CN101345313A - 一种喷涂成型复合质子交换膜的设备 - Google Patents

Abstract

一种喷涂成型复合质子交换膜的设备，包括工作台、基膜控制系统、喷枪传动系统、喷涂及供料系统和辅助系统。基膜控制系统包括钢框、汽缸、支撑杆和伺服电机；喷枪传动系统包括伺服电机、丝杠、机械臂；喷涂及供料系统包括喷枪、料槽、电磁阀、液体泵和供气系统；辅助系统包括加热平台和真空泵；传动框架支脚、加热平台和汽缸固定在工作台上。本发明的优点是：工艺路线简单，便于实现大规模化生产，生产效率高；膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的控制技术简单；使用喷涂设备成型的复合质子交换膜对质子交换膜的厚度和结构可以实现精确控制，具有较高的重复性。

Description

一种喷涂成型复合质子交换膜的设备

技术领域

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池复合质子交换膜生产设备。

背景技术

现有技术中，质子交换膜燃料电池的复合质子交换膜的生产工艺有两种工艺方法：一种是多次刷涂、复合的工艺方法，另一种是浸渍法生产的工艺方法。多次刷涂、复合的工艺方法以美国戈尔公司的以膨体聚四氟乙烯微孔薄膜为基体与全氟磺酸树脂复合制得的GORE系列复合质子交换膜为代表，采用的是多次刷涂、复合的方法。这种工艺方法生产工艺复杂、复合膜厚度和结构控制较难。浸渍法生产的工艺方法记载在由中科院化物所和武汉理工大学申请的专利：CN 1416186A和CN1697224中。浸渍法生产复合膜的方法的不足是适用于小量的实验性制备，不能适应大规模批量化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于喷涂技术制备复合质子交换膜的生产设备。该设备可适应大规模批量化生产，并使复合膜的厚度和结构易于准确控制。

本发明的技术方案是：一种喷涂成型复合质子交换膜的设备，包括工作台、喷涂设施和传动机构，其结构在于所述的喷涂成型复合质子交换膜的设备还包括基膜控制系统、喷枪传动系统、喷涂及供料系统和辅助系统，基膜控制系统包括钢框、汽缸、支撑杆和伺服电机；喷枪传动系统包括传动框架、伺服电机、丝杠和机械臂；喷涂及供料系统包括喷枪、料槽、电磁阀和供气系统；辅助系统包括加热平台和真空泵；工作台是固定在基础上的平台，工作台的上平面固定有传动框架支脚，喷枪传动系统的框架固定在工作台的传动框架支脚上，两根丝杠互相垂直的安装在框架上，两根丝杠分别与伺服电机联接，机械臂通过传动机构分别与两根丝杠联接，机械臂上装有料槽，料槽由管路通过电磁阀与压缩空气系统和喷枪连接，电磁阀和喷枪固定在机械臂上，加热平台支撑在工作台的上平面，置于两丝杠之间，加热平台的高度低于工作台上面传动框架支脚上平面5-20cm，钢框置于加热平台的上面，钢框的两个相对的边上设有两根支撑杆，固定在工作台上平面下的两个汽缸的柱塞穿过工作台上平面分别与两根支撑杆连接，两根支撑杆的一根通过传动机构与伺服电机连接，真空泵通过管路与钢框的基膜下面的空间连通。

本发明所述的喷涂成型复合质子交换膜的设备，其结构在于所述的加热平台的加热方式是电加热或者红外线加热。

本发明所述的喷涂成型复合质子交换膜的设备，其结构在于所述的钢框是四边形钢框，钢框的内边上设有基膜固定装置。

本发明的基于喷涂技术制备复合质子交换膜的生产设备的工作原理和工作过程是：喷枪传动系统的两根互相垂直的丝杠由伺服电机驱动，机械臂在两根互相垂直的丝杠的带动下，可以沿X方向和Y方向任意移动，安装在机械臂上的料槽和喷枪随机械臂移动，喷枪在电磁阀的控制下，向固定在钢框上的基膜喷涂装在料槽内的涂料，由伺服电机控制机械臂的运动轨迹及运动速度，使喷枪的喷涂速度均匀，并通过电磁阀调整喷枪的给料量，从而使所喷涂的膜的厚度和结构较容易的得到控制。当涂料喷涂于基膜上时，启动真空泵，将钢框的基膜下方的空间抽成微真空环境，使涂料渗透浸入基膜的微孔中；喷涂在基膜上的涂料，通过控制加热平台的温度来控制溶剂的挥发速度，并完成干燥定型；当钢框上的基膜完成一面的喷涂后，启动汽缸，由汽缸的柱塞通过钢框的支承杆将钢框推起，与钢框的支承杆联接的伺服电机带动支撑杆旋转使钢框翻转180度，进行对基膜另一面的喷涂。

本发明具有如下优点：

(1)工艺路线简单，便于实现大规模化生产，生产效率高。

(2)膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的控制技术简单。

(3)使用喷涂设备成型的复合质子交换膜对质子交换膜的厚度和结构可以实现精确控制，具有较高的重复性。

附图说明

附图1为本发明的设备结构示意图。

附图2为本发明的各工作系统间关系图。

附图中，1、伺服电机I，2、丝杠I，3、丝杠II，4、伺服电机II，5、机械臂，6、料槽，7、电磁阀，8、压缩气体进口，9、喷枪，10、伺服电机III，11、支撑杆，12、钢框，13、加热平台，14、气缸，15、真空泵，16、工作台，17、传动框架支脚，18、传动框架，101、喷枪传动系统，102、喷涂及供料系统，103、基膜控制系统，104、辅助系统。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。

工作台16是钢结构的桌式平台，工作台16的支腿固定在基础上，工作台16的上平面上固定有传动框架支脚17，加热平台13用支撑架支撑在工作台16的上平面的传动框架18之间，高度在传动框架支脚17上平面以下10cm，加热平台13由电加热。钢框12是长方形框架，置于加热平台13的上面，厚度为6cm，内边上设有基膜固定装置，钢框12的两个相对的边上设有两根支撑杆11，支撑杆11分别与安装在工作台16上平面下的汽缸14的柱塞连接，两根支撑杆11中的一根通过传动机构与伺服电机10联接。真空泵15的管路穿过加热平台13与钢框12的基膜下面的空间连通。喷枪传动系统的框架18固定在工作台16上平面的两道支撑台17上，两根丝杠2、3互相垂直的安装在框架18上，两根丝杠2、3分别与伺服电机1、4联接，机械臂5通过传动机构分别与两根丝杠2、3联接，机械臂5上装有料槽6，料槽6由管路通过电磁阀7与压缩空气系统8和喷枪9连接。喷枪9和电磁阀7固定在机械臂5上。

本设备的工作程序为：当加热平台13温度升到预定的温度，启动伺服电机I1和伺服电机II运转，带动丝杠I2的丝杠II3运转，丝杠I的传动带动机械臂5和机械臂上的喷枪9在X方向上运动，丝杠II的传动带动了机械臂5和固定在机械臂5上的喷枪9在Y方向运动，从而控制了喷枪在XY平面上的运动轨迹。由电磁阀7控制料槽6中的涂料供给，料液在压缩气体的带动下经喷枪9喷涂到紧绷在钢框12上的基膜上；同时启动真空泵15对钢框的基膜下方的空间抽取微真空，使得上方的涂料渗入到紧绷在钢框上的基膜中。在加热平台13的热量作用下，基膜上涂料中的溶剂不断挥发，使复合膜干燥。当基膜一侧的喷涂程序完成时，由气缸14将钢框推起，启动伺服电机III10带动支撑杆11旋转，使钢框翻转。然后重复上述喷涂程序，完成对基膜另外一侧的喷涂。如此循环，直到喷涂量达到设定值为止。

Claims (3)

1、一种喷涂成型复合质子交换膜的设备，包括工作台、喷涂设施和传动机构，其特征在于所述的喷涂成型复合质子交换膜的设备还包括基膜控制系统、喷枪传动系统、喷涂及供料系统和辅助系统；基膜控制系统包括钢框(12)、汽缸(14)、支撑杆(11)和伺服电机(10)；喷枪传动系统包括传动框架(18)、伺服电机(1、4)、丝杠(2、3)和机械臂(5)；喷涂及供料系统包括喷枪(9)、料槽(6)、电磁阀(7)和供气系统(8)；辅助系统包括加热平台(13)和真空泵(15)；工作台(16)是固定在基础上的平台，工作台(16)的上平面固定有传动框架支脚(17)，喷枪传动系统的传动框架(18)固定在工作台(16)的传动框架支脚(17)上，两根丝杠(2、3)互相垂直的安装在传动框架(18)上，两根丝杠(2、3)分别与伺服电机(1、4)联接，机械臂(5)通过传动机构分别与两根丝杠(2、3)联接，机械臂(5)上装有料槽(6)，料槽(6)由管路通过电磁阀(7)与压缩空气系统(8)和喷枪(9)连接，电磁阀(7)和喷枪(9)固定在机械臂(5)上，加热平台(13)支撑在工作台(16)的上平面，置于两丝杠(2、3)之间，加热平台(13)的高度低于工作台上面传动框架支脚(17)上平面5-20cm，钢框(12)置于加热平台(13)的上面，钢框(12)的两个相对的边上设有两根支撑杆(11)，固定在工作台上平面下的两个汽缸(14)的柱塞穿过工作台上平面分别与两根支撑杆(11)连接，两根支撑杆(11)的一根通过传动机构与伺服电机(10)连接，真空泵(15)通过管路与钢框(12)的基膜下面的空间连通。

2、根据权利要求1所述的喷涂成型复合质子交换膜的设备，其特征在于所述的加热平台(13)的加热方式是电加热或者红外线加热。

3、根据权利要求1所述的喷涂成型复合质子交换膜的设备，其特征在于所述的钢框(12)是四边形钢框，钢框(12)的内边上设有基膜固定装置。

Images