一种燃料电池微孔层连续印刷设备及工艺制造技术

本发明专利技术公开一种燃料电池微孔层连续印刷设备及印刷工艺，设备包括传送带组件、印刷处理区、检测区、补刷处理区、二次检测区、不合格品标记区以及机械臂分拣区，实现对微孔层的印刷、烘干、检测、补刷、标记、挑拣的一体化智能操作工序，提高了工作效率；传送带组件采用片基带与细条形金属薄片结合，一来可以保证传送带整体韧性，同时由金属薄片构成的金属支撑区可以实现对微孔层印刷时的支撑作用；印刷处理区以及补刷处理区处均设置带有电磁片的真空吸附箱，可以对金属支撑进行吸附实现预先定位，保证印刷过程中不会出现传送带晃动现象，保证印刷过程中的平稳性。印刷过程中的平稳性。印刷过程中的平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池微孔层连续印刷设备及工艺


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池微孔层连续印刷设备及工艺。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，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，质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)中反应气和液态水的传质过程受其结构和性质的影响显著，引入微孔层(MPL)可以改善GDL中的传质，并且MPL的制备方法可以显著影响MPL和GDL的结构和性质。
[0003]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碳纤维纸表面，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，其中丝网印刷方式应用最为广泛。专利检索网站上公开了一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法(申请号：201710318918.4)，方法如下：将导电碳粉均匀分散在低沸点的醇类溶剂中，形成均匀的炭黑层浆料；将低浓度的憎水剂乳液作为憎水层的原料，分别多次交替地将碳粉层浆料和憎水层的原料均匀的涂覆在经憎水处理的多孔导电支撑层的表面，最后经过热处理形成气体扩散层，涂覆方式为丝网印刷、刷涂、刮涂等。该专利公开了扩散层制备浆料以及涂覆方式，丝网印刷具有附着力强、版面柔软印压小、墨层覆盖力强等优点，但是对于非柔性纸质的微孔层采用丝网印刷制备时，每片微孔层都需要借助压板等辅助设备实现其印刷过程中的定位，并且丝网印刷本身网版尺寸限制，只能实现对微孔层单片印刷，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。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种燃料电池微孔层连续印刷设备及工艺，其优点在于，可以省却印刷过程中借助辅助夹具对微孔层定位，实现柔性或者非柔性微孔层批量印刷工艺，提高生产效率。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种燃料电池微孔层连续印刷设备，包括plc系统，燃料电池微孔层连续印刷设备还包括由plc系统控制、由伺服电机驱动的微孔层传送用传送带组件，沿传送带组件传送方向依次设置并与plc系统电路信号连接的印刷处理区、检测区、补刷处理区、二次检测区、不合格品标记区以及机械臂分拣区，
[0007]所述传送带组件包括片基带，所述片基带内间隔阵列固定设置多个金属支撑区，任一所述金属支撑区由多个相互平行并间隔排布的细条形金属薄片平铺固定于片基带内部构成；
[0008]所述片基带上设有贯穿片基带整体的条形吸附孔和纳米级微型吸附孔；所述条形吸附孔和纳米级微型吸附孔均位于金属支撑区内，所述条形吸附孔用于对微孔层四周的非
涂敷区进行吸附，所述纳米级微型吸附孔用于对微孔层涂敷区进行吸附；
[0009]所述印刷处理区以及补刷处理区均包括沿传送方向依次设置的丝网印刷机与隧道加热炉；所述传送带组件下方并与丝网印刷机位置对应处均设有真空吸附箱，所述真空吸附箱设有与条形吸附孔、纳米级微型吸附孔相通真空吸附孔；
[0010]所述真空吸附箱内均设有对金属支撑区吸附的电磁片，所述真空吸附箱的一侧连有风机。
[0011]本专利技术进一步设置为：所述印刷处理区包括三台丝网印刷机，以及设置在每台丝网印刷机后工位处的隧道加热炉，沿传送方向，三台丝网印刷机中的网版孔目数分别为50
‑
80目，90
‑
140目，150
‑
180目，所述补刷处理区内包括一台网版孔目数为160
‑
200目的丝网印刷机以及其后工位的隧道加热炉。
[0012]本专利技术进一步设置为：所述片基带上位于金属支撑区的上方均设有供微孔层嵌置的限位槽，所述限位槽与金属支撑区一一对应；当微孔层嵌置入限位槽内时，微孔层上表面与片基带上表面平齐，所述条形吸附孔以及纳米级微型吸附孔均设置在限位槽内，所述条形吸附孔间隔分布于限位槽内周边处，所述纳米级微型吸附孔位于限位槽内部区域。
[0013]本专利技术进一步设置为：所述丝网印刷机上均设有对微孔层作用的光纤传感器，当光纤传感器感应到微孔层时，微孔层正处于丝网印刷机中网版的正下方位置处，当金属支撑区吸附于真空吸附箱上时，真空吸附箱上的真空吸附孔与条形吸附孔、纳米级微型吸附孔相通。
[0014]本专利技术进一步设置为：所述检测区以及二次检测区均包括厚度检测装置以及缺陷检测装置。
[0015]本专利技术进一步设置为：所述厚度检测装置采用X射线厚度检测装置或者γ射线厚度检测装置或者β射线厚度检测装置，所述缺陷检测装置为CCD成像系统。
[0016]本专利技术进一步设置为：所述隧道加热炉设有排风口和若干出风口；所述出风口均设置在炉体的顶部并垂直于传送带组件，所述排风口设置在炉体的底部。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述不合格品标记区采用静电喷涂设备对微孔层的非涂敷区喷涂荧光颜料，所述机械臂分拣区中的机械臂上设置对荧光颜料检测识别的紫外探照灯。
[0018]本专利技术还提供一种燃料电池微孔层连续印刷工艺，所述工艺包括以下步骤：
[0019]步骤(1)，批量的微孔层依次放置在传送带组件的金属支撑区内，并依次传送至印刷处理区，丝网印刷机上的光纤传感器感应到微孔层后，通过plc系统控制传送带组件停止传送，同时电磁片实现对金属支撑区的吸附，真空吸附箱实现对微孔层的真空吸附定位，之后丝网印刷机实现对微孔层的印刷，印刷完成后经过隧道加热炉进行烘干；
[0020]步骤(2)，微孔层在印刷处理区内传送，重复步骤(1)，总共经过三台丝网印刷机的连续印刷，实现浆料在微孔层上的梯度式分布后，得到气体扩散层；
[0021]步骤(3)，气体扩散层再经过厚度检测装置的厚度检测、缺陷检测装置的缺陷检测，检测数据传送至plc系统的显示屏中；
[0022]步骤(4)，经过步骤(3)中的检测数据对比，不合格的气体扩散层需再次经过补刷处区的补刷处理后再经过二次检测区的检测，检测数据再次传送至plc控制系统内，比对后，依旧不合格的气体扩散层传送至标记区由静电喷涂设备在气体扩散层的非涂敷区喷涂
荧光颜料后，被机械臂分拣区识别捡出；经过步骤(3)中的检测数据对比，合格的气体扩散层则直接由传送带组件传送至收集。
[0023]本专利技术进一步设置为：步骤(1)、步骤(2)以及步骤(4)中，微孔层经过丝网印刷机的印刷或者气体扩散层经过丝网印刷机的补刷后，先控制丝网印刷机的网版上升撤离，之后撤销对金属支撑区的电磁吸附，再撤销对微孔层或气体扩散层的真空吸附，最后再进行传送。
[0024]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1、本设备具备多台印刷设备实现对微孔层连续印刷，同时设置检测区、补刷处理区、不合格品标记区以及机械臂分拣区，实现对微孔层的印刷、烘干、检测、补刷、标记、挑拣的一体化智能操作工序，提高了工作效率；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池微孔层连续印刷设备，包括plc系统，其特征在于：所述燃料电池微孔层连续印刷设备包括微孔层传送用传送带组件(2)；沿传送带组件(2)传送方向，所述设备依次设置均与plc系统电路信号连接的印刷处理区、检测区、补刷处理区、二次检测区、不合格品标记区以及机械臂(9)分拣区；所述传送带组件(2)包括片基带(2
‑
1)，所述片基带(2
‑
1)内间隔阵列固定设置多个金属支撑区(2
‑
2)，任一所述金属支撑区(2
‑
2)由多个相互平行并间隔排布的细条形金属薄片(2
‑2‑
1)平铺固定于片基带(2
‑
1)内部构成；所述片基带(2
‑
1)上设有贯穿片基带(2
‑
1)整体的条形吸附孔(6)和纳米级微型吸附孔(7)；所述条形吸附孔(6)和纳米级微型吸附孔(7)均位于金属支撑区(2
‑
2)内，所述条形吸附孔(6)用于对微孔层四周的非涂敷区进行吸附，所述纳米级微型吸附孔(7)用于对微孔层涂敷区进行吸附；所述印刷处理区以及补刷处理区均包括沿传送方向依次设置的丝网印刷机(3)与隧道加热炉(4)；所述传送带组件(2)下方并与丝网印刷机(3)位置对应处均设有真空吸附箱(1)，所述真空吸附箱(1)上设有与条形吸附孔(6)、纳米级微型吸附孔(7)相通的真空吸附孔(1
‑
2)；所述真空吸附箱(1)内设有对金属支撑区(2
‑
2)吸附的电磁片(1
‑
3)；所述真空吸附箱的一侧连有风机。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池微孔层连续印刷设备，其特征在于：所述片基带(2
‑
1)上并位于金属支撑区(2
‑
2)的上方均设有供微孔层嵌置的限位槽(8)，所述限位槽(8)与金属支撑区(2
‑
2)一一对应；当微孔层嵌入限位槽(8)时，微孔层上表面与片基带(2
‑
1)上表面平齐，所述条形吸附孔(6)间隔分布于限位槽(8)内周边处，所述纳米级微型吸附孔(7)位于限位槽(8)内部区域。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池微孔层连续印刷设备，其特征在于：所述印刷处理区包括三台丝网印刷机(3)，以及设置在每台丝网印刷机(3)后工位处的隧道加热炉(4)；沿传送方向，所述三台丝网印刷机(3)中的网版(3
‑
2)孔目数分别为50
‑
80目，90
‑
140目，150
‑
180目；所述补刷处理区包括一台网版孔目数为160
‑
200目的丝网印刷机(3)以及其后工位的隧道加热炉(4)。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池微孔层连续印刷设备，其特征在于：所述丝网印刷机(3)上设有感应微孔层的光纤传感器(3
‑
1)；当光纤传感器(3
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1)感应到微孔层时，微孔层正处于丝网印刷机(3)中网版(3
‑
2)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪杰，郝金凯，邵志刚，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：