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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 【求助】杜邦117膜的玻璃化温度
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hawkhero

至尊木虫 (著名写手)
gnikniht(金币+1): 2010-03-05 16:57
Nafion117的材料是全氟磺酸离子交换树脂，其中含有很多亲水性的磺酸基团，所以在高温时的吸水率是很高的，导致其体积膨胀，力学性能大大下降。可以试试增强膜。
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11楼2010-03-05 16:32:30
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gnikniht

金虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by hawkhero at 2010-03-05 16:32:30:
Nafion117的材料是全氟磺酸离子交换树脂，其中含有很多亲水性的磺酸基团，所以在高温时的吸水率是很高的，导致其体积膨胀，力学性能大大下降。可以试试增强膜。

也就是说高温对膜是有伤害的是吧？
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12楼2010-03-05 16:58:11
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gnikniht

金虫 (正式写手)
继续顶起来~~~~~~~
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13楼2010-03-06 08:02:24
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14777559222

金虫 (正式写手)
gnikniht(金币+5): 2010-03-06 11:33
先给你解释一下玻璃化温度：对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度形变曲线或热机械曲线。非晶聚物有三种力学状态，它们是玻璃态、高弹态和粘流态。在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态：当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转
变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是玻璃化温度。

回答你问题:“这个温度的意思是117膜不能够在超过130度的情况下使用么？”
我理解是不可以的，因为超过130度电池运行，膜的结构由玻璃态转化为高弹态，性质有很大变化。另外玻璃化温度一般用于制备MEA过程，即压MEA温度要超过130度。
“另，如果在运行环境中温度超过130度，但是水的供应很充足的话，是不是可以正常使用呢？”
温度超过130度，即使水供应充足，但是膜已经脱水严重，无法导离子。运行温度也是高温质子燃料电池发展的瓶颈之一。
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14楼2010-03-06 11:08:57
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gnikniht

金虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by 14777559222 at 2010-03-06 11:08:57:
先给你解释一下玻璃化温度：对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度形变曲线或热机械曲线。非晶聚物有三种力学状态，它们是玻璃态、高弹态和粘流态。在温度较低时，材料为 ...

多谢解答。另外，比如说有的膜我拆解后发现强度消失，有点硬化发脆的感觉，一撕就破，是不是和运行温度超过130度有关呢？
请不吝赐教！
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15楼2010-03-06 11:34:35
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14777559222

金虫 (正式写手)
gnikniht(金币+5):多谢指教！ 2010-03-06 16:12
超过130度，聚合物只是高弹态。一般高弹态的聚合物形变是可逆的，比如橡胶。
你说的变脆的现象可能是由于高温使用过程中氧原子或者氢氧原子对膜进行攻击。导致交联或者氧化降解或者其他化学反应。你观察一下，改变参数对膜性质有影响规律不？比如时间，比如反应物浓度等。另，可以测一下拉伸强度。规律只有靠自己摸索了。
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16楼2010-03-06 14:15:59
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hawkhero

至尊木虫 (著名写手)
gnikniht(金币+5):多谢深入探讨。 2010-03-08 08:07
我觉得16楼的解释是相当到位的，估计你的工艺工程中会生成很多的过氧化氢和各种自由基，它们对膜的攻击是膜的物理和电化学性能下降的主要原因，这也是nafion膜在fuel cell中应用的一种非常重要的课题。新膜中交联点是Nafion主链的结晶，提供了膜恰当的力学性能，如果通过反应形成了更多的化学交联点，那么膜确实会变脆，另外如果膜中吸附了很多的高价态的金属离子，形成了类似的化学交联点，膜也会变得很脆，道理相似吧。

[ Last edited by hawkhero on 2010-3-7 at 15:58 ]
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17楼2010-03-07 15:56:23
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eclipse

木虫 (正式写手)
gnikniht(金币+5):多谢指导 2010-03-09 08:04
Nafion干膜的玻璃化温度一般认为是150左右，但由于Nafion膜是吸水的，而水在高分子（Nafion）中相当于增塑剂的作用，它的玻璃化温度会明显下降，不会高于100（玻璃化温度的含义见前面几位兄弟），这时其力学强度也会明显下降（一般下降一倍以上）。我记得J. E. McGrah 系列文章讨论过这个问题。
这篇综述M. A. Hickner, B. S. P. (2005). "The Chemical and Structural Nature of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Properties." Fuel Cells 5(2): 213-229. 有提到玻璃化温度问题。

膜变脆，除前面几位提到的化学降解问题外，还存在力学降解过程，即膜在干－湿交替过程中产生力学疲劳，就像我们把金属丝不停弯曲－拉直，最后就断了，道理差不多。

[ Last edited by eclipse on 2010-3-9 at 00:22 ]
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18楼2010-03-09 00:17:23
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yjfeng2000

木虫 (著名写手)
gnikniht(金币+1):深入探讨 2010-03-09 08:05
Nafion117 一般不要超过130 oC,我没有测过具体的玻璃化温度但是在和别人交流热压MEA的时候,不要超过130 oC.
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快乐但不成功的小草
19楼2010-03-09 03:45:09
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14777559222

金虫 (正式写手)
gnikniht(金币+2):深入探讨 2010-03-09 08:06
引用回帖:
Originally posted by yjfeng2000 at 2010-03-09 03:45:09:
Nafion117 一般不要超过130 oC,我没有测过具体的玻璃化温度但是在和别人交流热压MEA的时候,不要超过130 oC.

我不这样认为, 因为物质在玻璃态的时候，分子运动很小，而在高弹态的时候，
高分子链段就有很大的运动能力。所以，在玻璃化温度以上压MEA，膜材料和电极中的胶黏剂（NAFION）就会很好的粘结，使得电极与膜形成一体化，有利于提高电池性能。当然不能高于玻璃化温度太多，不然的话，膜就会有更大的形变。应力过大，就像上面说的那样，容易力学降解。
你说说不要超过130 oC有啥道理。
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20楼2010-03-09 07:52:45
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