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Durchlässiges Diaphragma
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faserige Trägermaterial mit der Schicht aus gesintertem, thermoplastischem Pulver durch die dazwischen vorgesehene Bindeschicht über den gesamten Flächenbereich in enger Berührung gehalten.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung von erfin- dungsgemässen Separatoren für elektrische Batterien an Hand der schematischen Zeichnungen beschrieben.
In diesen zeigt Fig. l die einleitenden Schritte des Verfahrens, u. zw. das Imprägnieren einer Faserma- terialbahn mit einem säurebeständigen Harz, das Wellen der imprägnierten Bahn und das Aushärten der- selben zur Bildungvongewelltem, porösem Trägermaterial für Separatoren. Fig. 2 zeigt die darauffolgen- den Verfahrensschritte, u. zw. das aufeinanderfolgende Aufbringen von thermoplastischen Pulvern auf die imprägnierte Bahn und das Sintern dieser Pulver zwecks Bildung von Separatoren für elektrische Batterien.
Fig. 3 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemässen, gerippten Separator für elektrische Batterien, der nach dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Verfahren hergestellt worden ist.
Gemäss Fig. l wird ein gewelltes poröses Trägermaterial für Separatoren aus einer kontinuierlichen
Bahn 1 aus einem faserigen Trägermaterial hergestellt, das aus einem Papier auf Cellulosebasis mit einem Gehalt von lolo Glasfasern besteht. Das beispielsweise 0,25 cm starke Papier wird von einer Rol- le 2 abgewickelt und geht durch ein Imprägnierung3bad 3 aus einem säurebeständigen Harz, das aus einem wasserlöslichen Phenolharz oder einem Polyvinylchloridlatex besteht. Zusammen mit dem Harz kann auf das Material ein Netzmittel aufgebracht werden.
Die aus dem Harzimprägnierungsbad 3 austretende kontinuierliche Bahn 1 wird durch eine Trok- kenkammer 4 geführt, in der eine Temperatur von 1000C aufrechterhalten wird, und dann zwischen zwei Formwalzen 5, die in der harzimprägnierten Bahn eine Reihe von Wellen ausbilden, die beispielsweise einen Abstand von etwa 2 bis 3 mm voneinander haben. Die gewellte Bahn wird dann durch einen Härteofen 6 geführt, der aus einem Infrarot-Tunnelofen besteht, der auf einer zum Härten des Harzes geeigneten Temperatur von 230 bis 2600C gehalten wird. Dann wird die Bahn zu einer Rolle 7 aus einem ausgehärteten, gewellten porösen Trägermaterial für Separatoren aufgewickelt.
Das Aufbringen des thermoplastischen Pulvers auf das gewellte Trägermaterial erfolgt nach einem Verfahren, dessen Schritte in Fig. 2 gezeigt sind. Das von der Rolle 7 abgewickelte, gewellte Trägermaterial läuft unter einem ersten Rütteltrichter 8 vorbei, der auf die Bahn ein Gemisch 9 aus feinverteilten Teilchen aus Polyvinylchlorid abgibt. Das Gemisch 9 besteht aus zwei Komponenten von unterschiedlicher durchschnittlicher Teilchengrösse, u. zw. hat die überwiegende Komponente einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1/2 bis l jn und die andere Komponente einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10J1. Pro Quadratmeter des Trägermaterials werden etwa 29,8 g des Polyvinylpulvergemisches verwendet.
Das Gemisch wird dann mittels einer Drehbürste 10 auf die Oberfläche aufgebürstet, so dass einige der Teilchen in die vorhandenen Poren des gewellten Trägermaterials hineingedrückt werden.
Das Gemisch 9 aus zwei Komponenten von unterschiedlicher durchschnittlicher Teilchengrösse aufweisenden, feinverteilten Polyvinylchloridteilchen kann auch an einer zwischen dem Härteofen 6 und der Rolle 7 gelegenen Stelle von dem Trichter 8 auf die Bahn 1 aufgebracht und mit der Drehbürste 10 auf die Bahnoberfläche aufgebürstet werden. Eine weitere Alternative besteht darin, die Rolle 7 wegzulassen, so dass die von dem Härteofen 6 kommende Bahn 1 direkt unterhalb des das Gemisch 9 enthaltenden Trichters 8 vorbeiwandert und dann sofort in der nachstehend beschriebenen Weise weiterläuft.
Das überzogene Trägermaterial wird dann mit einer Schicht aus feinverteilten Teilchen aus thermoplastischem Material überzogen, dessen durchschnittliche Teilchengrösse im wesentlichen der der grösseren Komponente des in dem Trichter 8 befindlichen Gemisches 9 entspricht. Die Schicht aus feinverteilten Teilchen aus thermoplastischem Material erhält man, indem man die Bahn unter einem zweiten Rütteltrichter 11 vorbeiführt, die grösser ist als der Trichter 8 und mit Polyvinylchloridteil-
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gene, gewellte Trägermaterial vorwärtsbewegt, so dass die genannte Teilchenschicht auf das überzogene, gewellte Trägermaterial aufgebracht wird. Mit Hilfe einer Formwalze 13 erhält die Schicht eine Oberfläche, die gerippt oder eben sein kann. Die Menge des verwendeten Pulvers ist von der Stärke und Art des gewünschten Separators abhängig.
Für einen ebenen Separator können pro m2 des gewellten Trägermaterials etwa 390 g verwendet werden.
Dann wird das Polyvinylchloridpulver oberflächengehärtet, indem es durch den Ofen 14 geführt wird, in dem eine Temperatur von der Grössenordnung von 5000C aufrechterhalten wird. Das gesinterte Material läuft dann unter einer gerippten oder ebenen Oberflächenbehandlungswalze 15 sowie durch
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einen ersten Sinterofen 16 hindurch, in dem eine Temperatur von 220 bis 2300C aufrechterhalten wird, so dass das Pulver der Schicht zu einem Diaphragma gesintert wird, das ein kontinuierliches, poröses Gefüge hat, welches mit dem gewellten Trägermaterial durch eine kontinuierliche Bindeschicht in Form des Zwischenüberzuges verbunden ist, der während des Sintervorganges sowohl an dem Diaphragma als auch an dem Trägermaterial haftet.
Ein weiterer Schritt des beschriebenen Verfahrens bezweckt die Herabsetzung der Porengrösse der
Oberfläche der gesinterten Schicht zur besseren Beherrschung der Wanderung von Ionen durch den Sepa- rator. Um ein vorzeitiges Sintern des aufgebrachten thermoplastischen Pulvers während der weiteren Be- handlung zu verhindern, wird das den Ofen 16 verlassende Material mittels eines Gebläses 17 auf eine Temperatur von nicht mehr als 1500C gekühlt.
Das abgekühlte Material wird dann unter einem drit- ten Rütteltrichter 18 vorbeibewegt, der kleiner ist als der Trichter 8, aber mit einem Polyvinyl- chloridpulver 19 beschickt wird, welches die gleiche Zusammensetzung hat wie das in dem Trichter 8 befindliche Pulver, d. h. aus einem zwei Komponenten von unterschiedlicher durchschnittlicher Teil- chengrösse enthaltenden Gemisch besteht, wobei die überwiegende Komponente einen durchschnittlichen
Teilchendurchmesser von 1/2 bis Ijn und die andere Komponente einen durchschnittlichen Teilchendurch- messer von etwa IOM hat. Die Drehbürste 20 drückt einige der Teilchen in die Poren der gesinterten
Schicht hinein. Pro Quadratmeter des Materials können etwa 29, 8 g verwendet werden.
Das Material wird dann durch einen Sinterofen 21 geführt, in dem in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der das Material durch den Ofen 21 hindurchgeht, eine Temperatur von 150 bis 2500C aufrechterhalten wird, so dass auf der Oberfläche ein daran haftendes, kontinuierliches spitzenartiges Netzwerk aus Polyvinylchlorid gebildet wird. Die aneinanderliegenden Teilchen werden an ihren Berührungsstellen zusammengesintert ; die so erhaltenen Poren des spitzenartigen Netzwerkes haben einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1/2jan.
Die vorstehend beschriebenen, unter Verwendung des Trichters 18, der Bürste 20 und des Ofens 21 durchgeführten Schritte dienen zur Regelung der Porengrösse. Ein derartiges Verfahren ist der Gegenstand der brit. Patentschrift Nr. 843, 452.
Das Material kann dann aus einer Düse 22 mit einem Netzmittel, beispielsweise Calsoleneöl, besprüht und anschliessend in einem Trockenofen 23 getrocknet werden. Ein Querschneider 24 schneidet das Material in einzelne verpackungsfertige Separatoren.
Fig. 3 zeigt einen nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten Separator für elektrische Batterien. Der Separator weist eine Schicht 25 in Form eines porösen Diaphragmas aus gesintertem thermoplastischem Pulver, u. zw. Polyvinylchlorid, auf, die mittels einer bleibenden, kontinuierlichen Bindeschicht 26 mit einem gewellten, porösen Trägermaterial 27 verbunden ist, das aus Papier auf Cellulosebasis mit bis zu 1010 Glasfasern besteht und mit einem gehärteten, säurebeständigen Harz, u. zw. einem wasserlöslichen Phenolharz imprägniert ist. Die Bindeschicht 26 besteht aus einem gesinterten thermoplastischen Pulver, u. zw. Polyvinylchlorid und die Schicht 25 hat infolge der Rippen 28 eine gerippte Oberfläche.
Die Oberfläche der gesinterten Schicht 25 hat Poren von vorherbestimmter Grösse. Diese Poren werden von den Zwischenräumen eines sich über die Oberfläche erstreckenden, kontinuierlichen, spitzenartigen Netzwerkes aus einem thermoplastischen Material, u. zw. Polyvinylchlorid gebildet, wobei dieses Netzwerk aneinanderliegende, feinverteilte Polyvinylchloridteilchen aufweist, die an ihren Berührungsstellen zusammengesintert sind und die an der Oberfläche haften.
Die ein poröses Diaphragma bildende Schicht 25 hat eine genügende Stärke, beispielsweise von 0, 65 mm, um selbst einen Separator zu bilden. Gegebenenfalls kann man einen stärkeren Separator erhalten, indem man ein stärkeres Trägermaterial 27 verwendet.
In dem vorstehend an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren wird das in dem imprägnierten Trägermaterial befindliche Harz in dem Ofen 6 ausgehärtet. Man könnte jedoch das Harz in dem Ofen 6 auch nur teilhärten, indem der Ofen auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, und das Trägermaterial in dem Oberflächenhärteofen 14 und dem Sinterofen 16 aushärten.
In einem kontinuierlichen Verfahren, in dem das Trägermaterial nicht wieder aufgewickelt wird, führt man das von dem Ofen 6 kommende Blattmaterial direkt unter dem Trichter 8 vorbei.
Es zeigt sich, dass ein erfindungsgemässer Separator für elektrische Akkumulatoren besondere Vorteile besitzt. Die Separatoren sind oxydationsbeständig und können mit grösseren Toleranzen hergestellt werden, als es bisher möglich war, weil feine Löcher, die zu Kurzschlüssen führen, vermieden werden, da ein etwa in dem thermoplastischen Diaphragma vorhandenes Loch von dem Trägermaterial abgedeckt wird und umgekehrt.
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