质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其能量转化率高、低排放、能量和功率密度高等优点被认为是适应未来能源和坏境要求的理想动力源之一。双极板是PEMFC的重要组成部分,其成本约占总成本的45%,而高成本正是制约PEMFC产业化的一大障碍。寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料和加工方法已成为燃料电池产业化技术研究中的重要课题。本研究采用粉体原材料、低温热压烧结方式制备环氧树脂/石墨复合材料。根据美国能源部(DOE)对树脂/石墨复合材料双极板的性能要求,以弯曲强度和电导率作为重点考虑的性能指标,系统研究了复合材料的制备工艺对其力学性能和电学性能的影响。首先通过均匀设计试验考察了树脂含量、模压温度和保温时间等因素对双极板材料性能的影响,得到性能与试验因素间的回归方程,计算出理论的工艺区间。然后使用单因素试验修正和补充了均匀设计的结论。根据以上工作得出最优制备参数为环氧树脂含量10%,酚醛树脂与环氧树脂质量比为3:8,模压温度275℃,保温时间100min,此时复合材料的弯曲强度为53.11MPa,电导率为209.25S/cm,达到了DOE对树脂/石墨双极板复合材料的要求。为进一步提高EP/G双极板复合材料的性能,提出了采用磨碎碳纤维来增强的方案。研究了不同的磨碎碳纤维长度、含量及表面处理方法对复合双极板材料性能的影响。结果表明,磨碎碳纤维增强EP/G复合材料中,当碳纤维含量为7%时,复合材料的弯曲强度和电导率最佳。空气氧化的最佳处理工艺是氧化温度为250℃,氧化时问为2h,此时复合材料的弯曲强度由53.11MPa提高到59.99MPa,而复合材料的电导率略有降低,由209.25S/cm降低到203.72S/cm。液相氧化处理过程中,对复合材料弯曲强度影响最大的因素是紫外线照射时间,对复合材料电导率影响最大的因素是pH值。采用液相处理后,复合材料的力学性能有较大下降,因此不宜采用这种液相氧化处理方式来处理碳纤维。通过对环氧/石墨复合材料的固化机理分析认为,树脂含量较少时,石墨表面上的一些活性基团与树脂之间发生交联反应,形成共价键的树脂间界面结合;树脂含量合适时,环氧树脂与固化剂进行固化生成三维交联网络结构,实现与石墨粉的有效复合。对磨碎碳纤维增强的环氧/石墨复合材料的界面分析认为,空气氧化处理的碳纤维与基体材料问的界面结合属强、弱结合共存;液相氧化的碳纤维与基体材料间界面的结合为弱结合。利用纤维增强复合材料理论,给出了碳纤维增强EP/G复合材料的弯曲强度的预估公式,并结合试验数据进行了验证。结果表明,纤维含量为5%H寸,复合材料弯曲强度的估计值与实测值间的误差取得最小值为4.9%。根据复合材料强度预估公式的分析,碳纤维增强EP/G复合材料的弯曲强度还有较大的发展空间。