CN114228020A - 水电解复合膜批量制备用ptfe膜自动贴合方式及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小批量水电解复合膜制备中ptfe膜的贴合方式，贴合步骤如下：1、利用ptfe卷材自转并移动实现主动放卷，并使ptfe膜平铺于平台上；2、对ptfe膜进行激光切割；3、利用真空吸附将ptfe膜吸附并进行位置转换，使切割完成的ptfe膜置于基膜的正上方；4、采用鼓风式对ptfe膜施压，使其与基膜完全贴合，其中，对ptfe膜的鼓风方式采用由中间向四周扩散式；并同时公开了适用于该贴合方式的贴合装置，贴合装置可以用于小批量复合膜制备用喷涂机中，可以完成上述贴合步骤，并在本贴合方式下解决ptfe膜贴合时出现张紧拉扯变形、贴合跑偏、贴合气泡等不良问题，有效提高工作效率和成功率。

Description

水电解复合膜批量制备用ptfe膜自动贴合方式及装置

技术领域

本发明涉及一种水电解领域，尤其涉及一种水电解复合膜批量制备用ptfe膜自动贴合方式及装置。

背景技术

质子交换膜(PEM)作为一种具有较高离子电导率和化学稳定性的功能性高分子，目前已广泛应用于能源存储及转化领域。其中，燃料电池和聚合物电解质水电解池是质子交换膜成功用于新能源领域的典型代表。燃料电池由于其能量转化效率高、比功率高、环境友好等优点，在车载动力电源以及移动式电源方面具有广阔的应用前景；而水电解制氢技术，相比于传统的化石燃料制氢，具有操作条件温和、快速响应以及性能稳定等优点，成为目前引人注目的制氢技术。作为这些清洁能源技术的关键材料——质子交换膜，除了要具有较高的离子电导率外，电化学稳定性也是必须要考虑的因素。因为质子交换膜的稳定性直接决定着燃料电池及水电解池长期运行的寿命。目前水电解大多采用Nafion等全氟磺酸膜，其制备工艺大多采用在ptfe膜上涂覆全氟磺酸树脂层，但是为了提高膜的各方面性能，所以各种复合膜也应运而生，成为水电解关键技术之一，复合膜的传统制备工艺则是在基膜上涂覆树脂后再附上ptfe膜。

PTFE膜是以聚四氟乙烯为原料，采用特殊工艺，经压延、挤出、双向拉伸等方法制成的微孔性薄膜，由于该膜较为轻薄，在采用喷涂设备进行小批量复合膜的制备工艺中，通常是在旁直接裁剪出所需尺寸后，再将其置于喷涂有树脂的基膜上，实现ptfe膜与基膜的贴合，在此过程中，由于ptfe膜十分轻薄，需要工作人员异常小心的拉取，否则很容易出现拉扯变形问题，从而将会严重影响复合膜的后续涂覆、贴合等工艺；并且在手动进行ptfe膜与基膜贴合的过程中，也很容易出现ptfe膜跑偏导致贴合不全面以及贴合有气泡等问题出现，工作效率和成功率极其低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种水电解复合膜批量制备用ptfe膜自动贴合方式及装置，其优点在于，可以解决小批量复合膜在喷涂设备的制备工艺中，ptfe膜贴合时出现张紧拉扯变形、贴合跑偏、贴合气泡等不良问题，有效提高工作效率和成功率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种小批量燃料电池复合膜制备中ptfe膜和基膜的贴合方法，贴合步骤如下：

步骤1、利用ptfe卷材自转并移动实现主动放卷，并使ptfe膜平铺于平台上；

步骤2、对ptfe膜进行激光切割；

步骤3、利用真空吸附设备将切割完成的ptfe膜吸附并进行位置转换，使切割完成的ptfe膜置于喷涂机中基膜的正上方；

步骤4、采用鼓风式对ptfe膜施加风压，使其与基膜完全贴合，其中，对ptfe膜的鼓风方式采用由中间向四周扩散式。

本发明进一步设置为：步骤2中激光切割的功率为50-80W，激光切割中喷嘴的孔径小于1mm。

本发明还公开了一种适用于所述ptfe膜贴合方式的贴合装置，所述贴合装置包括工作底台，所述工作底台上设有真空吸附区，所述工作底台上位于真空吸附区的一端可拆卸设置有ptfe料辊，所述ptfe料辊可沿工作底台的长度方向转动并发生位移运动，实现ptfe膜在真空吸附区的放卷，所述工作底台上还设有对放卷后的ptfe膜作用的裁剪机构，所述工作底台上平行设有升降台，所述升降台滑移设置在工作底台上，所述升降台内设有既可对真空吸附区内裁剪后的ptfe膜进行吸取实现位移，以及对转移后的ptfe膜鼓风施压实现与基膜贴合的一体式操作台，所述一体式操作台上设有控制鼓风出风方式的遮板组件。

本发明进一步设置为：所述裁剪机构包括与激光切割系统连接的激光切割头，所述工作底台上位于ptfe料辊上方设有控制激光切割头沿工作底台长度、宽度方向滑移的X-Y方向驱动器，所述激光切割头的底部与真空吸附区区域的高度为5-10cm，所述激光切割头中喷嘴的孔径小于1mm。

本发明进一步设置为：所述一体式操作台包括贯穿升降台的台架，所述台架中设有对ptfe膜吸取的下真空吸盘以及对ptfe膜施压的上风压板，所述上风压板与下真空吸盘互相平行，且呈具有高度差的层叠状，所述下真空吸盘呈中空状，促使上风压板中风压作用至ptfe膜上，所述下真空吸盘中的真空吸附电路采用三位三通换向阀控制真空吸附和真空破坏的回路。

本发明进一步设置为：所述遮板组件包括设置在上风压板内的一双对出风口作用的挡风板，一双所述挡风板可以实现相向或者相背运动。

本发明进一步设置为：所述升降台内设有多组控制一体式操作台水平方向前后左右运动的调节气缸，所述升降台内沿一体式操作台的四周处均匀阵列设有多个与调节气缸电路信号连接的传感器。

本发明进一步设置为：所示贴合装置应用于喷涂机中，所述工作底台设置在喷涂机种吸附平台的一侧并与之平行。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在喷涂机内进行小批量复合膜生产过程中，相较于传统的传送机构对ptfe卷材张紧传送的方式进行放卷，本贴合方式利用ptfe卷材的自转实现主动放卷，可以有效避免对ptfe膜拉扯变形，同时采用激光切割替代普通刀切剪裁，进一步避免裁剪过程中对ptfe膜产生的剪切应力而造成ptfe膜边缘部分的变形，之后利用真空吸附方式实现ptfe膜的位移替代了传统的手动搬运，具有较高的效率并可以保证ptfe膜搬运过程中保持整体的平整性，最后利用鼓风的方式对ptfe膜施压，并采用由中间向四周扩散式进行施压，可以减少贴合中产生的气泡，并且可以更好的掌控与基膜之间的贴合重合度，有效提高贴合效率以及成功率；

2、针对小批量复合膜的制备，本发明提供一种贴合装置，可以直接应用于小批量复合膜制备用喷涂机中，采用可拆卸的ptfe料辊供ptfe卷材安装，并可以沿工作底台长度方向做转动以及移动，以实现在工作底台上的自然放卷，使ptfe膜平整的平铺于工作底台上，并得到真空吸附式定位，之后通过激光切割头直接进行裁剪，得到所需尺寸的ptfe膜，再通过升降台中一体式操作台的作用，实现对所裁剪ptfe膜的吸附转移至喷涂机中基膜的上方，并通过鼓风施压实现ptfe膜与基膜的贴合，在此过程中，通过遮板组件控制鼓风施压的出风方式，有效提高ptfe膜与基膜之间的贴合重合度以及减少气泡的产生；

3、一体式操作台包括上风压板和下真空吸盘，下真空吸盘可以实现对ptfe膜的整体吸附以便对ptfe膜进行转移，在转移至位置确定后，由于下真空吸盘为中空状，上风压板出风口的风压作用至ptfe膜上，使其与基膜贴合，在此过程中，一双挡风板的同时相背运动可以控制出风口的面积，控制ptfe膜从中间区域首先开始被施加风压与基膜接触，之后随着两挡风板的逐渐相向远离，上风压板的出风口面积逐渐增大，即对ptfe膜所施加的风压面积逐渐增大，促使ptfe膜逐渐增大与基膜的接触面积，即逐渐实现与基膜的完全贴合；在此过程中，利用三位三通换向阀控制真空吸附和真空破坏回路可以实现下真空吸盘也对ptfe膜边缘施加风压，从而进一步促进ptfe膜全面与基膜的贴合工序；本一体式操作台结构简单，操作方便智能，巧妙利用了真空吸附原理以及设计电路，可以同时实现对ptfe膜的吸附以及鼓风施压，具有较强的实用性；

4、本贴合装置中的一体式操作台可以实现水平方向内前后左右方位的调节，并通过传感器对基膜的检测感应，以实现调节气缸的伸缩量调控，以便精准的控制ptfe膜的方位，提高其与基膜的重合度。

附图说明

图1是贴合装置的整体结构示意图；

图2也是贴合装置的整体结构示意图，也是体现一体式操作台的示意图；

图3是贴合装置的俯视图，也是调节气缸的示意图；

图4是三位三通换向阀控制真空吸附和真空破坏的回路示意图。

图中：1、工作底台；1-1、真空吸附区；2、ptfe料辊；3、裁剪机构；3-1、X-Y方向驱动器；3-2、激光切割头；4、升降台；4-1、调节气缸；5、一体式操作台；5-1、台架；5-2、上风压板；5-3、下真空吸盘；5-4、挡风板；6、吸附平台；7、ptfe卷材；8、真空发生器；9、减压阀；10、节流阀；11、三位三通换向阀；12、过滤器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种小批量水电解复合膜制备用ptfe膜的贴合装置，如图1和2所示，本贴合装置可以直接安装至喷涂机内，贴合装置包括一个工作底台1，工作底台1安装于喷涂机中吸附平台6的一侧，且两个平台相互平行，工作底台1上设有真空吸附区1-1，工作底台1上位于真空吸附区1-1的一端可拆卸设置有ptfe料辊2，ptfe料辊2通过锁紧螺母等部件实现在工作底台1上的可拆卸连接，便于ptfe卷材7在料辊上的安装，同时料辊上可以采用端部锁紧部件，例如锁扣等部件实现ptfe卷材7在ptfe料辊2上的定位，同时ptfe料辊2通过滑轨组件实现在工作底台1上的直线滑移运动，并且ptfe料辊2本身可以通过轴承以及轴承座的连接实现其自身的转动，即本ptfe料辊2可以沿工作底台1的长度方向转动并发生位移运动，在本实施例中，由于小批量复合膜制备ptfe膜的尺寸要求较小，即可以直接手动控制ptfe料辊2的转动以及位移运动，为了方便控制，也可以加装电机等传动组件实现对ptfe膜料棍的电驱动。

如图1所示，工作底台1上设有对ptfe卷材7作用的裁剪机构3，裁剪机构3包括与激光切割系统连接的激光切割头3-2，激光切割头3-2的底部与真空吸附区1-1区域的高度为5-10cm，具体设置为5cm，激光切割头3-2中喷嘴的孔径小于1mm，具体为0.8mm，工作底台1上位于ptfe料辊2上方设有控制激光切割头3-2沿工作底台1长度、宽度方向滑移的X-Y方向驱动器3-1。

如图1和2所示，工作底台1上同时平行设有一个升降台4，升降台4通过液压缸驱动实现升降，同时工作底台1上也设置一维方向的驱动器，升降台4安装在驱动器上可以实现直线滑移运动，促使升降台4可以滑移至喷涂机中吸附平台6的正上方；升降台4内设有一体式操作台5，一体式操作台5包括贯穿升降台4的台架5-1，台架5-1中设有对ptfe膜吸取的下真空吸盘5-3以及对ptfe膜施压的上风压板5-2，下真空吸盘5-3与上风压板5-2平行，呈上下存在高度差的间距式层叠状，下真空吸盘5-3和上风压板5-2分别与各自的风机连接，由于ptfe膜较为轻薄，本装置中风机均可采用小功率的微型风机，以节约成本。

如图1和3所示，一体式操作台5上还设有控制鼓风出风方式的遮板组件，遮板组件即为一双设置在上风压板5-2内的、对出风口作用的挡风板5-4，一双挡风板5-4可以通过电机和丝杠组件的驱动实现相向或者相背运动。

如图2所示，下真空吸盘5-3呈中空状促使上风压板5-2风压可以通过下真空吸盘5-3后作用到ptfe膜上，同时下真空吸盘5-3中的真空吸附电路采用三位三通换向阀11控制真空吸附和真空破坏的回路，回路电路图如图4所示，当三位三通换向阀11的A端电磁铁通电处于上位时，真空发生器8与下真空吸盘5-3接通，下真空吸盘5-3将ptfe膜吸起；当阀11不通电时，其真空吸附状态能够被保持。当阀11的B端电磁铁通电处于下位时，压缩空气进入真空吸盘，真空被破坏，吹力使吸盘与工件脱离，吹力的大小由减压阀9设定，流量由节流阀10设定，即可以利用此吹力实现对ptfe膜的施压，促使ptfe膜与基膜的贴合，回路中，过滤器12的作用是防止在抽吸过程中将异物和粉尘吸入发生器。

与此同时，如图3所示，升降台4内还设有多组控制一体式操作台5水平方向前后左右调节的调节气缸4-1，升降台4内沿一体式操作台5的四周处均匀阵列设有多个与调节气缸4-1电路信号连接的传感器。

上述所有电器均通过电路信号与喷涂机中的PLC系统连接，并设计程序控制各电器的工作步骤。

一种采用上述贴合装置的小批量水电解复合膜制备中ptfe膜与基膜的贴合方式，具体步骤如下：

步骤1、将ptfe卷材7置于ptfe料辊2中，确定ptfe卷材7的方位后，实现ptfe卷材7端部处锁紧定位。

步骤2、手动将ptfe卷材7的衔接头端置于工作底台1上，同时开启工作底台的真空吸附功能，实现对ptfe卷材7的初步限位。

步骤3、手动控制ptfe料辊2的转动以及滑移运动，实现ptfe卷材7的放卷，使ptfe膜平铺于工作底台1上，同时真空吸附功能实现对膜全面的吸附定位。

步骤4、通过喷涂机中的控制面板控制裁剪机构3工作，通过激光切割头3-2实现对平铺于工作底台1上ptfe膜的激光切割，激光切割方式采用气动式切割，切割功率参数可采用60W，由于ptfe膜本身具备较好的耐高温和阻燃性，采用激光切割的方式可以提高ptfe膜切割边处的平整，且激光切割过程不会对ptfe膜施压造成变形。

步骤5、切割完成后，通过控制喷涂机中的控制面板，控制升降台4下降，使下真空吸盘5-3靠近ptfe膜，与此同时，工作底台1上撤销对ptfe膜的吸附定位，下真空吸盘5-3实现对ptfe膜的整体吸附。

步骤6、控制升降台4整体位移至喷涂机中吸附平台6的正上方，并控制下真空吸盘5-3与吸附平台6之间的高度差在3cm左右，通过传感器的位置监测实时控制一体式操作台5的水平方位调整，使ptfe膜与置于吸附平台6中基膜保持较高度的重合度。

步骤7、控制上风压板5-2内的风机工作，同时两挡风板5-4同时相对滑移运动，实现对上风压板5-2内出风口的逐渐“打开”，出风口处的风力首先作用到ptfe膜的中间区域中，促使ptfe膜的中间区域受风向鼓吹力与基膜接触贴合，之后由中间区域向两侧延展式，ptfe膜逐渐实现与基膜的贴合。

步骤8、在上风压板5-2的出风口完全“打开”后，控制程序控制下真空吸盘5-3中的回路变化，进行真空破坏，使下真空吸盘5-3撤销对ptfe膜吸附的同时也对其起到一定的鼓吹式风压作用，促使ptfe膜全面与基膜的贴合完成。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种ptfe膜和基膜的贴合方法，其特征在于，贴合步骤如下：

步骤1、利用ptfe卷材(7)自转移动实现主动放卷，并将ptfe膜平铺于平台上；

步骤2、对ptfe膜进行激光切割；

步骤3、利用真空吸附将切割完成的ptfe膜转移至基膜的正上方；

步骤4、对ptfe膜施加风压，使ptfe膜与基膜完全贴合，其中，对ptfe膜施加风压的方式采用由中间向四周扩散式。

2.根据权利要求1所述的贴合方法，其特征在于：步骤2中激光切割方式为气化切割，激光切割功率为50-80W。

3.一种适用于权利要求1所述的贴合方法的贴合装置，其特征在于：所述贴合装置包括工作底台(1)，所述工作底台(1)上设有真空吸附区(1-1)，所述工作底台(1)上位于真空吸附区(1-1)的一端可拆卸设置ptfe料辊(2)，所述ptfe料辊(2)可沿工作底台(1)的长度方向转动并发生位移运动，实现ptfe膜在真空吸附区(1-1)的放卷，所述工作底台(1)上还设有对放卷后的ptfe膜作用的裁剪机构(3)，所述工作底台(1)上平行设有升降台(4)，所述升降台(4)滑移设置在工作底台(1)上，所述升降台(4)内设有对真空吸附区(1-1)内裁剪后的ptfe膜进行吸取实现位移，以及对转移后的ptfe膜鼓风施压实现与基膜贴合的一体式操作台(5)，所述一体式操作台(5)上设有控制鼓风出风方式的遮板组件。

4.根据权利要求3所述的贴合装置，其特征在于：所述裁剪机构(3)包括与激光切割系统连接的激光切割头(32)，所述工作底台(1)上位于ptfe料辊(2)上方设有控制激光切割头(3-2)沿工作底台(1)长度、宽度方向滑移的X-Y方向驱动器(3-1)，所述激光切割头(3-2)的底部与真空吸附区(1-1)区域的高度为5-10cm，所述激光切割头(3-2)中喷嘴的孔径小于1mm。

5.根据权利要求3所述的贴合装置，其特征在于：所述一体式操作台(5)包括贯穿升降台(4)的台架(5-1)，所述台架(51)中设有对ptfe膜吸取的下真空吸盘(5-3)以及对ptfe膜施压的上风压板(5-2)，所述上风压板(5-2)与下真空吸盘(5-3)互相平行，且呈具有高度差的层叠状，所述下真空吸盘(5-3)呈中空状，促使上风压板(5-2)中风压作用至ptfe膜上，所述下真空吸盘(5-3)中的真空吸附电路采用三位三通换向阀(11)控制真空吸附和真空破坏的回路。

6.根据权利要求3所述的贴合装置，其特征在于：所述遮板组件包括设置在上风压板(5-2)内的一双对出风口作用的挡风板(5-4)，一双所述挡风板(5-4)可以实现相向或者相背运动。

7.根据权利要求3所述的贴合装置，其特征在于：所述升降台(4)内设有多组控制一体式操作台(5)水平方向前后左右运动的调节气缸(4-1)，所述升降台(4)内沿一体式操作台(5)的四周处均匀阵列设有多个与调节气缸(4-1)电路信号连接的传感器。

8.一种权利要求1-2任一项所述的方法或权利要求2-7任一项所述的贴合装置的应用，其特征在于：所示方法或贴合装置应用于喷涂机中。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述喷涂机中设有吸附平台(6)，所述工作底台(1)设置在所述吸附平台(6)的一侧并与之平行。

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