一种用于PEM电解槽的复合弹性体密封组合物及其制备方法

本发明涉及pem电解槽密封材料，特别是涉及一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物及其制备方法。

背景技术：

1、质子交换膜（pem）电解水制氢具有响应速度快、调节范围广、与波动性可再生能源适配性良好等突出优势，是当前绿氢制备领域的研究热点与重点发展方向。pem电解槽作为一种气液反应装置，其密封性能的优劣直接决定着装置能否长期安全运行。密封材料虽不参与电化学反应，但其性能好坏直接影响电解槽的发电效率和使用寿命。

2、pem电解槽的运行环境极为苛刻：阳极侧处于强酸性（稀硫酸）介质中并持续暴露于氧气氛围，同时要求密封材料具备极高的纯度，确保无金属离子析出造成离子污染。在此条件下，密封垫片需要在数万小时的服役周期内保持稳定的接触压力，防止高压氢气跨腔泄漏。然而，现有密封材料在满足这一长期可靠性要求方面仍面临显著挑战。

3、目前，pem电解槽领域常用的密封弹性体材料主要包括硅橡胶、氟橡胶和乙烯丙烯二烯单体epdm等，epdm凭借其主链饱和的分子结构，赋予材料优异的耐臭氧性、耐酸碱性和耐化学腐蚀性，同时具备耐高温、抗蠕变、介电性能好等优点，通过优化配方和工艺设计，可满足电解槽环境下橡胶材料的性能需求。然而，epdm在pem电解槽密封应用中仍存在两大核心性能瓶颈。其一，epdm基体具有较高的自由体积，导致高压氢气在浓度梯度驱动下容易渗透穿过密封材料，引起氢氧互渗，不仅降低产氢效率，更带来严重的安全风险。其二，在电解槽堆长期持续的压缩载荷作用下，epdm分子链会发生不可逆的蠕变滑移，导致密封接触压力逐渐丧失，最终引发泄漏失效。研究表明，温度升高至60℃时，epdm橡胶的蠕变速率可提升3倍。现有技术中，通过硅烷偶联剂改性填料可在一定程度上提升填料-基体界面结合强度，但传统改性方法仍难以同时解决氢气渗透与压缩蠕变这两大矛盾性难题，提高交联密度虽有助于抗蠕变，却可能牺牲弹性与加工性能；增加填料虽能改善阻隔性，却面临填料团聚导致力学性能劣化的困境。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物及其制备方法，实现了密封材料阻氢性能与抗蠕变性能的大幅提升，氢气渗透系数显著降低，阻隔性提升近五倍，同时持续压缩载荷下的尺寸稳定性明显改善，长期服役中密封接触压力得以有效保持。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、向l-脯氨酸粉末中加入乙二醇并搅拌，加热搅拌至得到澄清、均匀且粘稠的第一溶剂；

4、s2、将s1中的第一溶剂与二氧化硅混合搅拌，得到改性二氧化硅填料；

5、s3、将s2中的改性二氧化硅填料放入乙烯丙烯二烯单体基体中，高速剪切分散，硫化固化得到复合弹性体密封组合物。

6、优选的，s1中，l-脯氨酸粉末和乙二醇的摩尔比为1:1-3，乙二醇为无水乙二醇。

7、优选的，s1中，加热搅拌的温度为70-80℃，加热搅拌的时间为2-5h。

8、优选的，s2中，第一溶剂与二氧化硅的质量比为1:1-5。

9、优选的，s3中，改性二氧化硅填料和乙烯丙烯二烯单体基体的质量比为10-60:100。

10、优选的，s3中，高速剪切分散的转速为50-60rpm，时间为5-20min。

11、优选的，s3中，硫化固化的温度为180-190℃，时间为35-40min。

12、一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物，使用上述的制备方法制备得到。

13、因此，本发明采用上述一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物及其制备方法，其有益效果为：

14、1、本发明提供的复合弹性体密封组合物实现了密封材料阻氢性能与抗蠕变性能的大幅提升，氢气渗透系数显著降至5.33×10-15m2，阻隔性提升近五倍，同时持续压缩载荷下的尺寸稳定性明显改善，长期服役中密封接触压力得以有效保持；

15、2、本发明提供的制备方法采用l-脯氨酸与乙二醇形成的第一溶剂作为分子桥接剂，对二氧化硅填料进行界面改性并均匀分散于乙烯丙烯二烯单体epdm基体中，结合可控硫化工艺构建了化学交联与物理锚定的双网络结构，从而同步实现了密封材料阻氢性能与抗蠕变性能的大幅提升。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：s1中，l-脯氨酸粉末和乙二醇的摩尔比为1:1-3，乙二醇为无水乙二醇。

3.根据权利要求1所述的一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：s1中，加热搅拌的温度为70-80℃，加热搅拌的时间为2-5h。

4.根据权利要求1所述的一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：s2中，第一溶剂与二氧化硅的质量比为1:1-5。

5.根据权利要求1所述的一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：s3中，改性二氧化硅填料和乙烯丙烯二烯单体基体的质量比为10-60:100。

6.根据权利要求1所述的一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：s3中，高速剪切分散的转速为50-60rpm，时间为5-20min。

7.根据权利要求1所述的一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物的制备方法，其特征在于：s3中，硫化固化的温度为180-190℃，时间为35-40min。

8.一种用于pem电解槽的复合弹性体密封组合物，其特征在于：使用如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。