燃料电池用碳纸材料中拉伸压缩力学性能检测方案(万能试验机)

SSL-CA22-049Excellence in Science Excellence in ScienceAGS-024 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD. -Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cn Tel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn 燃料电池用碳纸拉伸、压缩力学性能的测定 AGS-024 摘要：本文参考《GB/T 20042.7-2014质子交换膜燃料电池第7部分碳纸特性测试方法》的部分要求和行业客户的测试要求，使用岛津电子万能试验机AGS-X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；对碳纸进行抗压测试，测定一定压缩量下的最大载荷与应力。试验证明，岛津AGS-X电子万能试验机配合岛津开发的拉伸与压缩夹具，可以满足碳纸材料抗拉强度测试，抗压强度测试的要求，且对试样本身的影响较小。 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。 对碳纸材料进行拉伸，压缩，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 碳纸拉伸测试 1.1仪器与夹具 AGS-X500N电子万能试验机 TRAPEZIUMX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：500N(0.5级) 试验夹具：500N气动单推夹具(聚氨酯面) 试验速率：50 mm/min 1.3拉伸测试过程与结果 将碳纸裁切为120*10 mm 的长条形试样，测得的碳纸厚度为 0.19mm。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0.2~0.3MPa，测试中没有发现碳纸表面夹断的现象。 图22聚氨酯夹面 表1 试样信息 试样数量 厚度 试样长宽 6 0.19 mm 120*10 mm 参考《GB/T 20042.7-2014质子交换膜燃料电池第7部分碳纸特性测试方法》的部分要求，将裁切好的碳纸拉伸试样夹在夹具上，设定预加载载荷为 0.1N，加载速度为50 mm/min，施加载荷直到碳纸试样断裂，试验结束。记录下碳纸的抗拉强度，断裂点载荷和行程应变。 图3 使用岛津500N气动单推夹具(聚氨酯夹面)进行测试 行程应变(%) 图4 碳纸拉伸应力-应变曲线 表2测试结果 试样名称 抗拉强度 MPa 断裂点载荷N 断裂点行程应变% 试样1(红) 37.5454 71.3363 0.601 试样2(褐) 40.5646 77.0727 0.801 试样3(绿) 36.5304 69.3887 0.850 试样4(蓝) 39.3217 74.7112 0.817 试样5(黄) 35.8830 68.1776 0.933 试样6(灰) 38.8498 73.8146 0.984 如上图，可以获取客户所需的应力曲线，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36~40 MPa 的区间内，符合纤维增强碳纸拉伸强度的经验值。 碳纸压缩测试 2.1仪器与夹具 AGS-X 5 KN 电子万能试验机 TRAPEZIUMX软件 2.2分析条件 试验温度：室温20℃左右 载荷传感器：5KN (0.5级) 试验夹具：岛津100mm 直径标准压盘 试验速率： 1mm/min 2.3压缩测试过程与结果 按照碳纸行业用户提出的要求，碳纸压缩试样裁剪成50x50mm正方形，厚度为0.19 mm， 本次试验选择调平压盘夹具来完成。实际测试中，建议使用可进行平行度调整压盘来完成超薄材料的压缩测试。根据碳纸轻薄的特点和客户要求，设定预加载为2N，随后以1 mm/min 的速度开始加载直到压缩量达到碳纸厚度的40%(0.19x40%=0.076mm=76 um)，测试完成。记录下测得的最大载荷和最大应力。 图5 碳纸压缩测试 图6载荷-行程曲线 表3 测试结果 试样名称 最大载荷(N) 最大应力(MPa) 试样1(红) 211.878 0.00847 试样2(褐) 229.089 0.00916 试样3(紫) 203.324 0.00813 如上图，可以获取客户所需的载荷行程曲线，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0.008-0.009 MPa 的区间内，数值稳定。 结论 综上所述，使用岛津的 AGS-X电子万能试验机，配合岛津的专用夹具和附件，能够满足《GB/T 20042.7-2014质子交换膜燃料电池第7部分碳纸特性测试方法》的部分要求和行业客户的测试要求，配合拉伸，压缩夹具与附件，可以满足客户对碳纸进行抗拉，抗压测试的需要。 岛津应用云 使用岛津的AGS-X电子万能试验机，配合岛津的专用夹具和附件，能够满足《GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池 第7部分碳纸特性测试方法》的部分要求和行业客户的测试要求，配合拉伸，压缩夹具与附件，可以满足客户对碳纸进行抗拉，抗压测试的需要。