一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法，该方法包括以下步骤：柔性石墨材料的预处理：将基团化处理溶液浸渍柔性石墨材料，浸渍完成后，经清洗、干燥，得到预处理后的柔性石墨板；高分子单体复合：将高分子单体溶液浸渍，然后将高分子单体固化交联，得到高强度复合柔性石墨板。所述的基团化处理溶液包括氧化剂、氮化剂或硼化剂。与现有技术相比，本发明专利技术通过预处理柔性石墨材料，在石墨材料缺陷处形成一定基团结构。进一步，在与高分子树脂单体浸渍乃至聚合过程中，利用石墨材料缺陷处形成的基团与高分子树脂形成的氢键作用，提升高分子树脂材料与柔性石墨之间的结合强度，最终实现复合材料的强度。实现复合材料的强度。实现复合材料的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池材料领域，具体涉及一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性石墨是一种近代被发现并天然石墨加工后材料。由于其多孔、柔软、无粘接剂互锁成型等重要特性，而被广泛应用。而其气密性以及强度不佳的特点却限制了应用范围。因此，往往会通过真空浸渍方法，以树脂单体或溶解高分子树脂填充柔性石墨孔隙，并进一步聚合或脱溶剂为复合材料提供强度和密封。目前，复合柔性石墨材料在燃料电池双极板、腐蚀环境换热、特殊电子器件导电导热等方面获得广泛应用。并被燃料电池行业认为是最有可能实现双极板低成本目标的材料。
[0003]在当前技术中，一般使用高分子树脂单体或高分子材料的溶解物作为浸渍液通过真空浸渍浸入柔性石墨板内。为了缩短浸渍时间，一般需要使用粘度较低的浸渍液。这也意味着难以使用结构复杂以及交联度高的高分子，进而限制了柔性石墨复合材料的强度。目前，尚未在找针对该问题的较好的解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]专利技术人了解到，树脂浸渍柔性石墨板是一种轻型高导热高导电高气密性的复合材料。因而也被认为是燃料电池双极板低成本化的最佳方案。然而，由于能够为复合材料提供高强度支撑骨架作用的固化高分子材料往往其单体状态或溶解状态粘度更高，难以浸渍进入柔性石墨内。因此，复合柔性石墨石墨板强度一般很低。在众多应用场合中如水冷换热、燃料电池双极板，对材料强度的需求却是逐步提高的。本专利技术通过浸渍方法将氧化物浸入柔性石墨板材内，进一步通过控制氧化物种类和浓度、反应时间控制对柔性石墨的氧化程度，进一步烘干后，通过真空浸渍的方法，将液态树脂浸入柔性石墨板内，并完成固化。该方法中，利用柔性石墨氧化基团与后续浸渍树脂形成氢键作用。由于两种材料的复杂大量接触，从而提高了复合材料强度，具体方案如下：
[0007]一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008]柔性石墨材料的预处理：将基团化处理溶液浸渍柔性石墨材料，浸渍完成后，经清洗、干燥，得到预处理后的柔性石墨板；
[0009]高分子单体复合：将高分子单体溶液浸渍，然后将高分子单体固化交联，得到高强度复合柔性石墨板。
[0010]进一步地，所述的基团化处理溶液包括氧化剂、氮化剂或硼化剂。
[0011]进一步地，所述的氧化剂包括高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸或芬顿试剂，氧化剂的浓
度为5
‑
10mol/L。
[0012]进一步地，所述的氧化剂为pH＝3
‑
5的芬顿试剂，其中H2O2的质量浓度为0
‑
30wt％，不取0。
[0013]进一步地，所述的氮化剂包括尿素，氮化剂的浓度为0.1
‑
10g/ml；所述的硼化剂包括硼酸，硼化剂的浓度为0.1
‑
10g/ml。
[0014]进一步地，预处理时，清洗、干燥的步骤为：浸渍后，先进行70
‑
100℃的干燥，再在惰性气氛下加热后，然后经过清洗、干燥，得到预处理后的柔性石墨板。
[0015]进一步地，所述惰性气氛下加热的温度为200
‑
500℃，时间不少于1h。主要目的是去除氮化剂或硼化剂。
[0016]进一步地，所述的柔性石墨材料包括柔性石墨板或蠕虫石墨。
[0017]进一步地，所述的高分子单体包括丙烯酸类、改性丙烯酸类单体或环氧树脂，固化的方式包括加热固化或添加引发剂固化，所述的引发剂包括偶氮类引发剂。
[0018]一种如上所述方法制备的高强度复合柔性石墨板，该复合柔性石墨板中柔性石墨材料与高分子单体的质量比为(0.8
‑
1.2):1。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020](1)本专利技术通过预处理柔性石墨材料，在石墨材料缺陷处形成一定基团结构。进一步，在与高分子树脂单体浸渍乃至聚合过程中，利用石墨材料缺陷处形成的基团与高分子树脂形成的氢键作用，提升高分子树脂材料与柔性石墨之间的结合强度，最终实现复合材料的强度；
[0021](2)本专利技术通过基团化预处理后的膨胀石墨可以在不改变其堆积密度条件以及浸渍操作条件前提下大幅度提高复合材料的抗弯强度，所获得新的复合材料的导电和导热性能并不会发生明显变化。
附图说明
[0022]图1为实施例1中H2O2的质量浓度与板材抗弯强度关系图；
[0023]图2为实施例1中H2O2的质量浓度与板材导电性关系图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0025]一种高强度复合柔性石墨板及其制备方法，该方法包括以下步骤：
[0026]1、将柔性石墨材料置入反应釜中，通过抽真空将基团化处理溶液浸入柔性石墨材料；基团化处理溶液包括氧化剂、氮化剂或硼化剂。氧化剂包括高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸或芬顿试剂，氧化剂的浓度为5
‑
10mol/L。氧化剂为pH＝3
‑
5的芬顿试剂，其中H2O2的质量浓度为0
‑
10wt％，不取0。氮化剂包括尿素，氮化剂的浓度为0.1
‑
10g/ml；硼化剂包括硼酸，硼化剂的浓度为0.1
‑
10g/ml。柔性石墨材料包括柔性石墨板或蠕虫石墨；
[0027]2、待基团化处理溶液与柔性石墨反应结束后，通过清洗、烘干步骤，重新获得预处理后的预处理后的柔性石墨板；采用氮化剂或硼化剂预处理时，清洗、干燥的步骤为：浸渍
后，先进行干燥，再在惰性气氛下加热后，然后经过清洗、干燥，得到预处理后的柔性石墨板。惰性气氛下加热的温度为200
‑
500℃，时间不少于1h；
[0028]3、进一步将预处理后的柔性石墨板置入反应釜中，再一次通过真空浸渍方法将高分子单体或溶解物浸入柔性石墨材料内，并通过擦拭、清洗等方法清洗其表面；高分子单体包括丙烯酸类、改性丙烯酸类单体或环氧树脂；
[0029]4、通过提高上述材料温度，诱发树脂固化或脱干溶解溶液，完成聚合树脂交联，引发剂包括偶氮类引发剂，得到的复合柔性石墨板中柔性石墨材料与高分子单体的质量比为(0.8
‑
1.2):1。
[0030]【板材氧化法】具体操作过程为：将压制好的柔性石墨光板放置于绝对压力为5
‑
200Pa的真空反应釜内，使膨胀石墨内外气体压力平衡后，利用真空抽入高锰酸钾或浓硫酸或浓硝酸或芬顿试剂等具备高氧化性溶液，氧化剂溶液浸没超过光板材料，释放真空让氧化溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度复合柔性石墨板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：柔性石墨材料的预处理：将基团化处理溶液浸渍柔性石墨材料，浸渍完成后，经清洗、干燥，得到预处理后的柔性石墨板；高分子单体复合：将高分子单体溶液浸渍，然后将高分子单体固化交联，得到高强度复合柔性石墨板。2.根据权利要求1所述的一种高强度复合柔性石墨板的制备方法，其特征在于，所述的基团化处理溶液包括氧化剂、氮化剂或硼化剂。3.根据权利要求1所述的一种高强度复合柔性石墨板的制备方法，其特征在于，所述的氧化剂包括高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸或芬顿试剂，氧化剂的浓度为5
‑
10mol/L。4.根据权利要求3所述的一种高强度复合柔性石墨板的制备方法，其特征在于，所述的氧化剂为pH＝3
‑
5的芬顿试剂，其中H2O2的质量浓度为0
‑
30wt％，不取0。5.根据权利要求1所述的一种高强度复合柔性石墨板的制备方法，其特征在于，所述的氮化剂包括尿素，氮化剂的浓度为0.1
‑
10g/ml；所述的硼化剂包括硼酸，硼化剂的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘全全，裴淏，肖庆宁，李丽，宋盛，沈萍，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：