本發(fā)明涉及高分子材料，具體涉及一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠及制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫能源燃料電池作為一種創(chuàng)新的發(fā)電技術(shù)，展現(xiàn)出了極大的潛力和應(yīng)用前景。相較于依賴于化石燃料的傳統(tǒng)發(fā)電方式，氫能源不僅能夠提供更高的能量轉(zhuǎn)換效率，還以其清潔的特性贏得了廣泛關(guān)注。其工作過程幾乎不產(chǎn)生有害污染物，唯一的副產(chǎn)物是水，這使得氫燃料電池成為推動全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要力量。

2、燃料電池的基本工作原理極其高效。當(dāng)氫氣流入陽極時，催化劑促使其裂解，生成氫質(zhì)子(h+)和自由電子(e-)。自由電子通過外部電路流動，為負(fù)載提供電能，而氫質(zhì)子則通過質(zhì)子交換膜(pem)遷移至陰極。在陰極，氫質(zhì)子與通過電解質(zhì)膜進(jìn)入的氧離子結(jié)合，形成水并釋放出電能，這一簡潔而有效的反應(yīng)過程展示了氫燃料電池的巨大潛力。

3、然而，質(zhì)子交換膜的性能直接影響到燃料電池的整體效率和耐久性。在電池的運(yùn)行中，保持質(zhì)子交換膜的適當(dāng)濕潤程度變得尤為重要。這不僅是因?yàn)槟さ膶?dǎo)電性在濕潤狀態(tài)下會更好，還因?yàn)檫^于干燥的膜容易導(dǎo)致其老化和失效。因此，增濕器的引入成為確保膜運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵組件。增濕器不僅要能夠在高溫和高濕的環(huán)境中有效工作，還要具備卓越的材料性能，以實(shí)現(xiàn)持久的穩(wěn)定性。

4、在增濕器的設(shè)計(jì)中，灌封膠的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。增濕器需承受長期的高溫、高濕環(huán)境，因此灌封膠必須具備高強(qiáng)度的耐高溫和耐高濕性能。此外，它還需與高分子聚合物的外殼具有良好的附著力。若附著力不足，可能導(dǎo)致增濕器與外殼間產(chǎn)生分離、開裂等問題，進(jìn)而影響氫燃料電池的運(yùn)行效率和使用壽命。因此，正在進(jìn)行的研究強(qiáng)調(diào)選擇高性能材料及其科學(xué)的應(yīng)用，以確保增濕器在長期使用中的穩(wěn)定性。

5、氫能源燃料電池的技術(shù)開發(fā)不僅依賴于各個組成部分的協(xié)同優(yōu)化，增濕器及其灌封膠的性能提升是關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有技術(shù)中的灌封膠往往耐高溫性能差，力學(xué)性能不好，當(dāng)氫能源燃料電池產(chǎn)熱后灌封膠容易出現(xiàn)變形或開裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠及制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中灌封膠耐高溫性和力學(xué)性能差的技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其原料包括a組分和b組分，所述a組分包括低不飽和度中高分子量聚醚、聚四亞甲基醚乙二醇、聚氧化丙烯二醇、環(huán)氧乙烷二元醇和/或添加劑ⅰ，所述b組分包括六亞甲基二異氰酯、芳香族封閉型聚異氰酸酯、醋酸丁酯和/或添加劑ⅱ。

3、優(yōu)選的，所述低不飽和度中高分子量聚醚的不飽和度為0.15-0.3，分子量為10000-15000。

4、優(yōu)選的，所述a組分和b組分的質(zhì)量比為10：8。

5、優(yōu)選的，所述a組分按質(zhì)量份計(jì)包括低不飽和度中高分子量聚醚7-12份、聚四亞甲基醚乙二醇7-10份、聚氧化丙烯二醇5-7份、環(huán)氧乙烷二元醇2-5份和/或添加劑ⅰ4-6份。

6、優(yōu)選的，所述b組分按質(zhì)量份計(jì)包括六亞甲基二異氰酯20-30份、芳香族封閉型聚異氰酸酯20-23份、醋酸丁酯10-20份和/或添加劑ⅱ3-5.5份。

7、優(yōu)選的，所述添加劑ⅰ為催化劑、穩(wěn)定劑、顏料、阻燃劑、增塑劑中的一種或多種。如，添加劑ⅰ為催化劑、穩(wěn)定劑、顏料、阻燃劑、增塑劑按照質(zhì)量比為1:1:1:1:1的比例混合的混合物。

8、優(yōu)選的，所述添加劑ⅱ為催化劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑、增塑劑中的一種或多種，其中催化劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑、增塑劑的質(zhì)量比為1:1:1:1。

9、這里催化劑為胺類催化劑，增塑劑選自烷基磺酸酯、環(huán)烷油、鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二異癸酯，阻燃劑為三聚氰胺，穩(wěn)定劑為丁基羥基甲苯。

10、一種基于前文所述的耐高溫聚氨酯灌封膠的制備方法，包括以下步驟：

11、s1、將低不飽和度中高分子量聚醚、聚四亞甲基醚乙二醇、聚氧化丙烯二醇、環(huán)氧乙烷二元醇和/或添加劑ⅰ混合后在140-150℃下進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)ⅰ，得到組分a；

12、s2、將六亞甲基二異氰酯、芳香族封閉型聚異氰酸酯、醋酸丁酯和/或添加劑ⅱ混合后在60-70℃下進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)ⅱ，得到組分b；

13、s3、將所述組分a和組分b混合后澆筑到模具中，在30℃固化，得到耐高溫聚氨酯灌封膠。

14、優(yōu)選的，s1中所述預(yù)聚反應(yīng)ⅰ的反應(yīng)時間為12-24h。

15、優(yōu)選的，所述耐高溫聚氨酯灌封膠的高溫硬度為65-72shore?d。

16、本發(fā)明中選用低不飽和度中高分子量聚醚，其分子結(jié)構(gòu)中不飽和鍵(如雙鍵)較少，從而減少了高溫條件下氧化降解的可能性。同時，中高分子量有助于提高聚合物的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。聚四亞甲基醚乙二醇(ptmeg)和聚氧化丙烯二醇具有較高的熱穩(wěn)定性，能夠在高溫條件下保持較好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。芳香族聚異氰酸酯具有較好的耐熱性，封閉型聚異氰酸酯可以在高溫下解封，從而實(shí)現(xiàn)交聯(lián)，進(jìn)一步提高聚氨酯的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。聚氨酯通過a組分和b組分的反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以防止聚合物在高溫下軟化或流動，從而保持材料的結(jié)構(gòu)完整性和機(jī)械強(qiáng)度。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

18、本發(fā)明的灌封膠具有很好的耐高溫耐濕性能，可以長期承受100-110℃的工作溫度，使得該材料能夠在燃料電池增濕器的高溫環(huán)境中保持長期穩(wěn)定性和優(yōu)良的機(jī)械性能。能夠通過在95℃高溫95％的濕度測試5000h后物理性能保持率達(dá)到90％以上。聚氨酯灌封膠長期在100-110℃高溫下工作不變形不開裂。本發(fā)明還提供一種灌封膠的制備方法，方法簡單易操作。

技術(shù)特征：

1.一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，其原料包括a組分和b組分，所述a組分包括低不飽和度中高分子量聚醚、聚四亞甲基醚乙二醇、聚氧化丙烯二醇、環(huán)氧乙烷二元醇和/或添加劑ⅰ，所述b組分包括六亞甲基二異氰酯、芳香族封閉型聚異氰酸酯、醋酸丁酯和/或添加劑ⅱ。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，所述低不飽和度中高分子量聚醚的不飽和度為0.15-0.3，分子量為10000-15000。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，所述a組分和b組分的質(zhì)量比為10：8。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，所述a組分按質(zhì)量份計(jì)包括低不飽和度中高分子量聚醚7-12份、聚四亞甲基醚乙二醇7-10份、聚氧化丙烯二醇5-7份、環(huán)氧乙烷二元醇2-5份和/或添加劑ⅰ4-6份。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，所述b組分按質(zhì)量份計(jì)包括六亞甲基二異氰酯20-30份、芳香族封閉型聚異氰酸酯20-23份、醋酸丁酯10-20份和/或添加劑ⅱ3-5.5份。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，所述添加劑ⅰ為催化劑、穩(wěn)定劑、顏料、阻燃劑、增塑劑中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其特征在于，所述添加劑ⅱ為催化劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑、增塑劑中的一種或多種。

8.一種基于權(quán)利要求1-7中所述的耐高溫聚氨酯灌封膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，s1中所述預(yù)聚反應(yīng)ⅰ的反應(yīng)時間為12-24h。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述耐高溫聚氨酯灌封膠的高溫硬度為65-72shore?d。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠及制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。一種用于燃料電池增濕器耐高溫聚氨酯灌封膠，其原料包括A組分和B組分，A組分包括低不飽和度中高分子量聚醚、聚四亞甲基醚乙二醇、聚氧化丙烯二醇等，B組分包括六亞甲基二異氰酯、芳香族封閉型聚異氰酸酯等。一種制備方法，包括以下步驟：將低不飽和度中高分子量聚醚、聚四亞甲基醚乙二醇、聚氧化丙烯二醇等混合得到組分A；將六亞甲基二異氰酯、芳香族封閉型聚異氰酸酯等混合反應(yīng)，得到組分B；將組分A和組分B混合后澆筑到模具中，固化，得到耐高溫聚氨酯灌封膠。本發(fā)明的灌封膠具有很好的耐高溫耐濕性能，長期在高溫下工作不變形不開裂。

技術(shù)研發(fā)人員：華周發(fā),郭武,孫鵬,李旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：魔方氫能源科技（江蘇）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6