CN103817845B - 一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池用复合材料双极板成形装备及制备方法领域，尤其是一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置及制备工艺。由压头、模腔体、上模板、下模板、顶出机构、工艺垫构成：模腔体与压头对应同轴安装在压力成形机上、下工作台上。应用以上装置实施的成型工艺为：启动顶出机构将活动垫板推入成品出模口，工艺垫放置在活动垫板上、启动加热套至双极板成形温度，放入下模板，将配置的树脂与石墨的混合料放入下模板的模腔内，再放上模板，施压、保压、卸压，再启动顶出机构将活动垫板拉出出模口；再次施压，将模板、工艺垫向下推动，重复操作将全部工艺垫依次推出出模口；再重复以上步骤获得最终成形的双极板，实现连续生产。

Description

一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置及制备工艺

一、技术领域

本发明涉及燃料电池用复合材料双极板成形装备及制备方法领域，尤其是一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置及制备工艺。

二、背景技术

质子交换膜燃料电池双极板质量占整个燃料电池堆质量的80％，成本占45％，是燃料电池的关键部件之一。因此降低双极板生产成本及质量大小对质子交换膜燃料电池的商业化进程起着关键作用。目前，构成双极板的材料主要有石墨、金属、复合材料，所以针对不同的材料，双极板有不同的成形方法。

石墨双极板，它具有质量轻、导电导热性及耐腐蚀性良好的突出优点，但是石墨成形过程中需要进行高温碳化处理和机加工，因此增加了双极板的成本和成形周期。

金属双极板具有优异的导电性及机械强度，可以一次冲压成形，但是成形后耐腐蚀性能差，会造成双极板的性能不稳定，缩短使用寿命。

复合材料双极板具有质量轻、成本低、耐腐蚀等特点，尤其是树脂/石墨双极板具有较大的发展前景，但是目前此类双极板成形技术不够成熟，只能实现单片模压成形且劳动强度高，而不能实现连续模压生产。

目前关于树脂/石墨复合材料双极板方面的专利都是针对于材料制备方面的研究，却尚未提出成形工艺方面的改善，阻碍了复合材料双极板的推广应用。

三、发明内容

本发明的目的是克服现有的，树脂/石墨复合材料双极板单片模压成形技术存在的生产效率低、劳动强度大的缺陷，提供一种质子交换膜燃料电池用树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置及制备工艺。

本发明采用以下技术方案：

一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置，安装在压力成形机工作台上，由压头、模腔体、上模板、下模板、顶出机构、工艺垫构成。

模腔体为沿高度方向有贯通模腔的长方体，模腔横截面形状与双极板周边几何形状相同，模腔体的底端设置模腔体突缘，模腔体突缘上有螺栓孔；在模腔体底端腔体内安装固定垫板，配合关系为静配合，固定垫板为一带斜面刚性体，斜面的倾斜角度为2度-5度；在模腔体长边的腔壁上距离模腔体底端为固定垫板小端厚度值的位置，设置贯穿模腔体宽度方向的成品出模口；模腔体外安装加热套，加热套外安装保温套。

压头为与模腔相匹配的长方体，压头的上端设置压头突缘，压头突缘上有螺栓孔。

上模板为周边几何形状与双极板周边几何形状相同的刚性板，上模板的一侧板面为平面，另一侧板面为与双极板一侧板面沟槽阴阳互配的槽面；下模板也为周边几何形状与双极板周边几何形状相同的刚性板，下模板的一侧板面为平面，另一侧板面为与双极板另一侧板面沟槽阴阳互配的槽面；上模板和下模板在模腔内为滑动配合。

顶出机构由推拉油缸或气缸和安装在推拉油缸或气缸活塞杆上的活动垫板构成，活动垫板为一带斜面的刚性体，其斜面角度与固定垫板斜面角度相匹配；活动垫板的长度等于上模板或下模板的全长，活动垫板的宽度等于上模板或下模板的全宽加模腔体腔壁厚度值；在距离活动垫板小端为模腔体腔壁厚度值处，活动垫板的厚度等于双极板最终成形时上模板和下模板压合高度。

压头总高度等于压头突缘高度，加双极板最终成形时上模板和下模板压合高度，再加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度。

模腔体总高度等于双极板最终成形时上模板和下模板压合高度的整数倍N，加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度，再加活动垫板的大端厚度和固定垫板的小端厚度。

模腔体与压头对应同轴安装，模腔与压头的配合关系为动配合；采用螺栓通过模腔体突缘和压头突缘，分别将模腔体和压头固定在压力成形机上工作台和压力成形机下工作台上；成品出模口的宽度等于活动垫板的长度，成品出模口的高度等于活动垫板大端的厚度。

顶出机构安装在成品出模口一侧；推拉油缸或气缸的活塞杆与模腔体的成品出模口同轴对应安装，并通过脚架固定在压力成形机下工作台上，活动垫板与推拉油缸或气缸的活塞杆相连接并安插在成品出模口内的固定垫板上，与固定垫板的斜面相匹配，模腔壁作为活动垫板的运行导槽；调整推拉油缸或气缸的行程为活动垫板的宽度。

工艺垫为双极板最终成形时上模板和下模板压合后的形体相同的垫块。

应用一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置实施的成形工艺，其工艺步骤如下：

(1)启动安装活动垫板的推拉油缸或气缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，将N-1个工艺垫逐一通过模腔的口部放置在活动垫板上；

(2)启动压力成形机加热系统和模腔体加热套的加热元件，将模腔体加热至树脂/石墨复合材料双极板成形温度；

(3)将下模板槽面向上置入模腔中的工艺垫上方，再将按制备树脂/石墨复合材料双极板所需重量配置的树脂与石墨的混合料放入下模板上方的模腔内，然后将上模板槽面向下放入模腔中，启动压力成形机施力系统，对上驱式压力成形机，压头在压力成形机上工作台驱动下向下运动，或对下驱式压力成形机，模腔体在压力成形机下工作台驱动下向上运动，使压头对上模板施加压力，控制压力为树脂/石墨复合材料双极板成形压力，并保压；

(4)按照保压时间等于“单片双极板保压成形时间/N-单次压头开启时间”进行保压后，压头卸压，启动推拉油缸或气缸，将活动垫板拉出成品出模口；压头再次施压，将上模板、成形过程中的双极板、下模板、工艺垫沿模腔向下推动，第1块工艺垫被推至成品出模口，落到固定垫板上，再次启动推拉油缸或气缸，活动垫板将第1块工艺垫推出成品出模口；

(5)启动推拉油缸或气缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，重复步骤(3)、(4)，直到将(N-1)块工艺垫全部推出；第N次步骤(3)、(4)操作时，将推出第一组下模板、已成形双极板、上模板，打开上模板和下模板，即获得最终成形的双极板；重复步骤(3)、(4)、(5)实现连续生产。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

1)本成形装置结构简单、紧揍，自动化程度高，运行稳定，操作方便。

2)本成形工艺能够实现树脂/石墨复合材料双极板的连续生产，提高生产效率，降低了劳动强度和生产成本，促进PEMFC的商业化应用。

3)经试验验证，使用此成形装置及成形工艺成形后的树脂/石墨复合材料双极板的性能及表面质量符合产品质量要求，耐老化性能好，并且性能稳定，无需后序热处理；另外双极板上的流道只需一次成形，无需后序机加工处理。

本发明的装置设计巧妙、连续成形工艺先进、降低了劳动强度和生产成本、提高了生产效率，具有推广应用价值。

四、附图说明

图1为本发明装置装料前的结构示意图；

图2为本发明装置压制第一块双极板时的结构示意图；

图3为本发明装置推出工艺垫时的结构示意图；

图4为本发明装置加工双极板连续成形后的结构示意图；

图5为本发明装置推出成形后双极板的结构示意图。

附图标记：

1、压头，1-1、压头突缘，1-2、螺栓；2、模腔体，2-1、加热套，2-2、保温套，2-3、模腔体突缘，2-4、螺栓，2-5、固定垫板；3-1、上模板，3-2、下模板；4、顶出机构，4-1、推拉油缸或气缸，4-2、活动垫板；5、工艺垫；6-1、压力成形机上工作台，6-2、压力成形机下工作台；7、混合料。

五、具体实施方式

结合附图详细描述本发明的实施过程；如图1、图2、图3、图4、图5所示。

实施例一，加工200mm×150mm×5mm酚醛树脂/石墨复合材料双极板的连续成形装置和成形过程：

将树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置，安装在压力成形机上工作台6-1和压力成形机下工作台6-2上，由压头1、模腔体2、上模板3-1、下模板3-2、顶出机构4、工艺垫5构成。

包括压紧螺栓孔耳座在内的双极板长宽值为A₀×B₀＝220mm×170mm，双极板板面的长宽值为A×B＝200mm×150mm，双极板最终成形时厚度为h＝5mm，每侧流槽深度和宽度均为a＝1.5mm；双极板流槽面积占双极板表面面积的k＝50％，双极板净材料厚度为b＝h-a×k×2＝5-1.5×0.5×2＝3.5mm；双极板成形材料的压缩比为f＝6.5，双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度为C＝b×(f-1)＝3.5×(6.5-1)＝19.25mm。

制作容纳4个双极板，即N＝4，成形的模腔体2，选用42CrMo钢，经锻造、调质和机加工，制成底端带模腔体突缘2-3的长方体，模腔体突缘2-3上对称钻有4个螺栓孔；采用线切割方法，沿模腔体2高度方向，切割成横截面形状与双极板周边几何形状相同的模腔，模腔横截面周边尺寸的公差控制为H7，成形后的双极板周边尺寸与模腔周边尺寸相同；模腔体2的腔壁厚度值为t＝20mm；在模腔体2底端模腔内安装固定垫板2-5，固定垫板2-5为一带斜面刚性体，材料为42CrMo，调质处理，取斜面的倾斜角度为2°，固定垫板2-5的大端厚度取c₁＝20mm，固定垫板2-5的小端厚度为c₂＝c₁-B₀×tg2°＝20-170×tg2°＝14.06mm，固定垫板2-5与模腔静配合。在模腔体长边的腔壁上距离模腔体底端为固定垫板小端厚度值的位置，设置贯穿模腔体宽度方向的成品出模口；模腔体2外安装加热套2-1，采用电阻丝加热元件，加热套2-1外安装保温套2-2，材料为岩棉加不锈钢外套。

压头1为与模腔相匹配的长方体，横截面矩形边长为A1×B1＝198mm×148mm，压头1的上端设置压头突缘1-1，压头突缘1-1上有4个螺栓孔。压头1选用42CrMo钢，经锻造、调质和机加工。

上模板3-1选用42CrMo钢，经锻造、调质、精加工，制成d₁＝30mm的刚性板，刚性板周边采用线切割加工成与双极板周边相同的几何形状，上模板3-1周边尺寸的公差控制为e6，以保证模腔与上模板3-1的滑动配合，上模板3-1的板面之一采用雕铣和抛光手段，加工成与双极板一侧板面沟槽阴阳互配的槽面。下模板3-2也选用42CrMo钢，经锻造、调质、精加工，制成d₂＝30mm的刚性板，刚性板周边采用线切割加工成与双极板周边相同的几何形状，下模板3-2周边尺寸的公差控制为e6，以保证模腔与下模板3-2的滑动配合，下模板3-2的板面之一采用雕铣和抛光手段，加工成与双极板另一侧板面沟槽阴阳互配的槽面。

上模板或下模板的全长等于A₀＝220mm，上模板或下模板的全宽等于B₀＝170mm。

双极板最终成形时上模板3-1和下模板3-2压合后高度为D＝h-a×2+d₁+d₂＝5-1.5×2+30+30＝62mm。

顶出机构4选用最大行程为200mm、脚架固定式、推拉力10～20kN的推拉油缸4-1；活动垫板4-2为一带斜面刚性体，材料为42CrMo，调质处理，活动垫板4-2斜面角度取与固定垫板2-5斜面角度相同，即取倾斜角度为2°；活动垫板4-2的长度等于A₀＝220mm，活动垫板4-2的宽度为W＝B₀+t＝170+20＝190mm；在距离活动垫板4-2小端为模腔体2腔壁厚度值处，活动垫板4-2的厚度等于D＝62mm；活动垫板4-2的大端厚度为e₁＝D+B₀×tg2°＝62+170×tg2°＝67.94mm，活动垫板4-2的小端厚度为e₂＝D-t×tg2°＝62-20×tg2°＝61.3mm。

取压头突缘1-1高度为E＝20mm，压头1总高度等于压头突缘高度，加双极板最终成形时上模板和下模板压合高度，再加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度，即H₁＝E+D+C＝20+62+19.25＝101.25mm。

模腔体2总高度等于双极板最终成形时上模板和下模板压合高度的整数倍N，加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度，再加活动垫板的大端厚度和固定垫板的小端厚度，即H₂＝D×N+C+e₁+c₂＝62×4+19.25+67.94+14.06＝349.25mm。

压头1与模腔体2对应同轴安装，模腔与压头1的配合关系为动配合；采用螺栓1-2和螺栓2-4通过压头突缘1-1和模腔体突缘2-3，分别将压头1和模腔体2固定在压力成形机上工作台6-1和压力成形机下工作台6-2上。成品出模口的宽度和高度分别与活动垫板4-2的长度A₀＝220mm和大端的厚度e₁＝67.94mm相同；模腔壁作为活动垫板4-2的运行导槽。

顶出机构4安装在成品出模口一侧；推拉油缸4-1的活塞杆与模腔体2的成品出模口同轴对应安装，并通过脚架固定在压力成形机下工作台6-2上，活动垫板4-2与推拉油缸4-1的活塞杆相连接并安插在成品出模口内的固定垫板2-5上，与固定垫板2-5的斜面相匹配，模腔壁作为活动垫板4-2的运行导槽；调整推拉油缸4-1的行程为活动垫板4-2的宽度W＝190mm。

工艺垫5选用42CrMo钢，经锻造、调质、精加工，制成厚度为D＝62mm的刚性板，刚性板周边采用线切割加工成与双极板周边相同的几何形状，工艺垫5周边尺寸的公差控制为e6。

对于酚醛树脂/石墨复合材料双极板的成形压力为35～45MPa，成形温度为180～220℃，单片双极板保压成形时间为35～45min，单次压头开启时间为1.5～3min。

应用一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置实施的成形工艺，其工艺步骤如下：

(1)启动安装活动垫板的推拉油缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，将N-1＝4-1＝3个工艺垫逐一通过模腔的口部放置在活动垫板上；

(2)启动压力成形机加热系统和模腔体加热套的加热元件，将模腔体加热至树脂/石墨复合材料双极板成形温度210℃；

(3)将下模板槽面向上置入模腔中的工艺垫上方，再将按制备酚醛树脂/石墨复合材料双极板所需重量配置的酚醛树脂与石墨的混合料放入下模板上方的模腔内，然后将上模板槽面向下放入模腔中，启动压力成形机施力系统，压力成形机为上驱式，压头在压力成形机上工作台驱动下向下运动，使压头对上模板施加压力，控制压力为酚醛树脂/石墨复合材料双极板成形压力40MPa，并保压；

(4)按照保压时间等于“单片双极板保压成形时间/N-单次压头开启时间＝40/4-2＝8”进行保压后，压头卸压，启动推拉油缸，将活动垫板拉出成品出模口；压头再次施压，将上模板、成形过程中的双极板、下模板、工艺垫沿模腔向下推动，第1块工艺垫被推至成品出模口，落到固定垫板上，再次启动推拉油缸，活动垫板将第1块工艺垫推出成品出模口；

(5)启动推拉油缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，重复步骤(3)、(4)，直到将N-1＝4-1＝3块工艺垫全部推出；第N＝4次步骤(3)、(4)操作时，将推出第一组下模板、已成形双极板、上模板，打开上模板和下模板，即获得最终成形的双极板。

重复步骤(3)、(4)、(5)实现连续生产。

本成形装置和成形工艺能够实现酚醛树脂/石墨复合材料双极板的连续生产，提高生产效率，加工的双极板性能及表面质量符合产品质量要求，耐老化性能好，性能稳定，无需后序热处理。

实施例二：加工80mm×30mm×4mm聚苯硫醚树脂/石墨复合材料双极板的连续成形装置和成形过程

将树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置，安装在压力成形机上工作台6-1和压力成形机下工作台6-2上，由压头1、模腔体2、上模板3-1、下模板3-2、顶出机构4、工艺垫5构成。

包括压紧螺栓孔耳座在内的双极板长宽值为A₀×B₀＝80mm×40mm，双极板板面的长宽值为A×B＝80mm×30mm，双极板最终成形时厚度为h＝4mm，每侧流槽深度和宽度均为a＝1.2mm；双极板流槽面积占双极板表面面积的k＝50％，双极板净材料厚度为b＝h-a×k×2＝4-1.2×0.5×2＝2.8mm；双极板成形材料的压缩比为f＝6.5，双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度为C＝b×(f-1)＝2.8×(6.5-1)＝15.4mm。

制作容纳6个双极板，即N＝6，成形的模腔体2，选用42CrMo钢，经锻造、调质和机加工，制成底端带模腔体突缘2-3的长方体，模腔体突缘2-3上对称钻有4个螺栓孔；采用线切割方法，沿模腔体2高度方向，切割成横截面形状与双极板周边几何形状相同的模腔，模腔横截面周边尺寸的公差控制为H7，成形后的双极板周边尺寸与模腔周边尺寸相同；模腔体2的腔壁厚度值为t＝15mm；在模腔体2底端模腔内安装固定垫板2-5，固定垫板2-5为一带斜面刚性体，材料为42CrMo，调质处理，取斜面的倾斜角度为5°，固定垫板2-5的大端厚度取c₁＝20mm，固定垫板2-5的小端厚度为c₂＝c₁-B₀×tg2°＝20-40×tg5°＝16.5mm，固定垫板2-5与模腔静配合。在模腔体长边的腔壁上距离模腔体底端为固定垫板小端厚度值的位置，设置贯穿模腔体宽度方向的成品出模口；模腔体2外安装加热套2-1，采用电阻丝加热元件，加热套2-1外安装保温套2-2，材料为岩棉加不锈钢外套。

压头1为与模腔相匹配的长方体，横截面矩形边长为A1×B1＝78mm×28mm，压头1的上端设置压头突缘1-1，压头突缘1-1上有4个螺栓孔。压头1选用42CrMo钢，经锻造、调质和机加工。

上模板3-1选用42CrMo钢，经锻造、调质、精加工，制成d₁＝25mm的刚性板，刚性板周边采用线切割加工成与双极板周边相同的几何形状，上模板3-1周边尺寸的公差控制为e6，以保证模腔与上模板3-1的滑动配合，上模板3-1的板面之一采用雕铣和抛光手段，加工成与双极板一侧板面沟槽阴阳互配的槽面。下模板3-2也选用42CrMo钢，经锻造、调质、精加工，制成d₂＝25mm的刚性板，刚性板周边采用线切割加工成与双极板周边相同的几何形状，下模板3-2周边尺寸的公差控制为e6，以保证模腔与下模板3-2的滑动配合，下模板3-2的板面之一采用雕铣和抛光手段，加工成与双极板另一侧板面沟槽阴阳互配的槽面。

上模板或下模板的全长等于A₀＝80mm，上模板或下模板的全宽等于B₀＝40mm。

双极板最终成形时上模板3-1和下模板3-2压合后高度为D＝h-a×2+d₁+d₂＝4-1.2×2+25+25＝51.6mm。

顶出机构4选用最大行程为50mm、脚架固定式、推拉力10～20kN的推拉气缸4-1；活动垫板4-2为一带斜面刚性体，材料为42CrMo，调质处理，活动垫板4-2斜面角度取与固定垫板2-5斜面角度相同，即取倾斜角度为5°；活动垫板4-2的长度等于A₀＝80mm，活动垫板4-2的宽度为W＝B₀+t＝40+15＝55mm；在距离活动垫板4-2小端为模腔体2腔壁厚度值处，活动垫板4-2的厚度等于D＝51.6mm；活动垫板4-2的大端厚度为e₁＝D+B₀×tg5°＝51.6+40×tg5°＝55.1mm，活动垫板4-2的小端厚度为e₂＝D-t×tg5°＝51.6-15×tg5°＝50.29mm。

取压头突缘1-1高度为E＝15mm，压头1总高度等于压头突缘高度，加双极板最终成形时上模板和下模板压合高度，再加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度，即H₁＝E+D+C＝15+51.6+15.4＝82mm。

模腔体2总高度等于双极板最终成形时上模板和下模板压合高度的整数倍N，加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度，再加活动垫板的大端厚度和固定垫板的小端厚度，即H₂＝D×N+C+e₁+c₂＝51.6×6+15.4+55.1+16.5＝396.6mm。

压头1与模腔体2对应同轴安装，模腔与压头1的配合关系为动配合；采用螺栓1-2和螺栓2-4通过压头突缘1-1和模腔体突缘2-3，分别将压头1和模腔体2固定在压力成形机上工作台6-1和压力成形机下工作台6-2上。成品出模口的宽度和高度分别与活动垫板4-2的长度A₀＝80mm和大端的厚度e₁＝55.1mm相同；模腔壁作为活动垫板4-2的运行导槽。

顶出机构4安装在成品出模口一侧；推拉气缸4-1的活塞杆与模腔体2的成品出模口同轴对应安装，并通过脚架固定在压力成形机下工作台6-2上，活动垫板4-2与推拉气缸4-1的活塞杆相连接并安插在成品出模口内的固定垫板2-5上，与固定垫板2-5的斜面相匹配，模腔壁作为活动垫板4-2的运行导槽；调整推拉气缸4-1的行程为活动垫板4-2的宽度W＝55mm。

工艺垫5选用42CrMo钢，经锻造、调质、精加工，制成厚度为D＝51.6mm的刚性板，刚性板周边采用线切割加工成与双极板周边相同的几何形状，工艺垫5周边尺寸的公差控制为e6。

对于聚苯硫醚/石墨复合材料双极板的成形压力为25～35MPa，成形温度为350～380℃，单片双极板保压成形时间为80～90min，单次压头开启时间为1.5～3min。

应用一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置实施的成形工艺，其工艺步骤如下：

(1)启动安装活动垫板的推拉气缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，将N-1＝6-1＝5个工艺垫逐一通过模腔的口部放置在活动垫板上；

(2)启动压力成形机加热系统和模腔体加热套的加热元件，将模腔体加热至树脂/石墨复合材料双极板成形温度360℃；

(3)将下模板槽面向上置入模腔中的工艺垫上方，再将按制备酚醛树脂/石墨复合材料双极板所需重量配置的酚醛树脂与石墨的混合料放入下模板上方的模腔内，然后将上模板槽面向下放入模腔中，启动压力成形机施力系统，压力成形机为上驱式，压头在压力成形机上工作台驱动下向下运动，使压头对上模板施加压力，控制压力为酚醛树脂/石墨复合材料双极板成形压力30MPa，并保压；

(4)按照保压时间等于“单片双极板保压成形时间/N-单次压头开启时间＝84/6-2＝12”进行保压后，压头卸压，启动推拉气缸，将活动垫板拉出成品出模口；压头再次施压，将上模板、成形过程中的双极板、下模板、工艺垫沿模腔向下推动，第1块工艺垫被推至成品出模口，落到固定垫板上，再次启动推拉气缸，活动垫板将第1块工艺垫推出成品出模口；

(5)启动推拉气缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，重复步骤(3)、(4)，直到将N-1＝6-1＝5块工艺垫全部推出；第N＝6次步骤(3)、(4)操作时，将推出第一组下模板、已成形双极板、上模板，打开上模板和下模板，即获得最终成形的双极板。

重复步骤(3)、(4)、(5)实现连续生产。

本成形装置和成形工艺能够实现聚苯硫醚树脂/石墨复合材料双极板的连续生产，提高生产效率，加工的双极板性能及表面质量符合产品质量要求，耐老化性能好，性能稳定，无需后序热处理。

Claims (2)

1.一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置，安装在压力成形机工作台上，其特征为由压头、模腔体、上模板、下模板、顶出机构、工艺垫构成：

模腔体为沿高度方向有贯通模腔的长方体，模腔横截面形状与双极板周边几何形状相同，模腔体的底端设置模腔体突缘，模腔体突缘上有螺栓孔；在模腔体底端腔体内安装固定垫板，配合关系为静配合，固定垫板为一带斜面刚性体，斜面的倾斜角度为2度-5度；在模腔体长边的腔壁上距离模腔体底端为固定垫板小端厚度值的位置，设置贯穿模腔体宽度方向的成品出模口；模腔体外安装加热套，加热套外安装保温套；

压头为与模腔相匹配的长方体，压头的上端设置压头突缘，压头突缘上有螺栓孔；

上模板为周边几何形状与双极板周边几何形状相同的刚性板，上模板的一侧板面为平面，另一侧板面为与双极板一侧板面沟槽阴阳互配的槽面；下模板也为周边几何形状与双极板周边几何形状相同的刚性板，下模板的一侧板面为平面，另一侧板面为与双极板另一侧板面沟槽阴阳互配的槽面；上模板和下模板在模腔内为滑动配合；

顶出机构由推拉油缸或气缸和安装在推拉油缸或气缸活塞杆上的活动垫板构成，活动垫板为一带斜面的刚性体，其斜面角度与固定垫板斜面角度相匹配；活动垫板的长度等于上模板或下模板的全长，活动垫板的宽度等于上模板或下模板的全宽加模腔体腔壁厚度值；在距离活动垫板小端为模腔体腔壁厚度值处，活动垫板的厚度等于双极板最终成形时上模板和下模板压合高度；

压头总高度等于压头突缘高度，加双极板最终成形时上模板和下模板压合高度，再加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度；

模腔体总高度等于双极板最终成形时上模板和下模板压合高度的整数倍N，加双极板模压成形装料高度减双极板净材料厚度，再加活动垫板的大端厚度和固定垫板的小端厚度；

模腔体与压头对应同轴安装，模腔与压头的配合关系为动配合；采用螺栓通过模腔体突缘和压头突缘，分别将模腔体和压头固定在压力成形机上工作台和压力成形机下工作台上；成品出模口的宽度等于活动垫板的长度，成品出模口的高度等于活动垫板大端的厚度；

顶出机构安装在成品出模口一侧；推拉油缸或气缸的活塞杆与模腔体的成品出模口同轴对应安装，并通过脚架固定在压力成形机下工作台上，活动垫板与推拉油缸或气缸的活塞杆相连接并安插在成品出模口内的固定垫板上，与固定垫板的斜面相匹配，模腔壁作为活动垫板的运行导槽；调整推拉油缸或气缸的行程为活动垫板的宽度；

工艺垫为双极板最终成形时上模板和下模板压合后的形体相同的垫块。

2.应用权利要求1所述的一种树脂/石墨复合材料双极板连续成形装置实施的成形工艺，其特征为工艺步骤如下：

(1)启动安装活动垫板的推拉油缸或气缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，将N-1个工艺垫逐一通过模腔的口部放置在活动垫板上；

(2)启动压力成形机加热系统和模腔体加热套的加热元件，将模腔体加热至树脂/石墨复合材料双极板成形温度；

(3)将下模板槽面向上置入模腔中的工艺垫上方，再将按制备树脂/石墨复合材料双极板所需重量配置的树脂与石墨的混合料放入下模板上方的模腔内，然后将上模板槽面向下放入模腔中，启动压力成形机施力系统，对上驱式压力成形机，压头在压力成形机上工作台驱动下向下运动，或对下驱式压力成形机，模腔体在压力成形机下工作台驱动下向上运动，使压头对上模板施加压力，控制压力为树脂/石墨复合材料双极板成形压力，并保压；

(4)按照保压时间等于“单片双极板保压成形时间/N-单次压头开启时间”进行保压后，压头卸压，启动推拉油缸或气缸，将活动垫板拉出成品出模口；压头再次施压，将上模板、成形过程中的双极板、下模板、工艺垫沿模腔向下推动，第1块工艺垫被推至成品出模口，落到固定垫板上，再次启动推拉油缸或气缸，活动垫板将第1块工艺垫推出成品出模口；

(5)启动推拉油缸或气缸，将活动垫板推入成品出模口，与固定垫板完全吻合，重复步骤(3)、(4)，直到将(N-1)块工艺垫全部推出；第N次步骤(3)、(4)操作时，将推出第一组下模板、已成形双极板、上模板，打开上模板和下模板，即获得最终成形的双极板；重复步骤(3)、(4)、(5)实现连续生产。