Conception intégrée du cadre du canal d'écoulement et du joint de batterie de débit dans le processus de moulage par injection en deux couleurs

Batterie de flux redoxest une technologie de stockage d'énergie à long terme adaptée aux applications à grande échelle, sûres, stables, vertes et respectueuses de l'environnement. Le cadre du canal d'écoulement est un composant clé de la batterie d'écoulement. Il a le rôle important de fournir un canal d'écoulement d'électrolyte, soutenant d'autres composants et scellage, et est généralement moulé par le moulage par injection. Sur la base du processus de moulage par injection en deux couleurs, l'énergie du vétérinaire conçoit une structure intégrée du cadre du canal d'écoulement et du joint. La structure peut utiliser du polypropylène modifié comme matériau du corps du cadre du canal d'écoulement et un élastomère thermoplastique vulcanisé dynamiquement comme matériau du joint, et est moulé par un processus de moulage par injection en deux couleurs.

L'énergie vétérinaire détermine également la faisabilité de la sélection des matériaux et du processus de moulage par injection par l'analyse de simulation et effectue un test de moulage par injection pour obtenir un produit intégré de gasket de trame de canal d'écoulement idéal avec un warpage inférieur à 1 mm. Enfin, le produit est assemblé en une seule batterie. Après 40 cycles de charge et test de performance de décharge, les résultats montrent que les performances électrochimiques ne sont pas atténuées et qu'il n'y a pas de fuite ni de déformation.

Le cadre du canal d'écoulement joue un rôle extrêmement important dans la pile de la batterie. C'est un porte-avions pour la circulation de l'électrolyte dans la batterie. Il fournit non seulement des positions de support et d'assemblage pour divers composants de la pile de batteries, mais fournit également un canal d'écoulement électrolyte uniforme, tout en répondant aux besoins d'étanchéité. Avec l'expansion de l'échelle debatterie de fluxLes applications de stockage d'énergie, la stabilité de la qualité et l'efficacité de production du cadre du canal d'écoulement sont particulièrement importantes.

Les trames de canal d'écoulement conventionnelles sont produites par moulage par injection. La plupart des matériaux sont des plastiques communs tels que le polypropylène et le polyéthylène. Après le moulage par injection, les joints en caoutchouc ou les joints sont installés manuellement ou automatiquement. Cette méthode de production et d'assemblage ne convient pas à la production de trame de canal d'écoulement à grande échelle.

L'énergie vétérinaire propose une nouvelle conception intégrée du cadre du canal d'écoulement et du joint d'étanchéité pour liquidebatterie de fluxbasé sur le processus de moulage par injection en deux couleurs. Cette conception utilise un matériau de polypropylène modifié comme corps principal du cadre du canal d'écoulement à un coup et du matériau élastomère thermoplastique vulcanisé dynamiquement vulcanisé comme joint d'étanchéité de deuxième coup. L'énergie du vétérinaire conçoit d'abord la structure intégrée du cadre du canal d'écoulement et le joint d'étanchéité en fonction des exigences du processus de moulage par injection en deux couleurs, puis détermine le matériau, la position de la porte du moule et la quantité par analyse de simulation. Par la suite, par vérification expérimentale, le produit de moulage par injection du cadre du canal d'écoulement dubatterie de flux liquidequi répond aux exigences d'utilisation est obtenu. Enfin, le cadre du canal d'écoulement de la batterie est installé dans une batterie, et après un test de charge et de décharge à long terme, les résultats montrent que les performances de la batterie sont bonnes et qu'il n'y a pas de fuite et de déformation.

01 Processus de moulage par injection en deux couleurs

Le moulage par injection en deux couleurs est un processus de moulage par injection en plastique qui est à la fois commun et a un contenu technique élevé. Il injecte deux matériaux plastiques de différents matériaux plastiques ou le même matériau plastique mais des couleurs différentes ensemble pour former un produit moulé par injection. Les avantages du moulage par injection en deux couleurs comprennent une précision élevée du produit, une qualité stable, une bonne résistance structurelle et une bonne durabilité.

Le moulage par injection en deux couleurs peut être obtenu par deux injections à l'aide d'une machine de moulage par injection ordinaire, ou en utilisant une machine de moulage par injection en deux couleurs pour compléter le moulage par injection de deux plastiques différents sur la même machine. Le premier ne nécessite pas d'équipement élevé, mais a une faible efficacité de production et une mauvaise précision. Ce dernier a un large éventail d'applications et une bonne qualité de produit, une efficacité de production élevée, qui est la tendance actuelle et la méthode à adopter dans cet article: Les étapes de travail spécifiques sont présentées sur la figure 1. Le tuyau de matériau 1 de la machine de moulage par injection injecte la matière première a dans la cavité de la moisissure inférieure pour former le premier produit de tir. Une fois le moule ouvert, la machine tourne 180 ° dans le plan et tourne le moule inférieur au sommet. Ensuite, la matière première B est injectée dans la cavité du moule supérieur à travers le tuyau de matériau 2 pour former le deuxième produit de tir. Dans le même temps, le tuyau de matériau 1 continue d'injecter la matière première A dans la cavité de la moisissure inférieure.

02 Sélection de matériaux de moulage par injection

La sélection de matériaux de moulage par injection pour le cadre du canal d'écoulement de la batterie de débit doit répondre aux exigences suivantes:

(1) Le matériau peut s'adapter à la plage de température de fonctionnement de la batterie d'écoulement (50 ~ 70 ℃)

(2) le matériau doit avoir une forte résistance au vieillissement, à l'acide fort et à d'autres milieux chimiques;

(3) le matériau du corps du cadre du canal d'écoulement et le matériau de l'anneau d'étanchéité doivent répondre aux exigences du processus de moulage par injection, ont une bonne fluidité et les deux matériaux doivent être chimiquement compatibles pour réduire la déformation de déformation du produit moulé par injection;

(4) Le matériau de l'anneau d'étanchéité a une bonne résistance à la chaleur, des propriétés mécaniques et des propriétés d'étanchéité;

(5) Le matériau du corps du cadre du canal d'écoulement doit avoir d'excellentes propriétés mécaniques et une résistance à haute température;

(6) Le coût du matériau doit être faible et l'alimentation doit être suffisante

2.1 Matériau du corps

Le polypropylène (PP) est une résine thermoplastique générale avec les avantages de la structure du corps régulière, de la cristallinité élevée, du traitement et du moulage faciles, de la résistance à la flexion élevée, d'une bonne isolation électrique et de bonnes propriétés mécaniques à des températures élevées. Cependant, les produits généraux en polypropylène ont des problèmes tels que l'instabilité dimensionnelle et un grand rétrécissement. Par conséquent, l'industrie utilise souvent la méthode d'ajout de charges (comme les charges inorganiques et les fibres de renforcement) pour modifier le polypropylène.

Remplir et modifier le polypropylène avec des charges inorganiques telles que la poudre de talc, la wollastonite et le carbonate de calcium peuvent augmenter la rigidité du produit et réduire le retrait et la déformation. L'utilisation du polypropylène renforcé en fibres de verre peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques globales et la résistance à la chaleur du produit, réduire le retrait et la déformation, et a une bonne résistance à l'acide, qui est une meilleure méthode de modification.

2.2 Matériaux d'étanchéité

Le TPV est un type spécial d'élastomère thermoplastique. Il a été proposé par American Gessler dans les années 1960. Il s'agit d'un élastomère thermoplastique fabriqué en vulcanant dynamiquement un mélange de résine thermoplastique et d'élastomère. En 1981, l'American Onsanto Company a réussi à réaliser la production de masse industrielle d'EPDM / PPTPV et a enregistré son produit de Santoprene [U-2]. Par rapport aux élastomères thermoplastiques ordinaires, le composant en caoutchouc du TPV est complètement vulcanisé et uniformément dispersé dans la matrice thermoplastique, de sorte que ses propriétés physiques et mécaniques et la stabilité du traitement sont considérablement améliorées, et il a de larges prospects d'application dans les champs de automobiles, électronique, etc. L3]

Les matériaux TPV concentrent les caractéristiques des matériaux en caoutchouc et en plastique. Les caractéristiques spécifiques sont les suivantes:

(1) Il a la plasticité du plastique et peut être transformé de diverses manières comme le plastique, comme l'extrusion, le moulage par injection, le moulage par soufflage, etc., et peut être collé avec PPEPDM, etc.;

(2) Il a l'élasticité du caoutchouc et peut être utilisé pour certains produits élastiques, tels que l'absorption des chocs, le scellement, etc .;

(3) il a une bonne résistance au vieillissement;

(4) il a une bonne résistance à l'acide et aux alcalins et à la résistance à l'huile;

(5) il est sans pollution, respectueux de l'environnement et fiable;

(6) Il est recyclable et ne perd pas les propriétés mécaniques après un traitement répété. TPV a les excellentes propriétés ci-dessus, il peut donc remplacer le caoutchouc comme joint d'étanchéité et a obtenu de bons résultats dans l'industrie automobile. Cependant, en raison de la petite échelle du champ de batterie à flux liquide de mon pays et de la construction incomplète du système de chaîne industrielle en amont et en aval, la production de cadres de flux liquide de pile de batterie et l'installation d'anneaux d'étanchéité sont encore relativement étendus, en s'appuyant principalement sur l'assemblage manuel, et il est difficile d'obtenir des produits avec une qualité stable et une efficacité de production élevée.

L'énergie du vétérinaire introduit les matériaux TPV dans la production de cadres d'écoulement de batterie de flux liquide pour remplacer les anneaux d'étanchéité en caoutchouc traditionnels, ce qui sera plus propice au développement et à la production à grande échelle de composants clés dans le domaine des batteries à débit liquide.

03 Conception du modèle de cadre de flux

La conception prototype du cadre d'écoulement est illustrée à la figure 2. La longueur et la largeur du cadre d'écoulement sont de 354 mmx97 mm et la taille du cadre d'électrode moyenne est de 250 mmx40 mm. Le canal d'écoulement se compose de deux parties. Une partie est un canal d'écoulement serpentin connecté au trou d'entrée liquide, avec une rainure du canal d'écoulement de 1,7 mm de profondeur et 4 mm de large, pour que l'électrolyte s'écoule. L'autre partie est un canal d'écoulement uniforme avec une profondeur de canal d'écoulement de 0,85 mm et un boss de résistance uniformément distribué, ce qui permet à l'électrolyte d'entrer uniformément l'électrode.

L'épaisseur de paroi de la partie la plus mince du cadre du canal d'écoulement est de 0,8 mm, tandis que l'épaisseur de la paroi de la partie la plus épaisse est de 3,2 mm, et l'épaisseur varie considérablement avec la structure, qui est conçue pour une épaisseur de paroi inégale. L'épaisseur de paroi inégale provoquera un refroidissement et un rétrécissement inégaux du produit pendant le processus de moulage par injection. Cette inégalité entraînera une répartition inégale de contraintes et provoquera la déformation et la déformation des produits. Par conséquent, l'optimisation de l'épaisseur de la paroi a été réalisée dans la conception du modèle de moulage par injection. La conception de la boucle a été réalisée à l'épaisseur la plus épaisse de la paroi autour du cadre du canal d'écoulement, de sorte que la distribution globale de l'épaisseur de la paroi du cadre du canal d'écoulement est plus uniforme.

Les figures 3 et 4 sont l'avant et l'arrière du modèle de trame de canal d'écoulement de moulage par injection après optimisation, respectivement. Il existe quatre structures d'étanchéité sur le cadre du canal d'écoulement, à savoir la structure d'étanchéité de l'entrée liquide 1, la structure d'étanchéité de l'entrée liquide 2, la structure d'étanchéité de la membrane et la structure d'étanchéité de la plaque bipolaire. Ces quatre structures d'étanchéité sont distribuées sur les côtés avant et arrière du cadre du canal d'écoulement.

Afin de répondre aux exigences de processus de moulage par injection en deux couleurs, l'entrée du matériau à deux tirs sera disposée du même côté, ce qui nécessite la connexion des quatre anneaux d'étanchéité sur les côtés avant et arrière. Comme le montre la figure 5, la conception du cadre du canal d'écoulement d'origine a été modifiée pour connecter les anneaux d'étanchéité. En ouvrant une rainure à travers une rainure et une rainure de connexion sur le corps de rainure d'étanchéité du cadre du canal d'écoulement, tous les anneaux d'étanchéité sont connectés ensemble pour former le modèle intégré de l'anneau à cadre du canal d'écoulement final.

04 Analyse du moulage par injection bi-couleur et vérification expérimentale

4.1 Analyse de la simulation de premier déclenchement

Il existe deux schémas de conception pour le système de coulée de moisissure du corps du cadre du canal d'écoulement avec la première déclenchement. Le schéma A consiste à organiser l'entrée à la surface du cadre du canal d'écoulement. Les avantages sont une conception de moisissure simple et une faible pression d'injection. L'inconvénient est que des marques de retrait seront formées à la surface du produit, affectant l'apparence. Le schéma B consiste à organiser l'entrée de colle sur le côté du cadre du coureur. L'avantage est qu'il évite la surface du produit et n'affecte pas l'apparence, mais l'inconvénient est que la conception du moule est légèrement compliquée et doit être traitée manuellement plus tard. Les deux schémas de conception sont illustrés à la figure 6.

Les deux schémas utilisent un système d'entrée de colle à coureur à soupape à 4 points à 4 points, le diamètre du coureur chaud est de 10 mm et le diamètre de la porte de la buse chaude est réglé dans les conditions de moulage: température du matériau 250 ℃, température de moule 2,5 mm. 45 ℃, contrainte de cisaillement maximale de 0,25 MPa, pression de maintien maximale 60 MPa. Les résultats obtenus par analyse de simulation des deux schémas de conception sont présentés dans le tableau 3.

Le remplissage de colle des deux schémas est relativement lisse, réparti uniformément, la pression de moulage est petite, il n'y a pas de marque de rétrécissement et les résultats de l'analyse de déformation du produit sont présentés sur la figure 7. La déformation de déformation maximale dans la direction Z du schéma A est petite, et le taux de rendement de ce schéma est élevé, évitant la post-procédure manuelle du schéma B. Par conséquent, la première entrée de colle de déclenchement adopte un schéma de conception.

4.2 Analyse de simulation de seconde escale

Étant donné que l'épaisseur du deuxième anneau de joint de déclencheur n'est que de 1 mm et que la largeur n'est que de 2,5 mm, le processus de moulage par injection a des exigences élevées pour la fluidité du matériau TPV: pour éviter le problème de la "rupture de colle". Dans le calcul, on suppose que la température de la surface du moule est de 40 ℃, l'épaisseur du matériau est de 205 ℃, la contrainte de cisaillement maximale est de 0,3 MPa et la pression de maintien maximale est de 53 MPa. Le système d'alimentation de colle est illustré à la figure 8.

Après l'analyse de la simulation, les résultats sont résumés dans le tableau 4. La deuxième colle de déclenchement peut remplir la moisissure uniformément, sans problèmes tels que l'air piégé et le débordement, la pression de moulage est petite, il y a de petites marques de retrait et le rétrécissement du volume est relativement uniforme.

4.3 Vérification expérimentale

Selon l'analyse de simulation ci-dessus, la conception du moule a été achevée et la vérification de la production de moulage par injection a été effectuée. Le cadre du coureur réel est illustré à la figure 9. La déformation de déformation dans la direction z ne dépasse pas 1 mm, ce qui est cohérent avec les résultats de l'analyse de simulation.

Il a été assemblé dans une batterie unique à flux liquide de chrome de fer et chargé et déchargé. La cellule unique est composée d'une plaque d'extrémité supérieure, d'une plaque isolante supérieure, d'un collecteur de courant positif, d'un cadre de plaque, d'une électrode positive, d'une membrane, d'une électrode négative, d'un cadre de plaque, d'un collecteur de courant négatif, d'une plaque isolante inférieure et d'une plaque d'extrémité inférieure, comme le montre la figure 10.

Les conditions de test sont: la charge et le déchargement du courant constant à une densité de courant de 130 mA / cm ', un débit de 1 ml / min pour une zone transversale de 1 cm' et une température de fonctionnement de 50 ℃; La zone d'électrode est de 100 cm ', l'épaisseur est de 3,6 mm et l'épaisseur de la membrane est de 60 m. Après 40 cycles, l'efficacité énergétique moyenne a atteint environ 76% et il n'y avait essentiellement aucune atténuation. Les données de test sont illustrées à la figure 11.

Pendant le test, le cadre du canal d'écoulement n'a pas eu de problèmes tels que les fuites ou la déformation, qui ont encore vérifié la faisabilité du cadre du canal d'écoulement en termes de matériaux, de conception mécanique, de moulage par injection, etc.

Conclusion Le moulage par injection en deux couleurs est un processus de moulage en plastique mature, qui est largement utilisé dans les automobiles, les appareils domestiques, les dispositifs médicaux et autres champs. En tant que l'un des composants clés de la batterie de flux liquide, le cadre du collecteur a un environnement de travail dur, généralement dans un environnement acide, à haute température et chargé, qui impose des exigences élevées sur le matériau, la conception mécanique et le processus de moulage du cadre du collecteur. Afin d'améliorer l'efficacité de production et la cohérence du produit du cadre du collecteur, cette étude a terminé la conception de la structure du cadre du collecteur en fonction des exigences du processus de moulage par injection en deux couleurs et des besoins d'application réels du produit, et a déterminé la disposition d'entrée du moule et les premiers et deuxième matériaux de déclenchement grâce à l'analyse de simulation. Enfin, grâce à la vérification expérimentale, le cadre du collecteur moulé par injection en deux couleurs a été préparé avec succès et le test de performance était bon après avoir été assemblé dans une batterie.