INVESTIGATION OF THE FLOW BEHAVIOR OF FIBER-REINFORCED MELT IN INTERDIGITAL WAVE RUNNER BY SIMULATION ANALYSIS IMPLEMENTED WITH FIELD SYNERGY PRINCIPLE 1 张旭铭、2 杨耀升、3 郑志清、4 陈宏宾、5 萧乃仁 1Shiuh-Ming Chang, 2 Yao-Sheng Yang, 3Hung-Pin Chen, 4Chi-Ching Cheng , 5Nai-Jen Hsiao 1 高苑科技大学机械与自动化系助理教授 1Dept. Mechanical and Automation Engineering, Kao Yuan University 2 高苑科技大学电子系助理教授 2Department and Graduate School of Electronic Engineering, Kao Yuan University 3 高苑科技大学电子系研究生 3Department and Graduate School of Electronic Engineering, Kao Yuan University 4 高苑科技大学机械与自动化系研究生 4Dept. Mechanical and Automation Engineering, Kao Yuan University, Kao Yuan University 5 科盛科技股份有限公司 5CoreTech System (Moldex3D) Co., Ltd 中文摘要 本研究以质子交换膜燃料电池(Fuel cell) 之双极板为例， 研究中以材料 PA6( Polyamide,Nylon6 )TECHNYL C217 Rhodia 和PA6( Polyamide, Nylon6 )TECHNYL C218 V40 Rhodia(含40%玻纤)，使用场协同理论进行有玻纤及无玻纤的模拟分析，流道采用指叉状波浪结构，一模一穴设计，并应用Moldex3DR9.1 模流分析软件进行含有玻璃纤维材料及未含有玻璃纤维材料的流动分析。由分析结果来观察并研究玻纤配向、流道和产品质量关系，进而尝试应用于双极板的射出制程设定，提升产品质量。 关键词: 双极板、指叉状、场协同理论、玻纤配向。 英文摘要 In this study, we will focus on the bipolar plate of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (or PEMFC). Two materials are used in this study, which are PA6 (Polyamide,Nylon6) TECHNYL C217 Rhodia and PA6 (Polyamide, Nylon6 ) TECHNYL C218 V40 Rhodia (+40% Glass Fiber). Moreover, a CAE simulation software, Moldex3D integrated with field synergy principle is adopted to study the flow behavior of melt with fiber or without fiber in a curved runner. The effect of fiber orientation and interdigital wave runner type on product quality can be obtained based on some simulation results, which will help improve the process setting of the bipolar plate molding Keyword: Bipolar plate, Interdigital wave curved runner, Field synergy principle, Fiber orientation. 一、前言 但随着质子交换膜燃料电池技术的稳定进步发展，燃料电池的技术获得汽车、能源公司与机车公司的支持。因为材料、制程技术的改进突破，使得燃料电池的性能提升、材料成本下降外，过去燃料电池堆技术不断突破、进步。燃料电池在技术上起了革命性突破，其中以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)被受重视，世界各国ZF、民间企业均投入大量人力及资金研发，其燃料电池技术之可见商品化未来。质子交换膜燃料电池因其具有低温操作与高功效密度的特性，故适用于车辆运输工具及小型家用发电系统。然而燃料使用、材料与制造成本过高，一直是燃料电池汽机车商业化的瓶颈，。因此本文针对燃料电池双极板指叉状波浪沟槽具纤维配向的比较与探讨。 二、文献回顾 张[1-5]利用场协同理论分析并优化空间舒适度、燃料电池双极板含玻纤与半导体封装胶注点优化分析。双极板材料通常为石墨、金属与复合材料。Wilson[1]与Bisaria[2]研究石墨有高导电率与高强度可是石墨材料具脆性所以加工较困难且成本高。Hornung[3]、Wing[4]与Davies[5]研究金属做为双极板的材料，因为发电效率高，但是其中的金属发电过程中会产生氧化层，提高了接触电阻，因此降低了发电总体输出功率，并且会释放出酸性离子毒化MEA 模块，昂贵的表面涂覆层虽能增加发电效果与耐久度，却会增加成本。Makkus[6]与Wilson[1]研究复合型材料的双极板因为成本低，具有抗腐蚀性、重量轻与容易成型等特点，在成型上可直接成型流道并且厚度可比原石墨双极板薄。 Richard[7] 研究发现LCP、PPS、PS、Nylon6、PVF 在双极板的气体渗透效果不错。Mighri[8]研究发现PP 或PPS 为导电复合材料的基材具有良好的化学特性、机械性质与流动性。Bisaria[2]将热塑性高分子加入导电材料可用射出成型制造双极板，可降低成本且快速成型，双极板流场的设计也可以较为精密。Heinzel[9]等人指出加入了导电物质的复合材料在射出充填过程中，若能将纤维方向垂直于表面则能有效提高导电率。Blunk[10]研究中发现流道上多加工一块凸块，将射出成型后二次加工去除此凸块，让纤维垂直于极板的平面方向，可使导电率显著提升。 |
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