CN113123169A - 一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其技术方案：包括以下八个步骤，S1、制备疏水液；S2、碳纸进行放卷；S3、碳纸进行多次热浸渍；S4、对碳纸进行控湿；S5、碳纸进入干燥炉干燥处理；S6、碳纸进行热压处理；S7、碳纸进行冷却处理；S8、碳纸收卷完成。采用卷对卷自动化连续生产方式突破了传统处理方式多为片状人工手持操作生产效率低下，面向疏水液分布不均匀的弊端；解决了采用机械化喷涂方式存在的疏水剂浪费大和垂直表面方向分布不均匀等现象引起的微孔层涂覆结合不稳定或双极板接触导电性不稳定、排水性面内不均匀、透气性降低等质量问题，本工艺具备自动化程度高、碳纸质量控制精度高、生产效率高、成本低的益处。
Description
技术领域
本发明涉及自动化生产技术领域，特别是一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺。
背景技术
燃料电池扩散层用碳纸是燃料电池电化学反应过程反应气体、水交互的必经路径，要求水、气体透过性好、高导电性、良好的疏水性、孔隙分布均匀、尽量低的接触电阻、一定的机械强度，是燃料电池正常工作的核心材料部件，直接决定燃料电池的发电性能。目前市场上扩散层制作工艺中碳纸在微孔层涂覆前需经疏水处理，处理方式多为片状人工手持碳纸垂直多次浸渍操作，该方式存在平面方向上疏水剂分布不均匀的弊端，生产效率低下；或采用机械化喷涂方式，存在疏水剂浪费大和垂直表面方向分布不均匀等现象，此种生产工艺可能导致后续微孔层涂覆结合不稳定或双极板接触导电性不稳定、排水性面内不均匀、透气性降低等质量问题，
另外专利文献中，申请公布号CN110983693A，公开了一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法及装置，通过对碳纸的一端进行负压抽滤，使得疏水溶液会持续的从碳纸透过，且负压能将碳纸内的气体抽出，使得疏水材料能均匀分布于碳纸内，但是此种方法存在操作繁琐，要求高，存在疏水剂浪费大，生产效率相对较低、成本变高等缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，具有生产效率高、浸渍后疏水均匀性好，自动化程度高、碳纸质量控制精度高、成本低。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征包括以下八个步骤：
S1、制备疏水液；
S2、碳纸进行放卷；
S3、碳纸进行多次热浸渍；
S4、对碳纸进行控湿；
S5、碳纸进入干燥炉干燥处理；
S6、碳纸进行热压处理；
S7、碳纸进行冷却处理；
S8、碳纸收卷完成。
优选的：S1步骤中制备疏水液，按重量份计，选择10-20份PTFE乳液，60-70份去离子水，15-20份分散剂，然后混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了将PTFE乳液、去离子水、分散剂混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了疏水液的制备。
优选的：S2步骤中碳纸进行放卷，具体将待疏水处理的成卷碳纸装入放卷机中，所述放卷机配套具有张力检测调整、纠偏、双工位自动切换放卷、保护膜收卷的功能模块。
优选的：S3步骤中碳纸进行多次热浸渍，具体将浸液槽中的疏水液加热至50℃后，经放卷机展开的碳纸呈S型绕过浸没在浸液槽中的多个浸液辊筒表面，S型缠绕通过布置在浸液槽前后端压力调节辊按程序设定自动控制缠绕张力，且浸液槽中设置有乳液浓度检测系统、乳液自动循环供料系统，用于控制乳液固含量的均衡性。
优选的：S4步骤中对碳纸进行控湿，控湿用吸湿辊配套吸湿辊去水压辊，确保吸湿辊的持续稳定的有效性，具体为碳纸出浸液槽后经过一对吸湿辊，将碳纸两表面多余的乳液吸去，紧接着经过低温风干区，使碳纸表面水分恢复，实现半干状态。
优选的：S5步骤中所述干燥炉位半封闭式结构，温度控制精度高，干燥的温度为190-210℃之间，干燥炉加热方式有热风循环加热或油加热或辐射加热。
优选的：S6步骤中碳纸进行热压处理，具体为经控湿后的碳纸进入一对热压辊，热压辊可调节辊间间隙和碳纸所受压力，热压辊的温度在50-120℃。
优选的：热压时通过厚度检测传感器对碳纸热压前后的厚度进行检测。
优选的：S7步骤中碳纸进行冷却处理，经热压后的碳纸在室温下进行半封闭隧道式风冷炉，所述风冷炉通入防静电处理过的离子风，并控制为微正压。
优选的：S8步骤中碳纸收卷通过收卷机将冷却后的碳纸进行同步覆膜收卷，所述覆膜与碳纸同步单侧加压后进行收卷，收卷机具有张力检测调节、纠偏、双工位自动切换收卷功能模块。
本发明具有有益效果为：
采用卷对卷自动化连续生产方式突破了传统处理方式多为片状人工手持操作生产效率低下，面向疏水液分布不均匀的弊端；采用多次缠绕热浸渍、自动控湿、干燥、热压工艺解决了采用机械化喷涂方式存在的疏水剂浪费大和垂直表面方向分布不均匀等现象引起的微孔层涂覆结合不稳定或双极板接触导电性不稳定、排水性面内不均匀、透气性降低等质量问题，本工艺具备自动化程度高、碳纸质量控制精度高、生产效率高、成本低的益处。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明工艺立面布置图。
具体实施方式
结合附图1-2，对本发明较佳实施例做进一步详细说明。
实施例一
一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征包括以下八个步骤：
S1、制备疏水液；按重量份计，选择10-20份PTFE乳液，60-70份去离子水，15-20份分散剂，然后混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了将PTFE乳液、去离子水、分散剂混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了疏水液的制备。
S2、碳纸进行放卷；具体将待疏水处理的成卷碳纸装入放卷机中，所述放卷机配套具有张力检测调整、纠偏、双工位自动切换放卷、保护膜收卷的功能模块，便于调节和切换工位。
S3、碳纸进行多次热浸渍；具体将浸液槽中的疏水液加热至50℃后，经放卷机展开的碳纸呈S型绕过浸没在浸液槽中的多个浸液辊筒表面，S型缠绕通过布置在浸液槽前后端压力调节辊按程序设定自动控制缠绕张力。
S4、对碳纸进行控湿；控湿用吸湿辊配套吸湿辊去水压辊，确保吸湿辊的持续稳定的有效性，具体为碳纸出浸液槽后经过一对吸湿辊，将碳纸两表面多余的乳液吸去，紧接着经过低温风干区，使碳纸表面水分恢复，实现半干状态。
S5、碳纸进入干燥炉干燥处理；所述干燥炉位半封闭式结构，温度控制精度高，干燥的温度为190-210℃之间，干燥炉加热方式有热风循环加热或油加热或辐射加热。
S6、碳纸进行热压处理；热压时通过厚度检测传感器对碳纸热压前后的厚度进行检测，具体为经控湿后的碳纸进入一对热压辊，热压辊可调节辊间间隙和碳纸所受压力，热压辊的温度在50-120℃。
S7、碳纸进行冷却处理；经热压后的碳纸在室温下进行半封闭隧道式风冷炉，所述风冷炉通入防静电处理过的离子风，并控制为微正压。
S8、碳纸收卷完成；碳纸收卷通过收卷机将冷却后的碳纸进行同步覆膜收卷，所述覆膜与碳纸同步单侧加压后进行收卷，收卷机具有张力检测调节、纠偏、双工位自动切换收卷功能模块。
采用卷对卷自动化连续生产方式突破了传统处理方式多为片状人工手持操作生产效率低下，面向疏水液分布不均匀的弊端；采用多次缠绕热浸渍、自动控湿、干燥、热压工艺解决了采用机械化喷涂方式存在的疏水剂浪费大和垂直表面方向分布不均匀等现象引起的微孔层涂覆结合不稳定或双极板接触导电性不稳定、排水性面内不均匀、透气性降低等质量问题，本工艺具备自动化程度高、碳纸质量控制精度高、生产效率高、成本低的益处。
实施例二：
一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，包括以下八个步骤：
S1、制备疏水液；按重量份计，选择20份PTFE乳液，65份去离子水，15份分散剂，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了将PTFE乳液、去离子水、分散剂混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了疏水液的制备。
S2、碳纸进行放卷；具体将待疏水处理的成卷碳纸装入放卷机中，所述放卷机配套具有张力检测调整、纠偏、双工位自动切换放卷、保护膜收卷的功能模块，便于调节和切换工位。
S3、碳纸进行多次热浸渍；具体将浸液槽中的疏水液加热至50℃后，经放卷机展开的碳纸呈S型绕过浸没在浸液槽中的多个浸液辊筒表面，S型缠绕通过布置在浸液槽前后端压力调节辊按程序设定自动控制缠绕张力。
S4、对碳纸进行控湿；控湿用吸湿辊配套吸湿辊去水压辊，确保吸湿辊的持续稳定的有效性，具体为碳纸出浸液槽后经过一对吸湿辊，将碳纸两表面多余的乳液吸去，紧接着经过低温风干区，使碳纸表面水分恢复，实现半干状态。
S5、碳纸进入干燥炉干燥处理；所述干燥炉位半封闭式结构，温度控制精度高，干燥的温度为190℃，干燥炉加热方式有热风循环加热或油加热或辐射加热。
S6、碳纸进行热压处理；热压时通过厚度检测传感器对碳纸热压前后的厚度进行检测，具体为经控湿后的碳纸进入一对热压辊，热压辊可调节辊间间隙和碳纸所受压力，热压辊的温度在90℃。
S7、碳纸进行冷却处理；经热压后的碳纸在室温下进行半封闭隧道式风冷炉，所述风冷炉通入防静电处理过的离子风，并控制为微正压。
S8、碳纸收卷完成；碳纸收卷通过收卷机将冷却后的碳纸进行同步覆膜收卷，所述覆膜与碳纸同步单侧加压后进行收卷，收卷机具有张力检测调节、纠偏、双工位自动切换收卷功能模块。
实施例三：
一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，包括以下八个步骤：
S1、制备疏水液；按重量份计，选择10份PTFE乳液，70份去离子水，20份分散剂，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了将PTFE乳液、去离子水、分散剂混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了疏水液的制备。
S2、碳纸进行放卷；具体将待疏水处理的成卷碳纸装入放卷机中，所述放卷机配套具有张力检测调整、纠偏、双工位自动切换放卷、保护膜收卷的功能模块，便于调节和切换工位。
S3、碳纸进行多次热浸渍；具体将浸液槽中的疏水液加热至50℃后，经放卷机展开的碳纸呈S型绕过浸没在浸液槽中的多个浸液辊筒表面，S型缠绕通过布置在浸液槽前后端压力调节辊按程序设定自动控制缠绕张力，且浸液槽中设置有乳液浓度检测系统、乳液自动循环供料系统，用于控制乳液固含量的均衡性。
S4、对碳纸进行控湿；控湿用吸湿辊配套吸湿辊去水压辊，确保吸湿辊的持续稳定的有效性，具体为碳纸出浸液槽后经过一对吸湿辊，将碳纸两表面多余的乳液吸去，紧接着经过低温风干区，使碳纸表面水分恢复，实现半干状态。
S5、碳纸进入干燥炉干燥处理；所述干燥炉位半封闭式结构，温度控制精度高，干燥的温度为210℃，干燥炉加热方式有热风循环加热或油加热或辐射加热。
S6、碳纸进行热压处理；热压时通过厚度检测传感器对碳纸热压前后的厚度进行检测，具体为经控湿后的碳纸进入一对热压辊，热压辊可调节辊间间隙和碳纸所受压力，热压辊的温度在90℃。
S7、碳纸进行冷却处理；经热压后的碳纸在室温下进行半封闭隧道式风冷炉，所述风冷炉通入防静电处理过的离子风，并控制为微正压。
S8、碳纸收卷完成；碳纸收卷通过收卷机将冷却后的碳纸进行同步覆膜收卷，所述覆膜与碳纸同步单侧加压后进行收卷，收卷机具有张力检测调节、纠偏、双工位自动切换收卷功能模块。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征包括以下八个步骤：
S1、制备疏水液；
S2、碳纸进行放卷；
S3、碳纸进行多次热浸渍；
S4、对碳纸进行控湿；
S5、碳纸进入干燥炉干燥处理；
S6、碳纸进行热压处理；
S7、碳纸进行冷却处理；
S8、碳纸收卷完成。
2.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S1步骤中制备疏水液，按重量份计，选择10-20份PTFE乳液，60-70份去离子水，15-20份分散剂，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了将PTFE乳液、去离子水、分散剂混合均匀，在密闭的容器内超声分散20min，然后高速机械搅拌40min，最后将混合均匀的疏水液排入浸渍槽，即完成了疏水液的制备。
3.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S2步骤中碳纸进行放卷，具体将待疏水处理的成卷碳纸装入放卷机中，所述放卷机配套具有张力检测调整、纠偏、双工位自动切换放卷、保护膜收卷的功能模块。
4.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S3步骤中碳纸进行多次热浸渍，具体将浸液槽中的疏水液加热至50℃后，经放卷机展开的碳纸呈S型绕过浸没在浸液槽中的多个浸液辊筒表面，S型缠绕通过布置在浸液槽前后端压力调节辊按程序设定自动控制缠绕张力，且浸液槽中设置有乳液浓度检测系统、乳液自动循环供料系统，用于控制乳液固含量的均衡性。
5.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S4步骤中对碳纸进行控湿，控湿用吸湿辊配套吸湿辊去水压辊，具体为碳纸出浸液槽后经过一对吸湿辊，将碳纸两表面多余的乳液吸去，紧接着经过低温风干区，使碳纸表面水分恢复，实现半干状态。
6.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S5步骤中所述干燥炉位半封闭式结构，干燥的温度为190-210℃之间，干燥炉加热方式有热风循环加热或油加热或辐射加热。
7.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S6步骤中碳纸进行热压处理，具体为经控湿后的碳纸进入一对热压辊，热压辊可调节辊间间隙和碳纸所受压力，热压辊的温度在50-120℃。
8.根据权利要求7所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：热压时通过厚度检测传感器对碳纸热压前后的厚度进行检测。
9.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S7步骤中碳纸进行冷却处理，经热压后的碳纸在室温下进行半封闭隧道式风冷炉，所述风冷炉通入防静电处理过的离子风，并控制为微正压。
10.根据权利要求1所述的一种供燃料电池扩散层用碳纸疏水处理工艺，其特征在于：S8步骤中碳纸收卷通过收卷机将冷却后的碳纸进行同步覆膜收卷，所述覆膜与碳纸同步单侧加压后进行收卷，收卷机具有张力检测调节、纠偏、双工位自动切换收卷功能模块。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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