一种用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺的制作方法

本发明涉及膜电极技术领域，具体为一种用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺。

背景技术：

燃料电池是通过电化学反应将燃料化学能中的自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此工作效率极高，且燃料电池利用燃料与氧气作为发生原料，无机械传动部件，故没有噪声污染及有害气体的排放。因而从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最具发展前途的发电技术，且用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺，是决定产品质量的重要因素之一。

现有的用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺中，存在热压质量差和热压精度低的问题。其中现有的热压操作大多为一次成型，易出现压力不均或压力过大等情况，而胶料在固化过程中，易发生粘连的情况；且不能够保证待热压部件在取放便捷的同时，不会在热压过程中发生偏移的情况。

针对以上问题，现提供所述解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺，本发明所要解决的技术问题如下：

(1)如何提供一种有效的方式，来解决压力不均或压力过大，以及胶料易粘连等情况，从而提高热压质量；

(2)如何来保证待热压部件取放便捷的同时，避免在热压过程中发生偏移的情况，以提高热压精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺，包括外框架的铺设、质子交换膜的预处理、热压处理和空冷核验处理，具体操作步骤如下：

步骤一：外框架的铺设，先取干燥、洁净的薄钢板置于操作台上，再依次将工业滤纸和四氟膜平铺于薄钢板的中心位置，以得到外框架，且外框架的铺设数量为两个；

步骤二：质子交换膜的预处理，先取两张碳纸分别平铺在质子交换膜的两侧面，再将两个聚酯边框均与碳纸的外表面相贴合，以得到初级膜电极，并放置于操作台上待用；

步骤三：热压处理，先将步骤一中得到的一个外框架的薄钢板面放置于专用热压设备上，再将步骤二中得到的初级膜电极放置于该外框架中的四氟膜面，之后再用步骤一中得到的另一个外框架的四氟膜面盖在初级膜电极上，并经两次热压操作后，以得到成型膜电极，且两次热压操作分别为预硫成型和硫化成型，且预硫成型中的压力保持在0.4-0.6mpa、时间保持在50-70秒，且硫化成型中的压力保持在1.4-1.6mpa，时间保持在120-180秒，而温度始终控制在100-150度，将工业滤纸和四氟膜依次平铺于薄钢板的中心位置，此种铺放方式可有效地避免高温环境下出现聚酯边框与薄钢板粘连的情况，进而在保证产品平整度的同时对其起到防护作用，而先经预硫成型再经硫化成型操作，可有效地避免因一次成型压力不均或压力过大而产生气泡等缺陷，在大大提升了热压质量的同时保障了生产效率；

步骤四：空冷核验处理，先将步骤三中得到的成型膜电极置于空冷箱中，并经50-70秒的空冷操作后，再将其打码、检测，且置于干燥无尘的常温环境中存储。

其中，所述步骤三中的专用热压设备由支撑架、密封箱体、送胶管、箱门、储料罐、电动推杆、缓冲弹球、第一滑槽、下压板、上压板、上固定板、电加热片、限位条、活动板、滑块、立柱、下固定板、套筒、滚珠、第二滑槽、第一卡孔、第二卡孔、凸台型卡块、活动杆、伸缩弹簧和拉环组成，所述密封箱体的底部通过焊接固定有支撑架，所述密封箱体的一侧通过卡扣活动连接有储料罐，所述储料罐的底部设置有送胶管，且送胶管的一端与外部导胶设备连接，所述密封箱体的一侧通过铰链活动连接有箱门，所述密封箱体的内部自上而下依次通过螺栓固定有上固定板和下固定板，且上固定板和下固定板均为水平放置，所述上固定板的底部中心处通过螺栓固定有上压板，所述下固定板的底部中心处通过螺钉固定有电动推杆，所述电动推杆的一端穿过下固定板与活动板相连，所述上固定板和下固定板之间对应安装有立柱，且两个立柱均穿过活动板，所述活动板与立柱、电动推杆与下固定板的接触处均涂覆有环氧树脂润滑涂层，便于减小活动板和电动推杆在运动时受到的阻力，所述活动板靠近下固定板的一侧均匀嵌入有缓冲弹球，所述活动板远离下固定板的一侧对应开设有第一滑槽，所述第一滑槽的内部安装有滑块，且两个滑块之间连接有下压板，所述下压板与上压板为配合结构且对应设置，所述下压板和上压板的相邻一侧内壁均匀分布有电加热片，所述下压板和上压板的相邻一侧均匀分布限位条，所述下压板与上压板上的限位条均为六个且对应设置，且六个限位条为一组并构成热压区，便于操作员将待热压部件放至指定区域，且防止热压过程中发生偏移现象，大大提高了热压精度，所述活动板远离下固定板的一侧中心处开设有第二滑槽，所述第二滑槽的底部内壁自里向外依次开设有第一卡孔和第二卡孔，所述第一卡孔和第二卡孔与凸台型卡块均为配合结构，且第一卡孔的直径比凸台型卡块的最大直径小3毫米，且第二卡孔的直径比凸台型卡块的最小直径大1.5毫米，便于凸台型卡块完全卡入第一卡孔内，以及便于凸台型卡块从第二卡孔内移出，所述下压板的一侧通过螺栓固定有套筒，所述活动杆穿过套筒且两端分别与凸台型卡块和拉环连接，所述凸台型卡块的底部嵌入有滚珠，所述伸缩弹簧套接在活动杆的外部且位于套筒和拉环之间，所述电动推杆和电加热片均与外部电源电性连接。

本发明的有益效果：

1.本发明中将按预设要求铺放的工业滤纸、四氟膜和薄钢板组成的外框架，与按预设要求铺放的碳纸、质子交换膜和聚酯边框组成的初级膜电极相接触，而此种铺放与接触方式，可有效地避免在高温环境下，出现胶料或初级膜电极中的聚酯边框与外框架中的薄钢板相互粘连的情况，并在保证产品平整度的同时对其起到防护作用，而先经预硫成型再经硫化成型操作，且预硫成型中的压力保持在0.4-0.6mpa、时间保持在50-70秒，且硫化成型中的压力保持在1.4-1.6mpa，时间保持在120-180秒，其中温度始终控制在100-150度，进而通过两次热压操作，可有效地避免因压力不均或压力过大而产生气泡、凸起等缺陷，大大提升了热压质量；

2.本发明中的下压板在向外运动至固定处时，操作员即可对待热压部件进行取放，无需再将肢体部分伸入下压板与上压板间来对待热压部件进行取放，保证了取放的便捷性和安全性，且下压板在向里运动至固定处时，有伸缩弹簧的回复力作用，以避免活动板在水平面上发生偏移，且活动板在立柱上为规则运动，以避免活动板在竖直面上发生偏移，同时与下压板和上压板上的六个限位条构成的热压区相配合，以免在热压过程中，待热压部件发生偏移，进而保证了待热压部件在取放便捷的同时，不会在热压过程中发生偏移，大大提升了热压精度。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的整体正视结构示意图；

图3为本发明的密封箱体内部剖面图；

图4为本发明的图3中的a区域侧视结构示意图；

图5为本发明的限位条安装结构图；

图中：1、支撑架；2、密封箱体；3、送胶管；4、箱门；5、储料罐；6、电动推杆；7、缓冲弹球；8、第一滑槽；9、下压板；10、上压板；11、上固定板；12、电加热片；13、限位条；14、活动板；15、滑块；16、立柱；17、下固定板；18、套筒；19、滚珠；20、第二滑槽；21、第一卡孔；22、第二卡孔；23、凸台型卡块；24、活动杆；25、伸缩弹簧；26、拉环。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺，包括外框架的铺设、质子交换膜的预处理、热压处理和空冷核验处理，具体操作步骤如下：

步骤一：外框架的铺设，先取干燥、洁净的薄钢板置于操作台上，再依次将工业滤纸和四氟膜平铺于薄钢板的中心位置，以得到外框架，且外框架的铺设数量为两个；

步骤二：质子交换膜的预处理，先取两张碳纸分别平铺在质子交换膜的两侧面，再将两个聚酯边框均与碳纸的外表面相贴合，以得到初级膜电极，并放置于操作台上待用；

步骤三：热压处理，先将步骤一中得到的一个外框架的薄钢板面放置于专用热压设备上，再将步骤二中得到的初级膜电极放置于该外框架中的四氟膜面，之后再用步骤一中得到的另一个外框架的四氟膜面盖在初级膜电极上，并经两次热压操作后，以得到成型膜电极，且两次热压操作分别为预硫成型和硫化成型，且预硫成型中的压力保持在0.4-0.6mpa、时间保持在50-70秒，且硫化成型中的压力保持在1.4-1.6mpa，时间保持在120-180秒，而温度始终控制在100-150度，将工业滤纸和四氟膜依次平铺于薄钢板的中心位置，此种铺放方式可有效地避免高温环境下出现聚酯边框与薄钢板粘连的情况，进而在保证产品平整度的同时对其起到防护作用，而先经预硫成型再经硫化成型操作，可有效地避免因一次成型压力不均或压力过大而产生气泡等缺陷，在大大提升了热压质量的同时保障了生产效率；

步骤四：空冷核验处理，先将步骤三中得到的成型膜电极置于空冷箱中，并经50-70秒的空冷操作后，再将其打码、检测，且置于干燥无尘的常温环境中存储。

其中，所述步骤三中的专用热压设备由支撑架1、密封箱体2、送胶管3、箱门4、储料罐5、电动推杆6、缓冲弹球7、第一滑槽8、下压板9、上压板10、上固定板11、电加热片12、限位条13、活动板14、滑块15、立柱16、下固定板17、套筒18、滚珠19、第二滑槽20、第一卡孔21、第二卡孔22、凸台型卡块23、活动杆24、伸缩弹簧25和拉环26组成，密封箱体2的底部通过焊接固定有支撑架1，密封箱体2的一侧通过卡扣活动连接有储料罐5，储料罐5的底部设置有送胶管3，且送胶管3的一端与外部导胶设备连接，密封箱体2的一侧通过铰链活动连接有箱门4，密封箱体2的内部自上而下依次通过螺栓固定有上固定板11和下固定板17，且上固定板11和下固定板17均为水平放置，上固定板11的底部中心处通过螺栓固定有上压板10，下固定板17的底部中心处通过螺钉固定有电动推杆6，电动推杆6的一端穿过下固定板17与活动板14相连，上固定板11和下固定板17之间对应安装有立柱16，且两个立柱16均穿过活动板14，活动板14与立柱16、电动推杆6与下固定板17的接触处均涂覆有环氧树脂润滑涂层，便于减小活动板14和电动推杆6在运动时受到的阻力，活动板14靠近下固定板17的一侧均匀嵌入有缓冲弹球7，活动板14远离下固定板17的一侧对应开设有第一滑槽8，第一滑槽8的内部安装有滑块15，且两个滑块15之间连接有下压板9，下压板9与上压板10为配合结构且对应设置，下压板9和上压板10的相邻一侧内壁均匀分布有电加热片12，下压板9和上压板10的相邻一侧均匀分布限位条13，下压板9与上压板10上的限位条13均为六个且对应设置，且六个限位条13为一组并构成热压区，便于操作员将待热压部件放至指定区域，且防止热压过程中发生偏移现象，大大提高了热压精度，活动板14远离下固定板17的一侧中心处开设有第二滑槽20，第二滑槽20的底部内壁自里向外依次开设有第一卡孔21和第二卡孔22，第一卡孔21和第二卡孔22与凸台型卡块23均为配合结构，且第一卡孔21的直径比凸台型卡块23的最大直径小3毫米，且第二卡孔22的直径比凸台型卡块23的最小直径大1.5毫米，便于凸台型卡块23完全卡入第一卡孔21内，以及便于凸台型卡块23从第二卡孔22内移出，下压板9的一侧通过螺栓固定有套筒18，活动杆24穿过套筒18且两端分别与凸台型卡块23和拉环26连接，凸台型卡块23的底部嵌入有滚珠19，伸缩弹簧25套接在活动杆24的外部且位于套筒18和拉环26之间，电动推杆6和电加热片12均与外部电源电性连接。

工作过程：先将箱门4打开并握住拉环26向上提拉，直至凸台型卡块23离开第一卡孔21，之后将拉环26向外拉出并带动下压板9向外运动，直至凸台型卡块23卡入第二卡孔22内，此时将待热压部件置于下压板9上的热压区，再将拉环26向上提拉以使凸台型卡块23离开第二卡孔22，之后将拉环26向里推入并带动下压板9和待热压部件向里运动，直至凸台型卡块23卡入第一卡孔21内，并由伸缩弹簧25的回复力作用，使得凸台型卡块23与第一卡孔21紧密接触，之后通过外部导胶设备将储料罐5内的胶料经送胶管3输出，并点涂至所需上胶区域，然后关上箱门4的同时开启电加热片12和电动推杆6，并由电加热片12将胶料的温度维持在100-150度，且电动推杆6带动活动板14及下压板9朝着上压板10运动，直至上压板10上的热压区与待热压部件接触，此时先保持下压板9与上压板10间的压力为0.4-0.6mpa并维持50-70秒，以完成预硫成型操作，再保持下压板9与上压板10间的压力为1.4-1.6mpa并维持120-180秒，以完成硫化成型操作，最后在电动推杆6收回的同时关闭电加热片12，以完成整套热压工作流程。

本发明通过合理的设计，其中先将工业滤纸和四氟膜平铺于薄钢板的中心位置，以得到外框架，再将两张碳纸分别平铺在质子交换膜的两侧面，之后将两个聚酯边框均与碳纸的外表面相贴合，以得到初级膜电极，且在热压过程中，将初级膜电极中的聚酯边框与外框架中的四氟膜相接触，而此种铺放与接触方式，可有效地避免在高温环境下，出现胶料或初级膜电极中的聚酯边框与外框架中的薄钢板相互粘连的情况，并在保证产品平整度的同时对其起到防护作用，而先经预硫成型再经硫化成型操作，且预硫成型中的压力保持在0.4-0.6mpa、时间保持在50-70秒，且硫化成型中的压力保持在1.4-1.6mpa，时间保持在120-180秒，其中温度始终控制在100-150度，进而通过两次热压操作，可有效地避免因压力不均或压力过大而产生气泡、凸起等缺陷，大大提升了热压质量；

其中先握住拉环26向上提拉，直至凸台型卡块23离开第一卡孔21，之后将拉环26向外拉出并带动下压板9向外运动，直至凸台型卡块23卡入第二卡孔22内，此时将待热压部件置于下压板9上的热压区，再将拉环26向上提拉以使凸台型卡块23离开第二卡孔22，之后将拉环26向里推入并带动下压板9和待热压部件向里运动，直至凸台型卡块23卡入第一卡孔21内，并由伸缩弹簧25的回复力作用，使得凸台型卡块23与第一卡孔21紧密接触，且在下压板9向外运动至固定处时，操作员即可对待热压部件进行取放，无需再将肢体部分伸入下压板9与上压板10间来对待热压部件进行取放，保证了取放的便捷性和安全性，且在下压板9向里运动至固定处时，有伸缩弹簧25的回复力作用，以避免活动板14在水平面上发生偏移，且活动板14在立柱16上为规则运动，以避免活动板14在竖直面上发生偏移，同时与下压板9和上压板10上的六个限位条13构成的热压区相配合，以免在热压过程中，待热压部件发生偏移，进而保证了待热压部件在取放便捷的同时，不会在热压过程中发生偏移，大大提升了热压精度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。