CN214672710U - 一种增强型复合质子交换膜的制造设备 - Google Patents

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梁华根
季山
武晓云
王荣方
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Abstract

本实用新型公开了一种增强型复合质子交换膜的制造设备，包括：放卷装置、收卷装置、等离子体处理装置、喷淋清洗装置、浸渍槽和辊压机，ePTFE膜缠绕在放卷装置上，ePTFE膜绕过若干个第一牵引辊，放卷装置和收卷装置之间依次设置有等离子体处理装置、喷淋清洗装置、浸渍槽和辊压机，等离子体处理装置通过等离子体处理气体处理ePTFE膜表面，喷淋清洗装置和浸渍槽之间设置有第一烘箱，浸渍槽和辊压机之间设置有第二烘箱。本实用新型公开的一种增强型复合质子交换膜的制造设备，多孔ePTFE膜卷材浸渍全氟磺酸树脂溶液前先进行等离子体处理，质子交换膜的一次成型，生产高效、操作过程简单，可以实现大规模批量生产。

Description

一种增强型复合质子交换膜的制造设备
技术领域
本实用新型属于燃料电池质子交换膜生产领域，尤其涉及一种增强型复合质子交换膜的制造设备。
背景技术
质子交换膜是质子交换膜燃料电池的重要核心部件之一，主要起到传导质子、隔绝燃料的作用，其厚度、强度、质子传导率直接决定了燃料电池的性能。超薄质子交换膜通常是由ePTFE(膨体聚四氟乙烯)为衬底，复合全氟磺酸树脂所制成的。
现有的质子交换膜生产过程中，均存在一些缺陷。如中国专利201811452921.6中公开了一种ePTFE增强型质子交换膜成型方法，采用ePTFE膜包裹板状工作电极，通过电沉积的方式，在阳离子交换树脂溶液中，将树脂沉积在ePTFE的表面，通过调控沉积电流或电压、溶液组分、工作电极浸润面积、电极距离和沉积时间，制备不同厚度的增强膜。但是，阳离子交换树脂溶液粘度较高、迁移速度慢，并且制备的增强膜面积小，导致成品率低及成本高。另外中国专利201120260407.X中公开了一种用于燃料电池的质子交换膜，该方法将溶解有聚苯并咪唑的有机溶液滴涂在具有孔隙的聚四氟乙烯膜上，再依次浸渍于磷钨酸、磷钼酸或者硅钨酸的水溶液和磷酸或者多聚磷酸中，得到复合膜。该方法制备的复合膜存在电导率较低以及质子传导体分布不均的缺点。因此，缺少一种质子交换膜生产装置，以解决现有技术中存在的质子交换膜难以批量化生产，以及质子传导性较差的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种增强型复合质子交换膜的制造设备，对多孔ePTFE膜卷材经过等离子体处理，质子交换膜的一次成型，生产高效、操作过程简单，可以实现大规模批量生产。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种增强型复合质子交换膜的制造设备，包括：放卷装置、收卷装置、等离子体处理装置、喷淋清洗装置、浸渍槽和辊压机，ePTFE膜缠绕在放卷装置上，放卷装置和收卷装置之间设置有若干个第一牵引辊，ePTFE膜绕过若干个第一牵引辊，放卷装置和收卷装置之间依次设置有等离子体处理装置、喷淋清洗装置、浸渍槽和辊压机，等离子体处理装置通过等离子体处理气体处理ePTFE膜表面，喷淋清洗装置和浸渍槽之间设置有第一烘箱，浸渍槽和辊压机之间设置有第二烘箱。
作为上述技术方案的进一步描述：
等离子体处理装置包括真空室、电极和若干个第二牵引辊，真空室两端的内壁上设置有电极，真空室内设置有沿ePTFE膜输送方向布置的若干个第二牵引辊，若干个第二牵引辊的安装高度不同，ePTFE膜绕过若干个第二牵引辊。
作为上述技术方案的进一步描述：
ePTFE膜为多孔ePTFE膜。
作为上述技术方案的进一步描述：
等离子体处理气体包括氩气、氮气、二氧化碳和氧气。
作为上述技术方案的进一步描述：
辊压机和收卷装置之间设置有第三烘箱。
作为上述技术方案的进一步描述：
辊压机为加热辊压机。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型中，在将ePTFE膜浸渍在浸渍槽内全氟磺酸树脂溶液中之前，先通过等离子体处理装置对ePTFE膜表面进行等离子体处理，提高制成的质子交换膜的质子传导性。
2、本实用新型中，ePTFE膜进入到等离子体处理装置的真空室内进行等离子体处理时，ePTFE膜绕过若干个高度不一致的第二牵引辊，在不改变真空室大小的情况下，提高一次等离子体处理的ePTFE膜面积，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一种增强型复合质子交换膜的制造设备的结构示意图。
图2为一种增强型复合质子交换膜的制造设备中等离子体处理装置的结构示意图。
图例说明：
1、放卷装置；2、收卷装置；3、等离子体处理装置；31、真空室；32、电极；33、第二牵引辊；4、喷淋清洗装置；41、第一烘箱；5、浸渍槽；51、第二烘箱；6、辊压机；61、第三烘箱；7、ePTFE膜；8、第一牵引辊。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种增强型复合质子交换膜的制造设备，包括：放卷装置1、收卷装置2、等离子体处理装置3、喷淋清洗装置4、浸渍槽5和辊压机6，ePTFE膜7缠绕在放卷装置1上，放卷装置1和收卷装置2之间设置有若干个第一牵引辊8，ePTFE膜7绕过若干个第一牵引辊8，放卷装置1和收卷装置2之间依次设置有等离子体处理装置3、喷淋清洗装置4、浸渍槽5和辊压机6，等离子体处理装置3通过等离子体处理气体处理ePTFE膜7表面，喷淋清洗装置4和浸渍槽5之间设置有第一烘箱41，浸渍槽5和辊压机6之间设置有第二烘箱51。等离子体处理装置3包括真空室31、电极32和若干个第二牵引辊33，真空室31两端的内壁上设置有电极32，真空室31内设置有沿ePTFE膜7输送方向布置的若干个第二牵引辊33，若干个第二牵引辊33的安装高度不同，ePTFE膜7绕过若干个第二牵引辊33。ePTFE膜7为多孔ePTFE膜。等离子体处理气体包括氩气、氮气、二氧化碳和氧气。辊压机6和收卷装置2之间设置有第三烘箱61。辊压机6为加热辊压机。
工作原理：增强型复合质子交换膜的制备步骤，具体如下：
S1、将多孔ePTFE膜卷材经过等离子体处理；
S2、采用有机溶剂对预处理的多孔ePTFE膜进行喷淋清洗；
S3、采用第一烘箱对上述的多孔ePTFE膜进行烘干；
S4、将上述的多孔ePTFE膜浸渍在全氟磺酸树脂溶液中；
S5、采用第二烘箱对上述涂敷有全氟磺酸树脂的复合膜进行干燥；
S6、采用加热辊压机对上述复合膜进行碾压；
S7、采用第三烘箱对上述复合膜进行干燥，将醇类溶剂完全挥发，最后进行收卷，得到增强型质子交换膜。
等离子体处理装置3的工作原理为采用直流辉光放电中较长的正柱区产生冷等离子体，并利用它对ePTFE膜表面进行处理。等离子体处理气体为氩气、氮气、二氧化碳和氧气等，处理时间为5-180秒，处理温度为20-80度。
喷淋清洗装置4使用的有机溶剂为醇类溶剂或其混合物，处理时间为1-10秒。
第一烘箱的温度设置为50-100℃之间，依据有机溶剂的成份而定。
第二烘箱的温度设置为50-100℃之间，具体依据全氟磺酸树脂溶液的溶剂成份而定。
加热辊压机(辊压机6)的压力为0.1-5Mpa，辊压线速度为0.1-10米/秒，温度设置为80-120度。
第三烘箱的温度设置为50-100℃之间，具体依据全氟磺酸树脂溶液的溶剂成份而定。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种增强型复合质子交换膜的制造设备，其特征在于，包括：放卷装置(1)、收卷装置(2)、等离子体处理装置(3)、喷淋清洗装置(4)、浸渍槽(5)和辊压机(6)，ePTFE膜(7)缠绕在所述放卷装置(1)上，所述放卷装置(1)和所述收卷装置(2)之间设置有若干个第一牵引辊(8)，所述ePTFE膜(7)绕过若干个所述第一牵引辊(8)，所述放卷装置(1)和所述收卷装置(2)之间依次设置有所述等离子体处理装置(3)、所述喷淋清洗装置(4)、所述浸渍槽(5)和所述辊压机(6)，所述等离子体处理装置(3)通过等离子体处理气体处理所述ePTFE膜(7)表面，所述喷淋清洗装置(4)和所述浸渍槽(5)之间设置有第一烘箱(41)，所述浸渍槽(5)和所述辊压机(6)之间设置有第二烘箱(51)。
2.根据权利要求1所述的一种增强型复合质子交换膜的制造设备，其特征在于，所述等离子体处理装置(3)包括真空室(31)、电极(32)和若干个第二牵引辊(33)，所述真空室(31)两端的内壁上设置有所述电极(32)，所述真空室(31)内设置有沿所述ePTFE膜(7)输送方向布置的若干个所述第二牵引辊(33)，若干个所述第二牵引辊(33)的安装高度不同，所述ePTFE膜(7)绕过若干个所述第二牵引辊(33)。
3.根据权利要求1所述的一种增强型复合质子交换膜的制造设备，其特征在于，所述ePTFE膜(7)为多孔ePTFE膜。
4.根据权利要求1所述的一种增强型复合质子交换膜的制造设备，其特征在于，所述等离子体处理气体包括氩气、氮气、二氧化碳和氧气。
5.根据权利要求1所述的一种增强型复合质子交换膜的制造设备，其特征在于，所述辊压机(6)和所述收卷装置(2)之间设置有第三烘箱(61)。
6.根据权利要求1或5所述的一种增强型复合质子交换膜的制造设备，其特征在于，所述辊压机(6)为加热辊压机。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114351350A (zh) * 2022-01-13 2022-04-15 四川大学 ePTFE-fPTFE复合膜及其制备方法
CN114351358A (zh) * 2022-01-13 2022-04-15 四川大学 ePTFE-TPU复合膜及其制备方法

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