碱性电解水制氢电解槽关键材料：密封垫片性能评价技术

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2026年3月，中东地缘政治局势骤然升级，美以伊冲突引发国际油价剧烈波动。截至3月20日，布伦特原油价格已飙升至112.19美元/桶，较3月初的77美元左右涨幅超过45%，3月9日更是一度触及119.40美元高点。国内成品油价格将于3月23日24时迎来年内最大涨幅，95号汽油或将全面重返"9元时代"。

在能源安全与绿色转型的双重命题下，氢能产业迎来关键拐点。工信部等三部门于3月16日联合发布《关于开展氢能综合应用试点工作的通知》，政策导向从单纯奖补车辆向多场景渗透转变。华泰证券研报指出，2026年或成为绿氢产业拐点之年。

作为绿氢制备的核心装备，碱性电解槽的性能直接关系到制氢系统的安全性与经济性。而密封垫片作为电解槽的"守门员"，其在高温、高压、强腐蚀工况下的密封与绝缘性能，更是决定电解槽寿命的关键。

"一台1000标方的碱性电解槽一般需要300多片密封垫片，在运行过程中就算只有几片垫片出现问题，要进行修复的话，也需要把全部的垫片都更换一遍。" 一位业内人士如是说。

近日，国高材分析测试中心受客户委托，对其改性PTFE密封垫片产品进行了系统性能评价。本文将结合检测案例，解析密封垫片关键性能指标与测试方法。

碱性电解槽垫片的关键作用

1.1 电解槽压滤式结构解析

碱性电解槽封装一般采用压滤式结构，由数十至上百个电解小室串联叠压组成。通过拧紧螺栓，使极板框与垫片接触表面及垫片内部产生较大的压紧应力从而紧密结合，以填满极板表面的微孔隙和减小垫片本身的孔隙率来实现密封。

图1 碱性电解槽压滤式结构实物图

每个小室单元包含以下核心部件：

• 主极板：作为电流导体和结构支撑，通常采用镀镍钢板

• 电极：催化电解反应的发生，附着于极板表面

• 隔膜：分隔氢氧两侧，防止气体互串，同时允许离子传导

• 极框：构成电解小室的外部边界，形成电解液流道

• 密封垫片：位于极框之间，实现小室间的密封与绝缘

图2 密封垫片在电解槽小室中的位置

1.2 密封垫片的作用

密封垫片是电解槽关键材料之一，主要解决极片与极片之间的绝缘问题，关系到电流效率和安全问题。 绝缘性能的好坏一方面影响气体产量和稳定性，另一方面也间接决定了极板和隔膜的使用寿命。

（1）密封作用

电解槽内部流动介质包括30%浓度的KOH电解液以及产生的氢气和氧气。在1.6MPa运行压力下，垫片必须确保：

防止高压氢气、氧气泄漏（氢气爆炸极限4%-75%）
阻止腐蚀性电解液外渗（30%KOH具有强腐蚀性）
适应温度循环（室温-90℃反复变化）引起的热胀冷缩

（2）绝缘作用

电解槽通过数百个小室串联实现高电压（通常1.8-2.0V/小室，总电压可达数百伏）。垫片必须保证相邻极框间的电气绝缘，防止极框间短路导致电流旁路、局部过热引发材料降解。

密封垫片材料与制造工艺

2.1 材料体系演变

国内碱槽密封材料经过石棉橡胶板→"布垫合一"隔膜垫片→聚四氟乙烯（PTFE）类填充垫片等多次技术迭代升级。现阶段国内常用的电解槽密封垫片上游原材料主要是PTFE，再经玻璃纤维、氧化铝、石墨、碳纤维等增强填料填充改性后模压烧结加工形成密封垫片。

2.2 改性PTFE密封材料制备流程

目前密封垫片的制造工艺一般是以碳纤维（carbon fiber）、聚苯硫醚（PPS）及二硫化钼（MoS2）为增强填料，采用模压烧结工艺进行制造。

图3 改性PTFE密封材料的制备流程

密封垫片性能要求

1、不泄露耐强碱性腐蚀：该项是基本要求，因为工作环境处于一个强碱性（25%~30%的氢氧化钾溶液）的环节。

2、耐高温、耐高压性能：工作环境属于高温高压，上面有提到一般的工作温度和压力。

3、良好的压缩性和回弹性：压缩和回弹性主要用来弥补极板的一些缺陷和表面孔隙以及弹性补偿的能力。

4、较低的蠕变以及应力松弛率：是表征材料抗变形和维持螺栓参与载荷的能力。

5、良好的绝缘性：避免两极之间产生电弧引发重大安全事故。

6、符合环保的要求：这个一般是有一些政策和法规的要求。

7、长期使用后不与极板发生粘连，易容易更换：在电解槽长期使用大修解体后极板表面产生垫片粘结残留会很难清理。

评价案例

该垫片应用于碱性电解槽，需在30%KOH溶液、90℃、1.6MPa的苛刻工况下长期稳定运行。本次检测依据GB/T 12621-2008、GB/T 1040、GB/T 1033等国家标准，全面评估了垫片的力学性能、密封性能及长期可靠性。

1. 拉伸性能测试（GB/T 1040.1-2018、GB/T 1040.2-2022）

序号	检验项目	技术要求	检验数据	评价
1	拉伸强度	/ 单位：MPa	13.0	/
2	拉伸断裂标称应变	/ 单位：%	317	/

工况说明： 试验条件按GB/T 1040.1-2018、GB/T 1040.2-2022标准规定，试验速度100mm/min。

技术分析： 拉伸强度13.0 MPa表明材料具备足够的结构强度，可承受装配时的局部应力集中；断裂应变317%体现了优异的韧性储备，确保垫片在复杂应力状态下不发生脆性断裂。

2. 压缩回弹性能与密封泄漏率测试（GB/T 12621-2008）

几何尺寸：

样品编号	D₂ (mm)	D₃ (mm)	T (mm)
1	33.7	71.2	3.1
2	33.7	71.3	3.1
3	33.8	71.2	3.1

压缩率、回弹率、密封泄漏率检验结果：

序号	检验项目	技术要求	样品编号	检验数据	评价
1	压缩率	/ 单位：%	1	5.29	/
			2	5.32	/
			3	5.23	/
2	回弹率	/ 单位：%	1	33.5	/
			2	33.9	/
			3	32.7	/
3	密封泄漏率	/ 单位：cm³/s	1	8.55×10⁻⁴	/
			2	8.27×10⁻⁴	/
			3	7.88×10⁻⁴	/

3. 应力松弛性能测试（GB/T 12621-2008）

序号	检验项目	技术要求	检验数据	评价
1	应力松弛率	/ 单位：%	15	/

服务能力

国高材分析测试中心具备为氢能产业提供全生命周期技术服务的综合能力：物理机械性能实验室配备万能材料试验机、压缩蠕变试验机、高精度电子密度计等设备，可开展压缩回弹、蠕变松弛、拉伸、密度等全套力学性能测试；结构与界面研究平台拥有场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜等微观表征设备，可从原子级到宏观尺寸分析材料特征；热分析实验室配备热重分析仪、差示扫描量热仪、动态热机械分析仪，可全面评价材料热稳定性、相变行为和粘弹性；环境可靠性实验室可模拟高温、高压、腐蚀等复杂工况，开展加速老化、寿命预测等评价。

部分素材来源于网络

来源：国高材分析测试中心

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首次发布时间：2026-03-31

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