本發(fā)明涉及電解水制氫，具體涉及一種方形堿性水電解槽膜墊一體結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種零碳排放的能源，被視為可持續(xù)發(fā)展的理想選擇。當(dāng)前，電解水制氫技術(shù)已成為獲取綠氫的主要途徑，具有顯著的重要性。在電解水制氫的各種方法中，堿性水電解制氫技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并具備大規(guī)模應(yīng)用的條件，是一項(xiàng)成熟可靠的制氫工藝。其核心設(shè)備——堿性水電解槽，在整個(gè)制氫過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。方形電解槽在節(jié)約制造成本、單元槽模塊化組合、更低的工作壓力等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

2、由于堿性水電解槽通常由極框組裝而成，極框間的密封是保證電解槽正常運(yùn)行的關(guān)鍵。密封墊片作為實(shí)現(xiàn)密封的重要部件，影響電解槽的安全性。傳統(tǒng)圓形電解槽的密封墊片與隔膜的組裝形式為隔膜墊片堆疊放置，即隔膜疊放在密封墊片表面。這種組裝方式安裝和拆卸均不方便，且容易發(fā)生在電解槽壓緊時(shí)由于受力不均而產(chǎn)生的隔膜向內(nèi)蜷縮的現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致氫氣氧氣互竄而使氫氣純度降低。而方形電解槽的組裝方式為水平方向上的單元槽模塊化組裝。傳統(tǒng)圓形電解槽的隔膜和密封墊片獨(dú)立的結(jié)構(gòu)不利于方形電解槽的組裝，且容易出現(xiàn)隔膜邊緣與密封墊片脫離的問(wèn)題，從而使電解槽密封性差、安全性低。

3、因此，亟需研發(fā)出隔膜墊片一體化的結(jié)構(gòu)，以滿足方形堿性水電解槽對(duì)密封性和氫氣純度等方面的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種方形堿性水電解槽膜墊一體結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝，本發(fā)明能夠有效保持密封功能，同時(shí)便于方形電解槽的安裝和拆卸，保證了氣體的純度，提高了方形電解槽的整體性能，制備效率高，品質(zhì)好。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種方形堿性水電解槽膜墊一體結(jié)構(gòu)，包括方形橡膠墊片和pps復(fù)合隔膜，所述方形橡膠墊片包覆設(shè)置在pps復(fù)合隔膜周邊上并硫化成型為一體結(jié)構(gòu)。

3、進(jìn)一步的，所述方形橡膠墊片的兩個(gè)表面的周邊上設(shè)置有邊緣密封線，所述邊緣密封線內(nèi)的方形橡膠墊片表面設(shè)置有中間密封線，所述方形橡膠墊片在相鄰兩條邊之間的中間密封線交界處設(shè)置有交叉密封線，所述方形橡膠墊片和pps復(fù)合隔膜上設(shè)置有匹配的流道孔，所述流道孔周邊的方形橡膠墊片上設(shè)置有環(huán)形密封線。

4、進(jìn)一步的，所述方形橡膠墊片內(nèi)部設(shè)置有若干從內(nèi)至外排布的環(huán)狀鋼絲圈。

5、一種膜墊一體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，用于制備不帶不銹鋼絲的膜墊一體結(jié)構(gòu)，方形橡膠墊片采用三元乙丙橡膠；

6、包括以下步驟：

7、步驟1)按照膜墊一體的設(shè)計(jì)尺寸以及冷卻后三元乙丙橡膠2％的收縮率放大并按照上述尺寸制作上模具和下模具，上模具和下模具上不開(kāi)設(shè)流道孔對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)；

8、步驟2)用橡膠預(yù)成型機(jī)將三元乙丙橡膠預(yù)制橡膠膠坯，將橡膠膠坯切割成與膜墊一體的設(shè)計(jì)寬度一致的橡膠膠條；橡膠膠條分為第一層膠條和第二層膠條，第一層膠條和第二層膠條均具有四條橡膠膠條，四條橡膠膠條分別對(duì)應(yīng)方形橡膠墊片的兩長(zhǎng)和兩寬；

9、步驟3)將第一層膠條放入下模具的長(zhǎng)邊和寬邊中，再在第一層膠條上方蓋上一層高溫防粘布，接著在高溫防粘布上繼續(xù)鋪上第二層膠條，并與第一層膠條的位置對(duì)應(yīng)；

10、步驟4)將上模具與下模具合模進(jìn)行初次低溫硫化，去除溢出的廢膠料，將高溫防粘布移除，將pps復(fù)合隔膜鋪在第一層膠條和第二層膠條中間，保證pps復(fù)合隔膜鋪平，防止褶皺；再次合模加壓進(jìn)行二次硫化，得到硫化在一起的膜墊一體結(jié)構(gòu)胚料，對(duì)膜墊一體結(jié)構(gòu)胚料進(jìn)行修邊，并將其放置在室溫下冷卻收縮；

11、步驟5)對(duì)冷卻后的膜墊一體結(jié)構(gòu)胚料放入蒸汽通道中對(duì)pps復(fù)合隔膜進(jìn)行預(yù)縮，得到預(yù)縮膜墊一體結(jié)構(gòu)；

12、步驟6)在預(yù)縮膜墊一體結(jié)構(gòu)上沖裁流道孔，得到膜墊一體結(jié)構(gòu)成品。

13、進(jìn)一步的，所述三元乙丙橡膠的硬度為邵氏75a，pps復(fù)合隔膜的長(zhǎng)寬尺寸小于方形橡膠墊片橡膠墊片的外周尺寸、大于橡膠墊片的內(nèi)周尺寸，pps復(fù)合隔膜在1.8mpa載荷下的熱變形溫度為265℃。

14、進(jìn)一步的，初次低溫硫化的時(shí)間為5-10秒；二次硫化的硫化溫度為150-170℃，硫化時(shí)間40-50分鐘；蒸汽通道的溫度為200℃。

15、進(jìn)一步的，所述高溫防粘布的尺寸大于上模具和下模具的外周尺寸。

16、一種膜墊一體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，用于制備帶有不銹鋼絲的膜墊一體結(jié)構(gòu)，方形橡膠墊片采用三元乙丙橡膠；包括以下步驟：

17、步驟1)將pps復(fù)合隔膜通過(guò)蒸汽通道進(jìn)行預(yù)收縮；

18、步驟2)按照膜墊一體的設(shè)計(jì)尺寸以及設(shè)置若干從內(nèi)至外排布的環(huán)狀鋼絲圈后三元乙丙橡膠0.2％的收縮率放大并按照上述尺寸制作上模具和下模具，上模具和下模具位于流道孔對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置凸臺(tái)；

19、步驟3)用橡膠預(yù)成型機(jī)將三元乙丙橡膠預(yù)制橡膠膠坯，將橡膠膠坯切割成與膜墊一體的設(shè)計(jì)寬度一致的橡膠膠條；橡膠膠條分為第一層膠條和第二層膠條，第一層膠條和第二層膠條均具有四條橡膠膠條，四條橡膠膠條分別對(duì)應(yīng)方形橡膠墊片的兩長(zhǎng)和兩寬；

20、步驟4)用多條直徑為1mm的不銹鋼鋼絲以相同間隔排列，相鄰不銹鋼鋼絲之間進(jìn)行橫向連接并焊接成環(huán)狀鋼絲圈，環(huán)狀鋼絲圈位于流道孔對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有避讓孔；

21、步驟5)先將第一層膠條放入下模具的長(zhǎng)邊和寬邊中，再在第一層膠條上方鋪上環(huán)狀鋼絲圈，環(huán)狀鋼絲圈的避讓孔與下模具上的凸臺(tái)對(duì)應(yīng)，接著將預(yù)收縮的pps復(fù)合隔膜鋪在環(huán)狀鋼絲圈上方，保證pps復(fù)合隔膜處于平整無(wú)褶皺的狀態(tài)，最后將第二層膠條鋪在pps復(fù)合隔膜上方并與第一層膠條的位置對(duì)應(yīng)；

22、步驟6)將上模具與下模具合模加壓進(jìn)行硫化，得到硫化在一起的膜墊一體結(jié)構(gòu)胚料，對(duì)膜墊一體的胚料進(jìn)行修邊，去除多余的飛邊，并放置在室溫下冷卻收縮，即得到可用于方形堿性水電解槽的膜墊一體結(jié)構(gòu)。

23、進(jìn)一步的，所述環(huán)狀鋼絲圈的長(zhǎng)度和寬度與膜墊一體的長(zhǎng)度和寬度匹配；環(huán)狀鋼絲圈單邊的不銹鋼鋼絲均勻鋪滿形橡膠墊片單邊寬度且不外漏。

24、進(jìn)一步的，放置所述環(huán)狀鋼絲圈后，三元乙丙橡膠的收縮率降到了0.2％。

25、進(jìn)一步的，步驟6中合模加壓的溫度在150-170℃之間，硫化時(shí)間40-50分鐘。

26、本發(fā)明的有益效果：

27、1.本發(fā)明提供用于方形堿性水電解槽的隔膜墊片一體化結(jié)構(gòu)，選用三元乙丙橡膠作為方形橡膠墊片主體，把pps復(fù)合隔膜硫化在方形橡膠墊片中間，實(shí)現(xiàn)隔膜與密封墊片一體化成型，保持密封功能的同時(shí)便于方形電解槽的安裝和拆卸，保證了氣體的純度，提高了方形電解槽的整體性能。

28、2.本發(fā)明提供用于方形堿性水電解槽的隔膜墊片一體化結(jié)構(gòu)，橡膠墊片兩側(cè)表面及流道孔周圍布置密封線以此增強(qiáng)密封性能，同時(shí)在一定程度上減小電解槽所需的預(yù)緊力以達(dá)到電解槽工作狀態(tài)下橡膠墊片20％壓縮量的要求。

29、3.本發(fā)明提供的無(wú)不銹鋼絲的隔膜墊片一體化結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝中，制成的膜墊一體質(zhì)量較輕、流道孔位置和尺寸精確。

30、4.本發(fā)明提供的具有不銹鋼絲的隔膜墊片一體化結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝中，生產(chǎn)工藝工序簡(jiǎn)單，制成的方形橡膠墊片收縮率極小，隔膜更平整無(wú)褶皺。