碳紙材料連續化疏水設備的製作方法

2023-05-05 07:40:01

專利名稱：碳紙材料連續化疏水設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池膜電極(EMA)生產中的氣體擴散層(⑶L) 一碳紙基底層薄膜(500mmX500mmX20 μ m)的連續化疏水；一次多張薄膜在機械手作用下實現動態、連續化疏水，並在輸送線的冷、熱風乾系統的作用下實現冷風乾、熱烘乾並收料的設備。
背景技術：
燃料電池膜電極(MEA)是前沿技術領域的高能源材料技術，是屬於原始創新類型自主開發，國際國內沒有經驗可尋，現在要形成規模生產，就必須提高生產的自動化程度。 而在生產自動化過程中最難以實現的是碳紙連續浸泡在PTFE乳液中、漓幹後PTFE溶液附著在碳紙面上的均勻一致性，即PTFE載量偏差<5%。而且碳紙既脆又薄，常規的夾持方法或機構難於滿足對上述碳紙的夾持並完成碳紙的連續化疏水過程。而碳紙材料連續化疏水設備完全實現碳紙連續化疏水和熱處理與一體，並能滿足生產合格的批量產品。

發明內容
本發明就是針對上述問題提供一種燃料電池膜電極生產中的碳紙基底層薄膜(碳紙)的連續化疏水設備。該設備可以將碳紙夾持，實現在PTFE乳液中動態疏水，並在輸送線的冷、熱風乾系統的作用下實現冷風乾、熱烘乾的設備。本發明提供的技術方案是碳紙材料連續化疏水設備，包括疏水區、冷風乾室、熱風乾室、軌道和可在軌道上運行的電動移動小車；疏水區和冷風乾室之間設有電動移動門一，冷風乾室和熱風乾室之間設有電動移動門二；軌道設在疏水區、冷風乾室和熱風乾室上方；冷風乾室和熱風乾室頂面均設有電動移動小車運行通道，電動移動小車上連接有碳紙疏水機械手；碳紙材料疏水機械手包括與電動移動小車固定聯接的機架、通過軸承一與機架連接的且可沿X軸轉動的轉動軸一，連接在轉動軸一上的碳紙材料軸承座，通過軸承二與軸承座連接的且與轉動軸一垂直的轉動軸二，連接在轉動軸二上的碳紙材料夾持機構； 疏水區設有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通過升降機構與疏水容器支架連接。本發明機架上設有電機一和傳動機構一，碳紙材料軸承座上設有電機二和傳動機構二 ；所述轉動軸一通過傳動機構一與電機一傳動連接，轉動軸二通過傳動機構二與電機二傳動連接。所述電機為變頻調速電機或伺服電機或步進電機。所述夾持機構包括基板、夾持底板、夾持壓板、螺杆一、螺母一、螺杆二和螺母二； 基板由邊框圍合而成，邊框之間連接有加強筋；夾持底板和夾持壓板均為由邊框圍合而成的框體，一個夾持底板和一個夾持壓板構成一對夾具，若干對夾具構成夾持體，夾持體上設有螺杆孔，螺杆二穿過夾持體的螺杆孔後與螺母二螺紋連接；夾持體和基板通過螺杆一和螺母一固定連接。本發明每對夾具之間設有將相鄰夾具隔成一間隙的墊套。所述的碳紙材料連續化疏水設備還包括卸料區，卸料區緊鄰熱風乾室，熱風乾室和卸料區之間設有電動移動門三；所述軌道為雙軌，卸料區和疏水區上方均設有由傳動機構驅動的平移岔道軌。本發明使用時，機械手通過夾持機構將碳紙夾緊，在疏水區，疏水容器上升的同時，可以將裝碳紙材料的夾持機構以逐步增大傾斜角方式入水，直至夾持機構到水平狀態， 同時疏水容器上升直至水漫過碳紙材料停止，然後，轉動軸二在電機驅動下按要求正反方向旋轉，完成碳紙材料疏水。此操作過程結束後，自動按原路返回疏水前的狀態，然後，電動移動門一開啟，電動移動小車沿軌道運行將經過疏水處理後的碳紙材料送至冷風乾室冷風乾；之後，電動移動門二開啟，電動移動小車沿軌道運行將經冷風乾後的碳紙材料送至熱風乾室熱烘乾。本發明對於既脆又薄的碳紙，既可在生產自動化過程中實現碳紙連續浸泡在 PTFE乳液中、漓幹後PTFE溶液附著在碳紙面上的均勻一致性，又能保證碳紙不會破碎和冷風乾、熱烘乾的熱處理效果。


圖1為本發明連續化疏水設備的結構示意圖； 圖2為圖1的俯視圖3為本發明疏水機械手的結構示意圖； 圖4為本發明疏水前疏水機械手的結構示意圖； 圖5為本發明熱風乾系統結構圖； 圖6為本發明碳紙夾持機構結構示意圖； 圖7為圖6的A-A視圖8為本發明碳紙夾持機構的夾持底板結構示意圖； 圖9為圖8的A-A視圖10為本發明碳紙夾持機構的夾持壓板結構示意圖； 圖11為圖10的A-A視圖。
具體實施例方式參見圖1 圖11，本發明包括疏水區13、冷風乾室6、熱風乾室8、軌道3和可在軌道3上運行的電動移動小車2 ；疏水區13和冷風乾室6之間設有電動移動門5. 1，冷風乾室 6和熱風乾室8之間設有電動移動門5. 2 ；，軌道設在疏水區13、冷風乾室6和熱風乾室8 上方；冷風乾室和熱風乾室頂面均設有電動移動小車運行通道，以便電動移動小車通過通道和電動移動門進入冷風乾室或熱風乾室；電動移動小車2上連接有碳紙疏水機械手1 ；碳紙材料疏水機械手1包括與電動移動小車2固定聯接的機架27、通過軸承一與機架27連接的且可沿X軸轉動的轉動軸對，連接在轉動軸M上的碳紙材料軸承座23，通過軸承二與軸承座23連接的且與轉動軸M垂直的轉動軸22，連接在轉動軸22上的碳紙材料夾持機構30 ；疏水區設有疏水容器21和疏水容器支架16，疏水容器21通過升降機構17、18、19、 20 (直線軸承17、伺服電機18、螺杆升降機19、直線導杆20)與疏水容器支架16連接。所述轉動軸M通過減速器25與電機沈傳動連接，轉動軸22通過減速器四與電機觀傳動連接。所述夾持機構30包括基板(輻條板)37、夾持底板45、夾持壓板39、螺杆40、螺母41、螺杆42和螺母43 ；基板37由邊框圍合而成，邊框之間連接有加強筋(輻條);夾持底板45 和夾持壓板39均為由邊框圍合而成的框體，一個夾持底板和一個夾持壓板構成一對夾具， 若干對夾具構成夾持體，夾持體上設有螺杆孔，螺杆42穿過夾持體的螺杆孔後與螺母43螺紋連接；夾持體和基板37通過螺杆40和螺母41固定連接。本發明每對夾具之間設有將相鄰夾具隔成一間隙的墊套44、46。本發明還可設有卸料區15，卸料區15緊鄰熱風乾室8，熱風乾室8和卸料區15之間設有電動移動門5. 3 ；所述軌道3為雙軌(軌道3. 1和軌道3. 2)，疏水區13和卸料區15上方均設有由電動推桿11. 1、11. 2驅動平移岔道機構14. 1,14.2使岔道軌3. 4和岔道軌3. 5 實現平移與軌道3. 1和軌道3. 2對接。本發明熱風乾室8內設有熱風乾系統，包括噴嘴31、管路32、控制系統33、加熱器系統34、風機35、電機36等組成循環熱風乾系統(該系統為現有技術的常用系統，因此不再在此詳述)。本發明冷風乾室6內設有冷風乾系統與熱風乾系統類似，但不需要加熱器系統。本發明的工作過程如下將八支螺杆42穿過第1個夾持底板後，將第一張碳紙基底層薄膜(500πιπιΧ500πιπιΧ20μπι)放入其中，再將第一個夾持壓板穿過八支螺杆42並壓在第一張碳紙基底層薄膜上構成一組夾持機構。參照上述方法，再依次放入七組夾持機構，將八個螺母43擰入八支螺杆42中將多層碳紙夾緊，再將八張碳紙夾緊的夾持體，通過四支螺杆40和四個螺母41緊固在輻條板37上。實現卸碳紙的情況與上述上料的情況相反。說明在正常的工作情況下輻條板37和四支螺杆一是固定在旋轉變頻電機減速機的轉動軸 22上，卸料時不卸它們。然後將整個裝置與帶有旋轉變頻電機觀、減速機四、翻轉變頻電機沈、減速機25 的疏水機構連接在一起成為碳紙疏水機械手1，同時伺服電機18驅動螺杆升降機19將疏水容器21頂起，實現碳紙.夾持裝置30在Y—Z平面翻轉，在X—Z平面旋轉，疏水容器21在 Y方向升起，完成碳紙夾持裝置30在疏水容器21中的PTFE乳液中動態疏水過程。注意； 在碳紙疏水機械手1在Y—Z平面翻轉、疏水容器21在Y方向升降配合下，實現碳紙夾持裝置30的最優進入PTFE乳液中角度，否則碳紙會破損。在完成碳紙夾持裝置30在疏水容器21中的PTFE乳液中動態疏水完之後，疏水容器21在Y方向降下，碳紙夾持裝置30在碳紙疏水機械手1作用下在Y— Z平面翻轉90°， 在旋轉變頻電機觀、減速機四的作用下實現碳紙夾持裝置30在X—Y平面旋轉，保持碳紙附著PTFE乳液層浙幹時的均勻性。待碳紙附著PTFE乳液層浙幹後，電動移動小車2將帶有碳紙夾持裝置30的碳紙疏水機械手1通過電動移動門5. 1進入冷風乾室6(冷風乾室頂面設有電動移動小車通道， 電動移動小車經通道和開啟的電動移動門進入冷風乾室)，在冷風乾系統7、碳紙疏水機械手1作用下，實現Y—Z平面翻轉、X-Z平面旋轉、X-Y平面旋轉的動態冷風乾。待碳紙附著PTFE乳液層冷風乾後，電動移動小車2將帶有碳紙夾持裝置30的碳紙疏水機械手1通過電動移動門5. 2進入熱風乾室8 (熱風乾室頂面設有電動移動小車通道，電動移動小車經通道和開啟的電動移動門進入熱風乾室)，在熱風乾系統9、碳紙疏水機械手1作用下，實現Y—Z平面翻轉、X-Z平面旋轉、X-Y平面旋轉的動態熱風乾。待碳紙附著PTFE乳液層熱風乾後，電動移動小車2將帶有碳紙夾持裝置30的碳紙疏水機械手1通過電動移動門5. 3進入待卸料區，在電動推桿11. 2驅動岔道平移機構 14. 2，實現平移岔道軌3. 4平移至與軌道3. 2銜接。 人工卸料，將附著PTFE乳液層經熱風乾後的碳紙取出放在工件存放小車10上，電動移動小車2將帶有碳紙疏水機械手1沿軌道3. 2返回到上料區的平移岔道軌3. 3下，待上完料後；在電動推桿11. 1驅動岔道平移機構14. 1，實現平移岔道軌3. 3平移至與軌道3. 1 銜接，然後疏水，完成整個周期。
權利要求
1.碳紙材料連續化疏水設備，其特徵在於包括疏水區、冷風乾室、熱風乾室、軌道和可在軌道上運行的電動移動小車；疏水區和冷風乾室之間設有電動移動門一，冷風乾室和熱風乾室之間設有電動移動門二 ；軌道設在疏水區、冷風乾室和熱風乾室上方；冷風乾室和熱風乾室頂面均設有電動移動小車運行通道，電動移動小車上連接有碳紙疏水機械手； 碳紙材料疏水機械手包括與電動移動小車固定聯接的機架、通過軸承一與機架連接的且可沿X軸轉動的轉動軸一，連接在轉動軸一上的碳紙材料軸承座，通過軸承二與軸承座連接的且與轉動軸一垂直的轉動軸二，連接在轉動軸二上的碳紙材料夾持機構；疏水區設有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通過升降機構與疏水容器支架連接。
2.根據權利要求1所述的碳紙材料連續化疏水設備，其特徵在於夾持機構包括基板、 夾持底板、夾持壓板、螺杆一、螺母一、螺杆二和螺母二；基板由邊框圍合而成，邊框之間連接有加強筋；夾持底板和夾持壓板均為由邊框圍合而成的框體，一個夾持底板和一個夾持壓板構成一對夾具，若干對夾具構成夾持體，夾持體上設有螺杆孔，螺杆二穿過夾持體的螺杆孔後與螺母二螺紋連接；夾持體和基板通過螺杆一和螺母一固定連接。
3.根據權利要求2所述的碳紙材料連續化疏水設備，其特徵在於每對夾具之間設有將相鄰夾具隔成一間隙的墊套。
4.根據權利要求1或2或3所述的碳紙材料連續化疏水設備，其特徵在於所述的碳紙材料連續化疏水設備還包括卸料區，卸料區緊鄰熱風乾室，熱風乾室和卸料區之間設有電動移動門三；所述軌道為雙軌，卸料區和疏水區上方均設有由傳動機構驅動的平移岔道軌。
全文摘要
碳紙材料連續化疏水設備，包括疏水區、冷風乾室、熱風乾室、軌道和可在軌道上運行的電動移動小車；疏水區和冷風乾室之間、冷風乾室和熱風乾室之間均設有電動移動門；電動移動小車上連接有碳紙疏水機械手；碳紙材料疏水機械手包括與電動移動小車聯接的機架、與機架連接的轉動軸，連接在轉動軸上的碳紙材料軸承座，與軸承座連接的轉動軸，連接在轉動軸上的碳紙材料夾持機構；疏水區設有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通過升降機構與疏水容器支架連接。本發明對於既脆又薄的碳紙，既可在生產自動化過程中實現碳紙連續浸泡在PTFE乳液中、漓幹後PTFE溶液附著在碳紙面上的均勻一致性，又能保證碳紙不會破碎和冷風乾、熱烘乾的熱處理效果。
文檔編號H01M4/88GK102412403SQ20111022651
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月9日 優先權日2011年8月9日
發明者馮晟, 朱永平, 王路路, 邱欣華 申請人:湖北省機電研究設計院