一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺的制作方法

本发明涉及液流电池储能装置，具体涉及一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺。

背景技术：

1、石墨复合双极板通常以石墨粉体与热固性树脂的混合料为原料，经模压成形工艺制备而成。在模压过程中，原料体系中存在两类气体来源：一是粉体颗粒间的间隙气体，二是热固性树脂在固化交联过程中产生的副产物。

2、低温固化（低于挥发分沸点）的副产物（如水、甲醇）以液态形式存在，难以逸出，容易残留在树脂内部，导致制品力学强度下降，或在使用过程中受热再挥发引起变形。

3、高温固化（高于挥发分沸点）的副产物迅速汽化，形成气体从树脂中逸出，但如果压制成型，表面先固化，内部气体来不及排出，就会在制品内部形成气泡、裂纹或分层。

4、因此，若其未能在成形过程中充分排出，将在板材内部形成孔隙缺陷，导致气密性下降，并且模压时混合粉料的流动性有限，气体的存在使得各区域受力不均易产生密度梯度和厚度偏差，影响流道尺寸精度与表面平整度，从而影响双极板在电堆中的使用性能和使用寿命。

5、现有的双极板成型过程是直接完全合模，然后在该状态下保压，并以2-4℃/min的速率至树脂固化成型，上述的两类气体在这个过程很难被排出，主要是因为：

6、由于现有模压的压制成型过程较快，粉体间隙及树脂体系内部的气体排出路径受阻，导致排气效率低，影响成品质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，以解决现有技术中由于现有模压的压制成型过程较快，粉体间隙及树脂体系内部的气体排出路径受阻，导致排气效率低，影响成品质量的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，包括如下步骤：

4、s100、向成型模具的模具型腔内填充混合粉料，所述混合粉料至少包括石墨与树脂，且所述混合粉料内部具有间隙通道；

5、s200、对所述混合粉料以第一压力进行模压，所述第一压力的值设置为能够对所述混合粉料进行初步压制成型但能够保留所述间隙通道；保持所述第一压力的加载状态，对所述混合粉料进行渐进式升温直至能够使所述混合粉料能够发生固化交联的固化温度；

6、s300、在升温过程中用真空泵对模具型腔抽气，以使得气体以及混合粉料在固化反应过程中产生的副产物能够沿所述间隙通道向所述成型模具的型腔周侧流动，副产物被抽出所述模具型腔；

7、s400、继续升温，从所述固化温度提升至所述混合粉料最终固化成型所需的目标温度，继续维持抽气的状态，然后对所述混合粉料持续增压，直至达到第二压力，所述第二压力的值设置为能够使得所述混合粉料完全被压制成型；

8、s500、在达到所述第二压力后，维持所述第二压力并进行保温保压处理，之后停止加热并冷却至室温后，脱模得到所述双极板。

9、进一步地，所述石墨为鳞片石墨、膨胀石墨中的任意一种；

10、所述树脂为热固性酚醛树脂粉末；

11、按照质量百分比计，所述石墨的含量为70-85wt.%，所述树脂的含量为15-30wt.%。

12、进一步地，所述第一压力的值为0.5-3mpa，所述第二压力的值为30-50mpa；其中，所述增压的速率为2-4mpa/min。

13、进一步地，在所述步骤s200中，所述固化温度为140-160℃；

14、在所述步骤s300中，所述升温的速率为20℃/min，所述目标温度为150-170℃。

15、进一步地，在所述步骤s500中，所述第二压力的保压时间为15-35min。

16、进一步地，所述第一压力至所述第二压力的增压变化为通过上模向下模运动直至完全合模的过程，通过上模上的凸模伸入所述模具型腔的深度实现增压过程。

17、进一步地，在所述模具型腔内部设置一能够沿模具型腔高度方向滑动的活动板，以用于改变放置所述混合粉料的成型型腔的腔内高度；

18、所述第一压力通过完全合模状态下所述成型型腔的腔内高度进行确定；

19、对所述混合粉料持续增压通过朝向上模方向移动所述活动板以缩小所述腔内高度来实现；

20、所述第二压力为将腔内高度压缩至双极板成品的厚度时所需的压力值。

21、进一步地，还包括：

22、通过一直线驱动器驱动所述活动板升降运动，所述直线驱动器的动作端贯穿所述模具型腔底部中心与所述活动板固定连接。

23、进一步地，所述步骤300中在升温过程中用真空泵对模具型腔内抽气的方法包括：

24、在成型模具中，对所述混合粉料承受加载力的一面的对向面开设多个排气狭缝，所述排气狭缝分布设置且正对模具型腔的整个宽度平面，每个所述排气狭缝汇集连接真空泵进行抽气，以在模具型腔的高度方向上形成：自所述间隙通道向所述排气狭缝方向流动的排气流。

25、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

26、本发明将排气工序设置在固化初期以及增压过程中，使物料固化时产生的挥发分在生成后在高温下升腾气化，沿着粉粒间流道流动，从而能够在生成后即沿物料间的间隙被抽离，物料间隙内快速形成负压态，以大幅减少树脂升压固化后的内部孔隙，制得的双极板孔隙率可降至2%以下、密度提升至1.76g/cm3以上，体积电阻率低于9 mω·cm，抗弯强度高于40mpa，流道尺寸偏差控制在±10μm以内，且能够耐受电解液长期渗透不泄漏。

27、本发明将排气从侧面排气转变为通过上模沿着双极板的整个宽度面进行排气，兼顾了大尺寸双极板成型过程中的高效排气与充分致密化（双极板的厚度远低于长宽），实现在增压过程中对板体排气与致密化的协同，且对板体进行从下至上的排气，能够对高温下熔融的树脂施加向上的力，从而抵消重力对熔融态树脂的影响，提高板体内树脂的均质度。

1.一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，所述石墨为鳞片石墨、膨胀石墨中的任意一种；

3.根据权利要求2所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，所述第一压力的值为0.5-3mpa，所述第二压力的值为30-50mpa；其中，所述增压的速率为2-4mpa/min。

4.根据权利要求2所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，在所述步骤s200中，所述固化温度为140-160℃；

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，在所述步骤s500中，所述第二压力的保压时间为15-35min。

6.根据权利要求1所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求1所述的一种大尺寸流道石墨复合双极板的真空热模压工艺，其特征在于，所述步骤300中在升温过程中用真空泵对模具型腔内抽气的方法包括：