论文总字数：21411字

摘 要

随着经济的快速发展，燃料电池将会是未来最佳的能源，所以对质子交换膜燃料电池关键部件—垫片的研究显得很重要，了解弹性体垫片的摩擦磨损性能，能够让我们更大限度发挥其价值。

本文主要是研讨质子交换膜燃料电池弹性体垫片橡胶材料的摩擦性能，设计了分别以改变白炭黑补强剂的分量，再选取合适的配方具体研究，通过控制变量法，改变试验力载荷的大小，观察分析燃料电池弹性体材料摩擦性能，本文的主要研究工作和结论如下：

（1）从众多的硅橡胶生产厂家以及硅橡胶生胶牌号中，选出了其中一种硅橡胶作为研究对象，通过设计基础验证配方，胶料的塑炼加工、混炼加工、硫化制备出了不同配方的试样。

（2）通过相关的论文，确定需要研究的参数，可通过摩擦系数和磨损量来分析质子交换膜燃料电池弹性体材料的摩擦性能。

（3）通过摩擦磨损试验机设备对弹性体橡胶材料试样进行了摩擦性能研究，分析结果，得出施加载荷对质子交换膜燃料电池弹性体材料摩擦性能的影响。结果显示：试样磨损量随着施加载荷力的增大而增大，并且载荷越大，试样表面出现明显的划痕和磨损斑纹。

关键词：质子交换膜燃料电池； 硅橡胶； 摩擦性能； 施加载荷力；

ABSTRACT

With the rapid development of economy, the fuel cell will be the best source of energy in the future, so the study of proton exchange membrane fuel cell. The key part is very important, to understand the friction and wear properties of elastomeric gasket, so that we can play a greater measure of its value.

This paper is mainly on the friction performance of proton exchange membrane fuel cell elastomeric gasket rubber material, are designed to change the silica reinforcing agent component, and then select the appropriate formulation of specific research, by controlling variables, change the size of the load test, observation and analysis of combustion performance of fuel cell elastic friction, the the main research work and conclusions are as follows:

(1) from many manufacturers of silicone rubber and silicone rubber grade, selected a silicone rubber as the research object, through the design verification of the formula, plasticization, rubber mixing processing, vulcanization prepared samples with different formulations.

(2) through related papers, the parameters that need to be studied are determined. The friction properties of proton exchange membrane fuel cell elastomer can be analyzed by friction coefficient and wear capacity.

(3) the friction properties of elastomer rubber specimens were studied by friction and wear test equipment, and the effects of loading load on the tribological properties of proton exchange membrane fuel cell elastomer were obtained. The results showed that the wear volume increases with the increase of loading force, and the larger the load is, the specimen surface appears obvious scratches and wear markings.

KEYWORDS: Proton exchange membrane fuel cells; silicone rubber; friction properties; applied load force;

目 录

摘 要 i

ABSTRACT ii

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 课题背景 1

1.1.2 课题研究目的及工程应用价值 1

1.2 PEM燃料电池简介及发展动向 2

1.2.1 PEM燃料电池简介 2

1.2.2 PEM燃料电池的结构及工作原理 2

1.2.3 PEM燃料电池的发展存在的问题 3

1.3 PEM燃料电池垫片橡胶材料及发展动向 3

1.4 PEM燃料电池弹性体垫片摩擦性能 4

1.4.1 PEM燃料电池垫片材料的摩擦性能 4

1.4.2 近年来国内外PEM燃料电池弹性体垫片研究现状 4

1.5 本文的主要研究内容 6

第二章 燃料电池弹性体垫片材料的制备 7

2.1 引言 7

2.2 PEM燃料电池弹性体垫片橡胶材料的制备方法 7

2.2.1 塑炼 7

2.2.2 混炼 8

2.2.3 硫化 9

2.3 PEM燃料电池弹性体垫片橡胶材料配方设计 10

2.3.1 原材料及其来源 10

2.3.2 PEM燃料电池弹性体垫片橡胶材料的配方设计 11

2.4材料的制备仪器及其规格 11

2.5 PEM燃料电池弹性体垫片材料的制备过程 11

第三章 弹性体垫片材料的摩擦磨损试验 16

3.1引言 16

3.2 PEM燃料电池弹性体垫片橡胶材料摩擦磨损试验 16

3.2.1 摩擦磨损试验机工作条件 16

3.2.2 摩擦磨损试验机的工作原理 16

3.2.3 摩擦磨损试验机运行前的准备及注意事项 16

3.2.4 机器运行中注意事项及可能出现的情况 18

3.2.5 PEM燃料电池弹性体垫片材料摩擦磨损试验步骤 18

3.3 实验数据结果 19

3.4 本章小结 22

第四章 不同载荷力下弹性体垫片摩擦试验分析 23

4.1 引言 23

4.2 摩擦试验过程及结果分析 23

4.3 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 本文主要工作以及结论 28

5.2 经济评价 28

5.2.1投资估算 28

5.2.2资金筹措 28

5.2.3所需费用明细 29

5.3 展望 29

参考文献 31

致谢 34

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 课题背景

燃料电池^[1-2]这一概念是由W.Grove在1839年提出来的，至今已有很长时间的历史了。在这一概念刚提出时，人们希望通过转化反应，实现能源的转化。后来Langer和Mond两人用相类似的装备取得了大约0.2cm^-2的电流密度。他们两人的研究发现，使得对于燃料电池的认识上升一个层次。到了19世纪中期，越来越多的人开始关注燃料电池。F.Bacon的这项研究结果，后来用于美国宇航局的登月计划。

经过他两人研究之后，开始出现PEM燃料电池的概念，这一概念的出现，虽然具有创新，但由于思想的落后，并没有得到快速的发展。后来随着工业化的发展并且对于PEM燃料电池深入研究，人们在取得了巨大的成就，关于这方面的研究也逐渐成为科学家研究的课题。能源的合理利用与不断开拓，将成为未来世界的难题，所以面对PEM燃料电池这一新型技术，我们需要不断地更新关于这方面的知识，才能将这新能源发挥好，从而面对能源的紧缺。

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