用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料及使用其制造用于燃料电池分离板的热塑性预浸料的方法技术

根据本发明专利技术的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料的中间材料，其特征在于：(i)结晶度为1％至20％、(ii)厚度为3μm至50μm并且(iii)导电材料的含量为1wt％至20wt％的疏水性热塑性树脂膜层叠在纤维基底的至少一个表面上。在本发明专利技术中，通过在高于所述疏水性热塑性树脂膜的熔点的温度下对用于燃料电池分离板的热塑性预浸料的中间材料加压来制造用于燃料电池分离板的所述热塑性预浸料。根据本发明专利技术的所述热塑性预浸料的中间材料和使用所述热塑性预浸料制造的燃料电池分离膜可以薄且重量轻，由于不易断裂而具有良好的耐久性，并且由于疏水性而在参与反应的水流过在燃料电池分离板上形成的气体流动通道时有效地防止在气体流动通道内堆积大量沉淀物的现象从而具有优良的性能。

Thermoplastic prepreg intermediate material for fuel cell separation plate and method for producing thermoplastic prepreg for fuel cell separation plate using the same

According to the invention for intermediate material fuel cell separation plate thermoplastic prepreg, characterized in that: (I) the crystallinity of 1% to 20% (II), the thickness of 3 m to 50 m (III) and the content of conductive materials for hydrophobic thermal 1wt% to 20wt% plastic the resin film laminated on the fiber substrate on at least one surface. In the invention, the higher than that of the hydrophobic thermoplastic resin film temperature below the melting point of intermediate material for fuel cell separation plate thermoplastic prepreg to manufacture for the hot pressurized fuel cell separation plate plastic prepreg. According to the intermediate material and using the heat the plastic prepreg of the thermoplastic prepreg fuel cell membrane can be made thin and light weight, because is not easy to break and has good durability, and because the gas flow channel in the hydrophobic reaction formed in water the fuel cell separation board when effectively prevent the accumulation of a large number of precipitates in the gas flow channels of the phenomenon which has excellent performance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料及使用其制造用于燃料电池分离板的热塑性预浸料的方法
本专利技术涉及一种用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料(thermoplasticprepregintermediatematerial)和通过使用其制造用于燃料电池分离板的热塑性预浸料(thermoplasticprepreg)的方法，更具体地，涉及一种热塑性预浸料中间材料以及通过使用其制造热塑性预浸料的方法，所述热塑性预浸料中间材料能够减小厚度和重量，具有优异的耐久性并且当参与反应的水流过燃料电池分离板的气体流动通道时由于疏水性而有效地防止沉淀物的沉淀，从而有效地用作燃料电池分离板(双极板)的材料。
技术介绍
如图1所示，用于构成燃料电池的燃料电池分离板(双极板)布置在膜电极组件(以下称为“MEA”)之间，以形成传输燃料的通道，因此，可以起到在MEA中扩散燃料的作用，同时起到传递所产生的电流的通道的作用。图1是燃料电池的分解透视图。因此，为了制造高性能的燃料电池，需要开发具有高导电性以及显著减小的厚度和重量的燃料电池分离板，即双极板。到目前为止，已经使用通过用热固化树脂浸渍金属板、石墨板或碳纤维而固化的碳纤维复合材料来制造燃料电池分离板。由金属板制成的燃料电池分离板通常是厚且重的，因此在高性能燃料电池的生产上存在限制。由石墨板制成的燃料电池分离板可以实现厚度和重量的减小，然而，存在容易断裂并导致耐久性不足的问题。由碳纤维制成的燃料电池分离板可以实现厚度和重量的减小并且具有良好的耐久性，然而，由于热固化树脂起粘合剂的作用，导致导电性低。此外，当参与反应的水流过形成在燃料电池分离板中的气体流动通道时，沉淀物大量地沉积在气体流动通道内部，并引起平稳地输送氧气和氢气的问题，因此显著降低分离板的性能。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料(前体)，其能够减小厚度和重量，具有优异的耐久性，并且当参与反应的水流过气体流动通道时由于疏水性而有效地防止沉淀物沉积在形成于燃料电池分离板中的气体流动通道中，从而实现优异的性能。本专利技术的另一个目的是提供一种通过使用上述的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料(前体)来制造具有优异性能的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料的方法。技术方案为了实现上述目的，本专利技术提供了一种通过将(i)结晶度为1％至20％、(ii)厚度为3μm至50μm并且(iii)导电材料的含量为1重量％至20重量％(wt.％)的疏水性热塑性树脂膜层叠(laminate)在纤维基底的至少一个表面上而制备的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料。此外，本专利技术提供了一种用于燃料电池分离板的热塑性预浸料，其通过在高于所述疏水性热塑性树脂膜的熔点的温度下对上述制备的热塑性预浸料中间材料加压来制造。有益效果通过使用上述本专利技术的热塑性预浸料中间材料和热塑性预浸料制造的燃料电池分离膜可以具有减小的厚度和重量，不容易断裂，从而表现出优异的耐久性，并且在参与反应的水流过气体流动通道时，由于疏水性而有效地防止大量沉积物沉积在于燃料电池分离板中形成的气体流动通道内部，从而具有优异的性能。附图说明图1是燃料电池的分解透视图。具体实施方式下文中，将结合附图详细描述本专利技术。图1是燃料电池的分解透视图。根据本专利技术的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其特征在于：(i)结晶度为1％至20％、(ii)厚度为3μm至50μm并且(iii)导电材料的含量为1重量％至20重量％(wt.％)的疏水性热塑性树脂膜层叠在纤维基底的至少一个表面上。更优选地，在传输燃料和电流方面，纤维基底是长丝(filament)上的纤维沿一个方向排布的纤维片材(fibersheet)。导电材料可以包括，例如，银纳米线、碳纳米管、石墨烯或炭黑等，并且疏水性热塑性树脂膜中的导电材料的含量可以为1wt.％至20wt.％。如果导电材料的含量小于上述范围，则导电性降低。如果其含量超过上述范围，则树脂的粘度增加，从而降低分散性能。因此，不可能制造均匀的热塑性预浸料。疏水性热塑性膜可以具有1％至20％，优选3％至12％的结晶度。如果结晶度超过20％，则在制造用于燃料电池分离膜的热塑性预浸料的过程中，当加热疏水性热塑性树脂膜时，在高结晶拉伸部分(highcrystallinestretchingportion)会突然发生热收缩，从而导致疏水性热塑性树脂不均匀地浸渍在纤维基底内的现象。疏水性热塑性树脂膜的厚度可以为3μm至50μm，优选为7μm至40μm。如果其厚度超过50μm，则在制造用于燃料电池分离膜的热塑性预浸料的过程中，在疏水性热塑性树脂膜的表面与纤维基底的表面之间的接触部分处的疏水性热塑性膜被不均匀地熔融，从而导致难以在纤维基底内均匀地浸渍疏水性热塑性树脂。如果其厚度小于3μm，则疏水性热塑性树脂膜即使在小的外力下也可能被撕裂，因此使可加工性降低。优选地，从提高可加工性和允许疏水性热塑性树脂均匀地浸渍在纤维基底中的观点出发，纤维基底：疏水性热塑性树脂膜的重量比被调整为65wt.％至90wt.％：10wt.％至35wt.％。如果疏水性热塑性树脂膜与纤维基底的重量比超过35wt.％，则膜的厚度太大，并且因此，在制造用于燃料电池分离膜的热塑性预浸料的过程中，在疏水性热塑性树脂膜的表面与纤维基底的表面之间的接触部分处的疏水性热塑性树脂膜不能被均匀地熔融，从而导致难以使疏水性热塑性树脂均匀地浸渍在纤维基底内。另一方面，如果疏水性热塑性树脂膜与纤维基底的重量比小于10wt.％，则膜的厚度太小，并且因此，疏水性热塑性树脂膜即使在小的外力下也可能被撕裂，因此使可加工性降低。疏水性热塑性树脂膜可以包括，例如，聚丙烯树脂膜、聚酯树脂膜、热塑性聚氨酯膜、聚乙烯树脂膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂膜、聚酰胺树脂膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂膜、聚苯硫醚树脂膜、聚四氟乙烯(Teflon)树脂膜或聚醚醚酮树脂膜等。接下来，将描述通过使用上述用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料制造用于燃料电池分离板的热塑性预浸料的方法。通过下述方法制造用于燃料电池分离板的热塑性预浸料：将(i)结晶度为1％至20％、(ii)厚度为3μm至50μm并且(iii)导电材料的含量为1wt.％至20wt.％的疏水性热塑性树脂膜层叠在纤维基底的至少一个表面上，以制备用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料；以及在高于所述疏水性热塑性树脂膜的熔点的温度下对所制备的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料加压。优选的是，加热/加压工序是在比热塑性膜的熔点高30℃至100℃的温度下用50kgf/cm至1500kgf/cm的压力进行的。如果加热温度和/或压力低于上述范围，则疏水性热塑性树脂可能不会充分地浸渍在纤维基底内。另一方面，如果压力高于上述范围，则纤维基底的一部分可能断裂，导致热塑性预浸料的物理性能降低。或者，如果温度高于上述范围，则疏水性热塑性树脂可能变质，导致物理性能的降低，因此不是优选的。在疏水性热塑性树脂膜的种类中，排除了在分子结构中具有-COOH或-CO作为官能团的聚酰胺6树脂膜。在下文中，将参考示例和比较例更详细地描述本专利技术。然而，以下示例仅作为本专利技术的优选实施例提出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其特征在于：(i)结晶度为1％至20％，(ii)厚度为3μm至50μm，并且(iii)导电材料的含量为1wt.％至20wt.％的疏水性热塑性树脂膜层叠在纤维基底的至少一个表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.29 KR 10-2014-01297491.一种用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其特征在于：(i)结晶度为1％至20％，(ii)厚度为3μm至50μm，并且(iii)导电材料的含量为1wt.％至20wt.％的疏水性热塑性树脂膜层叠在纤维基底的至少一个表面上。2.根据权利要求1所述的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其中，所述导电材料为选自银纳米线、碳纳米管、石墨烯和炭黑中的一种。3.根据权利要求1所述的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其中，所述疏水性热塑性树脂膜的结晶度为3％至12％。4.根据权利要求1所述的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其中，所述疏水性热塑性树脂的厚度为7μm至40μm。5.根据权利要求1所述的用于燃料电池分离板的热塑性预浸料中间材料，其中，所述纤维基底：所述疏水性热塑性树脂膜的重量比为65wt.％至90wt.％：10wt.％至35wt.％。6.根据权利要求1所述的用于燃料电池分离板的热塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李至盛，李贤哲，尹浚荣，曺银静，姜忠锡，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR