專利名稱：碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池膜電極(EMA)生產(chǎn)中的氣體擴散層(⑶L) 一碳紙基底層薄膜(500mmX500mmX20 μ m)的連續(xù)化疏水；一次多張薄膜在機械手作用下實現(xiàn)動態(tài)、連續(xù)化疏水，并在輸送線的冷、熱風干系統(tǒng)的作用下實現(xiàn)冷風干、熱烘干并收料的設(shè)備。
背景技術(shù)：
燃料電池膜電極(MEA)是前沿技術(shù)領(lǐng)域的高能源材料技術(shù)，是屬于原始創(chuàng)新類型自主開發(fā)，國際國內(nèi)沒有經(jīng)驗可尋，現(xiàn)在要形成規(guī)模生產(chǎn)，就必須提高生產(chǎn)的自動化程度。 而在生產(chǎn)自動化過程中最難以實現(xiàn)的是碳紙連續(xù)浸泡在PTFE乳液中、漓干后PTFE溶液附著在碳紙面上的均勻一致性，即PTFE載量偏差<5%。而且碳紙既脆又薄，常規(guī)的夾持方法或機構(gòu)難于滿足對上述碳紙的夾持并完成碳紙的連續(xù)化疏水過程。而碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備完全實現(xiàn)碳紙連續(xù)化疏水和熱處理與一體，并能滿足生產(chǎn)合格的批量產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對上述問題提供一種燃料電池膜電極生產(chǎn)中的碳紙基底層薄膜(碳紙)的連續(xù)化疏水設(shè)備。該設(shè)備可以將碳紙夾持，實現(xiàn)在PTFE乳液中動態(tài)疏水，并在輸送線的冷、熱風干系統(tǒng)的作用下實現(xiàn)冷風干、熱烘干的設(shè)備。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備，包括疏水區(qū)、冷風干室、熱風干室、軌道和可在軌道上運行的電動移動小車；疏水區(qū)和冷風干室之間設(shè)有電動移動門一，冷風干室和熱風干室之間設(shè)有電動移動門二；軌道設(shè)在疏水區(qū)、冷風干室和熱風干室上方；冷風干室和熱風干室頂面均設(shè)有電動移動小車運行通道，電動移動小車上連接有碳紙疏水機械手；碳紙材料疏水機械手包括與電動移動小車固定聯(lián)接的機架、通過軸承一與機架連接的且可沿X軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸一，連接在轉(zhuǎn)動軸一上的碳紙材料軸承座，通過軸承二與軸承座連接的且與轉(zhuǎn)動軸一垂直的轉(zhuǎn)動軸二，連接在轉(zhuǎn)動軸二上的碳紙材料夾持機構(gòu)； 疏水區(qū)設(shè)有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通過升降機構(gòu)與疏水容器支架連接。本發(fā)明機架上設(shè)有電機一和傳動機構(gòu)一，碳紙材料軸承座上設(shè)有電機二和傳動機構(gòu)二 ；所述轉(zhuǎn)動軸一通過傳動機構(gòu)一與電機一傳動連接，轉(zhuǎn)動軸二通過傳動機構(gòu)二與電機二傳動連接。所述電機為變頻調(diào)速電機或伺服電機或步進電機。所述夾持機構(gòu)包括基板、夾持底板、夾持壓板、螺桿一、螺母一、螺桿二和螺母二； 基板由邊框圍合而成，邊框之間連接有加強筋；夾持底板和夾持壓板均為由邊框圍合而成的框體，一個夾持底板和一個夾持壓板構(gòu)成一對夾具，若干對夾具構(gòu)成夾持體，夾持體上設(shè)有螺桿孔，螺桿二穿過夾持體的螺桿孔后與螺母二螺紋連接；夾持體和基板通過螺桿一和螺母一固定連接。本發(fā)明每對夾具之間設(shè)有將相鄰夾具隔成一間隙的墊套。所述的碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備還包括卸料區(qū)，卸料區(qū)緊鄰熱風干室，熱風干室和卸料區(qū)之間設(shè)有電動移動門三；所述軌道為雙軌，卸料區(qū)和疏水區(qū)上方均設(shè)有由傳動機構(gòu)驅(qū)動的平移岔道軌。本發(fā)明使用時，機械手通過夾持機構(gòu)將碳紙夾緊，在疏水區(qū)，疏水容器上升的同時，可以將裝碳紙材料的夾持機構(gòu)以逐步增大傾斜角方式入水，直至夾持機構(gòu)到水平狀態(tài)， 同時疏水容器上升直至水漫過碳紙材料停止，然后，轉(zhuǎn)動軸二在電機驅(qū)動下按要求正反方向旋轉(zhuǎn)，完成碳紙材料疏水。此操作過程結(jié)束后，自動按原路返回疏水前的狀態(tài)，然后，電動移動門一開啟，電動移動小車沿軌道運行將經(jīng)過疏水處理后的碳紙材料送至冷風干室冷風干；之后，電動移動門二開啟，電動移動小車沿軌道運行將經(jīng)冷風干后的碳紙材料送至熱風干室熱烘干。本發(fā)明對于既脆又薄的碳紙，既可在生產(chǎn)自動化過程中實現(xiàn)碳紙連續(xù)浸泡在 PTFE乳液中、漓干后PTFE溶液附著在碳紙面上的均勻一致性，又能保證碳紙不會破碎和冷風干、熱烘干的熱處理效果。


圖1為本發(fā)明連續(xù)化疏水設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的俯視圖3為本發(fā)明疏水機械手的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明疏水前疏水機械手的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明熱風干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖6為本發(fā)明碳紙夾持機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為圖6的A-A視圖8為本發(fā)明碳紙夾持機構(gòu)的夾持底板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為圖8的A-A視圖10為本發(fā)明碳紙夾持機構(gòu)的夾持壓板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為圖10的A-A視圖。
具體實施例方式參見圖1 圖11，本發(fā)明包括疏水區(qū)13、冷風干室6、熱風干室8、軌道3和可在軌道3上運行的電動移動小車2 ；疏水區(qū)13和冷風干室6之間設(shè)有電動移動門5. 1，冷風干室 6和熱風干室8之間設(shè)有電動移動門5. 2 ；，軌道設(shè)在疏水區(qū)13、冷風干室6和熱風干室8 上方；冷風干室和熱風干室頂面均設(shè)有電動移動小車運行通道，以便電動移動小車通過通道和電動移動門進入冷風干室或熱風干室；電動移動小車2上連接有碳紙疏水機械手1 ；碳紙材料疏水機械手1包括與電動移動小車2固定聯(lián)接的機架27、通過軸承一與機架27連接的且可沿X軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸對，連接在轉(zhuǎn)動軸M上的碳紙材料軸承座23，通過軸承二與軸承座23連接的且與轉(zhuǎn)動軸M垂直的轉(zhuǎn)動軸22，連接在轉(zhuǎn)動軸22上的碳紙材料夾持機構(gòu)30 ；疏水區(qū)設(shè)有疏水容器21和疏水容器支架16，疏水容器21通過升降機構(gòu)17、18、19、 20 (直線軸承17、伺服電機18、螺桿升降機19、直線導桿20)與疏水容器支架16連接。所述轉(zhuǎn)動軸M通過減速器25與電機沈傳動連接，轉(zhuǎn)動軸22通過減速器四與電機觀傳動連接。所述夾持機構(gòu)30包括基板(輻條板)37、夾持底板45、夾持壓板39、螺桿40、螺母41、螺桿42和螺母43 ；基板37由邊框圍合而成，邊框之間連接有加強筋(輻條);夾持底板45 和夾持壓板39均為由邊框圍合而成的框體，一個夾持底板和一個夾持壓板構(gòu)成一對夾具， 若干對夾具構(gòu)成夾持體，夾持體上設(shè)有螺桿孔，螺桿42穿過夾持體的螺桿孔后與螺母43螺紋連接；夾持體和基板37通過螺桿40和螺母41固定連接。本發(fā)明每對夾具之間設(shè)有將相鄰夾具隔成一間隙的墊套44、46。本發(fā)明還可設(shè)有卸料區(qū)15，卸料區(qū)15緊鄰熱風干室8，熱風干室8和卸料區(qū)15之間設(shè)有電動移動門5. 3 ；所述軌道3為雙軌(軌道3. 1和軌道3. 2)，疏水區(qū)13和卸料區(qū)15上方均設(shè)有由電動推桿11. 1、11. 2驅(qū)動平移岔道機構(gòu)14. 1,14.2使岔道軌3. 4和岔道軌3. 5 實現(xiàn)平移與軌道3. 1和軌道3. 2對接。本發(fā)明熱風干室8內(nèi)設(shè)有熱風干系統(tǒng)，包括噴嘴31、管路32、控制系統(tǒng)33、加熱器系統(tǒng)34、風機35、電機36等組成循環(huán)熱風干系統(tǒng)(該系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)的常用系統(tǒng)，因此不再在此詳述)。本發(fā)明冷風干室6內(nèi)設(shè)有冷風干系統(tǒng)與熱風干系統(tǒng)類似，但不需要加熱器系統(tǒng)。本發(fā)明的工作過程如下將八支螺桿42穿過第1個夾持底板后，將第一張?zhí)技埢讓颖∧?500πιπιΧ500πιπιΧ20μπι)放入其中，再將第一個夾持壓板穿過八支螺桿42并壓在第一張?zhí)技埢讓颖∧ど蠘?gòu)成一組夾持機構(gòu)。參照上述方法，再依次放入七組夾持機構(gòu)，將八個螺母43擰入八支螺桿42中將多層碳紙夾緊，再將八張?zhí)技垔A緊的夾持體，通過四支螺桿40和四個螺母41緊固在輻條板37上。實現(xiàn)卸碳紙的情況與上述上料的情況相反。說明在正常的工作情況下輻條板37和四支螺桿一是固定在旋轉(zhuǎn)變頻電機減速機的轉(zhuǎn)動軸 22上，卸料時不卸它們。然后將整個裝置與帶有旋轉(zhuǎn)變頻電機觀、減速機四、翻轉(zhuǎn)變頻電機沈、減速機25 的疏水機構(gòu)連接在一起成為碳紙疏水機械手1，同時伺服電機18驅(qū)動螺桿升降機19將疏水容器21頂起，實現(xiàn)碳紙.夾持裝置30在Y—Z平面翻轉(zhuǎn)，在X—Z平面旋轉(zhuǎn)，疏水容器21在 Y方向升起，完成碳紙夾持裝置30在疏水容器21中的PTFE乳液中動態(tài)疏水過程。注意； 在碳紙疏水機械手1在Y—Z平面翻轉(zhuǎn)、疏水容器21在Y方向升降配合下，實現(xiàn)碳紙夾持裝置30的最優(yōu)進入PTFE乳液中角度，否則碳紙會破損。在完成碳紙夾持裝置30在疏水容器21中的PTFE乳液中動態(tài)疏水完之后，疏水容器21在Y方向降下，碳紙夾持裝置30在碳紙疏水機械手1作用下在Y— Z平面翻轉(zhuǎn)90°， 在旋轉(zhuǎn)變頻電機觀、減速機四的作用下實現(xiàn)碳紙夾持裝置30在X—Y平面旋轉(zhuǎn)，保持碳紙附著PTFE乳液層浙干時的均勻性。待碳紙附著PTFE乳液層浙干后，電動移動小車2將帶有碳紙夾持裝置30的碳紙疏水機械手1通過電動移動門5. 1進入冷風干室6(冷風干室頂面設(shè)有電動移動小車通道， 電動移動小車經(jīng)通道和開啟的電動移動門進入冷風干室)，在冷風干系統(tǒng)7、碳紙疏水機械手1作用下，實現(xiàn)Y—Z平面翻轉(zhuǎn)、X-Z平面旋轉(zhuǎn)、X-Y平面旋轉(zhuǎn)的動態(tài)冷風干。待碳紙附著PTFE乳液層冷風干后，電動移動小車2將帶有碳紙夾持裝置30的碳紙疏水機械手1通過電動移動門5. 2進入熱風干室8 (熱風干室頂面設(shè)有電動移動小車通道，電動移動小車經(jīng)通道和開啟的電動移動門進入熱風干室)，在熱風干系統(tǒng)9、碳紙疏水機械手1作用下，實現(xiàn)Y—Z平面翻轉(zhuǎn)、X-Z平面旋轉(zhuǎn)、X-Y平面旋轉(zhuǎn)的動態(tài)熱風干。待碳紙附著PTFE乳液層熱風干后，電動移動小車2將帶有碳紙夾持裝置30的碳紙疏水機械手1通過電動移動門5. 3進入待卸料區(qū)，在電動推桿11. 2驅(qū)動岔道平移機構(gòu) 14. 2，實現(xiàn)平移岔道軌3. 4平移至與軌道3. 2銜接。 人工卸料，將附著PTFE乳液層經(jīng)熱風干后的碳紙取出放在工件存放小車10上，電動移動小車2將帶有碳紙疏水機械手1沿軌道3. 2返回到上料區(qū)的平移岔道軌3. 3下，待上完料后；在電動推桿11. 1驅(qū)動岔道平移機構(gòu)14. 1，實現(xiàn)平移岔道軌3. 3平移至與軌道3. 1 銜接，然后疏水，完成整個周期。
權(quán)利要求
1.碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備，其特征在于包括疏水區(qū)、冷風干室、熱風干室、軌道和可在軌道上運行的電動移動小車；疏水區(qū)和冷風干室之間設(shè)有電動移動門一，冷風干室和熱風干室之間設(shè)有電動移動門二 ；軌道設(shè)在疏水區(qū)、冷風干室和熱風干室上方；冷風干室和熱風干室頂面均設(shè)有電動移動小車運行通道，電動移動小車上連接有碳紙疏水機械手； 碳紙材料疏水機械手包括與電動移動小車固定聯(lián)接的機架、通過軸承一與機架連接的且可沿X軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸一，連接在轉(zhuǎn)動軸一上的碳紙材料軸承座，通過軸承二與軸承座連接的且與轉(zhuǎn)動軸一垂直的轉(zhuǎn)動軸二，連接在轉(zhuǎn)動軸二上的碳紙材料夾持機構(gòu)；疏水區(qū)設(shè)有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通過升降機構(gòu)與疏水容器支架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備，其特征在于夾持機構(gòu)包括基板、 夾持底板、夾持壓板、螺桿一、螺母一、螺桿二和螺母二；基板由邊框圍合而成，邊框之間連接有加強筋；夾持底板和夾持壓板均為由邊框圍合而成的框體，一個夾持底板和一個夾持壓板構(gòu)成一對夾具，若干對夾具構(gòu)成夾持體，夾持體上設(shè)有螺桿孔，螺桿二穿過夾持體的螺桿孔后與螺母二螺紋連接；夾持體和基板通過螺桿一和螺母一固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備，其特征在于每對夾具之間設(shè)有將相鄰夾具隔成一間隙的墊套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備，其特征在于所述的碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備還包括卸料區(qū)，卸料區(qū)緊鄰熱風干室，熱風干室和卸料區(qū)之間設(shè)有電動移動門三；所述軌道為雙軌，卸料區(qū)和疏水區(qū)上方均設(shè)有由傳動機構(gòu)驅(qū)動的平移岔道軌。
全文摘要
碳紙材料連續(xù)化疏水設(shè)備，包括疏水區(qū)、冷風干室、熱風干室、軌道和可在軌道上運行的電動移動小車；疏水區(qū)和冷風干室之間、冷風干室和熱風干室之間均設(shè)有電動移動門；電動移動小車上連接有碳紙疏水機械手；碳紙材料疏水機械手包括與電動移動小車聯(lián)接的機架、與機架連接的轉(zhuǎn)動軸，連接在轉(zhuǎn)動軸上的碳紙材料軸承座，與軸承座連接的轉(zhuǎn)動軸，連接在轉(zhuǎn)動軸上的碳紙材料夾持機構(gòu)；疏水區(qū)設(shè)有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通過升降機構(gòu)與疏水容器支架連接。本發(fā)明對于既脆又薄的碳紙，既可在生產(chǎn)自動化過程中實現(xiàn)碳紙連續(xù)浸泡在PTFE乳液中、漓干后PTFE溶液附著在碳紙面上的均勻一致性，又能保證碳紙不會破碎和冷風干、熱烘干的熱處理效果。
文檔編號H01M4/88GK102412403SQ20111022651
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者馮晟, 朱永平, 王路路, 邱欣華 申請人:湖北省機電研究設(shè)計院