專利名稱：雙極板涂膠方法
技術領域：
本發(fā)明是對質子交換膜燃料電池雙極板粘結涂膠方法的改進，尤其涉 及一種涂膠快速、且均勻性好的涂膠方法。
背景技術：
PEMFC單電池電壓很低，約0.6 0.7V。為獲得有用的電壓，需要把多 個單電池疊合串聯(lián)起來，即類似壓濾機濾框方式疊堆組裝，用于分隔相鄰 兩個單電池的隔板稱雙極板。雙極板通常由含流場的陽極板、陰極板和冷 卻劑流場疊合密封構成。構成雙極板的流場板必須機械和電連接在一起， 較多采用粘結劑粘合，為提高粘結力，粘結兩面均需涂膠，再將兩片壓合 粘結。而構成雙極板的單極板、水框等涂膠面積和形狀按流場變化，呈不 規(guī)則形，涂膠區(qū)域及形狀變化較大，涂膠面積寬窄不一 (附圖陰影區(qū))， 呈無規(guī)律變化，異形涂膠難度極大，且涂膠要求又極高，必須盡可能保持 涂膠厚度均勻，以避免組成極板運行時造成漏氣，影響電堆性能，因此現(xiàn) 有技術雙極板涂膠唯一采用按圖形手工涂膠。
手工涂膠， 一是效率低，每片涂膠區(qū)均應涂履，有的雙極板采用5層 結構，手工逐片兩面涂膠工效十分低下，通常一個熟練工每班只能涂膠、 粘結雙極板13片左右，不利于雙極板批量化生產；二是涂膠均勻性差，難 以保證膠層厚度的均勻性，例如手工涂膠10片雙極板疊合，誤差大于 O.lmm，從而會造成粘結力的不均勻。且電堆運行有一定壓力，這樣粘結力 薄弱部位容易漏氣，影響氣密性，造成雙極板失效。
此外，涂膠后還需待膠基本干燥(揮發(fā)溶劑)后才能壓接，現(xiàn)有技術采用 自然干燥，時間較長約5min，導致整個雙極板粘結工序時間長，不利于工 業(yè)化批量生產。
雖然絲網漏印刷為一種較常用轉印方法，并素有"萬能印刷"之稱，但只 能用于粘度較小的油墨類絲網印刷，其網孔一般在180目左右。而雙極板 粘結膠粘劑，其粘度遠大于油墨粘度，粘度要大于油墨若干倍，并且考慮 到快速粘結需要，采用了極易揮發(fā)的溶劑，因此在涂膠中還會出現(xiàn)粘度進 一步增大。膠粘劑大的粘度，在絲網漏印中極易出現(xiàn)拉絲，粘板(膠在網 上附著力增加，網印時難以順利與網板分離)等現(xiàn)象。其次，絲網印刷機固定被印物體采用吸風負壓方式，吸風機對多孔承載基板吸風，將被印刷 物體固定在基板臺面上，然而吸風引起空氣流動，更是導致膠粘劑過快干 燥，造成粘結劑粘度在印刷時迅速增加，拉絲、粘板現(xiàn)象更為嚴重，根本 就不能直接應用絲網涂膠。由于上述原因，雖然人們知曉絲網印刷工藝， 但均未能成功應用于雙極板涂敷粘結劑，行業(yè)中都認為不能應用，所以長 期以來，面對手工涂膠的缺陷，人們均未能成功應用絲網印刷予以替代， 用于雙極板涂敷膠粘劑。
本發(fā)明目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種涂膠生產效率高， 特別是厚度均勻性控制好的雙極板涂膠方法。
本發(fā)明目的實現(xiàn)，主要是通過對絲網印刷裝置進行改進，使之適應雙 極板涂膠，從而達到既提高生產效率，確保涂膠厚度均勻一致，又有效解 決了拉絲和粘板技術難題，開創(chuàng)了絲網印刷用于雙極板涂膠工藝先河。裝
置改進，包括絲網改進(目數(shù)選擇60 120目絲網)和固定被印物體承載臺 面改進(將原整面有吸風孔承載基板，改為僅在網印板下面有吸風口，其余 部位沒有)，從而實現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說，本發(fā)明雙極板涂膠方法，其特 征在于采用絲網印刷機印刷涂膠，絲網印刷包括制作目數(shù)為60 120目絲 網，在絲網上制備與涂膠區(qū)對應的漏膠圖形；并使至少安放涂膠極板和/或 水框承載臺面，放置極板和/或水框區(qū)域外吸風口被遮蓋。 本發(fā)明所說
在絲網上制備與涂膠區(qū)對應的漏膠圖形， 一種最簡單方法是用固化膠 或膠帶對不涂膠區(qū)域進行封閉，其涂膠厚度由封閉厚度層決定。當然，本 領域普通技術人員在理解本發(fā)明構思及技術方案內容后，也將意識到可采 用其他封閉方法，例如其他遮蓋，此非實質性改進均應包括在本發(fā)明中。
印刷網板，可以為絲網，也可以為金屬網，試驗比較其中尤以絲網效 果為佳，具有更好的涂膠均勻性。
實踐表明，上膠厚度，不僅可以通過封網厚度確定，而且還可以由絲 網網孔大小確定，根據(jù)膠粘劑粘度不同，試驗確定最佳封網厚度及絲網孔 眼，使兩者得到工藝協(xié)調，既確保涂膠厚薄均勻一致，又方便涂膠。
選擇絲網目數(shù)為60 120目，是對現(xiàn)有雙極板膠粘劑試驗確定，既考 慮到能方便涂膠，又考慮到涂膠厚度的均勻性。試驗發(fā)現(xiàn)如果絲網的網孔 過小，則會造成上膠量不夠，影響粘結牢度，出現(xiàn)漏氣；網孔過大，絲網
4刷膠過程中易產生氣泡，會影響膠層厚度均勻性。
承載基板吸風孔， 一種較好為孔眼區(qū)域按涂膠區(qū)設計，其他區(qū)域呈無 孔區(qū)，這更可防止在印刷涂膠過程中，吸風導致膠粘劑干燥過快，產生拉 絲，粘板現(xiàn)象。為使絲網印刷機承載基臺具有通用性，能夠適應各種不同 大小和涂膠圖形， 一種更好為單獨制作一個與承載基臺吻合的封閉輔助臺 面，在臺面上留有安放極板或水框的窗口，更好使該窗口大小可調，即安 放涂膠極板或水框固定臺面，有二塊疊合組成，底面仍為絲網印刷機全孔 基板，上面為開有窗口、特別是窗口區(qū)域可調、其他部位無孔的臺面，這 樣可以使絲網印刷機承載基臺具有通用性，可以適應各種極板或水框絲網 涂膠，省略涂膠極板不同，需對承載基臺進行單獨改造成本支出。輔助臺 面，較好采用非完全剛性材料，例如但不限于硅膠板、橡膠板、塑料板等， 有利于提高密封性。
其次，為進一步縮短粘結時間， 一種更好為將涂膠后的陰、陽極板及 冷卻劑流場，放入烘箱或烘道中強制干燥，使粘結劑中溶劑得到快速揮發(fā)，
從而縮短涂膠干燥時間。烘烤溫度，較好為20 60°C，溫度過低溶劑揮發(fā) 時間長，提高效率不夠明顯；溫度過高則易引發(fā)粘結劑的聚合反應，降低 粘結強度。
本發(fā)明雙極板涂膠方法，相對于現(xiàn)有技術，采用改進絲網印刷機，用 絲網印刷方法涂膠，不僅具有涂膠效率高，可以較人工涂膠提高工效致少 在10倍以上，可以適合工業(yè)化大批量生產；而且涂膠質量好，可以確保涂 膠層厚度均勻一致，從而避免涂膠厚度偏差造成的粘結力不均現(xiàn)象，通過
測試手工涂膠10片雙極板疊合，誤差大于O.lmm，例如為0.19mm，而絲 網印刷涂膠，IO片疊合，誤差小于0.1mm，重復性好，有利于確保電堆性 能的均勻性。并且涂膠厚度，可以根據(jù)需要靈活改變，以適應不同涂膠介 質及不同粘結劑。對絲網印刷機的改進，克服了拉絲，粘板而不能用于涂 膠的缺陷。加溫快速烘膠，更是提高了雙極板組合效率。輔助臺面、窗口 活動可調結構，解決了絲網印刷機承載基臺的通用性。
以下結合二個具體實施例，示例性說明及幫助進一步理解本發(fā)明，但 實施例具體細節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構思下全部技術方 案，因此不應理解為對本發(fā)明總的技術方案限定， 一些在技術人員看來， 不偏離本發(fā)明構思的非實質性增加和/或改動，例如以具有相同或相似技術 效果的技術特征簡單改變或替換，均屬本發(fā)明保護范圍。


附圖為極板或水框涂膠區(qū)示意圖。
具體實施例方式
實施例l:制作目數(shù)為120目絲網，按涂膠圖形，用封網膠將非涂膠區(qū)
域封閉，封閉層厚度0.05mm，使涂膠區(qū)成為漏膠區(qū)，用與印刷機基臺同樣 大小的硅膠板，放在絲網印刷機承載基臺上(封閉極板以外孔眼)，中心 區(qū)域開有與極板相同大小窗口，放置涂膠極板或水框。采用絲網印刷方法， 在絲網板上布膠，通過刮刀使膠水涂布于極板涂膠區(qū)域，每次涂膠僅需 0. 5min，甚至更少。涂膠完畢，移出送入9轉/分循環(huán)烘道，在5CTC干燥30s， 單片時間^lmin,揮發(fā)溶劑后壓合粘結。10片疊合，總厚度偏差最大 0.09醒。
實施例2:如實施例l，其中硅膠板窗口大小為活動可調。 對于本領域技術人員來說，在本專利構思及具體實施例啟示下，能夠 從本專利公開內容及常識直接導出或聯(lián)想到的一些變形，本領域普通技術 人員將意識到也可采用其他方法，或現(xiàn)有技術中常用公知技術的替代，以 及特征間的相互不同組合，例如根據(jù)組成雙極板材料不同，涂膠厚度變化， 封網采用膠水涂布，承載基臺直接采用只在涂膠區(qū)域開孔的單層基臺，根 據(jù)膠水絲網目數(shù)的改變，以及采用金屬絲網，等等的非實質性改動，同樣 可以被應用，都能實現(xiàn)與上述實施例基本相同功能和效果，不再一一舉例 展開細說，均屬于本專利保護范圍。
權利要求
1、雙極板涂膠方法，其特征在于采用絲網印刷機印刷涂膠，絲網印刷包括制作目數(shù)為60～120目絲網，在絲網上制備與涂膠區(qū)對應的漏膠圖形；并使至少安放涂膠極板和/或水框承載臺面，放置極板和/或水框區(qū)域外吸風口被遮蓋。
2、 根據(jù)權利要求1所述雙極板涂膠方法，其特征在于承載基臺有上下二 個，下基臺為絲網印刷機原基臺，上履板為開有放置涂膠極板或水框窗口的 封閉輔助臺面。
3、 根據(jù)權利要求2所述雙極板涂膠方法，其特征在于封閉輔助臺面窗口 大小可調。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述雙極板涂膠方法，其特征在于封閉輔助臺面 為非完全剛性材料。
5、 根據(jù)權利要求1所述雙極板涂膠方法，其特征在于涂膠印刷網為絲網。
6、 根據(jù)權利要求l、 2、 3或5所述雙極板涂膠方法，其特征在于涂膠印 刷網非涂膠區(qū)封閉為固化膠或膠帶。
7、 根據(jù)權利要求6所述雙極板涂膠方法，其特征在于涂膠后放入烘箱或 烘道中強制干燥。
8、 根據(jù)權利要求7所述雙極板涂膠方法，其特征在于強制干燥溫度為 20 60°C。
9、 根據(jù)權利要求7或8所述雙極板涂膠方法，其特征在于強制干燥為循 環(huán)烘道。
全文摘要
本發(fā)明是對質子交換膜燃料電池雙極板粘結涂膠方法的改進，其特征是采用絲網印刷機印刷涂膠，絲網印刷包括制作目數(shù)為60～120目絲網，在絲網上制備與涂膠區(qū)對應的漏膠圖形；并使至少安放涂膠極板和/或水框承載臺面，放置極板和/或水框區(qū)域外吸風口被遮蓋。不僅具有涂膠效率高，可以較人工涂膠提高工效致少在10倍以上，可以適合工業(yè)化大批量生產；而且涂膠質量好，可以確保涂膠層厚度均勻一致，從而避免涂膠厚度偏差造成的粘結力不均現(xiàn)象，通過測試絲網印刷涂膠，10片疊合，誤差小于0.1mm，重復性好，有利于確保電堆性能的均勻性。
文檔編號B05D5/00GK101632978SQ20091018378
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月9日 優(yōu)先權日2009年8月9日
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