Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

Summary

Un protocollo per esporre fibre nude sulla superficie del composito eliminando la zona ricca di resina è presentato. Le fibre vengono esposti durante la fabbricazione dei compositi, non mediante il post-trattamento superficiale. I compositi di carbonio esposte presentano alta conduttività elettrica nella direzione di attraverso-spessore ed elevate proprietà meccaniche.

Abstract

La piastra bipolare è un componente chiave in protone cambio membrana le celle a combustibile (PEMFC) e le batterie di flusso redox al vanadio (VRFBs). È un componente multi-funzionale che dovrebbe avere alta conduttività elettrica, elevate proprietà meccaniche e un'elevata produttività.

A questo proposito, un composito di fibra di carbonio/resina epossidica resina può essere un materiale ideale per sostituire la piastra bipolare di grafite convenzionali, che spesso conduce al fallimento catastrofico dell'intero sistema a causa della sua intrinseca fragilità. Anche se il composito di carbonio/epossidica ha elevate caratteristiche meccaniche ed è facile da produrre, la conducibilità elettrica in direzione attraverso-spessore è scarsa a causa dello strato di resina-ricco che si forma sulla sua superficie. Di conseguenza, un rivestimento della grafite espansa è stato adottato per risolvere il problema di conduttività elettrica. Tuttavia, il rivestimento della grafite espansa non solo aumenta i costi di produzione, ma anche ha scarse proprietà meccaniche.

In questo studio, è dimostrato un metodo per esporre le fibre sulla superficie del composito. Ci sono attualmente molti metodi che possono esporre fibre da trattamento superficiale dopo la fabbricazione del composito. Questo nuovo metodo, tuttavia, non richiede trattamento superficiale perché le fibre sono esposti durante la fabbricazione del composito. Esponendo le fibre di carbonio nude sulla superficie, la conduttività elettrica e la resistenza meccanica del composito sono aumentati drasticamente.

Introduction

La piastra bipolare è un componente chiave multi-funzionale dei sistemi di conversione energetica e sistemi di stoccaggio di energia quali le celle a combustibile e batterie. I requisiti funzionali chiave del piatto bipolare sono come segue: alta conduttività elettrica in direzione attraverso-spessore per ridurre ohmico-perdita, alte proprietà meccaniche per resistere a pressione ad alta compattazione e impatti esterni e ad alta produttività per la produzione di massa.

Rispetto alla grafite e metalli che sono state convenzionalmente adottate come materiali per la piastra bipolare, materiali compositi in fibra di carbonio/resina epossidica h....

Protocol

1. preparazione dei materiali

1. preparazione del materiale composito
   Nota: attenzione, si prega di consultare tutte le schede di dati di sicurezza (MSDS) prima dell'uso. Molte delle sostanze chimiche utilizzate in questi metodi possono essere tossiche e cancerogene. I nanomateriali possono avere rischi aggiuntivi rispetto ai loro omologhi di massa. Si prega di utilizzare tutte le pratiche di sicurezza appropriate quando si esegue un esperimento, compreso l'uso di controlli tecnici (cappa, vano portaoggetti) e dispositivi di protezione individuale (occhiali di sicurezza, guanti, camice, pantaloni lunghi, Scarpe chiuse).
   Nota: A se....

Results

Gli esemplari fabbricati sono osservati mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) (Figura 1). Poiché lo strato di resina-ricco che copre la parte superiore delle fibre è solo di pochi micrometri di spessore, un'immagine al microscopio ottica osservata nella parte superiore della provetta non è appropriata. Un'immagine di SEM osservata inclinando l'esemplare di 5° fornisce un'immagine più rappresentativa. Rispetto per i compositi realizzati da stampag.......

Discussion

Il metodo morbido strato fornisce significativi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali e con un costo di produzione inferiore. Tutti i tre tipi di compositi realizzati dal metodo morbido strato mostrano caratteristiche uniche in termini di proprietà elettriche, meccaniche, permeabilità ai gas e proprietà di adesione.

Per la misura della proprietà elettriche, è stato utilizzato un metodo di quattro punti sonda. ASR è stato misurato 5 volte e il valore medio è stato preso come un valore rappr.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Preimpregnato unidirezionale di carbonio/resina epossidica	SK Chemicals	USN020	Utilizzato per fabbricare compositi di carbonio unidirezionali
Tessuto di carbonio a trama semplice/preimpregnato epossidico	SK Chemicals	WSN 1k	Utilizzato per fabbricare tessuto composito di carbonio
Tessuto di carbonio a trama semplice	SK Chemicals	C-112	Utilizzato per fabbricare tessuto composito di carbonio
Feltro di carbonio non tessuto	Newell	Feltro di grafite 3 mm	Utilizzato per fabbricare il composito di carbonio
Resina epossidica di tipo film	SK Chemicals	K51	Utilizzato come matrice del composito
Acetone 99,5%	Samchun	67-64-1	Utilizzato per pulire la fibra di carbonio e gli strati morbidi
Rilascio dello stampo	ShinEtsu	KF-96	Utilizzato per rivestire lo stampo
Pellicola di rilascio	Airtech	A4000V	Utilizzato come strato morbido
Stampo a compressione	N/A	N/A	Lavorato in laboratorio. Materiale: NAK80
Pressa a caldo	Hydrotek 100	N/A	Utilizzato per applicare pressione e calore
Microscopio elettronico a scansione	FEI Compnay	Magellan 400	Utilizzato per studiare la superficie del composito