[發(fā)明專利]一種樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板連續(xù)成形裝置及制備工藝

有效

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• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103817845A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王威強(qiáng);冀曉燕;李愛菊
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C43/36;B29C43/34;B29C43/50
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 薛玉麟

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池用復(fù)合材料雙極板成形裝備及制備方法領(lǐng)域，尤其是一種樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板連續(xù)成形裝置及制備工藝。

二、背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板質(zhì)量占整個燃料電池堆質(zhì)量的80%，成本占45%，是燃料電池的關(guān)鍵部件之一。因此降低雙極板生產(chǎn)成本及質(zhì)量大小對質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程起著關(guān)鍵作用。目前，構(gòu)成雙極板的材料主要有石墨、金屬、復(fù)合材料，所以針對不同的材料，雙極板有不同的成形方法。

石墨雙極板，它具有質(zhì)量輕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性及耐腐蝕性良好的突出優(yōu)點(diǎn)，但是石墨成形過程中需要進(jìn)行高溫碳化處理和機(jī)加工，因此增加了雙極板的成本和成形周期。

金屬雙極板具有優(yōu)異的導(dǎo)電性及機(jī)械強(qiáng)度，可以一次沖壓成形，但是成形后耐腐蝕性能差，會造成雙極板的性能不穩(wěn)定，縮短使用壽命。

復(fù)合材料雙極板具有質(zhì)量輕、成本低、耐腐蝕等特點(diǎn)，尤其是樹脂/石墨雙極板具有較大的發(fā)展前景，但是目前此類雙極板成形技術(shù)不夠成熟，只能實(shí)現(xiàn)單片模壓成形且勞動強(qiáng)度高，而不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)模壓生產(chǎn)。

目前關(guān)于樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板方面的專利都是針對于材料制備方面的研究，卻尚未提出成形工藝方面的改善，阻礙了復(fù)合材料雙極板的推廣應(yīng)用。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的，樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板單片模壓成形技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大的缺陷，提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池用樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板連續(xù)成形裝置及制備工藝。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板連續(xù)成形裝置，安裝在壓力成形機(jī)工作臺上，由壓頭、模腔體、上模板、下模板、頂出機(jī)構(gòu)、工藝墊構(gòu)成。

模腔體為沿高度方向有貫通模腔的長方體，模腔橫截面形狀與雙極板周邊幾何形狀相同，模腔體的底端設(shè)置模腔體突緣，模腔體突緣上有螺栓孔；在模腔體底端腔體內(nèi)安裝固定墊板，配合關(guān)系為靜配合，固定墊板為一帶斜面剛性體，斜面的傾斜角度為2度-5度；在模腔體長邊的腔壁上距離模腔體底端為固定墊板小端厚度值的位置，設(shè)置貫穿模腔體寬度方向的成品出模口；模腔體外安裝加熱套，加熱套外安裝保溫套。

壓頭為與模腔相匹配的長方體，壓頭的上端設(shè)置壓頭突緣，壓頭突緣上有螺栓孔。

上模板為周邊幾何形狀與雙極板周邊幾何形狀相同的剛性板，上模板的一側(cè)板面為平面，另一側(cè)板面為與雙極板一側(cè)板面溝槽陰陽互配的槽面；下模板也為周邊幾何形狀與雙極板周邊幾何形狀相同的剛性板，下模板的一側(cè)板面為平面，另一側(cè)板面為與雙極板另一側(cè)板面溝槽陰陽互配的槽面；上模板和下模板在模腔內(nèi)為滑動配合。

頂出機(jī)構(gòu)由推拉油缸或氣缸和安裝在推拉油缸或氣缸活塞桿上的活動墊板構(gòu)成，活動墊板為一帶斜面的剛性體，其斜面角度與固定墊板斜面角度相匹配；活動墊板的長度等于上模板或下模板的全長，活動墊板的寬度等于上模板或下模板的全寬加模腔體腔壁厚度值；在距離活動墊板小端為模腔體腔壁厚度值處，活動墊板的厚度等于雙極板最終成形時上模板和下模板壓合高度。

壓頭總高度等于壓頭突緣高度，加雙極板最終成形時上模板和下模板壓合高度，再加雙極板模壓成形裝料高度減雙極板凈材料厚度。

模腔體總高度等于雙極板最終成形時上模板和下模板壓合高度的整數(shù)倍N，加雙極板模壓成形裝料高度減雙極板凈材料厚度，再加活動墊板的大端厚度和固定墊板的小端厚度。

模腔體與壓頭對應(yīng)同軸安裝，模腔與壓頭的配合關(guān)系為動配合；采用螺栓通過模腔體突緣和壓頭突緣，分別將模腔體和壓頭固定在壓力成形機(jī)上工作臺和壓力成形機(jī)下工作臺上；成品出模口的寬度等于活動墊板的長度，成品出模口的高度等于活動墊板大端的厚度。

頂出機(jī)構(gòu)安裝在成品出模口一側(cè)；推拉油缸或氣缸的活塞桿與模腔體的成品出模口同軸對應(yīng)安裝，并通過腳架固定在壓力成形機(jī)下工作臺上，活動墊板與推拉油缸或氣缸的活塞桿相連接并安插在成品出模口內(nèi)的固定墊板上，與固定墊板的斜面相匹配，模腔壁作為活動墊板的運(yùn)行導(dǎo)槽；調(diào)整推拉油缸或氣缸的行程為活動墊板的寬度。

工藝墊為雙極板最終成形時上模板和下模板壓合后的形體相同的墊塊。

應(yīng)用一種樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板連續(xù)成形裝置實(shí)施的成型工藝，其工藝步驟如下：

（1）啟動安裝活動墊板的推拉油缸或氣缸，將活動墊板推入成品出模口，與固定墊板完全吻合，將N-1個工藝墊逐一通過模腔的口部放置在活動墊板上；

（2）啟動壓力成形機(jī)加熱系統(tǒng)和模腔體加熱套的加熱元件，將模腔體加熱至樹脂/石墨復(fù)合材料雙極板成形溫度；