一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构的制作方法

本发明涉及注塑成型技术领域，特别涉及一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构。

背景技术：

燃料电池是一种通过氢氧燃料反应将化学能转化为电能的“化学发电机”，反应产物只有水，从而达到真正的零排放。经过多年的钻研，燃料电池技术取得了较大的进步，金属双极板作为燃料电池关键部件之一，不仅是为燃料反应提供场所，同时也起到集流、水管理等作用。

为保证金属极板在使用过程中氢气腔、空气腔的密封性能，需在极板周围以及进出口位置设计密封结构。金属极板根据不同的结构以及电堆的装配工艺设计不同的密封形式，比如金属极板的进气形式采用层跃式，则密封结构可采用粘贴胶条方式，比如进气形式采用直通式，则密封结构可采用胶条注塑成型方式来保证密封。对于不同的密封形式，匹配的工艺路线有较大的差异，开发新的密封结构也意味着技术工艺以及模具的重新设计。

目前市场主流的金属极板进气方式采取层跃式结构，与该进气结构匹配使用的密封方式为预制胶条，该方式导致极板法向空间的增大，不利于轻量化、小体积化。

胶条注塑成型是模具与金属极板结构上相互配合，通过液态的胶体在模具内的流动到达需要密封区域，这样固化后的胶条与极板特征结构贴合的更紧密，极板的密封性能更好。但这种注塑方式存在溢胶问题，为避免胶体流入进出气口或流场区域，则需要特别设计来抑制胶体向外流动的趋势。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构，包括金属极板和模具；所述金属极板的一面上开设有多个容胶槽，每个所述容胶槽呈长条形结构，多个容胶槽相互平行且等间距成列布置，所述金属极板两端的居中处均开设有一开口，两个所述开口分别与多个容胶槽中最两端的两个容胶槽连通，相邻两个容胶槽之间通过脊状凸起相分隔，每个所述脊状凸起的顶面为平面、两侧侧壁为倾斜面，脊状凸起顶面的中部开设有连通两侧容胶槽的中部凹槽，脊状凸起顶面的两端均开设有连通两侧容胶槽的端部凹槽，脊状凸起顶面的靠近两端处均开设有连通两侧容胶槽的阻流凹槽；所述模具扣置于金属极板的一面上，模具跨置于多个容胶槽和多个脊状凸起上，并且两端分别经过金属极板两端的开口，模具的与金属基板接触的接触面上开设有相连通的主槽道和多个脊状槽道，所述主槽道连通模具的两端，并与多个脊状凸起顶面的中部凹槽的槽底面围成胶体通道，多个所述脊状槽道连通模具的两侧面，并分别与多个脊状凸起相配合，每个脊状槽道与对应的脊状凸起之间设有间隙且该间隙构成溢胶流道。

进一步地，所述脊状凸起的高度低于金属极板的板面。

进一步地，所述脊状凸起顶面的靠近两端处的阻流凹槽的数量均为两个以上且沿脊状凸起的走向等间距分布。

进一步地，所述脊状凸起顶面的中部凹槽和端部凹槽的深度相同，脊状凸起顶面的阻流凹槽的深度小于中部凹槽、端部凹槽；中部凹槽的宽度大于端部凹槽，端部凹槽的宽度大于阻流凹槽。

进一步地，所述模具的主槽道的宽度小于金属极板的脊状凸起顶面的中部凹槽。

进一步地，所述模具的宽度小于金属极板的脊状凸起顶面的两个端部凹槽之间的净距。

进一步地，所述模具上的每个脊状槽道中设有阻流凸起，所述阻流凸起与金属极板的对应脊状凸起顶面的阻流凹槽相配合。更进一步地，所述模具在宽度方向上覆盖金属极板的脊状凸起顶面的所有阻流凹槽。

进一步地，所述模具的接触面上开设有两个支槽道，两个所述支槽道分别平行设置于主槽道的两侧，每个支槽道的两端闭合，并与多个脊状槽道连通，两个支槽道将每个脊状槽道分成三段，并且两个支槽道之间的一段脊状槽道与两个支槽道两侧的两段脊状槽道错位布置。更进一步地，所述模具在宽度方向上覆盖金属极板的脊状凸起顶面的所有阻流凹槽及两端的开口。

与现有技术相比，本发明的有益效果：1、采用了用于存储溢胶的容胶槽，该容胶槽的形状、数量、尺寸可根据溢胶量的大小进行最优匹配，最大程度保证容胶性能；

2、金属极板的脊状凸起和模具的脊状槽道之间的间隙构成溢胶流道，脊状凸起和脊状槽道上分别设置相配合的阻流凹槽和阻流凸起，使得溢胶流道的路径更为弯曲，使胶体在其中的流动阻力变大，减小了溢胶量；

3、模具上除开设用于胶体注入的主槽道和用于溢胶的脊状槽道外，可在主槽道两侧开设支槽道，支槽道和主槽道构成层层阻挡，更好地留存胶体，而且还可将脊状槽道错位布置，配合支槽道，使溢出的胶体更多地保留在模具内部；

4、液态胶体流至极板特征区域后固化形成的胶条可与极板紧密贴合，无需在金属极板的进出口处设计预留胶条路径，因此金属极板的进气方式可采用直流式，对比目前市场主流的采用层跃式结构进气的金属极板，本胶条注塑成型结构减小了金属极板体积，同时也减小了进口至分配区的压降，提高了金属极板的性能；

5、结合仿真手段，对不带胶条注塑成型结构的金属极板和带胶条注塑成型结构金属极板下的胶体分布进行对比，明显得出不带胶体注塑特征结构的极板注塑区域溢胶情况严重，注塑区域出口旁边为极板进气口，不带胶条注塑成型结构将提高进气口堵塞的风险；带胶条注塑成型结构的金属极板因为容胶槽等结构存在可以很好地储存溢胶，防止胶体的外溢。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图。

图2为本发明实施例1中的金属极板的结构示意图。

图3为本发明实施例1的局部放大示意图。

图4为本发明实施例2的整体结构示意图。

图5为本发明实施例2的局部放大示意图。

图6为本发明实施例3的整体结构示意图。

图7为本发明实施例3中的模具的结构示意图。

图中部件标号如下：

1金属极板

2模具

3容胶槽

4开口

5脊状凸起

6中部凹槽

7端部凹槽

8阻流凹槽

9主槽道

10脊状槽道

11阻流凸起

12支槽道

a脊顶溢出路径

b侧壁溢出路径

c溢胶流道溢出路径。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

实施例1

参见图1，一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构，包括金属极板1和模具2。

参见图2，所述金属极板1的一面上开设有多个容胶槽3，每个所述容胶槽3呈长条形结构，多个容胶槽3相互平行且等间距成列布置，所述金属极板1两端的居中处均开设有一开口4，两个所述开口4分别与多个容胶槽3中最两端的两个容胶槽3连通。

相邻两个容胶槽3之间通过脊状凸起5相分隔，每个所述脊状凸起5的顶面为平面且高度低于金属极板1的板面，脊状凸起5的两侧侧壁为倾斜面，易于胶体流向两侧的容胶槽3。脊状凸起5顶面的中部开设有连通两侧容胶槽3的中部凹槽6，脊状凸起5顶面的两端均开设有连通两侧容胶槽3的端部凹槽7，脊状凸起5顶面的靠近两端处均开设有连通两侧容胶槽3的一个以上的阻流凹槽8，当阻流凹槽8的数量为两个以上时，两个以上的阻流凹槽8沿脊状凸起5的走向等间距分布。其中，所述中部凹槽6和端部凹槽7的深度相同，阻流凹槽8的深度小于中部凹槽6、端部凹槽7；中部凹槽6的宽度大于端部凹槽7，端部凹槽7的宽度大于阻流凹槽8。

参见图1，所述模具2扣置于金属极板1的一面上，模具2跨置于多个容胶槽3和多个脊状凸起5上，并且两端分别经过金属极板1两端的开口4，模具2的宽度小于脊状凸起5顶面的两个端部凹槽7之间的净距。模具2的与金属基板接触的接触面上开设有相连通的主槽道和多个脊状槽道，所述主槽道连通模具2的两端，并与多个脊状凸起5顶面的中部凹槽6的槽底面围成胶体通道，主槽道的宽度小于中部凹槽6，多个所述脊状槽道连通模具2的两侧面，并分别与多个脊状凸起5相配合，每个脊状槽道与对应的脊状凸起5之间设有间隙且该间隙构成溢胶流道。

注塑成型胶条时，胶体注入胶体通道，并按图2中的实线箭头方向流动，该过程中，胶体会产生溢胶，溢胶方向参见图2中的虚线箭头方向。参见图3，溢出的胶体流过溢胶流道，部分胶体会沿脊状凸起5顶面的脊顶溢出路径a进入两侧的容胶槽3，还有部分胶体会沿脊状凸起5两侧壁的侧壁溢出路径b进入两侧的容胶槽3，实现胶体的留存，防止胶体外溢，避免胶体流入进出气口导致金属极板1的进口堵塞。

实施例2

一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构，包括金属极板1和模具2。与实施例1的区别之处在于模具2上增设了结构。

参见图4，所述模具2的宽度较实施例1中的宽，具体为，模具2在宽度方向上覆盖金属极板1的脊状凸起5顶面的所有阻流凹槽。

参见图5，模具2上的每个脊状槽道10中设有一个以上的阻流凸起11，所述阻流凸起11与对应脊状凸起5顶面的阻流凹槽相配合，使得溢胶流道的路径更加弯曲，从而增加了流动阻力。参见图5中的溢胶流道溢出路径c，胶体流过溢胶流道的过程中会损失更多动量，减小了溢胶量。

实施例3

一种用于燃料电池金属极板密封的胶条注塑成型结构，包括金属极板1和模具2。与实施例1的区别之处在于金属极板1和模具2上增设了结构。

参见图6，所述模具2的宽度较实施例1中的宽，具体为，模具2在宽度方向上覆盖金属极板1的脊状凸起5顶面的所有阻流凹槽及两端的开口。

参见图7，所述模具2的接触面上开设有两个支槽道12，两个所述支槽道12分别平行设置于主槽道9的两侧，每个支槽道12的两端闭合，并与多个脊状槽道10连通。两个支槽道12将每个脊状槽道10分成三段，并且两个支槽道12之间的一段脊状槽道10与两个支槽道12两侧的两段脊状槽道10错位布置，可参见图中三条引线标出的脊状槽道10。这样在胶体流过溢胶流道的过程中，从胶体通道溢出的胶体会先沿两个支槽道12之间的一段脊状槽道10流入两个支槽道12内，再沿两侧错位的两段脊状槽道10流出，该结构使得溢出的胶体最大程度地留存在支槽道12中。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。