JP2017045707A - Production method for reinforced electrolyte membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、補強型電解質膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a reinforced electrolyte membrane.
補強膜である多孔性膜を電解質膜に含浸させて補強された補強型電解質膜が知られている。こうした補強型電解質膜は、補強型電解質膜が組み込まれた燃料電池の耐久性向上に寄与する。補強型電解質膜を得るに当たり、多孔性膜を幅方向に延伸させて補助シートに接着してロール状に巻き取り、巻き取った延伸済み多孔性膜を電解質膜に貼り合わせる製造手法が提案されている(例えば特許文献1)。 A reinforced electrolyte membrane reinforced by impregnating an electrolyte membrane with a porous membrane as a reinforcing membrane is known. Such a reinforced electrolyte membrane contributes to improving the durability of a fuel cell in which the reinforced electrolyte membrane is incorporated. In order to obtain a reinforced electrolyte membrane, a manufacturing method has been proposed in which a porous membrane is stretched in the width direction, bonded to an auxiliary sheet and wound into a roll, and the wound porous membrane is bonded to the electrolyte membrane. (For example, Patent Document 1).
上記の製造手法は、幅方向に延伸させた多孔性膜を補助シートの粘着領域に接着させてネックインの発生を抑制する点で優れている。他方、電解質膜の耐久性の向上には、補強膜である多孔性膜になるべく収縮が起きないようにすることが望ましい。こうしたことから、多孔性膜の収縮を抑制することで耐久性の低下の抑制が可能な電解質膜の製造手法が要請されるに到った。 Said manufacturing method is excellent at the point which adhere | attaches the porous membrane extended | stretched to the width direction to the adhesion area | region of an auxiliary sheet, and suppresses generation | occurrence | production of a neck-in. On the other hand, in order to improve the durability of the electrolyte membrane, it is desirable to prevent the shrinkage from occurring as much as possible in the porous membrane as the reinforcing membrane. For these reasons, there has been a demand for a method for producing an electrolyte membrane that can suppress a decrease in durability by suppressing the shrinkage of the porous membrane.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、多孔性膜により電解質膜を補強した補強型電解質膜の製造方法が提供される。この製造方法は、前記多孔性膜を膜長手方向の搬送区域において搬送しつつ、前記多孔性膜を幅方向に延伸する工程と、前記搬送区域から前記延伸済みの前記多孔性膜を受け取って下流に送り出す搬送ローラーを、ローラー表面に密着した前記多孔性膜を加熱して軟化させ、前記多孔性膜の軟化状態を維持するように温度調整し、前記延伸済みの前記多孔性膜を前記温度調整済みの前記搬送ローラーの前記ローラー表面に密着させた状態で、前記電解質膜を前記延伸済みの前記多孔性膜に貼り合わせる工程とを備える。 (1) According to one aspect of the present invention, a method for producing a reinforced electrolyte membrane in which an electrolyte membrane is reinforced with a porous membrane is provided. This manufacturing method includes a step of stretching the porous membrane in the width direction while transporting the porous membrane in a transport zone in the longitudinal direction of the membrane, and receiving the stretched porous membrane from the transport zone and downstream The transport roller that is fed to the roller is heated to soften the porous film that is in close contact with the roller surface, the temperature is adjusted to maintain the softened state of the porous film, and the stretched porous film is temperature-adjusted A step of bonding the electrolyte membrane to the stretched porous membrane in a state where the electrolyte membrane is in close contact with the surface of the transport roller.
この形態の製造方法は、延伸済みの多孔性膜を搬送ローラーにより下流に送り出す間において、延伸済みの多孔性膜を搬送ローラーにより加熱して軟化させた上で、多孔性膜の軟化状態を維持する。よって、延伸済みの多孔性膜が送り出されて搬送される間において、延伸済みの多孔性膜は軟化状態である故にタック性(粘着性)を発現させてローラー表面に貼り付き、延伸済みの多孔性膜の幅方向の収縮が抑制される。そして、この形態の製造方法は、延伸済みで幅方向の収縮も抑制された多孔性膜に電解質膜を貼り合わせる。よって、この形態の製造方法は、電解質膜を構成する電解質樹脂を、延伸済みで且つ幅方向の収縮も抑制された多孔性膜の細孔に入り込ませることから、以下に説明する利点がある。 In the manufacturing method of this embodiment, while the stretched porous film is sent downstream by the transport roller, the stretched porous film is heated and softened by the transport roller, and the soft state of the porous film is maintained. To do. Therefore, while the stretched porous film is sent out and transported, the stretched porous film develops tackiness (adhesiveness) because it is in a softened state and sticks to the roller surface. Shrinkage in the width direction of the conductive film is suppressed. And the manufacturing method of this form bonds an electrolyte membrane to the porous membrane which has been stretched and the shrinkage in the width direction is suppressed. Therefore, the manufacturing method of this embodiment has the advantages described below because the electrolyte resin constituting the electrolyte membrane is allowed to enter the pores of the porous membrane that has been stretched and also suppressed in the shrinkage in the width direction.
延伸された多孔性膜は、何の対処もされないままであると、経時的に幅方向において収縮し、この収縮は、多孔質膜単独でロール状に巻き取られた状態においても起きる。このため、延伸を受けてから電解質膜との貼り合わせがなされるまでの経過時間が長くなると、多孔性膜は、幅方向に収縮した状態で電解質膜に貼り合わされて含浸するので、電解質膜の貼り合わせ後に、多孔性膜が拡張する余地がある。 If no action is taken, the stretched porous membrane shrinks in the width direction over time, and this shrinkage occurs even when the porous membrane alone is wound into a roll. For this reason, if the elapsed time from when the film is stretched to when it is bonded to the electrolyte film becomes long, the porous film is bonded and impregnated with the electrolyte film in a contracted state in the width direction. There is room for the porous membrane to expand after bonding.
上記形態の補強型電解質膜の製造方法は、電解質膜を構成する電解質樹脂(電解質前駆体)を、既述したように延伸済みで且つ幅方向の収縮も抑制された多孔性膜の細孔に入り込ませるので、こうして細孔に入り込んだ電解質樹脂は、その後の多孔性膜の収縮を規制する。この結果、この形態の補強型電解質膜の製造方法によれば、延伸された多孔性膜の収縮の抑制と、収縮抑制に伴う発電運転中の電解質膜の膨張の抑制とにより、電解質膜の耐久性の低下を抑制できる。 In the manufacturing method of the reinforced electrolyte membrane of the above aspect, the electrolyte resin (electrolyte precursor) constituting the electrolyte membrane is made into the pores of the porous membrane that has been stretched and the shrinkage in the width direction is suppressed as described above. Since the electrolyte resin enters the pores in this way, the subsequent shrinkage of the porous membrane is regulated. As a result, according to the method for manufacturing a reinforced electrolyte membrane of this embodiment, the durability of the electrolyte membrane can be reduced by suppressing the contraction of the stretched porous membrane and the expansion of the electrolyte membrane during the power generation operation accompanying the suppression of the shrinkage. The decline in sex can be suppressed.
(2)上記形態の補強型電解質膜の製造方法において、前記電解質膜を前記延伸済みの前記多孔性膜に貼り合わせる工程では、前記電解質膜の膜幅より広い前記延伸済みの前記多孔性膜の端部部位において前記延伸済みの前記多孔性膜を前記搬送ローラーの前記ローラー表面に密着させることなく、前記電解質膜が貼り合わせ済みの前記延伸済みの前記多孔性膜を、前記電解質膜の貼り合わせ箇所より下流側に搬送しつつ、前記延伸済みの前記多孔性膜の前記端部部位を搬送方向に沿って切断し、該切断された前記端部部位に、前記切断により残された前記延伸済みの前記多孔性膜に幅方向に加わる張力よりも大きな張力を加えるようにしてもよい。こうすれば、次の利点がある。 (2) In the method for manufacturing a reinforced electrolyte membrane according to the above aspect, in the step of bonding the electrolyte membrane to the stretched porous membrane, the stretched porous membrane wider than the membrane width of the electrolyte membrane The stretched porous membrane to which the electrolyte membrane has been bonded is bonded to the electrolyte membrane without causing the stretched porous membrane to adhere to the roller surface of the transport roller at the end portion. The end portion of the stretched porous membrane is cut along the transport direction while being transported downstream from the location, and the stretched portion left by the cutting is left at the cut end portion A tension larger than the tension applied in the width direction may be applied to the porous film. This has the following advantages.
端部部位は、切断箇所より上流では、搬送ローラーのローラー表面に密着していないと共に、電解質膜の貼り合わせ前の多孔性膜(延伸済み)と連続したままである。よって、切断箇所より上流の端部部位には、多孔性膜に幅方向に加わる張力よりも大きい張力が切断された端部部位を介して伝わるので、電解質膜の貼り合わせ前の多孔性膜が膜幅を狭くするよう力を受けてネックインしようとしても、そのネックインを抑制できる。 The end portion is not in close contact with the roller surface of the transport roller upstream from the cut portion, and continues to be continuous with the porous membrane (stretched) before the electrolyte membrane is bonded. Therefore, since the tension greater than the tension applied to the porous membrane in the width direction is transmitted to the end portion upstream from the cut portion through the cut end portion, the porous membrane before the electrolyte membrane is bonded Even if it tries to neck-in by receiving a force to narrow the film width, the neck-in can be suppressed.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、補強型電解質膜の製造装置、或いは、補強型電解質膜を備える燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of a manufacturing apparatus for a reinforced electrolyte membrane or a method for manufacturing a fuel cell including a reinforced electrolyte membrane.
図1は本実施形態における電解質膜製造装置100の構成を概略的に示す説明図であり、図2は電解質膜製造装置100を図1におけるA方向から平面視して模式的に示す説明図であり、図3は図1における3−3線に沿った概略断面図であり、図4は電解質膜製造装置100の概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。なお、図4では、電解質膜シートMs等のシートの搬送軌跡を太線で示している。他の図でも同様である。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration of an electrolyte
電解質膜製造装置100は、多孔性膜により電解質膜を補強した補強型電解質膜の製造に用いられ、第1送出ローラー110と、第2送出ローラー120と、搬送ローラー130と、加圧搬送ローラー132と、巻取ローラー140と、拡幅機構160と、シート切刃170と、制御装置200とを備える。制御装置200は、ECU(Electronic Control Unit)であり、上記した各ローラーの回転駆動制御や、後述の搬送ローラー130の温度調整制御などを実行し、各種駆動信号をモーター等のローラー駆動機器や後述のヒーターや誘電コイル等の制御対象機器に出力する。
The electrolyte
第1送出ローラー110は、巻き取り済みの多孔性膜シートPsを多孔性膜搬送用の搬送ローラー130の回転、および後述の拡幅機構160におけるシート端把持ローラーの回転に伴って送り出す。多孔性膜シートPsは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いて、厚さ1〜5μm、気孔率40〜75%程度の多孔性膜としてシート状に形成されている。この他、多孔性膜シートPsを、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂;ポリシロキサン;ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのメタクリレート系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)などのスチレン系樹脂;ポリアミド;ポリイミド(PI);ポリエーテルイミド(PEI);ポリアミドイミド;ポリエステルイミド;ポリカーボネート(PC);ポリアセタール;ポリフェニレンエーテル(PPO)などのポリアリーレンエーテル;ポリフェニレンスルフィド(PPS);ポリアリレート;ポリアリール;ポリスルホン(ポリサルホン);ポリエーテルスルホン(PES)(ポリエーテルサルホン);ポリウレタン類;ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル系樹脂;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリエーテルケトンケトン(PEKK)などのポリエーテルケトン類;ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類;ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類;ポリシロキサン類;ポリサルファイド類;ポリフォスファゼン類;ポリトリアジン類;ポリカーボラン類;ポリノルボルネン;エポキシ系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類;ポリイソブチレンなどのポリアルケン類;フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂などの樹脂(熱可塑性樹脂など)のいずれかを用いた多孔性膜としても良い。
The
第1送出ローラー110と搬送ローラー130との間には、後述の拡幅機構160が配設され、第1送出ローラー110から搬送ローラー130に到るまでが搬送・延伸セクションとされる。搬送ローラー130は、この搬送・延伸セクションにおける搬送区域の終点に配設される。拡幅機構160は、第1送出ローラー110から送り出される多孔性膜シートPsの幅方向両端に配設され、ワイヤー式の拡幅機構を構成する。この拡幅機構160は、上流側シート端把持ローラー161と、下流側シート端把持ローラー162と、無端状の把持ワイヤー163とを備える。上流側シート端把持ローラー161と下流側シート端把持ローラー162とは、図2に示すように、多孔性膜シートPsの膜長手方向たる搬送方向に対して傾斜して配設され、図3に示すように、把持ワイヤー163により多孔性膜シートPsのシート端Pseを把持しつつ、回転する。上記の両端ローラーの間においては、多孔性膜シートPsのシート端Pseを把持ワイヤー163と共に把持する図示しない小径の把持ローラーが複数配設されている。
A
こうした構成の拡幅機構160は、多孔性膜シートPsの幅方向両端に向かい合って位置して、シート端Pseを搬送区域に亘って把持したまま上流側シート端把持ローラー161と下流側シート端把持ローラー162および両端ローラー間の把持ローラーの回転により、多孔性膜シートPsを、搬送・延伸セクションにおける上流側シート端把持ローラー161から下流側シート端把持ローラー162までの間の搬送区域において搬送する。そして、拡幅機構160は、搬送方向に対する上流側シート端把持ローラー161と下流側シート端把持ローラー162の傾斜程度の調整を経て、多孔性膜シートPsを、膜幅が所定の倍率の膜幅となるように搬送しつつ幅方向に延伸する。本実施形態では、多孔性膜シートPsの巻取幅Psh0(図2参照)を搬送区域の終点における延伸幅Psh1で除算した拡幅率が110〜150%の範囲内の拡幅率となるように、拡幅機構160により多孔性膜シートPsを幅方向に延伸する。以下、多孔性膜シートPsのこうした幅方向の延伸を、単に、延伸と称する。なお、拡幅機構160における多孔性膜シートPsの搬送区域にヒーターを架設し、このヒーターにより多孔性膜シートPsを加熱するようにしてもよい。
The
搬送ローラー130は、拡幅機構160の搬送区域の終点に配設され、内蔵されたヒーター或いは誘導コイルへの通電制御により発熱する加熱ローラーとして構成されている。この搬送ローラー130は、制御装置200によるヒーターや誘導コイルへの通電制御下で発熱し、ローラー表面に密着した多孔性膜シートPsを加熱して軟化させ、多孔性膜シートPsの軟化状態を維持するように温度調整される。このように温度調整された搬送ローラー130は、拡幅機構160により延伸済みの多孔性膜シートPsを受け取り、受け取った多孔性膜シートPsをローラー表面に密着させて軟化した状態で、下流の加圧搬送ローラー132に送り出す。よって、この搬送ローラー130は、搬送・延伸セクションにおける多孔性膜シートPsの搬送区域の終点において拡幅機構160から多孔性膜シートPsを受け取り、その受取位置から加圧搬送ローラー132によるシート貼り合わせ位置までのローラー表面を、ローラー表面に密着した多孔性膜シートPsを加熱する密着・加熱セクションとする。
The
本実施形態では、多孔性膜シートPsをPTFEを用いて形成したことから、PTFEの熱特性を考慮して、搬送ローラー130により、ローラー表面の多孔性膜シートPsを120℃で加熱するようにした。PTFEの多孔性膜シートPsは、こうした温度で加熱されると常温環境下での強度がほぼ半減するまで軟化し、搬送ローラー130のローラー表面に密着して搬送される密着・加熱セクションにおいて、その軟化状態を維持する。よって、延伸済みの多孔性膜シートPsがローラー表面に密着して搬送ローラー130により送り出し搬送される間において、延伸済みの多孔性膜シートPsは、軟化状態である故にタック性(粘着性)を発現させてローラー表面に貼り付き、延伸済みの多孔性膜シートPsの幅方向の収縮が抑制される。多孔性膜シートPsの軟化により強度も低下して、多孔性膜シートPs自身が収縮しようとする力である内部応力も緩和されることから、これによっても、延伸済みの多孔性膜シートPsの幅方向の収縮が抑制される。多孔性膜シートPsの加熱温度を120℃より高めると、軟化が進む分だけ、タック性が高まってローラー表面への密着性が高まり、強度低下も進んで内部応力も更に緩和される。
In the present embodiment, since the porous membrane sheet Ps is formed using PTFE, the porous membrane sheet Ps on the roller surface is heated at 120 ° C. by the
本実施形態では、上記のように軟化した多孔性膜シートPsのタック性によるローラー表面へのシート貼り付きの実効性を確保するため、搬送ローラー130のローラー表面の表面粗さについても調整した。ローラー表面の表面粗さが大きくなると、ローラー表面に対する多孔性膜シートPsの接触表面積が小さくなる。よって、本実施形態では、搬送ローラー130の表面仕上げ加工、具体的には研磨加工において、搬送ローラー130のローラー表面の表面粗さRaを1.0以下に調整し、軟化した多孔性膜シートPsのタック性によるローラー表面へのシート貼り付きの実効性を確保した。
In the present embodiment, the surface roughness of the roller surface of the
第2送出ローラー120は、巻き取り済みの電解質膜シートMsを、加圧搬送ローラー132の回転、および巻取ローラー140の回転に伴って送り出す。電解質膜シートMsは、加水分解等の所定の処理を経て水素イオン伝導性を発揮するスルホン酸系の電解質樹脂たる電解質前駆体のシート体であり、本実施形態では、4〜20μmの厚さのナフィオン膜(ナフィオンは登録商標)等の電解質前駆体のシート体を用いた。電解質膜シートMsは、バックシートBsに重ね合わせた形態で、第2送出ローラー120に巻き取られており、バックシートBsが加圧搬送ローラー132のロール表面側となり、電解質膜シートMsが搬送ローラー130のローラー表面の多孔性膜シートPsと対向するように、加圧搬送ローラー132に向けて送り込まれる。バックシートBsは、電解質膜シートMsに対する剥離性を有するフッ素系の樹脂製シート、例えばテフロン(テフロンは登録商標)または炭化水素系の樹脂で形成されたシート体である。
The
加圧搬送ローラー132は、搬送ローラー130と共に貼り合わせセクションを形成し、第2送出ローラー120から送り出された電解質膜シートMsを、搬送ローラー130がローラー表面に密着させて送り出す多孔性膜シートPsに加圧して貼り合わせる。加圧搬送ローラー132は、多孔性膜シートPsの搬送区域の終点の搬送ローラー130と対向して配設されていることから、加圧搬送ローラー132による電解質膜シートMsの貼り合わせ対象は、拡幅機構160により所定の拡幅率に延伸済みで、搬送ローラー130により加熱された多孔性膜シートPsとなる。つまり、電解質膜シートMsは、所定の拡幅率に延伸済みで既述したように幅方向の収縮も抑制された多孔性膜シートPsに、搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とを用いて、貼り合わせられることになる。こうしたシート貼り合わせに際し、加圧搬送ローラー132を加熱可能な構成とすることで、電解質膜シートMsを軟化させることができる。こうすれば、軟化した電解質膜シートMsを、所定の拡幅率に延伸済みで幅方向の収縮も抑制された多孔性膜シートPsに貼り合わせできる。なお、シート貼り合わせの際の加圧圧力は、搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とのローラー表面間の間隔で調整されるニップ圧で規定される。
The
巻取ローラー140は、第1送出ローラー110からの多孔性膜シートPsの送り出しや第2送出ローラー120からの電解質膜シートMsの送り出し、および搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とによる電解質膜シートMsの貼り合わせの各ローラーの回転に同期して回転し、電解質膜シートMsを、所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsに貼り合わせた状態で巻き取る。
The winding
シート切刃170は、電解質膜シートMsの貼り合わせ箇所の下流に、電解質膜シートMsの幅に合わせて二つ配設され、多孔性膜シートPsのシート端側の余剰シート部Psoを切断する。よって、図1に概略的に示すように、巻取ローラー140には、所定の拡幅率に延伸済みで電解質膜シートMsと同じ幅の多孔性膜シートPsが電解質膜シートMsに貼り合わされた状態で、電解質膜シートMsがバックシートBsと共に巻き取られる。こうして巻き取られた電解質膜シートMsは、多孔性膜シートPsに貼り合わされた半製品電解質膜シートCEsとして扱われる。シート切刃170により切断された余剰シート部Psoは、その間を長形状の切断部Pshとして、図示しない回収ローラーに巻き取られる。なお、図示の都合から、シート切刃170は一つしか示されていない。
Two
電解質膜シートMsが多孔性膜シートPsに貼り合わせ済みの半製品電解質膜シートCEsを巻取ローラー140に巻き取る際に、多孔性膜シートPsは、搬送ローラー130のローラー表面から剥離される。多孔性膜シートPsは、搬送ローラー130による加熱により軟化してタック性を発現させてローラー表面に密着強度Aで張り付いている。その一方、多孔性膜シートPsへの電解質膜シートMsの貼り合わせ強度を表す密着強度Bは、搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とのニップ圧で規定される。そうすると、上記した密着強度Bが密着強度Aより大きくなるよう調整されていれば、電解質膜シートMsが多孔性膜シートPsに貼り合わせ済みの半製品電解質膜シートCEsを巻取ローラー140に巻き取る際に、多孔性膜シートPsが搬送ローラー130のローラー表面から剥離されないまま、電解質膜シートMsが多孔性膜シートPsから剥がれるような事態が起きないようにできる。よって、本実施形態では、多孔性膜シートPsへの電解質膜シートMsの密着強度Bが搬送ローラー130のローラー表面に対する多孔性膜シートPsの密着強度Aより大きくなるように、搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とのニップ圧を調整した。
When the semi-finished electrolyte membrane sheet CEs on which the electrolyte membrane sheet Ms has been bonded to the porous membrane sheet Ps is wound around the winding
巻取ローラー140に巻き取られた電解質膜シートMs(半製品電解質膜シートCEs)は、図示しない含浸セクションと加水分解処理セクションに順次、送り込まれる。含浸セクションでの加熱により、多孔性膜シートPsは電解質膜シートMs(詳しくは電解質前駆体)に含浸し、電解質含浸多孔性膜シートMPsとなる。この電解質含浸多孔性膜シートMPsの状態で加水分解処理セクションでの加水分解を受けて、電解質膜シートMsは、水素イオン伝導性を有する補強型電解質膜として利用される。なお、所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsに貼り合わされた状態で、電解質膜シートMsを直に含浸セクションや加水分解処理セクションに搬送することも可能であり、この場合には、巻取ローラー140は不要となる。また、既述したように、加圧搬送ローラー132により電解質膜シートMsを加熱した状態で多孔性膜シートPsに貼り合わせることで、多孔性膜シートPsの含浸を起こすことも可能である。
The electrolyte membrane sheet Ms (semi-finished electrolyte membrane sheet CEs) wound around the winding
図5は電解質膜製造装置100での製造対象である補強型電解質膜シートの製造手順を示す工程図である。
FIG. 5 is a process diagram showing a procedure for manufacturing a reinforced electrolyte membrane sheet which is a manufacturing target in the electrolyte
電解質膜製造装置100を用いて補強型電解質膜シートを製造するに当たっては、まず、制御装置200により、搬送ローラー130をローラー表面温度が120℃となるように温度調整し、ローラー表面温度が補強型電解質膜シートの製造終了まで維持されるよう、温度調整を継続する(工程S10)。次いで、第1送出ローラー110からの多孔性膜シートPsの送り出し搬送と拡幅機構160による搬送過程での既述した延伸(工程S100)と、第2送出ローラー120からの電解質膜シートMsの送り出し搬送(工程S110)とが同期して実行される。これにより、搬送・延伸セクション(図2参照)における搬送区域の終点では、多孔性膜シートPsは、既述した所定の拡幅率で延伸した状態となり、この延伸済みの多孔性膜シートPsが搬送ローラー130に送り渡される。
In manufacturing a reinforced electrolyte membrane sheet using the electrolyte
搬送ローラー130は、工程S10により既にローラー表面温度が120℃となるように温度調整済みであることから、所定の拡幅率で延伸済みの多孔性膜シートPsは、温度調整済みの搬送ローラー130により加熱され、搬送ローラー130のローラー表面において軟化した状態で、搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とにより、電解質膜シートMsが加圧して貼り合わされる(工程S120)。この貼り合わせは、拡幅機構160により所定の拡幅率に延伸済みで、搬送ローラー130からの加熱より軟化して既述したように幅方向の収縮も抑制された多孔性膜シートPsに、電解質膜シートMsが貼り合わせられることになる。
Since the
その後、電解質膜シートMsより広がった部位の余剰シート部Psoを、電解質膜シートMsの貼り合わせ箇所の下流に配設されたシート切刃170により切断する(工程S130)。そして、所定の拡幅率に延伸済みで電解質膜シートMsと同じ幅の多孔性膜シートPsが電解質膜シートMsに貼り合わされた半製品電解質膜シートCEsを巻取ローラー140に巻き取り(工程S140)、シート切刃170により切断された余剰シート部Pso(図1,図4参照)が回収ローラーに巻き取り回収され(工程S150)、既述した各工程が繰り返される。なお、工程S140で得られた半製品電解質膜シートCEsは、含浸セクションと加水分解処理セクションといった次工程に搬送される。
Thereafter, the surplus sheet portion Pso that extends from the electrolyte membrane sheet Ms is cut by the
次に、性能評価について説明する。性能評価は、寸法変化率について行った。寸法変化率の性能評価を行うに当たり、実施形態品と比較例品1〜3の試験サンプルを用意した。図6は性能評価の対象となるサンプル製造の様子を説明するための説明図である。
Next, performance evaluation will be described. The performance evaluation was performed on the dimensional change rate. In performing the performance evaluation of the dimensional change rate, test samples of the embodiment product and the
実施形態品は、図示する電解質膜製造装置100の搬送ローラー130を既述したように温度調整可能な構成として、図5の120℃での搬送ローラー130の温度調整(工程S10)と、それ以降の工程S100〜S150の各手順に従って得た半製品電解質膜シートCEsを用いた。比較例品1は、搬送ローラー130を単純な送り出し搬送のローラー構成として、図5の工程S100〜S150の各手順に従って得た半製品電解質膜シートCEsを用いた。比較例品2は、搬送ローラー130をローラー表面へのシート吸引がローラー構成とし、搬送ローラー130への多孔性膜シートPsの吸引を行いながら、図5の工程S100〜S150の各手順に従って得た半製品電解質膜シートCEsを用いた。比較例品3は、搬送ローラー130をローラー中央部から端部に掛けてテーパー状のローラー表面とするローラー構成とし、搬送ローラー130による送り出し搬送の際に多孔性膜シートPsを機械的に拡幅しながら、図5の工程S100〜S150の各手順に従って得た半製品電解質膜シートCEsを用いた。
The embodiment product is configured such that the temperature of the
そして、上記したそれぞれの半製品電解質膜シートCEsを、加熱ローラーを用いた多孔性膜シートPsの電解質樹脂(電解質前駆体)への含浸および加水分解に処して、完成品としての補強型電解質膜とした。次いで、得られた補強型電解質膜(実施形態品・比較例品1〜3)を、図2に示す10センチの正方サンプル片形状に裁断し、裁断したサンプル品(実施形態品・比較例品1〜3)を、80℃の温水中に20分間、浸漬した後の搬送方向寸法MDと幅方向寸法TDの寸法変化率(膨潤)を求めた。図7は実施形態品と比較例品1〜3の寸法変化率を対比して示す表である。
Then, each of the semi-finished electrolyte membrane sheets CEs described above is subjected to impregnation and hydrolysis of the porous membrane sheet Ps using a heating roller into an electrolyte resin (electrolyte precursor), so that a reinforced electrolyte membrane as a finished product is obtained. It was. Next, the obtained reinforced electrolyte membrane (embodiment product /
実施形態品と比較例品1〜3の補強型電解質膜サンプル品は、図6に示した搬送ローラー130のローラー仕様で個別に作製したものであるので、実施例品は、拡幅機構160において延伸済みで搬送ローラー130での加熱により軟化して幅方向の収縮も抑制された多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた補強型電解質膜サンプル品となる。比較例品1は、拡幅機構160による延伸を行っただけの多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた補強型電解質膜サンプル品となる。比較例品2は、拡幅機構160による延伸と搬送ローラー130への吸引による寸法変化の抑制を行った多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた補強型電解質膜サンプル品となる。比較例品3は、拡幅機構160による延伸とテーパー状のローラー表面により搬送ローラー130での送り出し搬送の間に機械的な拡幅を図った多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた補強型電解質膜サンプル品となる。
Since the reinforced electrolyte membrane sample products of the embodiment product and the
図7から明らかなように、実施形態品は、搬送方向寸法MDと幅方向寸法TDの両寸法とも、3〜4%程度しか寸法変化(膨潤)を起こさず、搬送方向と幅方向の寸法変化もバランスが取れている。これに対し、上記の比較例品1〜比較例品3の各比較例品は、搬送方向寸法MDの寸法変化は僅かであるものの、幅方向寸法TDは18%前後の寸法変化(膨潤)を起こし、搬送方向と幅方向の寸法変化にアンバランスが起きた。電解質膜の寸法変化が小さいと、電解質膜が組み込まれた燃料電池の発電運転中に生じる乾湿変化により電解質膜に及ぶ機械的なストレスは低減する。特に、燃料電池の発電運転が電解質膜の湿潤をもたらす状態であると、電解質膜が膨潤しやすくなるので、電解質膜の寸法変化が大きいと、電解質膜にシワが発生して、耐久性の低下を招く。こうしたことを図7の寸法対比結果に照らすと、実施形態品は、高い耐久性を備える電解質膜であると判別できる。
As is clear from FIG. 7, the embodiment product causes only a dimensional change (swelling) of about 3 to 4% in both the conveyance direction dimension MD and the width direction dimension TD, and the dimensional change in the conveyance direction and the width direction. Is well balanced. On the other hand, each of the
実施形態品と各比較例品は、いずれも、多孔性膜シートPsが拡幅機構160において延伸済みである点で共通する。よって、各比較例品において見られた搬送方向と幅方向の寸法変化のアンバランスは、搬送ローラー130における多孔性膜シートPsに対する処置の相違に起因して起きたと思われる。比較例品1は、実施形態品でなされた多孔性膜シートPsの加熱・軟化と軟化に伴うタック性による収縮抑制とに欠けることから、これに起因して搬送方向と幅方向の寸法変化のアンバランスが起きたと想定される。比較例品2は、ローラー表面にシートを吸引して密着性を高めシート収縮の抑制を意図したのであるが、吸引対象のシートが多孔性膜シートPsであるために密着が進まずシートの収縮抑制がさほど起きなかったため、搬送方向と幅方向の寸法変化のアンバランスが起きたと想定される。比較例品3は、テーパー状のローラー表面に多孔性膜シートPsを密着させることで、多孔性膜シートPsに機械的な拡幅をもたらす力を作用させて収縮抑制を図ることを意図したのであるが、ローラー表面におけるシートの滑りが起きて機械的な拡幅をもたらす力が多孔性膜シートPsに作用しなかったために収縮抑制がさほど起きず、搬送方向と幅方向の寸法変化のアンバランスが起きたと想定される。
Both the embodiment product and each comparative example product are common in that the porous membrane sheet Ps has been stretched in the widening
以上説明したように、電解質膜製造装置100を用いた本実施形態の補強型電解質膜の製造方法は、搬送・延伸セクションの拡幅機構160により延伸済みの多孔性膜シートPsを搬送ローラー130により下流に送り出す間において、延伸済みの多孔性膜シートPsを搬送ローラー130により加熱して軟化させた上で、多孔性膜シートPsの軟化状態を維持する。こうして軟化した多孔性膜シートPsは、搬送ローラー130による送り出し搬送の間において、軟化しているためにタック性(粘着性)を発現させて搬送ローラー130のローラー表面に貼り付くので、延伸済みの状態のまま幅方向の収縮をさほど起こさない。そして、電解質膜製造装置100を用いた本実施形態の補強型電解質膜の製造方法は、延伸済みで幅方向の収縮も抑制された多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせることから、電解質膜シートMsを構成する電解質樹脂を、延伸済みで且つ幅方向の収縮も抑制された多孔性膜シートPsの細孔に入り込ませる。こうして細孔に入り込んだ電解質樹脂は、その後の多孔性膜シートPsの収縮を規制する。この結果、電解質膜製造装置100を用いた本実施形態の補強型電解質膜の製造方法によれば、延伸された多孔性膜シートPsの収縮の抑制と、収縮抑制に伴う発電運転中の電解質膜の膨張の抑制とにより、電解質膜の耐久性の低下を抑制できる。しかも、電解質膜の耐久性の低下の抑制を、多孔性膜シートPsの搬送区域の終点において温度調整済みの搬送ローラー130を用いた電解質膜シートMsの貼り合わせで、容易に達成できるので、簡便である。
As described above, the method for manufacturing a reinforced electrolyte membrane of the present embodiment using the electrolyte
拡幅機構160による延伸や、搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とを用いた多孔性膜シートPsと電解質膜シートMsの重ね合わせは、既存設備で容易に達成可能であるので、既存の補強型電解質膜の製造装置を、耐久性に優れた補強型電解質膜を製造できるよう、容易に改変できる。
The stretching by the widening
搬送ローラー130を多孔性膜シートPsの加熱・軟化が可能なローラー構成とするには、ヒーターや誘電コイル等の既存の発熱機器を内蔵するヒーター構成とし、この発熱機器を制御可能とすればよい。よって、既存の補強型電解質膜の製造装置を、多孔性膜シートPsの加熱・軟化が可能な搬送ローラー130に置換するだけで、耐久性に優れた補強型電解質膜を製造できるよう、容易に改変できる。
In order to make the transport roller 130 a roller configuration that can heat and soften the porous membrane sheet Ps, it is only necessary to use a heater configuration that incorporates an existing heat generating device such as a heater or a dielectric coil, and to control this heat generating device. . Therefore, it is easy to manufacture a reinforced electrolyte membrane having excellent durability simply by replacing the existing reinforced electrolyte membrane manufacturing apparatus with a
次に第2実施形態について説明する。図8は第2実施形態の電解質膜製造装置100Aの構成を概略的に示す説明図であり、図9は第2実施形態の電解質膜製造装置100Aの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。第2実施形態は、拡幅機構160の搬送区域の終点に温度制御が可能な二つの加熱ローラーを用いる点に特徴がある。なお、以下の説明に当たっては、既述した実施形態と同一の部材については、同じ符合を用い、その構成・機能については省略することとする。この電解質膜製造装置100Aは、拡幅機構160の搬送区域の終点に配設した搬送ローラー130の下流側に第2搬送ローラー131を備え、この第2搬送ローラー131を搬送ローラー130と同様な加熱ローラーとしている。このため、第2搬送ローラー131は、制御装置200によるヒーターや誘導コイルへの通電制御下で発熱し、ローラー表面に密着した多孔性膜シートPsを加熱して軟化させ、多孔性膜シートPsの軟化状態を維持する。よって、第2搬送ローラー131は、拡幅機構160により延伸済みの多孔性膜シートPsを、搬送ローラー130を介して受け取った後、ローラー表面に密着させて軟化した状態で、下流の加圧搬送ローラー132に送り出す。
Next, a second embodiment will be described. FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the configuration of the electrolyte
搬送ローラー130は、搬送・延伸セクションからの多孔性膜シートPsの受取位置から第2搬送ローラー131の受け渡し位置までのローラー表面を、図9に示すように、多孔性膜シートPsをローラー表面に密着して幅方向の収縮の抑制を図る上流密着加熱セクションとし、第2搬送ローラー131は、搬送ローラー130からのシート受け渡し位置から加圧搬送ローラー132によるシート貼り合わせ位置までのローラー表面を、多孔性膜シートPsをローラー表面に密着して幅方向の収縮の抑制を図る下流密着加熱セクションとする。この電解質膜製造装置100Aでは、搬送ローラー130と第2搬送ローラー131の加熱状況を異なるものとし、搬送ローラー130の密着強度を第2搬送ローラー131より小さくした。こうすることで、搬送ローラー130から第2搬送ローラー131へのシート送り出しに支障がないようにできる。この電解質膜製造装置100Aは、加圧搬送ローラー132と第2搬送ローラー131とにより貼り合わせセクションを形成し、第2送出ローラー120から送り出された電解質膜シートMsを、第2搬送ローラー131がローラー表面に密着させて送り出す多孔性膜シートPsに加圧して貼り合わせる。この電解質膜製造装置100Aによっても、既述した効果を奏することができる。そして、第2実施形態の電解質膜製造装置100Aは、多孔性膜シートPsを搬送ローラー130における上流密着加熱セクションから第2搬送ローラー131における下流密着加熱セクションに掛けてのシート搬送経路において、多孔性膜シートPsの幅方向の収縮の抑制を図る。第2実施形態の電解質膜製造装置100Aにおけるこのシート幅方向の収縮抑制は、搬送ローラー130しか備えない第1実施形態の電解質膜製造装置100におけるシート幅方向の収縮抑制より長いシート搬送経路で行われることになる。よって、第2実施形態の電解質膜製造装置100Aによれば、第1実施形態の電解質膜製造装置100を用いて製造した半製品電解質膜シートCEsよりも、搬送方向寸法MDおよび幅方向寸法TDの寸法変化を抑制できる。なお、三つ以上の搬送ローラーを用い、各搬送ローラーを加熱ローラーとして構成してもよい。
The
次に第3実施形態について説明する。図10は第3実施形態の電解質膜製造装置100Bの構成を概略的に示す説明図であり、図11は第3実施形態の電解質膜製造装置100Bの概略構成を側面視して模式的に示す説明図であり、図12は図11におけるB方向とC方向から見た多孔性膜シートPsに対する第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134の位置関係を説明するための説明図である。第3実施形態は、第1実施形態における搬送ローラー130と第2搬送ローラー131に代わる第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134とを、搬送過程にある多孔性膜シートPsのシート端Pseと密着しないようにした上で、シート切刃170で切断したシート端Pseに張力を加える点に特徴がある。この電解質膜製造装置100Bは、電解質膜製造装置100Aと同様、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134とで、多孔性膜シートPsをローラー表面に密着して幅方向の収縮の抑制を図る上流密着加熱セクションと下流密着加熱セクションとを形成し、シート切刃170で切断されたシート端Pseをシート端巻取ローラー180で巻き取り、この巻き取りの際に、シート端Pseに後述の張力Frを加える。なお、シート端Pseのそれぞれを個別のシート端巻取ローラーで巻き取るようにしてもよい。
Next, a third embodiment will be described. FIG. 10 is an explanatory view schematically showing the configuration of the electrolyte
第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134とは、加圧搬送ローラー132により貼り合わされる電解質膜シートMsとほぼ同じ幅の中央領域を、温度制御が可能な温度調整ローラー部とし、その両側(ローラー両端側)を小径ローラー部133s,134sとする。第1搬送ローラー133の小径ローラー部133sと第2搬送ローラー134の小径ローラー部134sとは、電解質膜シートMsの膜厚以上に、上記の両搬送ローラーにおける中央領域の温度調整ローラー部より小径とされている。よって、小径ローラー部133sと小径ローラー部134sの両小径ローラー部は、電解質膜シートMsの膜幅より広い延伸済みの多孔性膜シートPsの端部部位であるシート端Pseにおいて多孔性膜シートPsをローラー表面に密着させない。
The
第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134とは、加圧搬送ローラー132により電解質膜シートMsが貼り合わせ済みの多孔性膜シートPsを、中央領域の温度調整ローラー部で既述した搬送ローラー130と同様に加熱しつつ、電解質膜シートMsの貼り合わせ箇所より下流側に搬送する。シート切刃170は、電解質膜シートMsが貼り合わせ済みの多孔性膜シートPsのシート端Pseを、第2搬送ローラー134の下流側で搬送方向に沿って切断する。シート端巻取ローラー180は、シート切刃170で切断されたシート端Pseを巻き取りつつ、シート端Pseに、切断により残された多孔性膜シートPsに幅方向に加わる張力よりも大きな張力Frを加える。図12は、こうした張力の加わり方とその影響を模式的に示しており、この実施形態では、シート切刃170で切断されたシート端Pseに、切断により残された多孔性膜シートPsに幅方向に加わる張力Fwの約10倍程度の大きさの張力Frを加えるようにした。この場合、多孔性膜シートPsに幅方向に加わる張力Fwの大きさは、切断済みの半製品電解質膜シートCEsを巻き取る巻取ローラー140の巻き取り張力に依存する。よって、第3実施形態では、シート切刃170で切断されたシート端Pseに、巻取ローラー140の巻き取り張力の10倍の大きさの張力Frを加えるようにした。
The
上記した第3実施形態の電解質膜製造装置100Bによれば、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134におけるローラー全域から小径ローラー部133s,134sを除く温度調整ローラー部での多孔性膜シートPsの密着加熱により、既述した効果を奏することができる。これに加え、第3実施形態の電解質膜製造装置100Bは、図12においてクロスハッチで示すシート切刃170で切断されたシート端Pseに、切断により残された多孔性膜シートPs、即ち図12において右下がりのハッチで示す領域の多孔性膜シートPsに幅方向に加わる張力Fwよりも大きな張力Frを加えるので、次の利点がある。なお、図12における張力Fwを示す矢印は、切断済みの半製品電解質膜シートCEsを巻き取る巻取ローラー140の巻き取り張力に依存して、多孔性膜シートPsに幅方向に張力Fwが加わる様子を示しているであり、張力Fwの大きさや張力が生じる箇所を示しているのではない。
According to the electrolyte
シート端Pseは、シート切刃170による多孔性膜シートPsの切断箇所より上流では、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134の搬送ローラーのローラー表面に密着していないと共に、電解質膜シートMsの貼り合わせ前の延伸済みの多孔性膜シートPsと連続したままである。よって、図12において右上がりのハッチで示す領域の切断箇所より上流のシート端Pseには、多孔性膜シートPsに幅方向に加わる張力Fwよりも大きい張力Frが切断されたシート端Pseを介して伝わるので、電解質膜シートMsの貼り合わせ前の多孔性膜シートPsが膜幅を狭くするよう張力Fwを受けてネックインしようとしても、そのネックインを防止できる。この場合、幅方向に張力Fwが加わる多孔性膜シートPsの部位は、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134のローラー表面に密着して幅方向の収縮が抑制されていることから、張力Fwが加わることに起因したネックインは、より確実に防止可能となる。
The sheet end Pse is not in close contact with the roller surfaces of the transport rollers of the
第3実施形態の電解質膜製造装置100Bで得られた実施形態品についても、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134とを温度調整し(図5:工程S10)、それ以降の工程S100〜S150の各手順に従って得た半製品電解質膜シートCEsを、加熱ローラーを用いた多孔性膜シートPsの電解質樹脂(電解質前駆体)への含浸および加水分解に処して、完成品としての補強型電解質膜とした。次いで、得られた補強型電解質膜(第3実施形態品)を、図2に示す10センチの正方サンプル片形状に裁断し、裁断したサンプル品(第3実施形態品)を、80℃の温水中に20分間、浸漬した後の搬送方向寸法MDと幅方向寸法TDの寸法変化率(膨潤)を求めた。その結果、第3実施形態品では、搬送方向寸法MDの寸法変化率が1.9%であり、幅方向寸法TDの寸法変化率が0.7%であった。この結果から、第3実施形態品は、搬送方向寸法MDと幅方向寸法TDの両寸法とも、1〜2%程度しか寸法変化(膨潤)を起こさず、搬送方向と幅方向の寸法変化もバランスが取れている。つまり、第3実施形態品は、第1実施形態の電解質膜製造装置100を用いた場合の実施形態品よりも低い寸法変化率となり(図7参照)、このことは、上記したネックインの防止効果であると想定される。そして、切断済みのシート端Pseに張力Frを加える第3実施形態によれば、電解質膜の搬送方向および幅方向の寸法変化の大きな抑制により、電解質膜へのシワの発生を高い実効性で抑制することで、耐久性をより高めることができると言える。
Also for the embodiment product obtained by the electrolyte
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
既述した実施形態では、多孔性膜シートPsへの電解質膜シートMsの貼り合わせを、ニップ圧を利用した加圧タイプのローラー構成により行ったが、既存の貼り合わせ機構を用いるようにしてもよい。例えば、搬送区域の終点において、加圧搬送ローラー132を搬送ローラー130より搬送方向下流に配置して、加圧搬送ローラー132のローラー表面で電解質膜シートMsにテンションが掛かるようにして貼り合わせるラップタイプの貼り合わせ機構を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps by the pressure type roller configuration using the nip pressure. However, the existing bonding mechanism may be used. Good. For example, at the end point of the conveyance area, a wrap type in which the
既述した実施形態では、拡幅機構160を把持ワイヤー163を用いたワイヤー式の拡幅機構を有するものとしたが、多孔性膜シートPsの幅方向両端のシート端Pseを搬送区域に亘って把持して、多孔性膜シートPsを搬送しながら拡幅できる機構であればよい。よって、シート端Pseを上下から把持するテンター式、或いはクリップ式の拡幅機構を用いるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the widening
既述した実施形態では、拡幅機構160において延伸させる多孔性膜シートPsを、PTFEを用いて、厚さ1〜5μm、気孔率40〜75%程度の多孔性膜のシートとし、この多孔性膜シートPsを拡幅機構160により110〜150%の拡幅率で延伸したが、PTFEを用いてテープ状に形成された多孔性膜テープを拡幅機構160で延伸するようにしてもよい。この場合には、30〜50mm幅の多孔性膜テープを、150〜300mm幅の補強型電解質膜が得られるよう高倍率で拡幅機構160において延伸すればよい。
In the above-described embodiment, the porous membrane sheet Ps stretched by the widening
既述した実施形態では、多孔性膜シートPsをPTFEを用いて形成したことから、搬送ローラー130を、常温環境下でのシート強度がほぼ半減する120℃に温度制御したが、多孔性膜シートPsの形成に用いる材料に応じて、搬送ローラー130の加熱温度を調整すればよい。また、既述した実施形態では、PTFEを用いて形成した多孔性膜シートPsを、常温環境下でのシート強度がほぼ半減する120℃に搬送ローラー130により加熱したが、軟化に伴うタック性(粘着性)によるローラー表面への貼り付きとこの貼り付きによる収縮抑制が確保できれば、120℃より低い温度や高い温度で、PTFE製の多孔性膜シートPsを搬送ローラー130で加熱してもよい。
In the embodiment described above, since the porous membrane sheet Ps is formed using PTFE, the temperature of the conveying
既述した第3実施形態では、図12に示すように半製品電解質膜シートCEsより外側、つまり、多孔性膜シートPsに貼り合わされる電解質膜シートMsの幅方向縁部の外側で、シート切刃170によりシート端Pseを切断したが、電解質膜シートMsの幅方向縁部を含んでシート切刃170によりシート端Pseを切断してもよい。
In the third embodiment described above, as shown in FIG. 12, sheet cutting is performed outside the semi-finished electrolyte membrane sheet CEs, that is, outside the edge in the width direction of the electrolyte membrane sheet Ms bonded to the porous membrane sheet Ps. Although the sheet end Pse is cut by the
既述した第3実施形態では、シート切刃170により切断したシート端Pseに、電解質膜シートMsの貼り合わせ前の多孔性膜シートPsが膜幅を狭くするように受ける張力Fwの10倍程度の張力Frを加えたが、この張力Frについても、多孔性膜シートPsの形成に用いる材料に応じて増減調整すればよい。
In the third embodiment described above, the sheet end Pse cut by the
既述した第3実施形態では、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134の両加熱搬送ローラーを、小径ローラー部133sと小径ローラー部134sを設けて温度調整ローラー部に対して段差を有するものとしたが、上記の両小径ローラー部を、温度調整ローラー部からローラー端部の側に進むほど小径となるテーパー状の小径ローラー部としてもよい。
In the third embodiment described above, both the heating conveyance rollers of the
既述した第3実施形態では、第1搬送ローラー133と第2搬送ローラー134の両加熱搬送ローラーに小径ローラー部130sと小径ローラー部131sとを設けたが、電解質膜シートMsとの貼り合わせに近い加熱搬送ローラーである第2搬送ローラー134にのみ小径ローラー部134sを設けてもよい。こうしても、ネックインの防止効果を得ることができる。
In the third embodiment described above, the small-diameter roller portion 130s and the small-diameter roller portion 131s are provided on both the heating conveyance rollers of the
既述した第1実施形態では、搬送ローラー130を一つの加熱搬送ローラーとして備えるが、この第1実施形態における搬送ローラー130を、第3実施形態の第1搬送ローラー133と同様の小径ローラー部を有するものとし、電解質膜シートMsの貼り合わせ後にシート切刃170で切り取られるシート端Pseに、その巻き取りの際に既述した張力Frを加えるようにしてもよい。また、三つ以上の加熱搬送ローラーを有する形態において、それぞれの加熱搬送ローラーに第1搬送ローラー133と同様の小径ローラー部を設けるようにしてもよい他、少なくとも最下流側の加熱搬送ローラーに、第2搬送ローラー134と同様に小径ローラー部134sを設けるようにしてもよい。
In 1st Embodiment already described, although the
100…電解質膜製造装置
110…第1送出ローラー
120…第2送出ローラー
130…搬送ローラー
133…第1搬送ローラー
133s…小径ローラー部
131…第2搬送ローラー
132…加圧搬送ローラー
134…第2搬送ローラー
134s…小径ローラー部
140…巻取ローラー
160…拡幅機構
161…上流側シート端把持ローラー
162…下流側シート端把持ローラー
163…把持ワイヤー
170…シート切刃
180…シート端巻取ローラー
200…制御装置
Bs…バックシート
CEs…半製品電解質膜シート
Ms…電解質膜シート
MPs…電解質含浸多孔性膜シート
Ps…多孔性膜シート
Pse…シート端
Psh…切断部
Psh0…巻取幅
Psh1…延伸幅
Pso…余剰シート部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記多孔性膜を膜長手方向の搬送区域において搬送しつつ、前記多孔性膜を幅方向に延伸する工程と、
前記搬送区域から前記延伸済みの前記多孔性膜を受け取って下流に送り出す搬送ローラーを、ローラー表面に密着した前記多孔性膜を加熱して軟化させ、前記多孔性膜の軟化状態を維持するように温度調整し、前記延伸済みの前記多孔性膜を前記温度調整済みの前記搬送ローラーの前記ローラー表面に密着させた状態で、前記電解質膜を前記延伸済みの前記多孔性膜に貼り合わせる工程とを備える、補強型電解質膜の製造方法。 A method for producing a reinforced electrolyte membrane in which an electrolyte membrane is reinforced with a porous membrane,
Stretching the porous membrane in the width direction while transporting the porous membrane in the transport zone in the longitudinal direction of the membrane;
A transport roller that receives the stretched porous membrane from the transport zone and sends it downstream, heats and softens the porous membrane in close contact with the roller surface, and maintains the softened state of the porous membrane Adjusting the temperature and bonding the electrolyte membrane to the stretched porous membrane in a state where the stretched porous membrane is in close contact with the roller surface of the temperature-adjusted transport roller; A method for producing a reinforced electrolyte membrane.
前記電解質膜を前記延伸済みの前記多孔性膜に貼り合わせる工程では、
前記電解質膜の膜幅より広い前記延伸済みの前記多孔性膜の端部部位において前記延伸済みの前記多孔性膜を前記搬送ローラーの前記ローラー表面に密着させることなく、前記電解質膜が貼り合わせ済みの前記延伸済みの前記多孔性膜を、前記電解質膜の貼り合わせ箇所より下流側に搬送しつつ、前記延伸済みの前記多孔性膜の前記端部部位を搬送方向に沿って切断し、
該切断された前記端部部位に、前記切断により残された前記延伸済みの前記多孔性膜に幅方向に加わる張力よりも大きな張力を加える、補強型電解質膜の製造方法。 A method for producing a reinforced electrolyte membrane according to claim 1,
In the step of bonding the electrolyte membrane to the stretched porous membrane,
The electrolyte membrane has been bonded to the end portion of the stretched porous membrane that is wider than the membrane width of the electrolyte membrane without causing the stretched porous membrane to adhere to the roller surface of the transport roller. Cutting the stretched porous membrane along the transport direction while transporting the stretched porous membrane to the downstream side of the bonded portion of the electrolyte membrane,
A method for producing a reinforced electrolyte membrane, wherein a tension larger than a tension applied in a width direction is applied to the stretched porous membrane left by the cutting to the cut end portion.
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