【摘 要】
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质子交换膜(PEM)燃料电池的密封性能对燃料电池的安全性起到至关重要的作用,而有效的密封性能依赖于密封材料的稳定性。三元乙丙橡胶(EPDM)由于具有良好的密封性,因此可用作PEM燃料电池的密封材料,然而,PEM燃料电池内部为高温、酸性的环境,长期工作于此,橡胶不可避免的发生降解,为提高EPDM在高温、酸性的环境中的稳定性,我们首先要了解橡胶的降解机制,因此本文开展了EPDM在模拟PEM燃料电池环境
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质子交换膜(PEM)燃料电池的密封性能对燃料电池的安全性起到至关重要的作用,而有效的密封性能依赖于密封材料的稳定性。三元乙丙橡胶(EPDM)由于具有良好的密封性,因此可用作PEM燃料电池的密封材料,然而,PEM燃料电池内部为高温、酸性的环境,长期工作于此,橡胶不可避免的发生降解,为提高EPDM在高温、酸性的环境中的稳定性,我们首先要了解橡胶的降解机制,因此本文开展了EPDM在模拟PEM燃料电池环境中的降解机制的研究,从以下几个方面对EPDM在标准溶液(RS)和加速耐用测试溶液(ADT)中的老化现象及老化机理进行探究:(1)研究了过氧化物硫化的EPDM在RS和ADT中的降解,研究发现EPDM在RS和ADT中均降解,在老化前期,EPDM的分子主链和ENB交联点发生氧化裂解,产生了双键和含氧物质,使得橡胶的交联网络被破坏,力学性能劣化;而在老化后期,在RS中老化的EPDM发生了交联反应,使交联网络得到修复,力学性能得以改善,而在ADT中老化的橡胶并没有发生交联反应,但其整体老化程度仍低于在RS中的老化程度,表明过氧化物硫化的EPDM在ADT中的稳定性高于其在RS中的稳定性;(2)研究了硫磺硫化的EPDM在RS和ADT中的降解,研究发现硫磺硫化的EPDM在老化时,硫磺及多硫化物和ENB及橡胶老化产生的双键能够在残存的促进剂及促进剂侧挂基团的作用下发生交联反应,产生以多硫交联键为主的硫交联结构,从而使老化后的EPDM变硬变脆;(3)研究了含TAIC交联点的EPDM在RS和ADT中的降解,研究发现EPDM在两种环境中表现出不同的变化规律:在RS中老化的EPDM先后发生了TAIC交联点的水解和EPDM分子主链的断裂反应,使橡胶的性能严重劣化;而在ADT中老化的EPDM仅发生了TAIC交联点的水解,使橡胶的稳定性有所提升。
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