质子交换膜燃料电池 第3部分：质子交换膜测试方法（GB/T 20042.3-2009）

　　1范围

　　GB/T 20042的本部分规定了质子交换膜燃料电池用质子交换膜测试方法的术语和定义、厚度均匀测试、质子传导率测试、离子交换当量测试、透气率测试、拉伸性能测试、溶胀率测试和吸水率测试等。

　　本部分适用于各种类型的质子交换膜。

　　2规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过GB/T 20042的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

　　GB/T 1040.3-2006塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄膜和薄片的试验条件（ISO 527-3：1995，IDT）

　　GB/T 1462-2005纤维增强塑料吸水性试验方法

　　GB/T 6672-2001塑料薄膜和薄片 厚度测定 机械测量法（ISO 4593：1993，IDT）

　　GB/T 20042.1质子交换膜燃料电池 术语

　　3术语和定义

　　GB/T 20042.1确立的以及下列术语和定义适用于本部分。

　　3.1

　　质子传导率proton conductivity

　　膜传导质子的能力，是电阻率的倒数，用S/cm来表示。

　　3.2

　　离子交换当量（EW）equivalent weight（EW）

　　每摩尔离子基团所含干膜的质量，单位为g/mol。

　　3.3

　　拉伸强度tensile strength

　　在给定温度、湿度和拉伸速度下，在标准膜试样上施加拉伸力，试样断裂前所承受的最大拉伸力与膜厚度及宽度的比值，单位为MPa。

　　3.4

　　吸水率water uptake

　　在给定温度和湿度下单位质量干膜的吸水量，单位为质量百分比（wt％）。

　　3.5

　　溶胀率swelling rate

　　在给定温度和湿度下相对于干膜在横向、纵向和厚度方向的尺寸变化，单位为％。

　　4厚度均匀性测试

　　参照GB/T 6672-2001中的方法进行测试。

　　4.1测试仪器

　　4.1.1测厚仪：精度为0.1μm，用于测试厚度为10μm~200μm的膜厚度。

　　4.1.2卡尺：精度为0.01μm，用于测试膜的长度和宽度。

　　4.2样品制备

　　样品可以为正方形或圆形，有效面积至少为10cm2。

　　样品应无褶皱、缺陷和破损。

　　4.3测试方法

　　4.3.1样品在温度为25℃±2℃，相对湿度为50％±5％条件下防止12h。

　　注：防止样品的恒温恒湿条件也可由供需双方协商确定。

　　4.3.2每次测量前应校准测厚仪的零点，且在每个试样测量后应重新检查其零点。

　　5质子传导率测试

　　5.1测试仪器

　　5.1.1测厚仪：精度不低于0.1μm，用于测试厚度为10μm~200μm的膜厚度。

　　5.1.2卡尺：精度为0.01mm，用于测试膜的长度和宽度。

　　5.1.3电化学阻抗测试仪：阻抗频率范围为（1~5×106）Hz，扰动电压为10mV。

　　7透气率测试

　　7.1测试仪器

　　7.1.1气相色谱仪：监测最低限≥100（10-6m3/m3）。

　　7.1.2渗透池。

　　7.1.3透气率测试装置。

　　7.2样品制备

　　7.2.1按渗透池要求截取一定尺寸的方形或圆形送试材料作为样品。

　　7.2.2样品数应满足3次有效试验的要求。样品应无褶皱、缺陷和破损。

　　7.3测试方法

　　7.3.1强样品夹在两块均具有气体进口和出口的不锈钢夹具之间，将其密封，使两侧形成气室，作为试验渗透池。

　　7.3.2将渗透池按照图2所示的试验装置示意图安装在实验装置上。

　　7.3.3分别在气室的两侧通入温度为25℃±2℃，相对湿度为50％±5％，压力为0.05MPa的氧气或氢气和惰性气体，使气室两侧的压力保持平衡。

　　8拉伸性能测试

　　参照GB/T 1040.3-2006中的方法进行测试。

　　8.1仪器与设备

　　8.1.1试验机

　　任何能满足本部分试验要求的试验机均可。

　　8.1.2试验夹具

　　试验夹具不应引起试样在夹具处断裂。施加负荷时，应满足试样的纵轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合。

　　8.1.3测厚仪和卡尺

　　8.1.3.1测厚仪：精度不低于0.1μm，用于测试厚度为10μm~200μm的膜厚度。

　　8.1.3.2卡尺：精度为0.01mm，用于测试膜的长度和宽度。

　　8.2样品制备

　　8.2.1样品应沿送试材料长度（x向）和宽度（y向）双向分别等间隔裁取，按GB/T 1040.3-2006裁成一定尺寸的哑铃或长条形状。样品边缘应平滑无缺口，可用低倍放大镜检查缺口，舍去边缘有缺陷的样品。

　　8.2.2样品按每个实验方向为一组，每组样品数应满足3次有效试验的要求。

　　8.2.3按样品尺寸要求准确打印或活出标线。此标线应对样品不产生任何影响。

　　10吸水率测试

　　参照GB/T 1462-2005规定的方法。

　　10.1概述

　　本部分规定了燃料电池用质子交换膜在尺寸、温度和浸水时间下吸水量的测定方法。

　　本部分规定的两种方法的浸水温度分别是25℃±2℃和沸水温度100℃±2℃。

　　10.2测试仪器

　　10.2.1分析天平：精度为0.1mg。

　　10.2.2烘箱：能控制在80℃±2℃或其他又双方商定的温度。

　　10.2.3恒温水浴：温度控制精度为±2℃。

　　10.3样品制备

　　10.3.1截取一定尺寸的方形或圆形送试材料作为样品。

　　10.3.2样品数量至少为3个，应无折皱、缺陷和破损。

　　10.4测试方法

　　10.4.1将样品置于80℃±2℃的烘箱中干燥24h，移至干燥器中冷却至室温后，用分析天平称取样品的初始质量W。

　　10.4.2将样品放入给定温度的恒温水浴中，保持时间至少为24h。

　　10.4.3将样品从恒温水浴中取出，将其表面用履职吸干，并迅速测量其质量W1。

　　10.5数据处理

　　由公式（11）计算：