CN114855506B - 一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，涉及碳纸加工技术领域，包括浸渍箱，浸渍箱内存储树脂，浸渍箱中设置有引导组件，该引导组件将碳纸原纸引导至浸渍箱中，并支撑碳纸原纸水平输送，浸渍箱中设置有主驱辊和副驱辊，浸渍箱的内部固定安装有支座，主驱辊与副驱辊均转动安装于拉平辊的内侧，碳纸原纸浸入浸渍箱中树脂后穿过拉平辊与副驱辊之间的间隙。本发明利通过带动两组压液板在碳纸原纸的上方和下方摆动，会压动树脂溶液在碳纸原纸上产生一个沿碳纸原纸表面垂直的流动驱动，进而使树脂溶液可以加充分快速的渗入碳纸原纸的内部，进而极大的提高碳纸的生产质量，并加快碳纸加工的生产效率。

Description

一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置
技术领域
本发明涉及碳纸加工技术领域，具体涉及一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置。
背景技术
碳纸(碳布)，又称为碳纤维纸(布)，是燃料电池实验的专用材料，即气体扩散层，气体扩散层为燃料电池的心脏-膜电极组(MEA)中一项不可或缺的材料，它扮演着MEA与双极板之间的沟通桥梁角色。为了满足PEMFC对于碳纸高机械强度的要求，碳纸原纸还需要通过树脂浸渍来进一步提高强度，然后通过热压成型赋予碳纸原纸良好的树脂界面结合性、表面平整性及孔隙结构特性。
现有的树脂浸渍技术中，多是将碳纸原纸直接浸入树脂溶液中，并使其不断输送，而碳纸原纸的单方向输送，仅是单向穿过树脂溶液，树脂溶液较为粘稠，缺乏向碳纸原纸内部进行渗透的压力，从而导致浸渍效果较差，浸渍时间较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，包括浸渍箱，浸渍箱内存储树脂，浸渍箱中设置有引导组件，该引导组件将碳纸原纸引导至浸渍箱中，并支撑碳纸原纸水平输送，浸渍箱中设置有主驱辊和副驱辊，浸渍箱的内部固定安装有支座，主驱辊与副驱辊均转动安装于拉平辊的内侧，碳纸原纸浸入浸渍箱中树脂后穿过拉平辊与副驱辊之间的间隙，驱动主驱辊转动，即可带动碳纸原纸进行运动输送，并配合外部的收卷设备对碳纸原纸进行收卷，浸渍箱对应主驱辊两端的内壁上均转动安装有摆动座，摆动座的内部设置有水平扁平槽，主驱辊的外端通过转轴固定连接有转盘，转盘的边缘处固定连接有与水平轴向倾斜设置的斜插杆，斜插杆活动插接于扁平槽的内部，摆动座的顶部和底部均通过连接架固定连接有压液板，且两组压液板分别位于碳纸原纸的上方和下方，两个摆动座上的压液板相互错位设置，避免产生碰撞和干涉，主驱辊通过转动带动碳纸原纸在浸渍箱中输送，进行树脂的不断浸渍，同时，也会带动转盘转动，使斜插杆沿周向运动，而扁平槽可以支撑和适应斜插杆水方向的运动，因此斜插杆周转，会带动摆动座上下摆动，进而带动两组压液板在碳纸原纸的上方和下方摆动，进而推进树脂溶液在浸渍箱中不断波动，而碳纸原纸的单方向输送，仅是单向穿过树脂溶液，而树脂溶液较为粘稠，缺乏向碳纸原纸内部进行渗透的压力，而两组压液板的不断摆动，会压动树脂溶液在碳纸原纸上产生一个沿碳纸原纸表面垂直的流动驱动，进而使树脂溶液可以加充分快速的渗入碳纸原纸的内部，进而极大的提高碳纸的生产质量，并加快碳纸加工的生产效率。
优选的，引导组件包括两组导向辊和两组拉平辊，两组导向辊分别安装在浸渍箱两端的顶部，用于将碳纸原纸引入和引出，两组拉平辊分别安装在浸渍箱两端的内壁，两组拉平辊将碳纸原纸拉平，碳纸原纸经其中一组导向辊引入浸渍箱中后，向下穿过一组拉平辊，再横向穿过另一组拉平辊后，向上穿过另一组导向辊，即可完成对碳纸原纸的导向牵引，使两个拉平辊之间的碳纸原纸，可以水平的穿过主驱辊和副驱辊。
优选的，主驱辊的其中一端固定连接有带轮，浸渍箱的外部设置有驱动电机，该驱动电机通过皮带与带轮传动连接，并驱动主驱辊进行转动，从而实现对主驱辊的转动驱动。
摆动座的内部设置有存储腔，存储腔中存储用以对树脂进行改性材料，压液板的内侧固定连接有喷头，存储腔通过引出管与各喷头连接，存储腔中的改性材料通过喷头向喷出，并融入至树脂溶液中。
优选的，扁平槽的外部端口处设置有滑套，滑套沿扁平槽的端口处滑动，斜插杆贯穿滑套，并与滑套转动连接，进而可以利用滑套对斜插杆进行进一步支撑，并利用滑套抵消斜插杆因周转而产生自转对扁平槽端口的损耗。
优选的，摆动座上固定安装有进气管，进气管与浸渍箱的外部连接，存储腔与扁平槽之间设置有连接管，进气管的内部、连接管的内部以及引出管的内部均设置有单向阀，滑套与斜插杆之间设置有密封圈，滑套与扁平槽的端壁之间设置有对扁平槽进行密封的密封件，三组单向阀的仅允许气体向喷头处流动，进而在实际运动时，斜插杆在扁平槽中不断摆动，在激流凸条的两侧形成对扁平槽的挤压区，从而在斜插杆摆动的同时，也会将部分气体挤入至存储腔中，而由单向阀作用，存储腔中的气体增多，也会向喷头处输送，从而将存储腔中粉末状的材料吹出，同时，利用进气管的连接使得外部气体可以补偿至扁平槽中，以此实现循环，实现向树脂溶液中添加改性材料的功能，而由于材料跟随气体进入树脂材料，而气体会增加竖直溶液的运动，从而提高材料的融入速度，并跟随着压液板的不断摆动，对竖直溶液进行充分搅拌，进一步的加快材料的融合速率。
优选的，密封件为密封软罩，密封软罩分别与摆动座的外壁以及滑套的外壁固定连接，进而使密封软罩与扁平槽之间形成封闭空间，以支撑斜插杆对空气的挤压。
优选的，斜插杆的外壁固定连接有多组激流凸条，且激流凸条沿斜插杆的外壁螺旋倾斜设置，在转盘带动斜插杆周转时，斜插杆在扁平槽的内部也产生自转，进而随着斜插杆在转盘中的运动，当激流凸条经过连接管处时，会将气体挤入至连接管中，从而加强对气体的流动驱动，进一步的提高喷头的喷气效果。
优选的，存储腔中安装有加料管，加料管延伸至摆动座的外部，加料管用于向存储腔中添加材料，加料管可以连接其他的材料提供设备，例如利用泵体将材料送入，或者使扁平槽与更大的材料存储设备连接，利用材料自重向存储腔中补充，也可以在加料管设置密封盖，一次向存储腔中装满后封闭加料管，等待用完后再次添加，从而完成材料的补充。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、本发明利通过在主驱辊的两端均设置摆动座，并在摆动座上安装两组压液板，驱动主驱辊转动带动碳纸原纸输送，并带动摆动座上下摆动，进而带动两组压液板在碳纸原纸的上方和下方摆动，进而推进树脂溶液在浸渍箱中不断波动，而碳纸原纸的单方向输送，会压动树脂溶液在碳纸原纸上产生一个沿碳纸原纸表面垂直的流动驱动，进而使树脂溶液可以加充分快速的渗入碳纸原纸的内部，进而极大的提高碳纸的生产质量，并加快碳纸加工的生产效率；
2、本发明通过在压液板上设置喷头，并在摆动座中设置存储腔，利用密封软罩对扁平槽进行封闭，利用斜插杆将气体挤入至存储腔中，将存储腔中粉末状的材料吹出，实现向树脂溶液中添加改性材料的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明浸渍箱内部结构的主视图。
图2为本发明浸渍箱内部结构的侧视图。
图3为本发明图1中摆动座的结构放大图。
图4为本发明摆动座的剖视图。
图5为本发明两组压液板的另一种工作状态示意图。
附图标记说明：
1、浸渍箱；11、导向辊；12、拉平辊；13、支座；2、主驱辊；21、转盘；22、斜插杆；23、带轮；24、激流凸条；3、副驱辊；4、摆动座；41、扁平槽；42、存储腔；43、滑套；44、连接管；45、引出管；46、进气管；47、加料管；48、密封软罩；5、压液板；51、喷头。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
树脂浸渍热压是有效提高碳纸强度与表面平整性，并平衡透气性与强度性能的关键技术。为了满足PEMFC对于碳纸高机械强度的要求，碳纸原纸还需要通过树脂浸渍来进一步提高强度，然后通过热压成型赋予碳纸原纸良好的树脂界面结合性、表面平整性及孔隙结构特性。研究表明，酚醛树脂转化的树脂碳对环境污染小，易于渗透到纤维，并且碳化后有着较高的碳含量和良好的碳化结构，故酚醛树脂被认为是碳纸原纸浸渍热压成型的良好助剂。当浸渍酚醛树脂用量15％时，燃料电池在0.5V和1.2N·m转矩下的电流密度可达202A/m2。但是，纯酚醛树脂存在脆性大、韧性差的问题，限制碳纸力学和电学性能进一步提升。另外，酚醛树脂在热压过程中短切碳纤维间膜状扩张会导致气孔大小和分布不均，以及气孔率低的缺陷；研究显示，氢气和氧气的传递与液态水的传导贯穿于燃料电池工作中，透气均匀性及水传递性能对燃料电池性能和催化剂性能存在较大影响。透气率与碳纸孔隙率和压缩率有关，通常碳纸孔隙率在60％～80％之间。因此，如何平衡碳纸原纸酚醛树脂浸渍热压过程碳纸的强度、表面平整性、孔隙率和透气度关系是这一处理过程的技术难点。根据国内外最新研究资料，采用纳米碳纤维改性酚醛树脂方法，可以改善酚醛树脂韧性、耐热性等性能，实现碳纸强度性能、导电性能和孔隙率的协同提升，例如酚醛树脂浸渍过程添加碳纳米管，碳纸导电率可以从66S/cm提高到175S/cm。另外，项目团队前期研究发现，酚醛树脂涂布浸渍过程存在粘辊问题，影响碳纸树脂浸渍过程表面平整性及批量生产工艺；同时，研究显示，热压成型温度、时间对碳纸孔隙结构和强度性能也具有重要影响作用。合适的热压工艺，有助于提升碳纤维与酚醛树脂的界面结合，改善碳纸表面平整性，有效降低碳纸表面接触电阻。
实施例1
本发明提供了如图1至图5所示的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，包括浸渍箱1，浸渍箱1内存储树脂，浸渍箱1中设置有引导组件，该引导组件将碳纸原纸引导至浸渍箱1中，并支撑碳纸原纸水平输送，浸渍箱1中设置有主驱辊2和副驱辊3，浸渍箱1的内部固定安装有支座13，主驱辊2与副驱辊3均转动安装于拉平辊12的内侧，碳纸原纸浸入浸渍箱1中树脂后穿过拉平辊12与副驱辊3之间的间隙，驱动主驱辊2转动，即可带动碳纸原纸进行运动输送，并配合外部的收卷设备对碳纸原纸进行收卷，浸渍箱1对应主驱辊2两端的内壁上均转动安装有摆动座4，摆动座4的内部设置有水平扁平槽41，主驱辊2的外端通过转轴固定连接有转盘21，转盘21的边缘处固定连接有与水平轴向倾斜设置的斜插杆22，斜插杆22活动插接于扁平槽41的内部，摆动座4的顶部和底部均通过连接架固定连接有压液板5，且两组压液板5分别位于碳纸原纸的上方和下方，两个摆动座4上的压液板5相互错位设置，避免产生碰撞和干涉，主驱辊2通过转动带动碳纸原纸在浸渍箱1中输送，进行树脂的不断浸渍，同时，也会带动转盘21转动，使斜插杆22沿周向运动，而扁平槽41可以支撑和适应斜插杆22水方向的运动，因此斜插杆22周转，会带动摆动座4上下摆动，进而带动两组压液板5在碳纸原纸的上方和下方摆动，进而推进树脂溶液在浸渍箱1中不断波动，而碳纸原纸的单方向输送，仅是单向穿过树脂溶液，而树脂溶液较为粘稠，缺乏向碳纸原纸内部进行渗透的压力，而两组压液板5的不断摆动，会压动树脂溶液在碳纸原纸上产生一个沿碳纸原纸表面垂直的流动驱动，进而使树脂溶液可以加充分快速的渗入碳纸原纸的内部，进而极大的提高碳纸的生产质量，并加快碳纸加工的生产效率。
进一步的，在上述技术方案中，如图1所示，引导组件包括两组导向辊11和两组拉平辊12，两组导向辊11分别安装在浸渍箱1两端的顶部，用于将碳纸原纸引入和引出，两组拉平辊12分别安装在浸渍箱1两端的内壁，两组拉平辊12将碳纸原纸拉平，碳纸原纸经其中一组导向辊11引入浸渍箱1中后，向下穿过一组拉平辊12，再横向穿过另一组拉平辊12后，向上穿过另一组导向辊11，即可完成对碳纸原纸的导向牵引，使两个拉平辊12之间的碳纸原纸，可以水平的穿过主驱辊2和副驱辊3。
进一步的，在上述技术方案中，如图1所示，主驱辊2的其中一端固定连接有带轮23，浸渍箱1的外部设置有驱动电机，该驱动电机通过皮带与带轮23传动连接，并驱动主驱辊2进行转动，从而实现对主驱辊2的转动驱动。
工作原理：利用导向辊11和拉平辊12将碳纸原纸引入至浸渍箱1中浸渍树脂，并使碳纸原纸穿过主驱辊2与副驱辊3，从而让通过驱动主驱辊2转动，实现对碳纸原纸的输送，而通过在主驱辊2的两端均设置摆动座4，并在摆动座4上安装两组压液板5，进而利用斜插杆22与扁平槽41的配合，当主驱辊2转动时，扁平槽41可以支撑和适应斜插杆22水方向的运动，因此斜插杆22周转，会带动摆动座4上下摆动，进而带动两组压液板5在碳纸原纸的上方和下方摆动，进而推进树脂溶液在浸渍箱1中不断波动，而碳纸原纸的单方向输送，会压动树脂溶液在碳纸原纸上产生一个沿碳纸原纸表面垂直的流动驱动，进而使树脂溶液可以加充分快速的渗入碳纸原纸的内部，进而极大的提高碳纸的生产质量，并加快碳纸加工的生产效率。
实施例2
基于实施例1，如图1至图4所示的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，摆动座4的内部设置有存储腔42，存储腔42中存储用以对树脂进行改性材料，压液板5的内侧固定连接有喷头51，存储腔42通过引出管45与各喷头51连接，存储腔42中的改性材料通过喷头51向喷出，并融入至树脂溶液中。
进一步的，在上述技术方案中，如图3和图4所示，扁平槽41的外部端口处设置有滑套43，滑套43沿扁平槽41的端口处滑动，斜插杆22贯穿滑套43，并与滑套43转动连接，进而可以利用滑套43对斜插杆22进行进一步支撑，并利用滑套43抵消斜插杆22因周转而产生自转对扁平槽41端口的损耗。
进一步的，在上述技术方案中，如图3所示，摆动座4上固定安装有进气管46，进气管46与浸渍箱1的外部连接，存储腔42与扁平槽41之间设置有连接管44，进气管46的内部、连接管44的内部以及引出管45的内部均设置有单向阀，滑套43与斜插杆22之间设置有密封圈，滑套43与扁平槽41的端壁之间设置有对扁平槽41进行密封的密封件，三组单向阀的仅允许气体向喷头51处流动，进而在实际运动时，斜插杆22在扁平槽41中不断摆动，在激流凸条24的两侧形成对扁平槽41的挤压区，从而在斜插杆22摆动的同时，也会将部分气体挤入至存储腔42中，而由单向阀作用，存储腔42中的气体增多，也会向喷头51处输送，从而将存储腔42中粉末状的材料吹出，同时，利用进气管46的连接使得外部气体可以补偿至扁平槽41中，以此实现循环，实现向树脂溶液中添加改性材料的功能，而由于材料跟随气体进入树脂材料，而气体会增加竖直溶液的运动，从而提高材料的融入速度，并跟随着压液板5的不断摆动，对竖直溶液进行充分搅拌，进一步的加快材料的融合速率。
进一步的，在上述技术方案中，如图4所示，密封件为密封软罩48，密封软罩48分别与摆动座4的外壁以及滑套43的外壁固定连接，进而使密封软罩48与扁平槽41之间形成封闭空间，以支撑斜插杆22对空气的挤压。
进一步的，在上述技术方案中，如图3所示，斜插杆22的外壁固定连接有多组激流凸条24，且激流凸条24沿斜插杆22的外壁螺旋倾斜设置，在转盘21带动斜插杆22周转时，斜插杆22在扁平槽41的内部也产生自转，进而随着斜插杆22在转盘21中的运动，当激流凸条24经过连接管44处时，会将气体挤入至连接管44中，从而加强对气体的流动驱动，进一步的提高喷头51的喷气效果。
进一步的，在上述技术方案中，如图3所示，存储腔42中安装有加料管47，加料管47延伸至摆动座4的外部，加料管47用于向存储腔42中添加材料，加料管47可以连接其他的材料提供设备，例如利用泵体将材料送入，或者使扁平槽41与更大的材料存储设备连接，利用材料自重向存储腔42中补充，也可以在加料管47设置密封盖，一次向存储腔42中装满后封闭加料管47，等待用完后再次添加，从而完成材料的补充。
工作原理：通过在压液板5上设置喷头51，并在摆动座4中设置存储腔42，利用密封软罩48对扁平槽41进行封闭，进而在实际运动时，斜插杆22在扁平槽41中不断摆动，在激流凸条24的两侧形成对扁平槽41的挤压区，从而在斜插杆22摆动的同时，也会将部分气体挤入至存储腔42中，而由单向阀作用，存储腔42中的气体增多，也会向喷头51处输送，从而将存储腔42中粉末状的材料吹出，同时，利用进气管46的连接使得外部气体可以补偿至扁平槽41中，以此实现循环，实现向树脂溶液中添加改性材料的功能，而由于材料跟随气体进入树脂材料，而气体会增加竖直溶液的运动，从而提高材料的融入速度，并跟随着压液板5的不断摆动，对竖直溶液进行充分搅拌，进一步的加快材料的融合速率，若材料添加量大或是速度要求较快，也可以直接采用鼓风设备向存储腔42中吹气。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，包括浸渍箱(1)，所述浸渍箱(1)内存储树脂，所述浸渍箱(1)中设置有引导组件，该引导组件将碳纸原纸引导至浸渍箱(1)中，所述浸渍箱(1)中设置有主驱辊(2)和副驱辊(3)，其特征在于：所述浸渍箱(1)的内部固定安装有支座(13)，所述主驱辊(2)与副驱辊(3)均转动安装于拉平辊(12)的内侧，所述浸渍箱(1)对应主驱辊(2)两端的内壁上均转动安装有摆动座(4)，所述摆动座(4)的内部设置有水平扁平槽(41)，所述主驱辊(2)的外端通过转轴固定连接有转盘(21)，所述转盘(21)的边缘处固定连接有与水平轴向倾斜设置的斜插杆(22)，所述斜插杆(22)活动插接于扁平槽(41)的内部，所述摆动座(4)的顶部和底部均通过连接架固定连接有压液板(5)，且两组所述压液板(5)分别位于碳纸原纸的上方和下方，所述主驱辊(2)通过转动带动碳纸原纸在浸渍箱(1)中输送，并带动摆动座(4)上下摆动，使两组压液板(5)摆动。
2.根据权利要求1所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述引导组件包括两组导向辊(11)和两组拉平辊(12)，两组所述导向辊(11)分别安装在浸渍箱(1)两端的顶部，用于将碳纸原纸引入和引出，两组所述拉平辊(12)分别安装在浸渍箱(1)两端的内壁，两组所述拉平辊(12)将碳纸原纸拉平。
3.根据权利要求1所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述主驱辊(2)的其中一端固定连接有带轮(23)，所述浸渍箱(1)的外部设置有驱动电机，该驱动电机通过皮带与带轮(23)传动连接。
4.根据权利要求1所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述摆动座(4)的内部设置有存储腔(42)，所述存储腔(42)中存储用以对树脂进行改性材料，所述压液板(5)的内侧固定连接有喷头(51)，所述存储腔(42)通过引出管(45)与各喷头(51)连接。
5.根据权利要求4所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述扁平槽(41)的外部端口处设置有滑套(43)，所述滑套(43)沿扁平槽(41)的端口处滑动，所述斜插杆(22)贯穿滑套(43)，并与滑套(43)转动连接。
6.根据权利要求5所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述摆动座(4)上固定安装有进气管(46)，所述进气管(46)与浸渍箱(1)的外部连接，所述存储腔(42)与扁平槽(41)之间设置有连接管(44)，所述进气管(46)的内部、连接管(44)的内部以及引出管(45)的内部均设置有单向阀，所述滑套(43)与斜插杆(22)之间设置有密封圈，所述滑套(43)与扁平槽(41)的端壁之间设置有对扁平槽(41)进行密封的密封件。
7.根据权利要求6所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述密封件为密封软罩(48)，所述密封软罩(48)分别与摆动座(4)的外壁以及滑套(43)的外壁固定连接。
8.根据权利要求6所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述斜插杆(22)的外壁固定连接有多组激流凸条(24)，且所述激流凸条(24)沿斜插杆(22)的外壁螺旋倾斜设置。
9.根据权利要求6所述的一种高性能碳纸用原纸的树脂浸渍装置，其特征在于：所述存储腔(42)中安装有加料管(47)，所述加料管(47)延伸至摆动座(4)的外部，所述加料管(47)用于向存储腔(42)中添加材料。
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