用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模具，具體涉及一種用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具。所述的用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具，包括底套、上隔套、中隔套、下隔套，其中，底套底部設(shè)置出口，底套內(nèi)部依次為下隔套、中隔套、上隔套；上隔套上部設(shè)置隔套蓋，隔套蓋上開設(shè)與上隔套相連通的內(nèi)層料孔，上隔套兩側(cè)壁上分別設(shè)置中間層料孔和內(nèi)凝膠浴料孔，底套上設(shè)置外層料孔；內(nèi)層料孔、中間層料孔、外層料孔與內(nèi)凝膠浴料孔均不連通；出口上方由隔套、底套共形成四個(gè)通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明可以一步成形制備三層復(fù)合陶瓷微管，具有操作簡單、成本低廉的特點(diǎn)，制得的三層復(fù)合陶瓷微管膜層邊界過渡自然，層間結(jié)合力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、不易剝離，使用壽命長。
【專利說明】用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種模具，具體涉及一種用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微管式固體氧化物燃料電池在多層膜界面兼容性和電流收集研究方面依然存在著挑戰(zhàn)，阻礙了其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展。首先是多層膜界面兼容性問題。目前MT-SOFC(微管式固體氧化燃料電池)主要采用逐層法制備，如先制備陽極微管，然后利用浸潰燒結(jié)法在外側(cè)依次制備陽極功能層、致密電解質(zhì)膜、沉積陰極層等。若想獲得高電池輸出性能，目前的SOFC技術(shù)要包含5層甚至更多的陶瓷膜層。這對陶瓷加工技術(shù)要求很高，尤其是在纖細(xì)的微管結(jié)構(gòu)中，容納并精確制備出多層不同化學(xué)組成、不同微孔結(jié)構(gòu)、不同機(jī)械和熱性能的陶瓷薄膜，更比一般的燃料電池技術(shù)還要困難。
[0003]制備微管時(shí)進(jìn)行共紡絲的模具一般以三環(huán)孔模具為主，即只能一步制備兩層微管，其余層必須再采用浸潰進(jìn)行逐層制備才能獲得。該結(jié)構(gòu)的問題一是其逐層浸潰燒結(jié)的過程復(fù)雜，耗能費(fèi)時(shí)；二是反復(fù)燒結(jié)對結(jié)構(gòu)會有損害；更主要的是，逐層制備會導(dǎo)致不同組成的膜層邊界過渡突然、層間結(jié)合力弱、界面易產(chǎn)生缺陷或混入雜質(zhì)、熱處理或高溫工作中易出現(xiàn)分層剝離或界面阻抗增大，影響了使用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種通過一步共紡絲即可制備三層微管的四環(huán)孔噴絲模具。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是: [0006]所述的用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具，包括底套，還包括上隔套、中隔套、下隔套，其中，底套底部設(shè)置出口，底套內(nèi)部依次為下隔套、中隔套、上隔套；上隔套上部設(shè)置隔套蓋，隔套蓋上開設(shè)與上隔套相連通的內(nèi)層料孔，上隔套兩側(cè)壁上分別設(shè)置中間層料孔和內(nèi)凝膠浴料孔，底套上設(shè)置外層料孔；內(nèi)層料孔、中間層料孔、外層料孔與內(nèi)凝膠浴料孔均不連通；出口上方由隔套、底套共形成四個(gè)通道:
[0007](I)底套與下隔套之間形成外層通道，外層通道與外層料孔相連通；
[0008](2)下隔套與中隔套之間形成中間層通道，中間層通道與中間層料孔相連通；
[0009](3)中隔套與上隔套之間形成內(nèi)層通道，內(nèi)層通道與內(nèi)層料孔相連通；
[0010](4)上隔套中間為內(nèi)凝膠浴通道，內(nèi)凝膠浴通道與內(nèi)凝膠浴料孔相連通。
[0011 ] 中間層料孔和內(nèi)凝膠浴料孔上分別設(shè)置一個(gè)通嘴，通嘴的設(shè)置方便了中間層料孔和內(nèi)凝膠浴料孔的料漿加入。
[0012]工作原理及過程:
[0013]將具有相近熱膨脹和燒結(jié)性能的三種陶瓷材料(一種金屬含量較高，具有電流收集作用；一種金屬含量稍低，作陽極功能層；一種為電解質(zhì)陶瓷粉體)分別與聚合物粘結(jié)劑(聚砜、聚醚砜PESf或聚酰亞胺)、有機(jī)溶劑(N-甲基吡咯烷酮NMP、二甲基甲酰胺)等一起配成三種不同組成的漿料；真空脫氣后通過四環(huán)孔噴絲模具在一定的外壓下擠入外凝膠浴中，固化后得到三層復(fù)合微管坯體。微管的大小、每層的厚度通過噴絲頭尺寸和外壓等調(diào)節(jié)。得到的三層復(fù)合微管坯體在水中放置24-48h，以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于相轉(zhuǎn)化過程中使用不同的內(nèi)凝膠浴和外凝膠浴，使不同位置的相轉(zhuǎn)化速度不同，這樣得到三層微管具有由較致密層和多孔層構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明所具有的有益效果是:
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明可以一步成形制備三層復(fù)合陶瓷微管，具有操作簡單、成本低廉的特點(diǎn)，制得的三層復(fù)合陶瓷微管膜層邊界過渡自然，層間結(jié)合力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、不易剝離,使用壽命長。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是圖1的I部放大圖；
[0018]圖中:1、內(nèi)層料孔；2、隔套蓋；3、上隔套；4、內(nèi)凝膠浴料孔；5、底套；6、下隔套；7、中隔套；8、出口 ；9、外層料孔；10、通嘴；11、中間層料孔；12、外層通道；13、中間層通道；14、內(nèi)層通道；15、內(nèi)凝膠浴通道。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述:
[0020]如圖1-2所示，所述用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具，包括底套5、上隔套3、中隔套
7、下隔套6，其中，底套5底部設(shè)置出口 8，底套5內(nèi)部依次為下隔套6、中隔套7、上隔套3 ;上隔套3上部設(shè)置隔套蓋2，隔套蓋2上開設(shè)與上隔套3相連通的內(nèi)層料孔1，上隔套3兩側(cè)壁上分別設(shè)置中間層料孔11和內(nèi)凝膠浴料孔4，底套5上設(shè)置外層料孔9 ;內(nèi)層料孔1、中間層料孔11、外層料孔9與內(nèi)凝膠浴料孔4均不連通；出口 8上方由隔套、底套5共形成四個(gè)通道:
[0021](I)、底套5與下隔套6之間形成外層通道12，外層通道12與外層料孔9相連通；
[0022](2)、下隔套6與中隔套7之間形成中間層通道13，中間層通道13與中間層料孔11相連通；
[0023](3)、中隔套7與上隔套3之間形成內(nèi)層通道14，內(nèi)層通道14與內(nèi)層料孔I相連通；
[0024](4)、上隔套(3)中間為內(nèi)凝膠浴通道15，內(nèi)凝膠浴通道15與內(nèi)凝膠浴料孔4相連通。
[0025]另外，為了更方便地從中間層料孔11和內(nèi)凝膠浴料孔4中向模具中加入料漿，中間層料孔11和內(nèi)凝膠浴料孔4上分別設(shè)置一個(gè)通嘴10。
[0026]以下列舉一個(gè)采用本發(fā)明制備三層復(fù)合陶瓷微管的應(yīng)用實(shí)施例:
[0027](I)三層復(fù)合陶瓷微管包括金屬陶瓷集流層陶瓷材料、陽極功能層陶瓷材料和致密電解質(zhì)層陶瓷材料:
[0028]致密電解質(zhì)層陶瓷材料:采用電解質(zhì)粉體，由納米粉體YSZ (20_30nm)和微米粉體YSZ (1-50 μ m)組成，納米粉體與微米粉體的質(zhì)量比例為8/2 ；[0029]金屬陶瓷集流層陶瓷材料:氧化鎳和電解質(zhì)(微米粉體YSZl_50ym)混合球磨制得，氧化鎳和電解質(zhì)質(zhì)量比例為8/2 ；
[0030]陽極功能層陶瓷材料:氧化鎳和電解質(zhì)(微米粉體YSZl-50ym)混合球磨制得，氧化鎳和電解質(zhì)質(zhì)量比例為5/5。
[0031](2)制備鑄膜液:
[0032]將聚醚砜溶解于N-甲基吡咯烷酮中，再將步驟(I)制得的陶瓷材料分別溶于上述溶液制備成相應(yīng)的三種鑄膜液:
[0033]金屬陶瓷集流層鑄膜液組成為:金屬陶瓷集流層陶瓷材料、聚醚砜、N-甲基吡咯烷酮三者質(zhì)量比為7.5:1:4.5。
[0034]陽極功能層鑄膜液組成:陽極功能層陶瓷材料、聚醚砜、N-甲基吡咯烷酮三者質(zhì)量比為 4.5:1:4.5。
[0035]致密電解質(zhì)層鑄膜液組成:致密電解質(zhì)層陶瓷材料、聚醚砜、N-甲基吡咯烷酮三者質(zhì)量比為4:1:4.5ο
[0036](3)制備三層復(fù)合微管坯體:將鑄膜液導(dǎo)入不銹鋼容器中，將鑄膜液抽真空后，再將三種鑄膜液和水(內(nèi)凝膠浴)采用注射泵于0.1MPa的壓力下，通過本發(fā)明四環(huán)孔噴絲模具進(jìn)行三層共擠出至水(外凝膠浴)中，浸泡24h晾干、拉直即得。擠出速率分別為:金屬陶瓷集流層，10mL/min ;陽極功能層，lmL/min ;致密電解質(zhì)層lmL/min。內(nèi)凝膠浴,14mL/min。
[0037](4)三層復(fù)合微管坯體燒結(jié):將三層復(fù)合微管坯體吊于高溫爐中，以4°C /min的升溫速度加熱到800°C，保溫I小時(shí)以除去膜中的有機(jī)物。然后以2V Mn的升溫速度加熱到1500°C，保溫4小時(shí)使其充分燒結(jié)，最后以2°C /min的降溫速率降到室溫，制成三層復(fù)合陶瓷微管。
[0038]所獲得三層復(fù)合陶瓷微管內(nèi)部金屬陶瓷集流層、中間陽極功能層和外部致密電解質(zhì)層厚度分別為210 μ m, 10 μ m和10 μ m,微管外徑2.0mm±0.1mm,其截面由內(nèi)至外呈梯度孔結(jié)構(gòu)分布，最內(nèi)層為大孔，中間層為微孔，外層為無孔。
【權(quán)利要求】
1.一種用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具，包括底套(5)，其特征在于:還包括上隔套(3)、中隔套(7)、下隔套(6)，其中，底套(5)底部設(shè)置出口(8)，底套(5)內(nèi)部依次為下隔套(6)、中隔套(7)、上隔套(3);上隔套(3)上部設(shè)置隔套蓋(2)，隔套蓋(2)上開設(shè)與上隔套(3)相連通的內(nèi)層料孔(1)，上隔套(3)兩側(cè)壁上分別設(shè)置中間層料孔(11)和內(nèi)凝膠浴料孔(4)，底套(5)上設(shè)置外層料孔(9);內(nèi)層料孔(I)、中間層料孔(11)、外層料孔(9)與內(nèi)凝膠浴料孔(4)均不連通；出口(8)上方由隔套、底套(5)共形成四個(gè)通道: 底套(5)與下隔套(6)之間形成外層通道(12)，外層通道(12)與外層料孔(9)相連通； 下隔套(6)與中隔套(7)之間形成中間層通道(13)，中間層通道(13)與中間層料孔(11)相連通； 中隔套(7)與上隔套(3)之間形成內(nèi)層通道(14)，內(nèi)層通道(14)與內(nèi)層料孔(I)相連通； 上隔套(3 )中間為內(nèi)凝膠浴通道(15 )，內(nèi)凝膠浴通道(15 )與內(nèi)凝膠浴料孔(4 )相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于共紡絲的四環(huán)孔噴絲模具，其特征在于:中間層料孔(11)和內(nèi)凝膠浴料孔(4 )上分別設(shè)置一個(gè)通嘴(10 )。
【文檔編號】B28B3/26GK103600409SQ201310597292
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】楊乃濤, 孟秀霞, 李永軍, 譚小耀, 孟波, 劉少敏 申請人:山東理工大學(xué)