一種導電塑料雙極板的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種導電塑料雙極板的制備方法，屬于導電塑料雙極板制備技術領域。本發明收集蜘蛛網，將其放入硫酸鋅與甲醛溶液制得的混合溶液中浸泡，經雙氧水氧化，濃硫酸炭化，再在格式試劑的作用下反應，再于模具中預壓后，提高施加壓力，將其壓制成型制得導電塑料雙極板。本發明的有益效果是：本發明制備步驟簡單，所得產品加工性能好，力學性能提高了15～20%，沖擊強度提高了16%以上；充分利用蜘蛛網制備導電塑料雙極板，實現了資源的可持續利用，反復使用不易斷裂。
【專利說明】
一種導電塑料雙極板的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種導電塑料雙極板的制備方法，屬于導電塑料雙極板制備技術領域。
【背景技術】
[0002]雙極板是釩電池電堆的重要部件，用于集流和分隔正負極溶液，對其要求是具有較高的導電性、良好的機械強度、優異的耐腐蝕性以及較低的成本。導電塑料類雙極板是是以高分子樹脂(如PP、PE等)和導電填料(如導電炭黑等)為原料，以注塑或模壓工藝制成，具有高導電、低成本、耐腐蝕等特點，受到極大關注。導電塑料雙極板均采用常規的高溫混煉進行原材料的混合，再通過熱壓成型的制備工藝，但由于預混料中高分子樹脂含量低、導電填料含量高，因此為保證混煉均勻，就需要加長混煉時間并提高混煉溫度(140?180°C)。這使得高分子樹脂在較高的混煉溫度下很容易被氧化，引起聚合長鏈的解體，進而導致材料機械性能的下降，使用壽命也會降低。且目前導電塑料雙極板大多選擇二元復合體系，由于炭黑填充到樹脂中的份數較大，復合體系的熔體粘度增大，加工性能變差，材料力學性能特別是沖擊強度明顯降低。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題:針對目前導電塑料雙極板，由于炭黑填充到樹脂中的份數較大，復合體系的熔體粘度增大，加工性能變差，導致材料力學性能和沖擊強度降低的弊端，提供了一種收集蜘蛛網，將其放入硫酸鋅與甲醛溶液制得的混合溶液中浸泡，經雙氧水氧化，濃硫酸炭化，再在格式試劑的作用下反應，再于模具中預壓后，提高施加壓力，將其壓制成型制得導電塑料雙極板的方法。本發明制備步驟簡單，所得產品加工性能好，有效提高了材料的力學性能和沖擊強度。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是:
(1)按硫酸鋅與甲醛溶液質量比1:6，將硫酸鋅溶于質量分數為30?40%甲醛溶液中，攪拌30?40min，使得溶液中鋅離子濃度控制在0.8?1.3mol/L，得混合溶液；
(2)收集150?200g蜘蛛網，將其放入容器中，同時向其中加入上述制得的混合溶液，以沒過蜘蛛網3?4cm為宜，浸泡2?3h，待浸泡完成后，邊攪拌邊以2?3滴/s速率向其中滴加10?15mL異丙醇和10?12mL 丁醇，滴加完畢后，繼續攪拌15?20min;
(3)待上述攪拌完后，向所得的混合物中加入質量濃度為30%雙氧水，加入量為混合物質量的70?80%，在10?12 °C下，進行氧化反應I?2h，待氧化反應后，向氧化物中加入質量分數為72?75%濃硫酸，加入量為氧化物質量10?15%，攪拌混合后炭化反應I?2h，得炭化物；
(4)按質量比1:1:13，將烷基鹵化鎂和烷基鹵化鋰加入上述制得的炭化物中，在溫度30?40°C，轉速為80?120r/min下，攪拌反應I?2h，隨后以3°C/min速率程序升溫至65?700C，繼續攪拌反應40?50min，得反應物； (5)將上述所得的反應物倒入塑料加工的模具中，控制施加壓力為10?25MPa，預壓2?3min，隨后提高施加壓力為26?35MPa，以10°C/min速率程序升溫至200?220°C，壓制10?30min成型，再冷卻至室溫，即制得一種導電塑料雙極板。
[0005]本發明制得的導電塑料雙極板沖擊強度為3.5?4.0KJ.m—2，電阻率為0.43?0.46Ω.mm2/m，斷裂伸長率為5?7%，硬度90?100，拉伸強度為30.8?36.2MPa，耐彎曲疲勞次數為1080?1260次。
[0006]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(1)本發明制備步驟簡單，所得產品加工性能好，力學性能提高了15?20%，沖擊強度提尚了 16%以上；
(2)充分利用蜘蛛網制備導電塑料雙極板，實現了資源的可持續利用，反復使用不易斷
m
O
【具體實施方式】
[0007]首先按硫酸鋅與甲醛溶液質量比1:6，將硫酸鋅溶于質量分數為30?40%甲醛溶液中，攪拌30?40min，使得溶液中鋅離子濃度控制在0.8?1.3mol/L，得混合溶液;然后收集200g蜘蛛網，將其放入容器中，同時向其中加入上述制得的混合溶液，以沒過蜘蛛網3?4cm為宜，浸泡2?3h，待浸泡完成后，邊攪拌邊以2?3滴/s速率向其中滴加10?15mL異丙醇和10?12mL丁醇，滴加完畢后，繼續攪拌15?20min；待上述攪拌完后，向所得的混合物中加入質量濃度為30%雙氧水，加入量為混合物質量的70?80%，在10?12°C下，進行氧化反應I?2h，待氧化反應后，向氧化物中加入質量分數為72?75%濃硫酸，加入量為氧化物質量10?15%，攪拌混合后炭化反應I?2h，得炭化物;再按質量比1: 1:13，將烷基鹵化鎂和烷基鹵化鋰加入上述制得的炭化物中，在溫度30?40°C，轉速為80?120r/min下，攪拌反應I?2h，隨后以3°C/min速率程序升溫至65?70°C，繼續攪拌反應40?50min，得反應物;最后將上述所得的反應物倒入塑料加工的模具中，控制施加壓力為10?25MPa，預壓2?3min，隨后提高施加壓力為26?35MPa，以10°C/min速率程序升溫至200?220°C，壓制10?30min成型，再冷卻至室溫，即制得一種導電塑料雙極板。
[0008]實例I
首先按硫酸鋅與甲醛溶液質量比1:6，將硫酸鋅溶于質量分數為30%甲醛溶液中，攪拌30min，使得溶液中鋅離子濃度控制在0.8mol/L，得混合溶液;然后收集150g蜘蛛網，將其放入容器中，同時向其中加入上述制得的混合溶液，以沒過蜘蛛網3m為宜，浸泡2h，待浸泡完成后，邊攪拌邊以2滴/s速率向其中滴加1mL異丙醇和1mL丁醇，滴加完畢后，繼續攪拌15min ；待上述攪拌完后，向所得的混合物中加入質量濃度為30%雙氧水，加入量為混合物質量的70%，在10°C下，進行氧化反應lh，待氧化反應后，向氧化物中加入質量分數為72%濃硫酸，加入量為氧化物質量10%，攪拌混合后炭化反應Ih，得炭化物;再按質量比1: 1:13，將烷基鹵化鎂和燒基鹵化鋰加入上述制得的炭化物中，在溫度30°C，轉速為80r/min下，攪拌反應Ih，隨后以3°C/min速率程序升溫至65°C，繼續攪拌反應40min，得反應物；最后將上述所得的反應物倒入塑料加工的模具中，控制施加壓力為lOMPa，預壓2min，隨后提高施加壓力為26MPa，以10°C/min速率程序升溫至200°C，壓制1min成型，再冷卻至室溫，即制得一種導電塑料雙極板。本發明制備步驟簡單，所得產品加工性能好，力學性能提高了 15%，沖擊強度提高了 16.2%;充分利用蜘蛛網制備導電塑料雙極板，實現了資源的可持續利用，反復使用不易斷裂;制得的導電塑料雙極板沖擊強度為3.5KJ.m—2，電阻率為0.43Ω.mm2/m，斷裂伸長率為5%，硬度90，拉伸強度為30.8MPa，耐彎曲疲勞次數為1080次。
[0009]實例2
首先按硫酸鋅與甲醛溶液質量比1:6，將硫酸鋅溶于質量分數為35%甲醛溶液中，攪拌35min，使得溶液中鋅離子濃度控制在1.lmol/L，得混合溶液;然后收集160g蜘蛛網，將其放入容器中，同時向其中加入上述制得的混合溶液，以沒過蜘蛛網4cm為宜，浸泡3h，待浸泡完成后，邊攪拌邊以3滴/s速率向其中滴加13mL異丙醇和I ImL丁醇，滴加完畢后，繼續攪拌18min；待上述攪拌完后，向所得的混合物中加入質量濃度為30%雙氧水，加入量為混合物質量的75%，在ITC下，進行氧化反應2h，待氧化反應后，向氧化物中加入質量分數為74%濃硫酸，加入量為氧化物質量13%，攪拌混合后炭化反應2h，得炭化物;再按質量比1: 1:13，將烷基鹵化鎂和燒基鹵化鋰加入上述制得的炭化物中，在溫度35°C，轉速為100r/min下，攪拌反應2h，隨后以3°C/min速率程序升溫至68 V，繼續攪拌反應45min，得反應物;將上述所得的反應物倒入塑料加工的模具中，控制施加壓力為17MPa，預壓3min，隨后提高施加壓力為30MPa，以10°C/min速率程序升溫至210°C，壓制20min成型，再冷卻至室溫，即制得一種導電塑料雙極板。本發明制備步驟簡單，所得產品加工性能好，力學性能提高了 18%，沖擊強度提高了 16.8%;充分利用蜘蛛網制備導電塑料雙極板，實現了資源的可持續利用，反復使用不易斷裂;制得的導電塑料雙極板沖擊強度為3.8KJ.m—2，電阻率為0.45Ω.mm2/m，斷裂伸長率為6%，硬度95，拉伸強度為33.5MPa，耐彎曲疲勞次數為1170次。
[0010]實例3
首先按硫酸鋅與甲醛溶液質量比1:6，將硫酸鋅溶于質量分數為40%甲醛溶液中，攪拌40min，使得溶液中鋅離子濃度控制在1.3mol/L，得混合溶液;然后收集170g蜘蛛網，將其放入容器中，同時向其中加入上述制得的混合溶液，以沒過蜘蛛網4cm為宜，浸泡3h，待浸泡完成后，邊攪拌邊以3滴/s速率向其中滴加15mL異丙醇和12mL丁醇，滴加完畢后，繼續攪拌20min ；待上述攪拌完后，向所得的混合物中加入質量濃度為30%雙氧水，加入量為混合物質量的80%，在12°C下，進行氧化反應2h，待氧化反應后，向氧化物中加入質量分數為75%濃硫酸，加入量為氧化物質量15%，攪拌混合后炭化反應2h，得炭化物;再按質量比1: 1:13，將烷基鹵化鎂和燒基鹵化鋰加入上述制得的炭化物中，在溫度40°C，轉速為120r/min下，攪拌反應2h，隨后以3°C/min速率程序升溫至70 V，繼續攪拌反應50min，得反應物;將上述所得的反應物倒入塑料加工的模具中，控制施加壓力為25MPa，預壓3min，隨后提高施加壓力為35MPa，以10°C/min速率程序升溫至220°C，壓制30min成型，再冷卻至室溫，即制得一種導電塑料雙極板。本發明制備步驟簡單，所得產品加工性能好，力學性能提高了 20%，沖擊強度提高了 17.3%;充分利用蜘蛛網制備導電塑料雙極板，實現了資源的可持續利用，反復使用不易斷裂;制得的導電塑料雙極板沖擊強度為4.0KJ.m—2，電阻率為0.46Ω.mm2/m，斷裂伸長率為7%，硬度100，拉伸強度為36.2MPa，耐彎曲疲勞次數為1260次。
【主權項】
1.一種導電塑料雙極板的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (I)按硫酸鋅與甲醛溶液質量比1:6，將硫酸鋅溶于質量分數為30?40%甲醛溶液中，攪拌30?40min，使得溶液中鋅離子濃度控制在0.8?1.3mol/L，得混合溶液； (2 )收集150?200g蜘蛛網，將其放入容器中，同時向其中加入上述制得的混合溶液，以沒過蜘蛛網3?4cm為宜，浸泡2?3h，待浸泡完成后，邊攪拌邊以2?3滴/s速率向其中滴加10?15mL異丙醇和10?12mL 丁醇，滴加完畢后，繼續攪拌15?20min; (3)待上述攪拌完后，向所得的混合物中加入質量濃度為30%雙氧水，加入量為混合物質量的70?80%，在10?12 °C下，進行氧化反應I?2h，待氧化反應后，向氧化物中加入質量分數為72?75%濃硫酸，加入量為氧化物質量10?15%，攪拌混合后炭化反應I?2h，得炭化物； (4)按質量比1:1:13，將烷基鹵化鎂和烷基鹵化鋰加入上述制得的炭化物中，在溫度30?40°C，轉速為80?120r/min下，攪拌反應I?2h，隨后以3°C/min速率程序升溫至65?700C，繼續攪拌反應40?50min，得反應物； (5)將上述所得的反應物倒入塑料加工的模具中，控制施加壓力為10?25MPa，預壓2?3min，隨后提高施加壓力為26?35MPa，以10°C/min速率程序升溫至200?220°C，壓制10?30min成型，再冷卻至室溫，即制得一種導電塑料雙極板。
【文檔編號】H01M8/18GK105845949SQ201610240108
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】潘艷麗, 盛海豐
【申請人】常州達奧新材料科技有限公司