| 赵双双,蒙玲,李海龙,陈冬.聚氨酯用于界面调控以实现碳纸韧性的提升[J].中国造纸,2025,(8):42-50 |
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| 聚氨酯用于界面调控以实现碳纸韧性的提升 |
| Use of Polyurethane for Interface Control to Improve the Toughness of Carbon Paper |
| 收稿日期：2025-01-08 修订日期：2025-02-20 |
| DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.08.006 |
| 关键词: 碳纸 聚氨酯 韧性 界面调控 |
| Key Words:carbon paper polyurethane toughness interface control |
| 基金项目:国家自然科学基金青年基金（22208069）；制浆造纸工程国家重点实验室（华南理工大学）开放基金资助项目（202404）；广东省教育厅重点领域项目（2024ZDZX3039）；松山湖材料实验室开放课题基金资助（2023SLABFN16）；广州市科技局基础研究计划市校（院）企联合资助项目（2025A03J3088）。 |
| 作者 | 单位 | 邮编 | | 赵双双* | 华南理工大学轻工科学与工程学院,广东广州,510640 | 510640 | | 蒙玲* | 华南理工大学制浆 造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640
广州大学化学化工学院, 广东广州,510006 | 510006 | | 李海龙* | 华南理工大学轻工科学与工程学院,广东广州,510640 | 510640 | | 陈冬 | 华南理工大学轻工科学与工程学院,广东广州,510640 | 510640 |
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| 摘要:为改善碳纸（CP）的韧性，本研究采用聚氨酯（TPU）在CP成形过程中构建多层界面，降低碳纤维与树脂碳的界面结合强度。结果表明，TPU能够对碳纤维表面沟壑产生填充作用，降低纤维表面粗糙度。随着TPU含量的增加，CP的平均孔径增大，表面电导率基本不变，表面粗糙度和断裂韧性呈现先上升后下降的趋势。当TPU质量分数为49.8%时，CP的断裂韧性比未改性的CP提高了99.8%，平均孔径提高了35.2%，表面粗糙度由28.1 μm降低到26.2 μm，CP韧性的改善得益于纤维拔出和脱结合对能量的耗散。在相对湿度100%的条件下，单电池的极限电流密度和功率密度分别为1.28 A/cm2和347.8 mW/cm2，能够达到使用商业CP的燃料电池性能。 |
| Abstract:In order to improve the toughness of carbon paper （CP）， this study employed thermoplastic polyurethanes (TPU) to construct multi-layer interfaces during the CP molding process to reduce the interfacial bonding strength between carbon fiber and resin carbon. The results showed that TPU could fill the grooves on the surface of carbon fiber and reduce the surface roughness. With the increase of TPU content， the average pore size of CP increased， the surface conductivity remained basically unchanged， the surface roughness and fracture toughness showed a trend of increasing first and then decreasing. When the TPU mass fraction was 49.8%， the fracture toughness of CP increased by 99.8% compared with the unmodified CP， the average pore size increased by 35.2%， and the surface roughness reduced from 28.1 μm to 26.2 μm. The improvement in CP toughness was attributed to the energy dissipation caused by fiber pull-out and debonding. Under conditions of 100% relative humidity， the limiting current density and power density of a single cell reached 1.28 A/cm2 and 347.8 mW/cm2， respectively， achieving the fuel cell performance of commercial CP. |
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