【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于橡胶复合材料领域，具体涉及一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料及其制备方法。
技术介绍
1、燃料电池(fuel cell，fc)是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置，理论上只需要在其阴极和阳极连续地输入燃料，电能就能源源不断地输出，无卡诺循环限制，能量转换效率远高于内燃机，且生成物只有热量和水，工作噪声小，属于清洁环保型发电装置，因此在各领域具有广泛的应用前景。目前制约氢燃料电池商业化发展的重要因素是燃料电池的成本和寿命，密封材料在燃料电池电堆中，将反应气体空气、氢气和冷却液隔离，作为保障氢燃料电池长期稳定运行的关键组成部分虽然不参与电化学反应，但性能优劣直接影响着燃料电池电堆的发电效率和使用寿命。
2、这些密封胶的工作环境非常苛刻例如：12.5ppmh2so4+1.8ppmhf酸性电解液(含h+、so42-、f-)、高低温环境(-40℃～100℃)以及较大的应力(～1mpa)，上述工作环境下，密封胶的长时间使用将面临着强腐蚀、疲劳、加速老化等问题从而造成电堆密封失效。
3、目前，燃料电池电堆的密封胶主要来源于进口且这些进口密封胶也并未能很好的满足燃料电池电堆苛刻环境下长寿命安全运行，急需开发一种满足苛刻工况条件下长时安全运行的高性能燃料电池密封胶材料。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料及其制备方法，使硅橡胶在保证耐高低温性能的同时具有优异的耐酸性能，确保燃料电池电堆在苛刻工况
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，所述的密封硅橡胶材料包括如下质量份数的组分：
4、a组份为含0.01～0.2份铂基催化剂的加成型液态硅橡胶45～50份；
5、b组分为含0.01～0.5份聚甲基氢硅氧烷交联剂的加成型液态硅橡胶45～50份；
6、乙烯基氟硅油15～20份；
7、白炭黑5～10份；
8、耐酸填料5～10份；
9、结构控制剂1～2份。
10、具体的：
11、所述的加成型液态硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，a组分粘度40000～60000mpa·s(23℃，d＝25/s)，b组分粘度20000～30000mpa·s(23℃，d＝25/s)。
12、所述乙烯基氟硅油为端乙烯基聚甲基三氟丙基硅氧烷，乙烯基(三氟甲基)二甲基硅烷中的一种或多种，粘度10000～40000cps。
13、所述耐酸填料组成为聚四氟乙烯微粉2～10份、氟硅烷偶联剂改性纳米粒子2～10份。
14、进一步的，所述氟硅烷偶联剂改性纳米粒子由纳米粒子通过氟硅烷偶联剂改性得到，具体的：所述氟硅烷偶联剂为烷氧基氟硅烷类(如十三氟辛基三乙氧基硅烷等)、乙烯基氟硅烷类(如乙烯基二甲基氟硅烷等)、氨基氟硅烷类(如3-氨丙基二甲基氟硅烷等)中的一种或多种。所述纳米粒子为纳米硫酸钡、纳米滑石粉、纳米云母粉中的一种或多种。所述聚四氟乙烯微粉尺寸≤1μm，纳米硫酸钡、纳米滑石粉、纳米云母粉尺寸100～200nm。
15、所述白炭黑为气相法白炭黑，原生粒径7～40nm。
16、所述结构控制剂为羟基硅油，羟基质量分数6～10％。
17、本专利技术的另一目的是提供一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料的制备方法，具体步骤包括：
18、第一步，制备氟硅烷偶联剂改性纳米粒子与聚四氟乙烯微粉组成的耐酸填料，具体如下：
19、1.1)将纳米粒子和无水乙醇按照1：10～1:16的质量比混合，配制悬浊液，室温下超声分散30～40min；
20、1.2)将氟硅烷偶联剂加入步骤1.1)配制的悬浊液中，搅拌速度300～400r/min，80～85℃反应5～6h；所述的氟硅烷偶联剂和纳米粒子的质量比为1:2。
21、1.3)悬浊液冷却后，4000～5000r/min离心10～15min，无水乙醇洗涤多次后进行干燥得到氟硅烷偶联剂改性纳米粒子；所述干燥温度为85～100℃，时间为20～24h。
22、1.4)将步骤1.3)得到的氟硅烷偶联剂改性纳米粒子与聚四氟乙烯微粉，按照3:5～1:1的比例均匀混合，作为耐酸填料。
23、第二步，制备密封硅橡胶材料，具体如下：
24、2.1)按原料配比称取a组分加成型液态硅橡胶和b组分加成型液态硅橡胶；
25、2.2)按原料配比的一半称取白炭黑、耐酸填料、结构控制剂，按比例称取乙烯基氟硅油，将上述原料少量多次加入到步骤2.1)得到的a组分加成型液态硅橡胶中，并伴随300～350r/min的搅拌，得到a组分复合硅橡胶；所述搅拌时间为25～30min；该步骤中，白炭黑表面结合的羟基与甲基乙烯基硅橡胶的氧原子以氢键结合，或者颗粒与基体以物理吸附力互相作用，增加了体系的物理交联点；耐酸填料分布在硅橡胶中，抑制了酸溶液对硅橡胶的侵蚀；结构控制剂防止硅橡胶发生结构化而硬化；乙烯基氟硅油可在铂基催化剂作用下，枝接到硅橡胶，提高硅橡胶的稳定性。
26、2.3)按原料配比的一半称取白炭黑、耐酸填料、结构控制剂，将上述原料少量多次加入到步骤2.1)得到的b组分加成型液态硅橡胶中，并伴随300～350r/min的搅拌，得到b组分复合硅橡胶。所述搅拌时间为25～30min；该步骤中，白炭黑表面结合的羟基与甲基乙烯基硅橡胶的氧原子以氢键结合，或者颗粒与基体以物理吸附力互相作用，增加了体系的物理交联点；耐酸填料分布在硅橡胶中，抑制了酸溶液对硅橡胶的侵蚀，结构控制剂防止硅橡胶发生结构化而硬化。
27、2.4)以300～350r/min的转速，将2.2)得到的a组复合硅橡胶与2.3)得到的b组分复合硅橡胶搅拌混合均匀，得到复合硅橡胶c；该步骤中，a组分复合硅橡胶和b组分复合硅橡胶在铂基催化剂的作用下，与交联剂聚甲基氢硅氧烷发生硅氢加成反应，形成复合硅橡胶c。
28、2.5)将步骤2.4)得到的复合硅橡胶c真空脱泡得到液态硅橡胶，真空度为-0.2～-0.1mpa，温度为23～25℃，时间为25～30min；
29、2.6)将步骤2.5)得到的液态硅橡胶进行硫化处理，硫化温度为160～165℃，加压8～10mpa，硫化时间为8～10min，自然降温至室温，放置8～16h。该步骤中，液态硅橡胶在给定温度和压力下，进一步发生交联反应，形成高弹态的硅橡胶。
30、本专利技术的有益效果：
31、(1)本专利技术设计合适的硅橡胶复合配方，白炭黑能够增强硅橡胶的交联网络，结构控制剂保证了白炭黑的分散性，防止硅橡胶出现结构化现象。氢燃料电池中12.5ppmh2so4+1.8ppmhf酸性溶液中的质子(h+)和氟离子(f-)，会对硅橡胶基体造成损伤。
32、(2)本专利技术所选的耐酸填料聚四氟乙烯微粉中，f原子电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述的密封硅橡胶材料包括如下质量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述的加成型液态硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，A组分粘度40000～60000mPa·s，B组分粘度20000～30000mPa·s。
3.根据权利要求1所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述乙烯基氟硅油为端乙烯基聚甲基三氟丙基硅氧烷，乙烯基(三氟甲基)二甲基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述耐酸填料组成为聚四氟乙烯微粉2～10份、氟硅烷偶联剂改性纳米粒子2～10份，其中氟硅烷偶联剂改性纳米粒子由纳米粒子通过氟硅烷偶联剂改性得到。
5.根据权利要求4所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述的氟硅烷偶联剂为烷氧基氟硅烷类、乙烯基氟硅烷类、氨基氟硅烷类中的一种或多种；所述纳米粒子为纳米硫酸钡、纳米滑石粉、纳米云母粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高
7.一种权利要求1-6任一所述的高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料的制备方法，其特征在于：
9.根据权利要求7所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料的制备方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述的密封硅橡胶材料包括如下质量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述的加成型液态硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，a组分粘度40000～60000mpa·s，b组分粘度20000～30000mpa·s。
3.根据权利要求1所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述乙烯基氟硅油为端乙烯基聚甲基三氟丙基硅氧烷，乙烯基(三氟甲基)二甲基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高性能氢燃料电池密封硅橡胶材料，其特征在于，所述耐酸填料组成为聚四氟乙烯微粉2～10份、氟硅烷偶联剂改性纳米粒子2～10份，其中氟硅烷偶联剂改性纳米粒子由纳米粒子通过氟硅烷偶联剂改性得到。...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄子岸，
申请(专利权)人：超能材料科技大连有限公司，
类型：发明
国别省市：
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