多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备及其印刷工艺转让专利
申请号 : CN202011476952.2
文献号 : CN112606537B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 郝金凯 , 张洪杰 , 邵志刚
申请人 : 中国科学院大连化学物理研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备,包括丝网印刷装置(1)和Plc系统,其特征在于:所述丝网印刷装置(1)均包括薄板式印刷台(1‑2)以及对微孔层识别的传感器(1‑1);所述微孔层智能化连续印刷设备还包括以下装置:两条平行的传送机构(2),每条传送机构(2)上均两两相对设置多台丝网印刷装置(1),每条传送机构(2)分别同时贯穿多台丝网印刷装置(1)的薄板式印刷台(1‑2)上方,实现将微孔层传送至丝网印刷装置(1)处;所述传送机构(2)上均阵列设有供微孔层嵌置的限位槽(2‑1),当微孔层嵌置于限位槽(2‑1)内时,微孔层的上表面与传送机构(2)的上表面平齐;
每条传送机构(2)上每两个限位槽(2‑1)之间的距离等于该条传送机构(2)上两台相邻丝网印刷装置(1)内传感器(1‑1)之间的距离;
限位机构(3),设置在薄板式印刷台(1‑2)内,实现对微孔层的限位;
由驱动机构驱动的旋转台(4),旋转台(4)设置在两条所述传送机构(2)之间,所述旋转台(4)上设有多个可对薄板式印刷台(1‑2)底部接触的加热台(4‑1)和冷却台(4‑2),所述加热台(4‑1)和冷却台(4‑2)沿旋转台(4)的圆心点对称设置;
激光厚度检测仪(6),设置在每台丝网印刷装置(1)上,对每次印刷完成的微孔层进行厚度检测;
每台丝网印刷装置(1)、传感器(1‑1)、传送机构(2)、限位机构(3)、驱动机构、激光厚度检测仪(6)均与Plc系统电路信号连接,所述Plc系统内包括计时模块,用以控制两条传送机构(2)实现具有时间差的传送。
2.根据权利要求1所述的一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备,其特征在于:所述传送机构(2)包括内部填充有铁粉的传送钢带(2‑2);所述传送钢带(2‑2)位于限位槽(2‑1)内,阵列设有多个吸附通孔(2‑3)。
3.根据权利要求2所述的一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备,其特征在于:所述限位机构(3)包括设置在薄板式印刷台(1‑2)上对微孔层作用的真空吸附孔(3‑1)以及与抽真空用风机连接的气管(3‑2);所述限位机构(3)还包括设置在薄板式印刷台(1‑
2)内对传送钢带(2‑2)吸附的电磁板(3‑3)。
4.根据权利要求1所述的一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备,其特征在于:所述旋转台(4)上设有与Plc系统电路信号连接的除湿装置(5),所述除湿装置(5)包括延旋转台(4)圆周阵列设置的多个抽气叶片口(5‑1);所述除湿装置(5)内还设有水箱(5‑
2),所述水箱(5‑2)分为两个储液腔(5‑2‑1),其中一个储液腔(5‑2‑1)与除湿装置(5)连接供水液存储,另一个储液腔(5‑2‑1)内存储有对冷却台(4‑2)循环供料的冷却液。
5.根据权利要求1所述的一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备,其特征在于:所述薄板式印刷台(1‑2)内壁填充有导热硅胶层(1‑2‑1)。
6.根据权利要求1所述的一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备,其特征在于:每条传送机构(2)上的丝网印刷装置(1)的数量为:1~3。
7.一种多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷工艺,采用权利要求1‑6任一项所述的设备,其特征在于,所述工艺包括以下步骤:S1、微孔层分别置于两条传送机构(2)的限位槽(2‑1)内等待传送,Plc系统的计时模块控制两条传送机构(2)的时差传送,同时加热台(4‑1)达到加热温度,冷却台(4‑2)未开启,此时加热台(4‑1)、冷却台(4‑2)均处于远离薄板式印刷台(1‑2)处;
S2、第一条传送机构(2)将微孔层依次传送至丝网印刷装置(1)的薄板式印刷台(1‑2)上,在该条传送机构(2)上的每个丝网印刷装置(1)内的传感器(1‑1)均感应到微孔层后停止传送;
S3、薄板式印刷台(1‑2)实现对微孔层的真空吸附以及对传送钢带(2‑2)的电磁吸附;
S4、第一条传送机构(2)上的丝网印刷装置(1)实现对微孔层的第一遍印刷工作,同时,第二条传送机构(2)开始传送;
S5、旋转台(4)控制加热台(4‑1)分别传送贴合于第一条传送机构(2)中各个薄板式印刷台(1‑2)底部,实现对完成步骤S4的微孔层的烘干;
S6、旋转台(4)控制冷却台(4‑2)分别传送贴合于第一条传送机构(2)中各个丝网印刷装置(1)的薄板式印刷台(1‑2)底部,实现对薄板式印刷台(1‑2)的冷却;
S7、完成步骤S6后,激光厚度检测仪(6)对第一条传送机构(2)上的微孔层进行厚度检测,不符合厚度要求的则可以直接再次印刷,印刷后重复步骤S5‑S6,以此实现多次印刷‑烘干‑冷却‑检测的工序,直到激光厚度检测仪(6)对微孔层检测出符合厚度要求的微孔层;
S8、第二条传送机构(2)重复与第一条传送机构(2)上相同的多次印刷‑烘干‑冷却‑检测工序,直到激光厚度检测仪(6)对微孔层检测出符合厚度要求的微孔层。
8.根据权利要求7所述的一种多规格燃料电池微孔层连续印刷工艺,其特征在于:步骤S6中冷却台(4‑2)传送至外网印刷装置的薄板印刷台下实现冷却前,薄板印刷台先撤销对传送钢带(2‑2)的电磁吸附,同时除湿装置(5)工作。
9.根据权利要求7所述的一种多规格燃料电池微孔层连续印刷工艺,其特征在于:步骤S5中加热时间为20‑40s,步骤S6中冷却时间为20‑40s。
说明书 :
多规格燃料电池微孔层智能化连续印刷设备及其印刷工艺
技术领域
背景技术
等优点,得到业界的重视。膜电极是其核心组件,膜电极由质子交换膜、催化剂层以及气体
扩散层构成,气体扩散层是膜电极三合一组件的重要组成,是反应气体传输和生成水传递
的重要通道。气体扩散层主要选用导电碳黑浆料均匀涂覆在经过疏水处理的微孔层表面,
经过高温烧结固化制成;涂覆方式有丝网印刷、静电纺丝、喷印刷涂和涂覆成膜方式,其中
丝网印刷方式具有附着力强、版面柔软印压小、墨层覆盖力强等优点,所以应用最为广泛。
层单片印刷,故而在印刷过程中需要人工或者手动进行更换,达不到连续生产工艺,影响了
生产效率,进而导致丝网印刷工艺在气体扩散层的商业化上不能得到较多的应用,如专利
201710318918.4中公开的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法,直接采用的
丝网印刷实现对单片的微孔层实现印刷涂覆工艺。
传送带,通过第一电机驱动而连续从原料碳纸支架上输送原料碳纸;丝网印刷机,进行涂覆
以得到微孔层碳纸;下料端传送带,在第二电机驱动下运行并连续输送微孔层碳纸依次经
过真空烘箱和高温气氛烘箱,得到气体扩散层,收卷;上料端传送带与第一真空泵连接,下
料端传送带与第二真空泵连接;同步控制器控制第一电机和第二电机同步启停。该发明通
过将上料端传送带和下料端传送带分别与第一真空泵和第二真空泵相连提供真空吸附,保
证了原料碳纸的稳定连续输送;第一电机和第二电机的同步启停有利于加快生产节拍,实
现原料碳纸的连续涂覆。
次印刷,往往是无法达到担载量需求的,一般的解决方法是在传送带的传送过程中设置多
台丝网印刷机,由于微孔层每刷一次后,都需要进行烘干,所以在每台丝网印刷机的后工位
处也需要设置一台烘箱,导致对整体传送占地面积要求高,造成巨额的成本。
发明内容
现对微孔层的实时烘干,解决场地占用面积大、成本高的问题。
能化连续印刷设备还包括以下装置:
印刷装置处;所述传送机构上均阵列设有供微孔层嵌置的限位槽,当微孔层嵌置于限位槽
内时,微孔层的上表面与传送机构的上表面平齐;每条传送机构上每两个限位槽之间的距
离等于该条传送机构上两台相邻丝网印刷装置内传感器之间的距离;
圆心点对称设置,即当一条传送机构中的薄板式印刷台底部有加热台时,另一条传送机构
的薄板式印刷台的底部则为冷却台,所述旋转台内设有分别控制加热台、冷却台工作的电
路控制系统;
构实现具有时间差的传送。
刷台内对传送钢带吸附的电磁板。
水箱,所述水箱分为两个储液腔,其中一个储液腔与除湿装置连接供水液存储,另一个储液
腔内存储有对冷却台循环供料的冷却液。
启,此时加热台(4‑1)、冷却台(4‑2)均处于远离薄板式印刷台(1‑2)处;
后停止传送;
刷‑烘干‑冷却‑检测的工序,直到激光厚度检测仪(6)对微孔层检测出符合厚度要求的微孔
层;
替传送至两条传送机构的丝网印刷装置中,即可以实现微孔层直接在一台丝网印刷装置上
印刷‑烘干‑冷却的多次连续化工序,解决对烘箱数量要求大以及场地面积占用大的问题,
并且每台丝网印刷装置均与本设备的Plc系统电路信号连接,可以实现对每台丝网印刷装
置印刷工序的单独控制,再结合激光厚度检测仪的厚度监测,从而可以针对同一片微孔层
在整个印刷工艺中,根据印刷情况及时补刷至满足担量厚度要求,或者及时停止印刷,避免
超量现象,并且本设备在一个工序内至少完成两张气体扩散层的印刷制备,具有较高的工
作效率;
的印刷支撑,同时薄板式印刷台内还设置对微孔层作用的真空吸附,实现对微孔层的印刷
定位,不再需要繁琐的辅助夹具,实现了连续化印刷;
及周围空气的过度潮湿,造成对微孔层的印刷浆料的稀释,影响气体扩散层质量;
的处于潮湿空气中;
之间产生间隙,有效避免微孔层受到冷却台的直接冷却产生水凝现象,影响其印刷层。
附图说明
管;3‑3、电磁板;4、旋转台;4‑1、加热台;4‑2、冷却台;5、除湿装置;5‑1、抽气叶片口;5‑2、水
箱;5‑2‑1、储液腔;6、激光厚度检测仪。
具体实施方式
微孔层识别的传感器1‑1和激光厚度检测仪6,传感器1‑1采用距离传感器1‑1;本微孔层智
能化连续印刷设备还包括以下装置:
2‑2沿其传送方向阵列设有多个供微孔层嵌置的限位槽2‑1,当微孔层嵌置于限位槽2‑1内
时,微孔层的上表面与传送机构2的上表面平齐,并且在限位槽2‑1内阵列设有多个吸附通
孔2‑3。
置1的薄板式印刷台1‑2上方以实现将微孔层传送至丝网印刷装置1处,位于两条传送机构2
上的2台丝网印刷装置1均两两相对设置,并且每条传送机构2上每两个限位槽2‑1之间的距
离等于该条传送机构2上两台相邻丝网印刷装置1内传感器1‑1之间的距离,以保证当传感
器1‑1同时感应到两张微孔层时,伺服电机控制传送钢带2‑2停止传送后,每条传送机构2上
的微孔层正好传送至两台丝网印刷装置1的中薄板式印刷台1‑2的正上方位置处。
送钢带2‑2吸附的电磁板3‑3,设置在薄板式印刷台1‑2内实现对微孔层的限位,即当微孔层
传送至薄板式印刷台1‑2的正上方时,传送机构2停止传送,通过抽真空用风机工作,可以实
现对微孔层的真空吸附定位,电磁板3‑3可以实现对传送钢带2‑2的电磁吸附,使得传送钢
带2‑2贴合于薄板式印刷台1‑2表面上,此时薄板式印刷台1‑2实现对微孔层的印刷支撑。
1以及2个冷却台4‑2,加热台4‑1和冷却台4‑2沿旋转台4的圆心点对称设置,当一条传送机
构2中的薄板式印刷台1‑2底部有加热台4‑1时,另一条传送机构2的薄板式印刷台1‑2的底
部则为冷却台4‑2,如图1所示;旋转台4上设有分别控制加热台4‑1、冷却台4‑2工作的电路
控制系统;本发明不对旋转台4的个数做限制,旋转台4的个数可以根据实际需求设置多个
在两条平行的传送机构2之间。
腔5‑2‑1,其中一个储液腔5‑2‑1与除湿装置5连接以供水液存储,另一个储液腔5‑2‑1内存
储有对冷却台4‑2循环供料的冷却液,如图1和3所示。
除湿装置5、激光厚度检测仪6电路信号连接,本技术领域人员基于本发明要求可以实现软
件编程,并事先录入本设备中,通过PLC系统中的逻辑运算功能主导上述装置、机构、系统的
工作顺序,相应plc系统内还包括显示屏和计时模块,显示屏用以显示各个元器件工作状
态,计时模块用以控制两条传送机构2实现具有时间差的传送,如图4所示。
加热温度设定为150‑250℃,本实施例中具体为200℃,此时冷却台4‑2未开启,并且加热台
4‑1、冷却台4‑2均处于远离薄板式印刷台1‑2处。
送机构2的传送。
烘干,在此过程中,第二条传送机构2上的微孔层传送至各个丝网印刷装置1的薄板式印刷
台1‑2的正上方并完成印刷,此时冷却台4‑2虽也贴合于第二条传送机构2的薄板式印刷台
1‑2下方,但是冷却台4‑2未开启,未进行冷却工序。
时冷区台以及除湿装置5均开启。
步骤(6)的薄板式印刷台1‑2的冷却,与此同时,旋转台4上的加热台4‑1也传送贴合于第二
条传送机构2中各个丝网印刷装置1的薄板式印刷台1‑2底部,实现对第二条传送机构2上完
成印刷的微孔层的加热烘干。
的工序,直到激光厚度检测仪6对微孔层检测出符合厚度要求的微孔层;符合厚度要求的则
处于原位置等待不符合厚度要求的微孔层印刷完毕之后实现批量传送收集,同时该丝网印
刷装置1上的薄板式印刷台1‑2撤销对该传送钢带2‑2的电磁吸附以及对微孔层的真空吸
附;在上述检测过程中,第二条传送机构2上的薄板式印刷台1‑2撤销对传送钢带2‑2的电磁
吸附,旋转台4转动使冷却台4‑2贴合于第二条传送机构2上的薄板式印刷台1‑2底部实现对
薄板式印刷台1‑2的冷却。
(5)‑(7),以此实现多次印刷‑烘干‑冷却的工序,直到激光厚度检测仪6对微孔层检测出符
合厚度要求的微孔层;符合厚度要求的则处于原位置等待不符合厚度要求的微孔层印刷完
毕之后实现批量传送收集,同时该丝网印刷装置1上的薄板式印刷台1‑2撤销对该传送钢带
2‑2的电磁吸附以及对微孔层的真空吸附。
变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以
上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应仍属于本发明技术方案保护的范围
内。