碳纸材料连续化疏水设备

摘要

碳纸材料连续化疏水设备，包括疏水区、冷风干室、热风干室、轨道和可在轨道上运行的电动移动小车；疏水区和冷风干室之间、冷风干室和热风干室之间均设有电动移动门；电动移动小车上连接有碳纸疏水机械手；碳纸材料疏水机械手包括与电动移动小车联接的机架、与机架连接的转动轴，连接在转动轴上的碳纸材料轴承座，与轴承座连接的转动轴，连接在转动轴上的碳纸材料夹持机构；疏水区设有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通过升降机构与疏水容器支架连接。本发明对于既脆又薄的碳纸，既可在生产自动化过程中实现碳纸连续浸泡在PTFE乳液中、漓干后PTFE溶液附着在碳纸面上的均匀一致性，又能保证碳纸不会破碎和冷风干、热烘干的热处理效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池膜电极（EMA）生产中的气体扩散层（GDL）—碳纸基底层薄膜（500mmx500mmx20μm）的连续化疏水；一次多张薄膜在机械手作用下实现动态、连续化疏水，并在输送线的冷、热风干系统的作用下实现冷风干、热烘干并收料的设备。

背景技术

燃料电池膜电极（MEA）是前沿技术领域的高能源材料技术，是属于原始创新类型自主开发，国际国内没有经验可寻，现在要形成规模生产，就必须提高生产的自动化程度。而在生产自动化过程中最难以实现的是碳纸连续浸泡在PTFE乳液中、漓干后PTFE溶液附着在碳纸面上的均匀一致性，即PTFE载量偏差<5%。而且碳纸既脆又薄，常规的夹持方法或机构难于满足对上述碳纸的夹持并完成碳纸的连续化疏水过程。而碳纸材料连续化疏水设备完全实现碳纸连续化疏水和热处理与一体，并能满足生产合格的批量产品。

发明内容

本发明就是针对上述问题提供一种燃料电池膜电极生产中的碳纸基底层薄膜（碳纸）的连续化疏水设备。该设备可以将碳纸夹持，实现在PTFE乳液中动态疏水，并在输送线的冷、热风干系统的作用下实现冷风干、热烘干的设备。

本发明提供的技术方案是：碳纸材料连续化疏水设备，包括疏水区、冷风干室、热风干室、轨道和可在轨道上运行的电动移动小车；疏水区和冷风干室之间设有电动移动门一，冷风干室和热风干室之间设有电动移动门二；轨道设在疏水区、冷风干室和热风干室上方；冷风干室和热风干室顶面均设有电动移动小车运行通道，电动移动小车上连接有碳纸疏水机械手；碳纸材料疏水机械手包括与电动移动小车固定联接的机架、通过轴承一与机架连接的且可沿X轴转动的转动轴一，连接在转动轴一上的碳纸材料轴承座，通过轴承二与轴承座连接的且与转动轴一垂直的转动轴二，连接在转动轴二上的碳纸材料夹持机构；疏水区设有疏水容器和疏水容器支架，疏水容器通过升降机构与疏水容器支架连接。

本发明机架上设有电机一和传动机构一，碳纸材料轴承座上设有电机二和传动机构二；所述转动轴一通过传动机构一与电机一传动连接，转动轴二通过传动机构二与电机二传动连接。

所述电机为变频调速电机或伺服电机或步进电机。

所述夹持机构包括基板、夹持底板、夹持压板、螺杆一、螺母一、螺杆二和螺母二；基板由边框围合而成，边框之间连接有加强筋；夹持底板和夹持压板均为由边框围合而成的框体，一个夹持底板和一个夹持压板构成一对夹具，若干对夹具构成夹持体，夹持体上设有螺杆孔，螺杆二穿过夹持体的螺杆孔后与螺母二螺纹连接；夹持体和基板通过螺杆一和螺母一固定连接。

本发明每对夹具之间设有将相邻夹具隔成一间隙的垫套。

所述的碳纸材料连续化疏水设备还包括卸料区，卸料区紧邻热风干室，热风干室和卸料区之间设有电动移动门三；所述轨道为双轨，卸料区和疏水区上方均设有由传动机构驱动的平移岔道轨。

本发明使用时，机械手通过夹持机构将碳纸夹紧，在疏水区，疏水容器上升的同时，可以将装碳纸材料的夹持机构以逐步增大倾斜角方式入水，直至夹持机构到水平状态，同时疏水容器上升直至水漫过碳纸材料停止，然后，转动轴二在电机驱动下按要求正反方向旋转，完成碳纸材料疏水。此操作过程结束后，自动按原路返回疏水前的状态，然后，电动移动门一开启，电动移动小车沿轨道运行将经过疏水处理后的碳纸材料送至冷风干室冷风干；之后，电动移动门二开启，电动移动小车沿轨道运行将经冷风干后的碳纸材料送至热风干室热烘干。本发明对于既脆又薄的碳纸，既可在生产自动化过程中实现碳纸连续浸泡在PTFE乳液中、漓干后PTFE溶液附着在碳纸面上的均匀一致性，又能保证碳纸不会破碎和冷风干、热烘干的热处理效果。

附图说明

图1为本发明连续化疏水设备的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明疏水机械手的结构示意图；

图4为本发明疏水前疏水机械手的结构示意图；

图5为本发明热风干系统结构图；

图6为本发明碳纸夹持机构结构示意图；

图7为图6的A-A视图；

图8为本发明碳纸夹持机构的夹持底板结构示意图；

图9为图8的A-A视图；

图10为本发明碳纸夹持机构的夹持压板结构示意图；

图11为图10的A-A视图。

具体实施方式

参见图1～图11，本发明包括疏水区13、冷风干室6、热风干室8、轨道3和可在轨道3上运行的电动移动小车2；疏水区13和冷风干室6之间设有电动移动门5.1，冷风干室6和热风干室8之间设有电动移动门5.2；，轨道设在疏水区13、冷风干室6和热风干室8上方；冷风干室和热风干室顶面均设有电动移动小车运行通道，以便电动移动小车通过通道和电动移动门进入冷风干室或热风干室；电动移动小车2上连接有碳纸疏水机械手1；碳纸材料疏水机械手1包括与电动移动小车2固定联接的机架27、通过轴承一与机架27连接的且可沿X轴转动的转动轴24，连接在转动轴24上的碳纸材料轴承座23，通过轴承二与轴承座23连接的且与转动轴24垂直的转动轴22，连接在转动轴22上的碳纸材料夹持机构30；疏水区设有疏水容器21和疏水容器支架16，疏水容器21通过升降机构17、18、19、20（直线轴承17、伺服电机18、螺杆升降机19、直线导杆20）与疏水容器支架16连接。

所述转动轴24通过减速器25与电机26传动连接，转动轴22通过减速器29与电机28传动连接。

所述夹持机构30包括基板（辐条板）37、夹持底板45、夹持压板39、螺杆40、螺母41、螺杆42和螺母43；基板37由边框围合而成，边框之间连接有加强筋（辐条）；夹持底板45和夹持压板39均为由边框围合而成的框体，一个夹持底板和一个夹持压板构成一对夹具，若干对夹具构成夹持体，夹持体上设有螺杆孔，螺杆42穿过夹持体的螺杆孔后与螺母43螺纹连接；夹持体和基板37通过螺杆40和螺母41固定连接。

本发明每对夹具之间设有将相邻夹具隔成一间隙的垫套44、46。

本发明还可设有卸料区15，卸料区15紧邻热风干室8，热风干室8和卸料区15之间设有电动移动门5.3；所述轨道3为双轨（轨道3.1和轨道3.2），疏水区13和卸料区15上方均设有由电动推杆11.1、11.2驱动平移岔道机构14.1、14.2使岔道轨3.4和岔道轨3.5实现平移与轨道3.1和轨道3.2对接。

本发明热风干室8内设有热风干系统，包括：喷嘴31、管路32、控制系统33、加热器系统34、风机35、电机36等组成循环热风干系统（该系统为现有技术的常用系统，因此不再在此详述）。本发明冷风干室6内设有冷风干系统与热风干系统类似，但不需要加热器系统。

本发明的工作过程如下：将八支螺杆42穿过第1个夹持底板后，将第一张碳纸基底层薄膜（500mmx500mmx20μm）放入其中，再将第一个夹持压板穿过八支螺杆42并压在第一张碳纸基底层薄膜上构成一组夹持机构。参照上述方法，再依次放入七组夹持机构，将八个螺母43拧入八支螺杆42中将多层碳纸夹紧，再将八张碳纸夹紧的夹持体，通过四支螺杆40和四个螺母41紧固在辐条板37上。实现卸碳纸的情况与上述上料的情况相反。说明：在正常的工作情况下辐条板37和四支螺杆一是固定在旋转变频电机减速机的转动轴22上，卸料时不卸它们。

然后将整个装置与带有旋转变频电机28、减速机29、翻转变频电机26、减速机25的疏水机构连接在一起成为碳纸疏水机械手1，同时伺服电机18驱动螺杆升降机19将疏水容器21顶起，实现碳纸.夹持装置30在Y—Z平面翻转，在X—Z平面旋转，疏水容器21在Y方向升起，完成碳纸夹持装置30在疏水容器21中的PTFE乳液中动态疏水过程。注意；在碳纸疏水机械手1在Y—Z平面翻转、疏水容器21在Y方向升降配合下，实现碳纸夹持装置30的最优进入PTFE乳液中角度，否则碳纸会破损。

在完成碳纸夹持装置30在疏水容器21中的PTFE乳液中动态疏水完之后，疏水容器21在Y方向降下，碳纸夹持装置30在碳纸疏水机械手1作用下在Y—Z平面翻转90°，在旋转变频电机28、减速机29的作用下实现碳纸夹持装置30在X—Y平面旋转，保持碳纸附着PTFE乳液层沥干时的均匀性。

待碳纸附着PTFE乳液层沥干后，电动移动小车2将带有碳纸夹持装置30的碳纸疏水机械手1通过电动移动门5.1进入冷风干室6（冷风干室顶面设有电动移动小车通道，电动移动小车经通道和开启的电动移动门进入冷风干室），在冷风干系统7、碳纸疏水机械手1作用下，实现Y—Z平面翻转、X—Z平面旋转、X—Y平面旋转的动态冷风干。

待碳纸附着PTFE乳液层冷风干后，电动移动小车2将带有碳纸夹持装置30的碳纸疏水机械手1通过电动移动门5.2进入热风干室8（热风干室顶面设有电动移动小车通道，电动移动小车经通道和开启的电动移动门进入热风干室），在热风干系统9、碳纸疏水机械手1作用下，实现Y—Z平面翻转、X—Z平面旋转、X—Y平面旋转的动态热风干。

待碳纸附着PTFE乳液层热风干后，电动移动小车2将带有碳纸夹持装置30的碳纸疏水机械手1通过电动移动门5.3进入待卸料区，在电动推杆11.2驱动岔道平移机构14.2，实现平移岔道轨3.4平移至与轨道3.2衔接。

人工卸料，将附着PTFE乳液层经热风干后的碳纸取出放在工件存放小车10上，电动移动小车2将带有碳纸疏水机械手1沿轨道3.2返回到上料区的平移岔道轨3.3下，待上完料后；在电动推杆11.1驱动岔道平移机构14.1，实现平移岔道轨3.3平移至与轨道3.1衔接，然后疏水，完成整个周期。