质子交换膜(PEM)的耐久性是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)输出性能及使用寿命的重要因素之一。制备高强度、低溶胀、高电导率质子交换膜是质子交换膜研究一大热点。目前,即使广泛使用的全氟磺酸类质子交换膜来说,也存在高温高湿度条件下弹性模量变低、蠕变变形等干湿转换性差的问题。因此提高质子交换膜强度,制备出能在高温高湿情况化长期服役的质子交换膜材料是燃料电池发展所必须解决的问题。本论文从制备高界面结合复合质子交换膜入手,通过碱金属离子修饰在高温下制备出了力学性能优异的复合膜材料,并对分别从复合膜中增强ePTFE相体积分数对其力学性能的影响、复合膜蠕变特性的温湿度响应、复合膜中全氟磺酸导电阈值等问题进行了系统性研究,主要结论如下：(1)采用碱金属离子修饰的全氟磺酸树脂在高温下制备了界面结合性优异的PFSA/ePTFE复合膜材料,由于高温处理提高了全氟磺酸树脂本体的结晶度,提高了抗水醇溶解性,同时有效降低了PFSA树脂水醇溶解性。所以制备复合膜失水收缩应力大大降低。研究表明采用Na-型树脂并在290℃(Na-型树脂玻璃化转变温度)条件下制备复合膜在溶胀应力、抗水醇性以及电池输出性能等方面最优。(2)通过对不同ePTFE体积分数的复合膜力学性能的研究,提出了ePTFE对复合膜起增强作用存在阈值效应。即当ePTFE体积分数大于一定数值时,增强相的加入才会对复合膜起增强作用。本论文采用复合材料力学计算模型验证了我们的结论。实验与计算结果表明ePTFE增强阂值为20.7%(体积分数)。另外,复合膜弹性模量与全氟磺酸树脂和ePTFE各自弹性模量的关系符合弹性模量混合率,即复合膜弹性模量随基体体积分数增加而增大。(3)复合膜弹性模量随着温度和湿度的升高而降低,湿度对弹性模量的影响比温度更为明显。对于不同温湿度下复合膜的蠕变来说,ePTFE增强相能有效的提高质子交换膜在低温高湿度以及高温零湿度下的抗蠕变性能,这与ePTFE具有高弹性模量,以及ePTFE疏水性有关。另外,蠕变-回复实验说明复合膜仍然存在塑性变形稍高。这与ePTFE分子链无侧链交联度低有关。(4) PFSA/ePTFE复合质子交换膜的导电率除与温度、湿度有关外,还受ePTFE体积分数的影响。复合膜的电导率存在PFSA体积分数和含水量导电阈值。在本实验所测试的30%RH、50%RH.70%RH湿度下,对应的复合膜的PFSA体积阈值分别为70%、62%、47%,也就是说随着湿度的增加,PFSA导电阈值明显变小。这可能与全氟磺酸树脂在湿度增加的情况下导电率提高并且体积膨胀有关。考虑复合膜中全氟磺酸吸水膨胀后,复合膜在温度为80℃湿度为100%RH、50%RH、30%RH条件下所对应的全氟磺酸树脂体积分数阈值分别为17%、30%、45%。另外复合膜电导率也存在含水量阈值,本人所用的实验方法测试其含水量阂值为λ=7