CN110323455A - 一体化片材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过抑制紫外线固化粘合剂的固化阻碍，能够使该紫外线固化粘合剂在短时间固化，从而使生产性优良的膜电极气体扩散层接合体与树脂框架的一体化片材的制造方法。在膜电极气体扩散层接合体接合有树脂框架的一体化片材的制造方法中，具有：准备在膜电极接合体的至少一个面层叠有气体扩散层的层叠体的工序；在所述层叠体涂覆紫外线固化粘合剂的工序；在所述紫外线固化粘合剂上配置树脂框架并加压的工序晾衣机向所述紫外线固化粘合剂照射紫外线的照射工序，所述照射工序具有第1照射工序、和与所述第1照射工序相比提高照射强度而照射紫外线的第2照射工序。

Description

一体化片材的制造方法
技术领域
本发明涉及用于燃料电池的膜电极气体扩散层接合体与树脂框架的一体化片材的制造方法。
背景技术
作为燃料电池用的膜电极气体扩散层接合体(MEGA：Membrane Electrode Gasdiffusion layer Assembly)，公知有在该MEGA的周边部具有框状的树脂框架的一体化片材。
在日本特开2007-287608号公报中，公开了一种通过粘合剂将燃料电池密封板与隔板固定的燃料电池，作为该粘合剂而公开了使用紫外线固化粘合剂的例子。
一般地，对于紫外线固化粘合剂而言，通过与材质对应地照射规定的累计光量[mJ/cm2](＝照射强度[mW/cm2]×照射时间[sec])而实现固化。本发明人从生产性提高的观点出发，对在将MEGA与树脂框架粘合时提高照射强度而缩短照射时间的情况进行了研究。然而，知晓了在提高了照射强度的情况下，即使照射至紫外线固化粘合剂的紫外线达到规定的累计光量，也存在固化不充分的情况。
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而提出的，其目的在于提供一种通过抑制紫外线固化粘合剂的固化阻碍，能够使该紫外线固化粘合剂在短时间固化，从而使生产性优良的膜电极气体扩散层接合体与树脂框架的一体化片材的制造方法。
本实施的一体化片材的制造方法是在膜电极气体扩散层接合体接合有树脂框架的一体化片材的制造方法，
在上述一体化片材的制造方法中，具有：
准备在膜电极接合体的至少一个面层叠有气体扩散层的层叠体的工序；
在上述层叠体涂覆紫外线固化粘合剂的工序；
在上述紫外线固化粘合剂上配置树脂框架并加压的工序；以及
向上述紫外线固化粘合剂照射紫外线的照射工序，
上述照射工序具有第1照射工序、以及与上述第1照射工序相比提高照射强度而照射紫外线的第2照射工序。
上述一体化片材的制造方法的一实施方式在开始上述第1照射工序后，在上述树脂框架的温度达到自由基淬灭产生温度前，开始上述第2照射工序。
根据本发明，可提供一种通过抑制紫外线固化粘合剂的固化阻碍，能够使该紫外线固化粘合剂在短时间固化，从而使生产性优良的膜电极气体扩散层接合体与树脂框架的一体化片材的制造方法。
从以下给出的详细描述和附图中将更全面地理解本公开的上述和其他目的、特征以及优点，附图仅以说明的方式给出，因此不应被视为限制本公开。
附图说明
图1A是用于对一体化片材的制造方法的工序进行说明的图(层叠体的准备工序)。
图1B是用于对一体化片材的制造方法的工序进行说明的图(涂覆工序)。
图1C是用于对一体化片材的制造方法的工序进行说明的图(加压工序)。
图1D是用于对一体化片材的制造方法的工序进行说明的图(照射工序)。
图1E是用于对一体化片材的制造方法的工序进行说明的图(设置气体扩散层的工序)。
图2是对通过本实施的制造方法来抑制固化的阻碍的情况进行说明的图表。
图3是表示紫外线固化粘合剂的固化实验结果的图表。
具体实施方式
首先，参照图1A～图1E对本实施的在膜电极气体扩散层接合体接合有树脂框架的一体化片材的制造方法的概要进行说明。图1A～E是表示本实施的制造方法的一个例子的概略的工序图。此外，图1A～E是一体化片材的接合部的示意的剖视图。图1A～E的例子所示的一体化片材的制造方法具有：准备在膜电极接合体(MEA)11的至少一个面层叠有气体扩散层12的层叠体的工序(图1A)；在上述层叠体涂覆紫外线固化粘合剂13的工序(图1B)；在上述紫外线固化粘合剂13上配置树脂框架14并进行加压的工序(图1C)；以及向上述紫外线固化粘合剂13照射紫外线21的照射工序(图1D)，上述照射工序具有第1照射工序、以及与上述第1工序相比提高照射强度而照射紫外线的第2照射工序。此外，第1照射工序与第2照射工序通常是连续地进行的。
在本实施中，首先，准备在膜电极接合体(MEA)11的至少一个面层叠有气体扩散层12的层叠体(图1A)。
膜电极接合体11是在电解质膜的两面分别接合有电极的接合体。电解质膜以及电极可以形成为作为燃料电池用途已知的任意的结构。作为一个例子，电解质膜可以是固体高分子膜等。作为一个例子，电极可以是电极催化剂层等。另外，在本实施中，也可以使用市场销售的膜电极接合体。
气体扩散层12是使用于电极反应的气体向膜电极接合体的面方向扩散的层，作为一个例子，使用碳纤维基材、黑铅纤维基材、泡沫金属等具有导电性以及气体扩散性的多孔质的基材。
在本实施的制造方法中，使用在膜电极接合体11的至少一个面层叠有气体扩散层12的层叠体。例如，能够使用在膜电极接合体11层叠有阳极用的气体扩散层的接合体等。在该情况下，也可以在通过本实施的制造方法制造一体化片材后，在该一体化片材设置阴极用的气体扩散层16(图1E)。
接着，在上述层叠体涂覆紫外线固化粘合剂13(图1B)。紫外线固化粘合剂13选择性地涂覆于供后述树脂框架配置的部分，通常情况下选择性地涂覆于层叠体的周边部。涂覆方法没有特别的限定，能够适当地选择并使用各种涂装法、印刷法。作为涂覆方法的一个例子，根据丝网印刷法，能够将紫外线固化粘合剂选择性地涂覆于需要的位置。层叠体的涂覆面可以如图1B的例子那样是膜电极接合体11，也可以通过使用具有比膜电极接合体11大的面的气体扩散层12而涂覆于气体扩散层12的面。
紫外线固化粘合剂13能够从公知的粘合剂之中适当地选择。作为一个例子，紫外线固化粘合剂13可以是丙烯酸系的粘合剂。
接着，在紫外线固化粘合剂13上配置树脂框架14并加压后，向紫外线固化粘合剂13照射紫外线21(图1C以及图1D)。
作为树脂框架14，能够使用绝缘性的膜，在本实施中，使用具有透明性的框架。作为一个例子，树脂框架14可以是聚乙烯、聚丙烯等。
通常，紫外线21如图1D的例子所示地经由具有透明性的树脂框架14，向紫外线固化粘合剂13照射，然后该紫外线固化粘合剂固化(15)。
在本实施中，针对紫外线的照射工序，进行使照射强度比较低的紫外线进行照射的第1照射工序、和与上述第1照射工序相比提高照射强度而照射紫外线的第2照射工序这两个阶段的照射，从而能够抑制紫外线固化粘合剂的固化阻碍，能够使紫外线固化粘合剂在短时间固化。
这里，参照图3对产生紫外线固化粘合剂的阻碍的机制进行说明。图3是表示紫外线固化粘合剂的固化实验结果的图表。在图3的图表中，纵轴表示紫外线照射强度[mW/cm2]，横轴表示累计光量[mJ/cm2]＝紫外线照射强度[mW/cm2]×照射时间[sec]。即，图3的图表上的点确定出紫外线的照射条件。此外，在图3的固化实验中，将紫外线照射强度设为恒定，在照射中不进行照射强度的变更。将以图3中的线段AB以及线段AF为边界的区域作为区域1，将以线段BF、线段BC、线段CD、以及线段DF为边界的区域作为区域2。在向紫外线固化粘合剂的单品直接照射紫外线的情况下，在区域1以及区域2的照射条件的任一条件下，该紫外线固化粘合剂的固化度都为80％以上。
接下来，图3中的点a～f分别表示在准备了图1C后，在与各点对应的条件下照射紫外线时的固化度。例如，点a、点b以及点c是在相同的照射强度下，将照射时间变更为2秒～4秒从而变更了累计光量的结果。另外，点d、点e以及点f是在照射强度比点a高的条件下进行照射的结果。根据点a～c与点d～f的比较可知，若提高照射强度，则在使累计光量相同时，存在固化度降低的趋势。另外，在点a与点e的比较中，累计光量较大的点e反而固化度变低。根据这一点，预测出因照射强度的提高而导致固化阻碍增大。
点d以及点e的条件是在不具有树脂框架的情况下紫外线固化粘合剂的固化度为80％以上的条件。然而，可知在经由树脂框架进行了紫外线照射的情况下，固化度降低。这样，由在各种条件下进行固化实验的结果可见，在经由树脂框架向紫外线固化粘合剂照射了紫外线的情况下，在上述区域2的条件下固化度充分，但在上述区域1的条件下固化度不充分。
本发明人进行深刻研究的结果是，知晓了在经由树脂框架向紫外线固化粘合剂照射了紫外线的情况下，树脂框架的温度上升，该树脂框架所包含的抗氧化剂等溶出。推断出溶出的抗氧化剂转移至紫外线固化粘合剂，作为自由基的淬灭剂产生作用，从而阻碍紫外线固化粘合剂的固化。
本发明人在这样的见解下，对缩短树脂框架处于高温状态的时间并使抗氧化剂的溶出为最小限度的情况进行研究，从而完成了本发明。参照图2进行说明。图2是对通过本实施的制造方法来抑制固化的阻碍的情况进行说明的图表。在图2的图表中。横轴表示照射时间[sec]，纵轴表示累计光量[mJ/cm2]。这里，树脂框架的温度大体与累计光量成比例。若树脂框架的温度在恒定值以上，则在紫外线固化树脂内发生自由基淬灭而产生固化阻碍。本实施的照射工序在第1照射工序中，以比较弱的照射强度进行紫外线照射，因此抑制树脂框架的温度上升。然后，在达到自由基淬灭产生温度前提高照射强度而开始第2照射工序。通过第2照射工序，在短时间内达到需要的累计光量，从而与使照射强度为恒定的情况相比，能够缩短固化阻碍产生时间。
从第1照射工序向第2照射工序切换的方法例如也可以预先通过紫外线固化粘合剂与树脂框架的组合，测定最佳的照射强度和照射时间，从而以时间进行控制。另外，例如也可以构成为通过热电偶等与树脂框架的温度对应地变更照射强度。
根据本实施的一体化片材的制造方法，如上述那样能够缩短树脂框架处于高温状态的时间，能够抑制抗氧化剂等固化阻碍物质的溶出。其结果是，能够使紫外线固化粘合剂在短时间固化，从而使一体化片材的生产性优良。
在通过本实施的制造方法得到的一体化片材中，例如可以进一步接合气体扩散层，从而形成为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)(图1E)。另外，虽未图示，但能够通过进一步设置隔板、其他任意的结构，从而形成为燃料电池。
根据如此描述的公开内容，显而易见的是本公开的实施例可以以多种方式变化。这些变化不应被视为脱离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是所有这些修改都包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (2)

1.一种一体化片材的制造方法，该一体化片材在膜电极气体扩散层接合体接合有树脂框架，其中，
所述一体化片材的制造方法具有：
准备在膜电极接合体的至少一个面层叠有气体扩散层的层叠体的工序；
在所述层叠体涂覆紫外线固化粘合剂的工序；
在所述紫外线固化粘合剂上配置树脂框架并加压的工序；以及
向所述紫外线固化粘合剂照射紫外线的照射工序，
所述照射工序具有第1照射工序、以及与所述第1照射工序相比提高照射强度而照射紫外线的第2照射工序。
2.根据权利要求1所述的一体化片材的制造方法，其中，
在开始所述第1照射工序后，在所述树脂框架的温度达到自由基淬灭产生温度前，开始所述第2照射工序。
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