双极板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的主要部件，石墨材料具有优越的导电性能，导热性和耐磨性能，是一种低密度材料，一直是双极板的首选材料，多采用机加工的方法加工石墨双极板，机加工工艺中的高温石墨化和气体流道的机加工是造成双极板价格昂贵的主要原因。为降低石墨双极板的制备成本，由石墨粉和聚合物树脂制备复合材料双极板已成为目前PEMFC双极板具有发展前景的研究方向之一，国外已转向规模化生产。

用于制造复合材料双极板的树脂有热塑性树脂和热固性树脂两类，热塑性树脂制作的复合材料较脆，用其制作的电极板需要较大的厚度才能保证力学强度，而热固性树脂能形成三维网状结构，具有更高的弯曲强度，可以制作较薄的双极板。热固性树脂常用的有酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂等。有关学者对热固性酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂增强柔性石墨复合材料的力学性能与导电性能进行了对比，酚醛与呋喃相近，环氧的电阻率最大。

酚醛树脂是最早工业化生产的一种合成树脂，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、工艺性好等一系列优点，是综合性能优良的热固性树脂材料之一。酚醛树脂根据原材料的配比不同和催化剂的不同，合成的树脂分为热固性和热塑性两大类，用以满足不同行业的使用要求，热塑性酚醛以固体粉末状形态供应用户，需加入六次甲基四胺才能交联固化，而热固性酚醛则多以液态形态供应用户，不需要加六次甲基四胺直接加温就可交联固化，但储存期较短。这两类树脂和石墨炭素材料的混合工艺上各不相同，粉末状的树脂可和石墨粉在球磨机中或在高速混合机中混合，然后在模具中加温加压固化成型，再后处理即得制品。液体树脂则一般在捏合机中混合，在一定温度下使溶剂挥发，烘干，混合完毕再压制成型，热处理即得成品。前者是粉状料的干混，为固体界面的混合，与树脂的粒度和石墨的粒度等均有一定的关系，粉料越细，混合性能越好，制品的强度越高。液体树脂可以比较好的流动并填充到石墨颗粒间的孔隙，混合效果会更好些，树脂在强力搅拌下更好地和石墨颗粒表面浸润复合形成包膜，如能在温度和压力下成型，制品的强度会更高些，但此工艺会消耗大量的溶剂，挥发溶剂时需要烘干物料，工艺流程稍长。

碳质填料/聚合物复合材料双极板的性能要求中，除强度要达到＞50Mpa外，还要求电导率＞100S/mm，在酚醛石墨复合材料中，这两者的关系有一定的“冲突”，如增加树脂的含量，比较容易达到双极板的强度要求，但这样可能会影响电导率，反之，减小树脂的用量，相对碳含量增加，可以提高双极板的导电性能，但机械强度却降低了，这就要求在树脂含量和石墨导电填料比例之间作出优选，来同时达到双极板的各种要求，达到良好的综合性能。必要时可以通过添加纳米碳粉、碳纳米管、碳纤维及导电聚合物等，用以提高石墨/酚醛树脂复合材料力学性能并增强导电性能。

热固性酚醛树脂具有良好的粘附性能，对被粘结的炭材料具有良好的物理化学性能，可被用作碳材料的高温粘合剂。在现有的热固性酚醛树脂中，大多数以液态形式供应产品，储存期较短，现有的酚醛树脂合成方便，价格低廉，随着现代科学技术的发展，要求树脂必须具有耐高温、高强度及耐水性的特点，硼酚醛就是在普通酚醛树脂中引入硼元素的一种改性酚醛树脂，硼原子的引入在一定程度上提高了树脂的耐热性、耐烧蚀性、耐磨性、力学性能和防中子射线功能。我公司研制生产了一种硼改性酚醛树脂FB，为热固性树脂，有液体（酒精溶液）和固体粉末两种形态供应用户，可满足用户的干法和湿法生产工艺，具有使用方便，耐高温、高强度、炭化后炭得率高，900℃的重量保留率达60%以上，可以作为C/C材料的前驱体预浸料、炭/酚醛、C/C材料的浸渍致密，均有其它树脂无可比拟的优点。用ＦＢ高温树脂制作的燃料电池电极炭纸已通过上海市科委的鉴定，ＦＢ树脂用作质子交换膜燃料电池双极板应用取得成功，我们愿与广大科技人员开展广泛的合作，提供高性能的热固性树脂新材料，为我国石墨／酚醛树脂燃料电池双极板的科研和生产尽绵薄之力。

我公司生产的FB高温酚醛树脂系列产品就是一种新型的硼改性酚醛树脂，FB硼改性酚醛树脂就是在分子结构中引入了硼元素，酚羟基中的氢被硼原子取代，由于-B-O-键键能高于-C-C-键，固化结构中含硼的三维交联网状结构，因此树脂的耐热性和耐烧蚀性能大大高于一般酚醛树脂，-B-O-键又具有较好的柔顺性，因此硼酚醛的脆性降低，力学性能提高，经科技人员试验后认为，硼酚醛树脂最适合于作为高性能摩擦材料的基体树脂。FB硼酚醛的热分解温度高达500℃以上，兵器工业第53所实测FB硼酚醛的分解温度为533.8℃，比普通酚醛高出100多度，有着较高的残炭率，可用作高温苛刻条件下的工况要求。

在合成树脂类摩擦材料的配方设计中，要兼顾全面的性能，如高而稳定的摩擦因数，尽可能低的磨损率，合适的硬度，不伤对偶件，没有噪音。为了降低硬度和减小噪音，需要加入一定量的弹性体或摩擦性能调节剂，在增加了柔顺性能的同时又会影响到耐热性，这些要求往往互相矛盾，难以同时满足要求，仅靠传统材料的增减和配方的调整很难全面解决问题，选择耐热性能良好的基体树脂材料往往是最为有效的方法。

热分析技术是评定高聚物的耐热性常用的手段，热重法是常用的方法之一。聚合物的耐热性分为物理耐热性和化学耐热性，TG就是用以评定高聚物的化学耐热性即树脂固化直至分解的失重的全部过程，下面是用热失重法测得FB88^#高温树脂和耐火材料用酚醛树脂的不同温度下的重量保留率的对比数据（%）：

经广大摩擦材料行业生产技术人员的大量试验研究，使用FB高温酚醛研制出许多新型产品，有的技术申请了专利，有的产品通过省部级鉴定，更多的新技术用于实际生产中，高温树脂经北京东方铁龙公司生产的火车闸瓦用于出口，中科院煤炭化学所使用FB高温树脂研制的无石棉碳纤维增强盘式轿车刹车片通过山西省科技厅鉴定，在高性能C/C制动材料的科研试验也在顺利的进行着，我公司的高温树脂系列产品已在轿车盘式片、重型汽车刹车片、高速客车刹车片、火车闸瓦或闸片、赛车刹车片、离合器片和汽车同步器齿环等摩擦材料上获得广泛应用，使用FB高温树脂制作的各类摩擦材料均具有高且稳定的摩擦因数、磨损率低、抗热衰退性好等一系列优点，FB高温树脂还具有工艺性能优良，不需加六次甲基四胺，直接加温就可固化，可和多种橡胶反应，储存期长，运输方便等一系列优点。

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耐火材料用高温酚醛树脂

随着钢铁工业的快速发展，与其相关的耐火材料也得到了迅猛发展，酚醛树脂作为含炭材料结合剂已在耐火材料行业广泛应用，其作为耐火材料的结合剂具有如下优点：固定残炭高，能形成牢固的炭结合，烧结后强度大，和以石墨为主的各种主料结合性好，粘结力强，制品强度高，与沥青比环境污染小。

酚醛树脂的性能对提高耐火材料制品有着重要的作用，普通酚醛树脂耐热性有限，为了提高含炭耐火材料对结合剂的要求，以提高树脂的热分解温度、抗氧化性能和残炭率为主要目标，为此各种改性酚醛作为环保型材料被广泛应用，大有取代沥青之势。目前可用于耐火材料的改性酚醛有：硼改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、钼改性酚醛树脂、纳米材料改性酚醛树脂等不一而足。

根据酚和醛的配比及催化条件的不同，酚醛树脂可分为热塑性和热固性两种，一般热塑性酚醛为固体粉末形态出售，使用时需加入六次甲基四胺固化，而热固性酚醛树脂则以液体形态存在，不需要再加固化剂，仅加热就可交联，可以用溶剂调整粘度，但储存期有限。我公司生产的FB硼酚醛树脂为热固性树脂，可以以液态或粉末状态供应用户，贮存期超过一年，FB硼酚醛还具有耐热性好、残炭率高、阻燃、瞬间高温性能和机械性能优良等优点，1000℃残炭率达50%以上，分解温度高达500℃，其高温性能和重量保留率优于国内多种耐烧蚀改性酚醛和俄罗斯烧蚀酚醛树脂。

液体FB树脂物理性能及热分析结果：

FB树脂数均分子量412，重均分子量949，分布指数2.31，FB树脂分子量分布较窄，溶液粘度低，有利于对炭材料的浸润或用于耐火制品的浸渍，可以取代沥青，和传统的沥青相比，树脂浸渍具有高残炭、不含有毒物质、对设备要求低等，所浸渍的制品的残炭率和抗浸蚀性优于沥青浸渍的制品，随着耐火材料行业的不断发展，FB硼酚醛已用于不定型耐火材料的结合剂上，可有效的提高耐火制品500℃～800℃抗折强度，还具有使用运输方便，储存期长，环保等优良性能。

附：FB树脂粉末在空气中的热失重

C/C复合材料用高温胶粘剂

随着航空、航天等高技术的发展，C/C复合材料以其独特的性能应用范围越来越宽，其具有的高强度和高模量、热膨胀系数低、高温尺寸稳定性好、热应力小、重量轻等性能，特别是C/C材料随温度上升其强度不仅不降低，甚至比室温还高，这是其它材料无法比拟的。C/C材料性能良好但有些问题仍有待进一步提高，如自身或与其它材料的连接问题，采用机械连接工艺复杂，容易产生应力集中且重量大，易造成可靠性差和有效载荷下降，采用粘结技术具有工艺简单，耐久性好，重量轻但耐热性差，由于C/C材料较多的用于瞬间耐热，选择简化制造工艺，提高有效载荷，满足C/C材料的连结技术要求的高温胶粘剂显得尤为重要。

在C/C材料的粘结用胶粘剂上有无机和有机两大类，无机胶粘剂耐热温度很高，但粘接强度和耐久性差，不能用于结构连接，目前用于高温粘结的高分子材料有酚醛树脂、有机硅、聚苯并咪唑和聚酰亚胺等芳杂环聚合物，酚醛树脂由于含有大量苯环，高温下可以炭化形成石墨层和炭化层，瞬间耐热性能优异，因此在航空和航天瞬间耐热胶粘剂领域得到广泛的应用。

在耐热的高分子材料中，聚酰亚胺、聚苯并咪唑、有机硅聚合物、酚醛树脂等较为常用，这几种高聚物性能各有优劣，聚酰亚胺和聚苯并咪唑耐热性能优异，但工艺性能差，固化温度高，有机硅聚合物耐热性和韧性好，但粘结强度低，不能作为结构粘接材料使用，酚醛树脂从耐热性上低于前三者，但具有固化温度低，工艺性能优良，粘结强度高，高温下表面可以形成石墨化层和炭化层，减缓内部被氧化速度，可以作为瞬间耐高温胶粘剂使用，故现阶段瞬间高温胶粘剂大多采用酚醛体系，长期使用的结构胶和复合材料基体树脂则多采用聚酰亚胺体系。

为满足C/C复合材料的粘结要求，研制固化温度低，瞬间耐热性好，粘接强度高的结构胶粘剂，可以选择以热固性酚醛为主体，以有机硅聚合物进行改性，提高其耐热性和韧性，最终获得性能良好的瞬间耐高温胶粘剂。

酚醛树脂是一种历史悠久性能良好的热固性树脂，具有良好的耐热性，普通酚醛在200℃下能够稳定的存在，超过200℃便发生明显的氧化，从340℃～360℃就进入热分解阶段，为了进一步提高其耐热性，对普通酚醛的改性工作方兴未艾，改性的方法多种多样，满足了不同行业的多种求，用化学改性的方法是应用较多的改性手段之一，比较成功的有硼酚醛、钼酚醛、有机硅改性酚醛等。硼酚醛是最为成功的改性酚醛品种之一，高聚物之所以耐热其中主要就是分子间存在着高键能，大分子为刚性链结构，普通酚醛是以炭炭键（键能334.72kj.mol^-1）连接苯环，硼酚醛是以硼氧键（键能774.04kj.mol^-1）连接苯环，硼酚醛的耐热性特别是瞬间耐热性能优异。

我公司生产的FB硼酚醛的热分解温度高达500℃以上，900℃的残炭率高达60%以上（用户实测为≥70%），具有工艺性能优良、阻燃、耐烧蚀等优点，以FB树脂作为胶粘剂所粘结的钢试片经800℃一小时的煅烧而不脱落，FB硼酚醛还可用作环氧树脂的高温固化剂，以FB树脂固化的环氧粘结的钢试片500℃一小时还有1～2Mpa的粘结强度。FB硼酚醛还具有优良的瞬间高温性能，对各种石墨-炭素材料具有良好的粘结性能，经广大科技工作者的开发应用，FB硼酚醛已在航天耐烧蚀材料、绝热材料、复合材料、C/C材料、高温粘合剂和涂料领域获得了广泛的应用，我们愿与科技人员开展广泛的合作，研发兼具耐热、高强度、工艺性好的C/C材料用高温粘合剂，满足日益发展的C/C材料高温粘结的需求。

炭/炭复合材料具有低密度、高强度、耐烧蚀、抗热震性好、高抗裂纹能力强、耐磨损、高温强度保持率高等一系列优异性能，这种先进复合材料是由炭纤维和炭基体前驱体组成的复合材料，C/C复合材料是目前世界上高技术领域重点研究和开发的一种新型材料。

早期的C/C复合材料用炭基体前驱体常用的是石油沥青和工业煤沥青，但沥青中含有大量的小分子物质，残炭率低，且沥青中含有的稠环类致癌芳香烃类物质危害性大，存在后处理问题，为此科技工作者对C/C复合材料的新型前驱体树脂进行了大量的研究工作，如改性工业沥青，聚合物基体前驱体包括酚醛树脂、呋喃树脂、芳基乙炔树脂及COPNA 树脂、聚苯并咪唑、聚酰亚胺等。用于C/C复合材料的基体前驱体树脂还应具有高的残炭率，低粘度，要容易浸透炭纤维。

酚醛树脂可以作为C/C材料的基体前驱体树脂，但普通酚醛耐热性能有限，残炭率较低，我们对普通酚醛进行化学改性，合成了一种含硼的酚醛树脂FB树脂，该树脂为热固性树脂，加温就可交联，分解温度高达500℃以上，残炭率高，阻燃性好，1000℃仍有50%以上的重量保留率，可溶于无水乙醇和工业酒精及丙酮等有机溶剂，经相关应用单位检测，FB树脂的残炭率高于国内常用的耐烧蚀酚醛树脂和俄罗斯的耐烧蚀酚醛树脂。FB硼酚醛树脂还具有工艺性能优良，储存期长，与进口和国产炭纤维复合后力学性能高等优点。

FB 硼酚醛树脂还具有游离酚含量低，分子量分布较窄，流动性好，固化温度低等特点。

FB硼酚醛既可用于C/C材料的预浸料，又可用于C/C复合材料的浸渍增密。