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Verfahren zur Herstellung mikroporöser Scheider für elektrische Akkumulatoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mikroporöser Scheider für elektrische Akkumulatoren durch Sintern von Kunststoffteilchen, insbesondere aus Polyvinylchlorid, mit einer Korngrösse von
0, 05 bis 0,15 mm.
Es ist bereits bekannt, Scheider für elektrische Akkumulatoren durch Sintern von Kunststoffteilchen herzustellen. Die bekannten Scheider dieser Art haben den Nachteil, dass sie teils einen zu grossen Porenradius besitzen und dennoch ein zu kleines Porenvolumen aufweisen. Der zu grosse Porenradius bedingt häufig eine zu geringe Festigkeit des Scheiders und schliesst die Gefahr ein, dass Massedurchwachsungen durch die Poren stattfinden, die zu Kurzschlüssen führen können. Das zu kleine Porenvolumen hit vor allem den Nachteil eines verhältnismässig grossen Widerstandes des Akkumulators. Weiterhin wird hiedurch das Säurevolumen verringert, wodurch letzten Endes eine Verkleinerung der Kapazität des Akkumulators bewirkt wird.
Es ist auch vorgeschlagen worden, Scheider für elektrische Akkumulatoren durch Sintern von Poly- vinylchloridteilchen von einem Durchmesser von 0, 0125 bis 0,125 herzustellen. Auch nach diesem Verfahren hergestellte Scheider sind nicht geeignet, um alle Anforderungen, die an einen guten Kunststoffscheider gestellt werden, zu erfüllen. Die Porosität der nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Scheider ist nicht gleichmässig, da ja die Porengrösse nicht allein von der Körnung des Materials, sondern auch von dem Gleichmässigkeitskoeffizienten sowie von den Unterschieden in den Abmessungen der Körner in den verschiedenen Richtungen abhängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheider zu schaffen, der einen verhältnismässig kleinen mittleren Porenradius besitzt und dennoch ein besonders grosses Porenvolumen hat und der trotzdem eine für den Akkumulatorenbetrieb ausreichende mechanische Festigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass die Auswahl der Korngrösse des Ausgangsmaterials durch Sieben erfolgt, wobei dem gesiebten Pulver eine Siebkennlinie entsprechend einem Gleichmässigkeitskoeffizienten der gesiebten Pulverkörner zwischen 2 und 4, insbesondere von 3, erteilt wird, wobei die Unterschiede in den. Abmessungen der Körner in den verschiedenen Richtungen höchstens 1 : 3 betragen, und dass das Sintern bei etwa 230 - 2800, vorzugsweise bei etwa 2500, in weniger als 30 Sekunden erfolgt.
Die Korngrösse ist hiebei durch die von Rosin-Rammler empirisch ermittelte Formel für die Kornverteilung zerkleinerter Stoffe gegeben.
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In dieser Formel bedeuten : P die jeweilige prozentuale Rückstandssumme des gekörnten Stoffes auf einem Sieb mit der Maschenweite d, d'die Maschenweite jenes Siebes, auf dem die RUckstandssumme 36, 79% beträgt, wobei diese Maschenweite dem statistisch ermittelten Mittelwert der Korngrösse entspricht, wel-
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"Korngrösse" bezeichnetGleichmässigkeitszahl genannt.
Beim doppelten Logarithmieren obiger, auf die Form
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gebrachten Formel erhält man die Gleichung
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einer Geraden mit der Steigung n. Der Gleichmässigkeitskoeffizient n dient also als Mass für die Streuung der Korngrösse innerhalb eines gewissen Bereiches um den Mittelwert der Korngrösse.
Wird beispielsweise als Korngrösse d' (Mittelwert der Korngrössen der Einzelkömer) 100 und als Gleichmässigkeitszahl n = 2, 3
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der Gleichmässigkeitszahl
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<tb>
<tb> n <SEP> = <SEP> 2 <SEP> von <SEP> 7 <SEP> J1 <SEP> bis <SEP> 230 <SEP> 11. <SEP> bei <SEP> der <SEP> Gleichmässigkeitszahl
<tb> n <SEP> = <SEP> 3 <SEP> von <SEP> 17 <SEP> J1 <SEP> bis <SEP> 170 <SEP> 11 <SEP> und <SEP> bei <SEP> einer <SEP> Gleichmässigkeitszahl
<tb> n <SEP> = <SEP> 4 <SEP> von <SEP> 26 <SEP> p <SEP> bis <SEP> 150 <SEP> Jl.
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und nur je 1 % der Gesamtmenge des gekörnten Materials besitzt Komgrössen unter dem unteren angegebenen bzw. über dem oberen angegebenen Wert.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Scheider weisen eine Porosität von 60 % und darüber auf. Infolgedessen besitzen solche Scheider einen besonders niedrigen elektrischen Widerstand.
Wie durch Versuche festgestellt worden ist, zeigen diese Scheider trotz der besonders hohen Porosität und des geringen elektrischen Widerstandes eine recht hohe mechanische Festigkeit. Die besondere Struktur des Scheider, die nach dem Verfahren der Erfindung erzielt wird, verleiht ihm auch eine grosse Wärmestandfestigkeit. Demgemäss ist der Scheider nach der Erfindung den bekannten Scheidern mechanisch, elektrisch und thermisch erheblich überlegen. Gleichzeitig hat sich herausgestellt, dass der Scheider nach der Erfindung recht billig herzustellen ist, so dass er preislich den billigste bisher bekannten Scheidern, die auch beliebigen andern Aufbau haben können, mindestens gleichwertig ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gegeben, dass der Scheider nach dem Sintern bei Temperaturen von 55-90 , insbesondere 65-750 C, gewellt wird.
Auf Grund der besonderen Porenstruktur verträgt der Scheider eine nachträgliche Wellung, ohne dass dies einen nachteiligen Einfluss auf den Porenradius oder auch auf das Porenvolumen hat. Das Wellen kann
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beheizte Platte läuft, dort gewärmt wird und anschliessend gewellte und gekühlte Walzen passiert. Die Wellung ist ohne Nachteile nur bei Scheidern, die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellt sind, möglich, da nur diese Scheider eine derartige Porenstruktur besitzen, dass die beschriebene Wellung keine Verschlechterung der Eigenschaften mit sich bringt. Anderseits ergibt sich aber durch die Wellung eine erhöhte Festigkeit, insbesondere eine erhöhte Elastizität, und über die ganze Fläche gleichbleibend ein kleiner elektrischer Widerstand.
Bei den bekannten Scheidern aus gesinterten thermoplastischen Kunststoffteilchen ist eine Wellung aus den vorgenannten Gründen bisher nicht möglich gewesen. Hier hat man sich damit beholfen, Rippen vorzusehen, wobei an den örtlichen Stellen des Sitzes der Rippen eine Vergrösserung des elektrischen Durchgangswiderstandes unvermeidbar ist. Ausserdem ist bei den bekannten Scheidern mit Rippen die mechanische Elastizität wesentlich geringer als bei den gewellten Scheidern nach der Erfindung.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird beispielsweise folgendermassen durchgeführt :
Das Polyvinylchlorid-Pulver wird. gesiebt, so dass Korngrössen von über 120 {1 ausgeschieden werden.
Das gesiebte Polyvinylchlorid-Pulver wird in einen über der Sinter anlage angebrachten. Vorratsbehälter eingebracht. Zweckmässigerweise erfolgt deshalb die Aufgabe des Polyvillylchloridpulvers mittels eines Vibrators auf das zur Sintervorrichtung gehörende endlose Stahlband. Da die Aufgabe auf das Stahlband aus dem Aufgabebehälter durch einen verstellbaren Schlitz erfolgt, ist eine genaue Dosierung nicht gewährleistet. Nachgeschaltet ist deshalb der Aufgabevorrichtung ein Rakel, das mit einer Frequenz von 3600/Min. über das pulverförmige Material geführt-wird und überschüssiges Material abstreift.
Da thermoplastische Materialien gern statische Ladungen aufnehmen, die infolge der wirksamen elektrostatischen Kräfte den Gefügeaufbau des Polyvinylchloridpulvers zu verändern in der Lage sind,
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durchläuft das Stahlband mit der aufgegebenen Polyvinylchloridschicht ein Ionisierungsgerät, das die statischen Ladungen abführt. Das Band mit der aufgebrachten, dosierten und entladenen Polyvinylchloridpulverschicht tritt sodann in den Sintertunnelofen ein und durchläuft verschiedene Temperaturzonen. Die Durchlaufzeit kann durch eine stufenlose Regelung der Geschwindigkeit des Stahlbandes in den Grenzen zwischen 0, 8 -1, 3 m/Min. variiert werden, je nachdem, welche Eigenschaften des mikroporösen Scheiders verlangt werden.
Beispiel l : Bandgeschwindigkeit 0, 8 m/Min. Sintertemperaturen 230 - 2500 C.
Beispi'el 2 : Bandgeschwindigkeitl, 3 m/Min. Sintertemperaturen 250-280 C.
Alle Variationen dazwischen sind möglich und ergeben eine mehr oder weniger dichte Sinterung.
Nach Abschluss des Sinterprozesses läuft das mikroporöse Polyvinylchloridband frei aus dem Tunnelofen heraus. Durch eine anschliessend angebrachte temperaturgeregelte Erwärmungsvorrichtung (mit Gas oder elektrischbeheizter Platte, Infrarot-Strahlung oder Hochfrequenzheizung) wird das Band auf einer für die Verformung geeigneten Temperatur von z. B. 65 - 750 C gehalten. Unmittelbar an diese Heizeinrichtung schliesst sich ein Riffel- bzw. Wellvorgang an, der dem Scheider die für den Einbau in Akkumulatoren benötigte Rippung oder Wellung gibt, wobei diese Rippung oder Wellung dem Scheider keine grö- ssere Ausbuchtung als etwa 1, 6-2, 4 mm verleiht. Der Abstand der Rippen voneinander wird den jeweiligen Gegebenheiten angepasst.
Nach Abkühlung des geriffelten bzw. gewellten Bandes wird dieses auf die gewünschte Breite gebracht und in einer automatischen Schlagschere auf Länge geschnitten. Zur Feststellung von Fabríkationsfehlern - insbesondere Rissen oder Löchern - oder Sinterfehlern wird der in der eben beschriebenen Weise gefertigte Scheider über eine von unten beleuchtete Glasplatte geführt, die ein leichtes Erkennen der Fabrikationsfehler ermöglicht. Die relative Raumfeuchtigkeit spielt sowohl für das Rohmaterial als auch für die Fertigung des Scheiders eine wesentliche Rolle. Sie soll zwischen 40 und 60 % liegen unter Annahme einer Raumtemperatur zwischen 22 und 280 C.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung mikroporöser Scheider für elektrische Akkumulatoren durch Sintern von Kunststoffteilchen, insbesondere aus Polyvinylchlorid, mit einer Korngrösse von 0, 05-0, 15 mm, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Korngrösse des Ausgangsmaterials durch Sieben erfolgt, wobei dem gesiebten Pulver eine Siebkennlinie entsprechend einem Gleichmässigkeitskoeffizienten der gesiebten Pulverkörner zwischen 2 und 4, insbesondere von 3 erteilt wird, wobei die Unterschiede in den Abmessungen der Körner in den verschiedenen Richtungen höchstens 1 : 3 betragen und dass das Sintern bei etwa 230, - 2800, vorzugsweise bei etwa 2500, in weniger als 30 Sekunden erfolgt.