胶在高湿高温，以及酸性环境下的耐受性。因此，本专利技术提供的硫化硅橡胶材料适于作为膜电极注塑材料，提高注塑材料在燃料电池的工作环境下(高温高湿和酸性)的稳定性和耐久性。
[0015]本专利技术通过添加助剂，通过添加助剂显著提高了硫化硅橡胶注塑材料在高湿高温以及酸性环境下的耐受性，作为膜电极的注塑材料能够满足车用燃料电池对密封性的要求，进一步提升了商用车燃料电池的寿命。此外，本专利技术中助剂还可以包括纳米氧化铝和/或纳米氧化钙。
[0016]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述制备方法具体包括：
[0017](1)将所述硅胶和硅油混合后加入助剂，随后依次进行分散处理和脱水处理得到基料；
[0018](2)所述基料与交联剂混合后，加入所述硫化剂进行反应得到所述硫化硅橡胶注塑材料。
[0019]优选地，所述硅胶包括聚甲基硅氧烷、α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷或聚二甲基硅氧烷中的任意一种，进一步优选为羟基封端的聚二甲基硅氧烷。
[0020]本专利技术中的硅胶可以是含有烷氧基或其他活性基团的聚甲基硅氧烷、α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷，首选以羟基封端的聚二甲基硅氧烷。
[0021]优选地，所述硅油包括甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，所述硅胶和硅油在搅拌条件下进行混合。
[0023]优选地，所述硅胶和硅油混合的时间为30～60min，例如可以是30min、32min、35min、38min、40min、42min、45min、48min、50min、52min、55min、58min或60min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述硅胶和硅油混合的温度为100～130℃，例如可以是100℃、102℃、105℃、108℃、110℃、112℃、115℃、118℃、120℃、122℃、125℃、128℃或130℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述硅胶和硅油混合的搅拌速度为200～500rpm/min，例如可以是200rpm/min、220rpm/min、250rpm/min、280rpm/min、300rpm/min、320rpm/min、350rpm/min、380rpm/min、400rpm/min、420rpm/min、450rpm/min、480rpm/min或500rpm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，所述硅胶的加入量为80本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化硅橡胶注塑材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将硅胶、硅油、助剂、交联剂和硫化剂进行混合，反应后得到所述硫化硅橡胶注塑材料；所述助剂包括纳米氧化锌和纳米二氧化钛。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：(1)将所述硅胶和硅油混合后加入助剂，随后依次进行分散处理和脱水处理得到基料；(2)所述基料与交联剂混合后，加入所述硫化剂进行反应得到所述硫化硅橡胶注塑材料；优选地，所述硅胶包括聚甲基硅氧烷、α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷或聚二甲基硅氧烷中的任意一种，进一步优选为羟基封端的聚二甲基硅氧烷；优选地，所述硅油包括甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述硅胶和硅油在搅拌条件下进行混合；优选地，所述硅胶和硅油混合的时间为30～60min；优选地，所述硅胶和硅油混合的温度为100～130℃；优选地，所述硅胶和硅油混合的搅拌速度为200～500rpm/min；优选地，所述硅胶的加入量为80～100份；优选地，所述硅胶的粘度为15000～40000mPa
·
s；优选地，所述硅油的加入量为5～10份；优选地，所述硅油的粘度为100～400mPa
·
s；优选地，所述分散处理的过程中还加入添加剂；优选地，所述添加剂包括纳米碳酸钙或白炭黑；优选地，所述分散处理在搅拌条件下进行；优选地，所述分散处理的时间为1～2h；优选地，所述分散处理的搅拌转速为200～500rpm/min；优选地，所述分散处理的温度为100～130℃；优选地，所述添加剂的加入量为80～150份；优选地，以所述硫化硅橡胶注塑材料的质量分数为100wt％计，所述纳米氧化锌的加入量为0.5～2wt％；优选地，以所述硫化硅橡胶注塑材料的质量分数为100wt％计，所述纳米二氧化钛的加入量为0.1～3wt％；优选地，所述脱水处理在搅拌条件下进行；优选地，所述脱水处理的搅拌转速为50～120rpm/min；优选地，所述脱水处理的温度为100～130℃；优选地，所述脱水处理的时间为1.5～3h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、三烯丙基异氰脲酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、烷氧基硅烷化合物或烷氧基硅烷化合物部分水解缩聚物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述基料与交联剂在搅拌条件下进行混合；
优选地，所述基料与交联剂混合的温度为20～30℃；优选地，所述基料与交联剂混合的时间为10～20min；优选地，所述基料与交联剂混合的搅拌转速为50～120rpm/min；优选地，所述交联剂的加入量为3～7份；优选地，所述基料与交联剂在真空条件下混合；优选地，步骤(2)中所述反应的过程在搅拌条件下进行；优选地，步骤(2)中所述反应的过程中还加入偶联剂；优选地，所述偶联剂包括KH
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550、KH
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560、KH
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570、KH
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792、DL
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602或DL
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171中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述硫化剂包括DCP、HC
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6、H
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850、H
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101或HC
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750中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述偶联剂的加入量为1～3份；优选地，所述硫化剂的加入量为1～5份；优选地，步骤(2)中所述反应的过程在真空条件下进行；优选地，步骤(2)中所述反应的过程在搅拌条件下进行；优选地，步骤(2)中所述反应的时间为10～30min；优选地，步骤(2)中所述反应的搅拌转速为200～500rpm/min；优选地，步骤(2)中所述反应的温度为20～30℃；优选地，步骤(2)中在所述反应的过程结束后，还加入催化剂进行搅拌反应得到所述硫化硅橡胶注塑材料；优选地，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、Kat245或有机钛化合物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，加入所述催化剂后，在真空条件下进行搅拌反应；优选地，所述催...

【专利技术属性】
技术研发人员：于力娜，张中天，唐柳，王绍杉，朱雅男，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：