燃料电池用碳纸直条型试样中最大应力，断裂点载荷检测方案(万能试验机)

SSL-CA20-332Excellence in Science Excellence in ScienceAGX-010图2聚氨酯夹面 Email： sshzyan@shimadzu.com.cn Tel： 86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn 燃料电池用碳纤维纸拉伸试验 AGX-010 摘要：本文参考《GB/T 12914-2018纸和纸张抗张强度的测定恒速拉伸法》的部分要求，使用岛津电子万能试验机 AGX-V对碳纸材料进行抗拉强度测试，获取其最大应力与断裂点载荷。试验证明，岛津 AGX-V电子万能试验机配合岛津开发的聚氨酯夹面气动单推夹具，可以满足碳纸材料抗拉强度测试的要求，且对试样本身的影响较小。 关键词：万能试验机碳纸材料 抗拉强度试验 碳纸，又称为碳纤维纸，是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)的专用材料，即气体扩散层，主要作用是传导电流，.引导反应气体从石墨板导流到触媒层，并把反应水排除在触媒层之外，是燃料电池膜电机组(MEA)中不可或缺的材料。 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 具有效率高、工作温度低、零排放等优点，是新型绿色能源的主要发展方向之一。PEMFC的核心部件是由两个催化层(CL)、两个气体扩散层 (GDL) 和一个质子交换膜 (PEM)组成的膜电极组件(MEA)。其中GDL是 MEA中的关键部分，起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的作用。常用的 GDL 基材主要有：碳纸、碳布、炭黑纸、金属材料等，其中碳纸因其具有高导电性、耐腐蚀性及其出色的尺寸稳定性，是作为GDL 基材的理想材料。 实验部分 1.1仪器与夹具 AGX-V 100N电子万能试验机 岛津500N气动单推夹具(聚氨酯夹面) TRAPEZIUMV软件(单一试验拉伸) 1.2分析条件 试验温度：室温20℃左右 载荷传感器：100N (0.5级) 强度性能是碳纸的重要指标之一，具有较好强度的碳纸可为 MEA 的安装带来保障，同时稳定整个电极的结构，提高电池的寿命。 对碳纸材料进行抗拉强度测试，可以有效检验碳纸强度，在碳纸材料的开发与规模化生产中能发挥极为重要的作用。 图1碳纸裁切拉伸试样 试验夹具：500N气动单推夹具(聚氨酯面) ( 试验速率：20 mm/min ) 1.3样品及处理 将碳炭裁切为120*10 mm 的长条形试样，测得的碳纸厚度为 0.2 mm。裁切边缘尽量保持平整无伤口。 夹具选用岛津500N气动单推夹具(聚氨酯夹面))：，碳纸对夹具横向夹持力相当敏感，聚氨酯夹面既能保证一定的夹持力，对碳纸试样本身的损伤较小，可以降低试样被横向夹持力损坏的风险，夹具气压我们选用0.3MPa， 测试中没有发现碳纸表面夹断的现象。 表1试样信息 试样数量 厚度 试样长宽 7 0.2mm 120*10mm 拉伸试验介绍 参考《GB/T 12914-2018纸和纸张抗张强度的测定恒速拉伸法》的部分要求，将裁切好的碳纸拉伸试样分别夹在上下夹具上，设定预加载载荷为0.1N，加载速度为2 mm/min，施加载荷直到碳纸试样断裂，试验结束。 图3使用岛津500N气动单推夹具(聚氨酯夹面)进行测试 结果与结论 3.1拉伸试验结果 位移(mm) 图4碳纸拉伸载荷-位移曲线 表2测试结果 试样名称 最大应力 MPa 最大点载荷N 断裂点载荷N 试样 17.964 35.928 35.928 试样4 17.737 35.474 35.383 试样5 17.862 35.724 35.724 如上图，可以获取客户所需的载荷一位移曲线，观察3个试样的测试曲线形态相似，从表中数据可知，最大应力分布在17.7~17.9 MPa 的区间内，符合纤维增强碳纸拉伸强度的经验值。 结论 综上所述，使用岛津的 AGX-V 100N电子万能试验机，配合岛津500N气动单推夹具(聚氨酯夹面)，能够满足 《GB/T 12914-2018纸和纸张抗张强度的测定恒速拉伸法》对碳纸试样抗拉强度的测试要求，并获取抗拉强度，最大载荷和曲线等数据，且所选夹具对试样的影响与损伤较小。 岛津应用云 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心 Shimadzu (China) Co.， LTD.-Analytical Applications Center 14        碳纸，又称为碳纤维纸，是质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell）的专用材料，即气体扩散层，主要作用是传导电流，引导反应气体从石墨板导流到触媒层，并把反应水排除在触媒层之外，是燃料电池膜电机组（MEA）中不可或缺的材料。质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有效率高、工作温度低、零排放等优点，是新型绿色能源的主要发展方向之一。PEMFC的核心部件是由两个催化层 （CL）、两个气体扩散层（GDL）和一个质子交换膜（PEM）组成的膜电极组件 （MEA）。其中GDL是MEA中的关键部分，起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的作用。常用的 GDL 基材主要有： 碳纸、碳布、炭黑纸、金属材料等，其中碳纸因其具有高导电性、耐腐蚀性及其出色的尺寸稳定性，是作为GDL基材的理想材料。强度性能是碳纸的重要指标之一，具有较好强度的碳纸可为MEA的安装带来保障，同时稳定整个电极的结构，提高电池的寿命。对碳纸材料进行抗拉强度测试，可以有效检验碳纸强度，在碳纸材料的开发与规模化生产中能发挥极为重要的作用。       使用岛津的AGX-V 100N电子万能试验机，配合岛津500N气动单推夹具（聚氨酯夹面），能够满足《GB/T 12914-2018 纸和纸张 抗张强度的测定 恒速拉伸法》对碳纸试样抗拉强度的测试要求，并获取抗拉强度，最大载荷和曲线等数据，且所选夹具对试样的影响与损伤较小。