CN105637116A - 瞬时可润湿的聚合物纤维片 - Google Patents

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Abstract

聚合物纤维片在“湿润”和“干燥”状态下都展现高孔隙率和良好的拉伸性能。纤维改性剂被合并到聚合物挤出和纤维形成工艺中以生产可被含水介质瞬时润湿的高度多孔的聚合物纤维片。纤维改性剂起到(1)在处理期间减小聚合物挤出物熔体粘度并且允许形成细小纤维的增塑剂和(2)促进各个聚合物纤维和由它们形成的多孔纤维片的瞬时和可持续可润湿性的表面改性剂的一种或两种作用。甚至在重复的洗涤和干燥循环之后聚合物纤维片维持其可润湿性。所得的纤维片可以被致密化并压纹以提供期望的厚度和孔隙率，而同时也可以在纤维片上形成具有期望图案的纵向肋条。

Description

瞬时可润湿的聚合物纤维片
相关申请
本申请要求2013年8月9日提交的美国专利申请号61/864,317的权益。
版权声明
2016AmtekResearchInternationalLLC。本专利文件的公开的一部分含有受版权保护的材料。版权拥有者不反对由专利文件或专利公开的任一种传真印刷，如其在专利和商标局的专利文档或记录中出现的，但在其他方面保留其任何的版权权利。37CFR§1.71(d)。
技术领域
本公开涉及纤维改性剂的整合，该纤维改性剂优选地在可被含水介质瞬时润湿的高度多孔的、聚合物纤维片的生产中所实施的挤出和纤维形成过程中起到增塑剂和表面改性剂的作用。在多个洗涤和干燥步骤之后维持片的可润湿性。如生产的或在进一步致密化并压纹以在片的表面上形成肋条图案之后，所得的片可以被用在铅酸电池中。
背景技术
铅酸蓄电池通常被发现具有两种设计模式，阀控式重组(阀控式铅酸(VRLA))电池和溢流式电池。两种模式包括被多孔电池隔膜彼此分离的正极和负极。多孔隔膜防止电极进行物理接触并且提供用于电解液驻留的空间。这种隔膜由耐受硫酸电解液的、在硫酸中容易地可润湿的并且充分多孔以允许电解液驻留在隔膜材料的孔中的材料形成，从而允许相邻的正极板和负极板之间低电阻的离子电流。
最近，已经研发了增强的满溢电池(EFB)以满足“启动-停止”或“微混合”运载工具应用中的高循环需求。在这种应用中，当运载工具停止时(例如，在交通灯处)发动机被关闭并且然后在之后重新启动。“启动-停止”运载工具设计的优势是其导致减小的CO2排放以及更好的总体燃料效率。“启动-停止”运载工具中的主要挑战是电池必须在停止阶段期间继续供应所有的电功能同时能够供应充足的电流以在需要时重新启动发动机。在这种情况下，与传统的满溢铅酸电池设计相比，对于循环和再充电能力，电池必须展现较高的性能。
在“启动-停止”应用的情况下，阀控式铅酸(VRLA)电池已经在该领域表现出良好的循环性能，但是它们经受相对高成本和其他问题。
随着技术的发展，用于铅酸蓄电池的隔膜由不同的材料形成。随着时间，木材、纸、橡胶、PVC、玻璃纤维和二氧化硅填充的聚乙烯的片都已经被发现使用。目前，二氧化硅填充的聚乙烯隔膜被用在汽车的启动-照明-点火(SLI)电池中，而吸收性玻璃垫(AGM)隔膜被用在VRLA电池中。在后一隔膜中，玻璃纤维的尺寸和分布控制隔膜性能，包括孔隙率，在电池制造过程期间在压缩和电解液填充之前该孔隙率通常大于90％。在一些情况下，合成的聚合物纤维与玻璃垫混合用于改进机械性能(例如，压缩恢复)，但是对于电池制造商这些材料仍然难以以期望的速率整合到它们的生产过程中。
因此，仍然存在对于机械坚固、耐酸、高孔隙率纤维垫的需要，该纤维垫是瞬时可润湿的并且可以在“启动-停止”应用中使用的铅酸蓄电池的整个生命周期使用。
对于在满溢铅酸电池中使用的二氧化硅填充的聚乙烯隔膜，传统的制造过程包括挤出、提取，接着是干燥、纵切和卷绕步骤。沉淀的二氧化硅通常与聚烯烃、工艺油和各种微量成分组合以形成隔膜混合物，其在高温下通过片模挤出以形成充油片。充油片被压延至其期望的厚度和轮廓，并且大部分工艺油被提取。片被干燥以形成微孔聚烯烃隔膜并且被纵切为用于特定电池设计的适当宽度。在此制造过程期间，工艺油的提取和提取溶剂的干燥是限制步骤。生产线的输出量依赖于工艺油可以被多么快速地移除以及溶剂可以被多么迅速地干燥，其二者依赖于隔膜产品的厚度。三氯乙烯(TCE)和己烷通常用作用于工艺油的提取溶剂并且它们存在关于健康、安全和有效回收的挑战。
因此，还继续存在对于不使用有害和/或易燃溶剂制造的满溢铅酸型电池隔膜的需要。隔膜应当展现与满溢铅酸电池有关的期望的性能比如良好的可润湿性、高孔隙率、小孔尺寸、低电阻、高穿刺强度和良好的抗氧化性。
发明内容
在“湿润”状态和“干燥”状态二者中，聚合物纤维片展现高孔隙率和良好的拉伸性能。纤维改性剂被合并到聚合物挤出和纤维形成过程以生产高度多孔的聚合物纤维片，其是可被含水介质瞬时湿润的。纤维改性剂有两个主要目的或功能。纤维改性剂作为以下任一种或二者起作用：(1)在处理期间减小聚合物挤出熔体粘度并且允许形成细小纤维的增塑剂和(2)促进单个聚合物纤维和由它们形成的多孔纤维片的瞬时和持续的可润湿性的表面改性剂。纤维改性剂可以是可实现至少一种所述功能的单个的化合物、低聚物、聚合物或它们的混合物。在挤出期间纤维改性剂是稳定的并且是耐热降解的。甚至在重复的洗涤和干燥循环之后，聚合物纤维片保持它的可润湿性。所得的纤维片可以是致密和压纹的以提供期望的厚度和孔隙率，而同时也可以在纤维片上形成带有期望图案的肋条。
可以起到聚合物比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或其他硫酸稳定的聚合物的增塑剂作用的优选的纤维改性剂包括邻苯二甲酸二正丁酯，双十一烷基邻苯二甲酸酯、二-2-乙基己基邻苯二甲酸酯、正己基月桂酸酯、二-2-乙基己基癸二酸酯、二-2-乙基己基己二酸酯和二-2-乙基己基壬二酸酯。
可以起到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)或其他硫酸稳定的聚合物的表面改性剂作用的优选的纤维改性剂包括十二烷基苯磺酸钠、二丁基萘磺酸钠(Solvay，BX-78)、二异丙基萘磺酸钠(Cytec，AerosolOS)和二辛基磺基琥珀酸钠(Cytec，AerosolOT-B)。
最优选的纤维改性剂可以起到增塑剂和表面改性剂二者的作用，其包括二丁氧基己二酸乙酯、三甘醇2-乙基己酸酯、三甘醇二苯甲酸酯、Plasthall7050(戊二酸二烷基二醚，HallstarCompany)、Plasthall7071(聚乙二醇酯，HallstarCompany)、Uniplex810(二月桂酸聚乙二醇-600，UnitexChemicalCorporation)、809(二-2-乙基己酸聚乙二醇-400，HallstarCompany)、810(聚乙二醇酯，HallstarCompany)和812(聚乙二醇酯，HallstarCompany)。
从以下通过参考附图进行的优选实施方式的详细描述，另外的方面和优势将变得明显。
附图说明
图1是纯聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维片的扫描电子显微照片。
图2是显示在致密化之前和之后测量的PBT纤维片的孔隙率的图表。
图3是显示在对于PBT纤维片和两种商业等级的吸收性玻璃垫的压缩结果后的比较恢复的图表。
图4是带有纵向肋条的压延PBT纤维片的照片。
图5显示了展示涂布有MA-80I表面活性剂(左侧)和809表面改性剂(右侧)的致密PET纤维片的润湿行为的并排照片。
图6是显示使用809增塑剂用具有不同固有粘度的PET树脂制备的聚合物纤维片的纤维尺寸分布的一组曲线。
图7是从纯PET(SEM(a))和具有809增塑剂的不同类型的PET树脂(SEM(b)、(c)和(d))制备的熔喷聚合物纤维片的一组四个扫描电子显微照片。
图8、9、10和11是分别概述用不同的PET树脂生产的聚合物纤维片的孔隙率、两分钟芯吸高度、室温浸湿电阻(roomtemperature-soakedelectricalresistance)和压缩恢复的图表。
图12是用十二烷基苯磺酸钠表面改性剂和809纤维改性剂制成的聚合物纤维片的一组四个扫描电子显微照片。
图13、14和15是分别显示图12中所示的PET纤维片的孔隙率、硫酸中的两分钟芯吸高度和电阻的图表。
图16是显示对于AGM和PET纤维片，厚度改变对所施加的压缩应力的图表。
图17和18是显示与AGM比较对于分别在干燥条件和湿润条件下用十二烷基苯磺酸钠表面改性剂和809纤维改性剂制造的聚合物纤维片的压缩结果之后恢复的图表。
图19是显示硫酸中有肋条的PET纤维片的电阻的图表。
图20是显示表示三种有肋条的PET纤维片的孔尺寸分布的一组曲线的图表。
图21是显示致密PET纤维片和有肋条的PET纤维片的孔尺寸分布的图表。
图22是致密PET纤维片(SEM(a))和有肋条的熔融PET纤维片(SEM(b))的一组两个扫描电子显微照片。
图23是显示常规隔膜-玻璃纤维垫层压材料(显微照片(a))和隔膜-PET纤维片复合材料(显微照片(b))的两个子-主肋条之间的界面的一组两个光学显微照片。
图24是来自图23的-隔膜PET纤维片复合材料(显微照片(b))的PET片的扫描电子显微照片。
图25是参考图23(显微照片(b))显示-PET纤维片复合材料和其组分的水可进入的孔隙率的图表。
图26是参考图23显微照片(a)和(b)显示隔膜-玻璃纤维垫层压材料和隔膜-PET纤维片复合材料的煮沸电阻(boiledelectricalresistance)的图表。
具体实施方式
公开的聚合物纤维片是聚合物纤维的三维基体并且具有遍及其相互连接的孔连通的厚度。聚合物纤维片的特征在于高孔隙率(50％至大于80％)、可控的孔尺寸分布和遍及聚合物纤维基体分布的纤维改性剂以提供瞬时和持续可润湿性二者。可以将非平面表面形态赋予聚合物纤维三维基体的一个或两个表面。这优选地通过压纹、压延或致密化聚合物纤维片形成图案而完成。典型的实例是在纤维片上形成的肋条的期望图案。
聚合物纤维形成的以下描述是参考熔喷纤维片的生产呈现的。技术人员将理解，可以使用除了熔喷工艺之外的工艺制造公开的聚合物纤维，比如电纺丝、包括熔融纺丝和溶液纺丝的纤维纺丝、电喷、离心力纺丝(forcespinning)和通过冷空气拉丝的熔融纺丝(即，用冷/室温压缩空气通过拉瓦尔喷嘴熔喷)。
熔喷聚合物纤维片通常是由具有低固有粘度或高熔体流动指数的热塑性聚合物生产的。这些聚合物的大部分是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、并且有时是聚酯。双组分熔喷纤维片也被制造为芯鞘结构。芯通常由具有高熔融温度的聚合物(例如，PET)组成，并且鞘由具有显著更低的熔融温度的聚合物(例如，PP)组成。
在熔喷纤维片的制造中，聚合物在挤出机中熔融。熔体泵计量至熔喷模具的熔融挤出物。熔喷模具是熔喷技术的核心并且通常由许多孔组成，每个孔具有聚合物熔体穿过其行进的小直径，其被两个气刀环绕，用于穿过加热的工艺气。当加热的空气以高速离开孔时加热的空气拉丝聚合物熔体，产生小直径纤维流。纤维被作为片沉积在收集器带上，其被卷绕成卷。在优选的实施方式中，通过熔喷对硫酸在化学上稳定的热塑性树脂比如聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯和聚苯硫醚形成熔喷纤维片。
生产具有细小纤维尺寸的熔喷纤维需要与增加工艺气温度和流速结合，降低挤出物熔体粘度。这已经通过选择具有低固有粘度/高熔体流动指数的聚合物完成。可选地，通过在比聚合物的熔点显著更高的温度下操作挤出机和模具可以实现低熔体粘度。这种方法带来加速聚合物的热降解的风险。对于聚合物，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其对水解降解非常敏感，高操作温度变得更令人关注。对于具有高固有粘度的聚合物实现低熔体粘度的另一个方法需要在挤出过程期间有目的地添加氧化剂。氧化类物质将缩短聚合物的分子链长度，从而降低熔体粘度。然而，这种补救将消极地影响纤维的机械强度。
在优选的实施方式中，起到增塑剂作用的纤维改性剂被用在熔喷过程中以降低挤出物熔体粘度，允许使用具有高固有粘度的聚合物生产熔喷纤维。除了降低粘度之外，增塑剂也降低聚合物的玻璃化转变温度并且允许降低的处理温度。适合的增塑剂可以在进料区或更下游被供给至挤出机，其中其与聚合物均匀混合，产生适合用于生产细小熔喷纤维的低粘度聚合物熔体。可选地，在生产用于后续使用或处理的小球或颗粒期间可以将增塑剂引入到聚合物。纤维被作为片沉积在收集器带上，并且如果需要纤维片可以被进一步压延至其期望的厚度或孔隙率。
期望的增塑剂在整个挤出和熔喷过程中在操作温度下是热稳定的，优选地在相对低的浓度下使用，是不溶于硫酸的，并且不消极地影响铅酸电池的化学性质。优选地在制造公开的聚合物纤维片中使用的增塑剂是可以起到聚合物比如PET、聚苯乙烯、聚烯烃、聚丙烯酸酯或其他硫酸稳定的聚合物的增塑剂作用的纤维改性剂组中的那些。这种增塑剂包括邻苯二甲酸二正丁酯、双十一烷基邻苯二甲酸酯、二-2-乙基己基邻苯二甲酸酯、正己基月桂酸酯、二-2-乙基己基癸二酸酯、二-2-乙基己基己二酸酯和二-2-乙基己基壬二酸酯。
传统的熔喷聚合物纤维片不可以用在铅酸电池应用中，因为聚合物是疏水的或展现低亲水性。使纤维片变为可润湿的一种途径是合并亲水性无机填料比如二氧化硅到纤维中。二氧化硅可以在挤出机的进料区与聚合物结合。解决该问题的另一种途径是在第二过程中施加表面活性剂至纤维片。在此过程中，可以通过在表面活性剂溶液的浴中浸渍涂布该片，通过将表面活性剂溶液喷射在纤维片上，或者通过接枝高度亲水性聚合物至纤维片，将表面活性剂施加至纤维片。
在另一方面，可以将良好的可润湿性赋予纤维而不需要第二过程。可以对PET、PBT、PPS或其他硫酸稳定的聚合物起到表面改性剂作用的优选的纤维改性剂包括十二烷基苯磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠和二辛基磺基琥珀酸钠。
在挤出中使用的在高温下(200℃-350℃)热稳定和化学稳定的表面改性剂是优选的。固体表面改性剂也具有等于或低于使用的聚合物的熔融温度的熔融温度。也期望的是，表面改性剂变得“锚定”至聚合物纤维基体，使得表面改性剂不能被容易地移除或洗涤掉，从而维持片被含水介质比如水或硫酸的可润湿性。最后，控制聚合物纤维片的百分比孔隙率和孔尺寸分布有助于实现电池应用中的低电(离子)阻。优选的离子表面改性剂是十二烷基苯磺酸钠，其具有205℃的熔点，并且与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚苯硫醚(PPS)的挤出和纤维形成相容。认为，包括具有长烷基侧链的表面活性剂比如十二烷基苯磺酸钠的表面改性剂可以在挤出过程期间与许多聚合物相互作用，使得表面活性剂变得“锚定”至聚合物纤维基体并且不能够被容易地洗涤掉。
最优选的纤维改性剂是可以起到增塑剂和表面改性剂二者作用的纤维改性剂，并且在熔喷过程期间被添加至感兴趣的聚合物以提供具有瞬时可润湿特性的聚合物纤维片。在进料区或下游此纤维改性剂可以被引入至挤出机，其中其与聚合物均匀地混合，然后被拉丝成纤维。可选地，在生产用于后续使用或处理的聚合物小球或颗粒期间，此纤维改性剂可以被引入到聚合物。纤维作为片被沉积在收集器带上，并且如果需要纤维片可以被进一步压延至其期望的厚度或孔隙率。
最优选的纤维改性剂在整个挤出和熔喷过程在操作温度下是热稳定的，优选地在相对低的浓度下使用，是不溶于硫酸的，并且不消极地影响铅酸电池的化学性质。最优选的纤维改性剂包括二丁氧基己二酸乙酯、三甘醇2-乙基己酸酯、三甘醇二苯甲酸酯、戊二酸二烷基二醚、二月桂酸聚乙二醇-600、二-2-乙基己酸聚乙二醇-400和聚乙二醇酯家族的成员。
最优选的纤维改性剂与感兴趣的聚合物的高相容性确保纤维改性剂遍及聚合物纤维均匀分布(即，在其中无相分离)，产生均匀地可润湿的纤维片。此外，起到表面改性剂作用的纤维改性剂与聚合物强烈地相互作用并且被“锚定”至聚合物纤维基体。因此，所得的纤维片展现持久的润湿特性，其中在使用水/除去水的多次洗涤和干燥循环之后其保持可润湿。
在优选的实施方式中，在熔喷过程期间，纤维改性剂与感兴趣的聚合物结合。混合物通过熔喷模具挤出并且被拉丝成纤维，其作为片沉积在收集器带上。如果需要，所得的纤维片可以被进一步压延至其期望的厚度或孔隙率。
在另一个优选的实施方式中，表面图案被压纹在聚合物片上。例如，纵向肋条被图案化在熔喷纤维片上。通过在一对压辊之间同时收集和压缩拉丝的纤维形成纵向肋条。压辊由具有凹槽的图案化的辊和光滑辊组成，其二者可以被加热至高温。而且，压辊可以被制成穿孔的以便它们也用作真空辊以帮助收集纤维。纵向肋条可以在第二过程中形成，其中聚合物纤维片穿过加热的压辊，其包括具有凹槽的图案化的辊和光滑辊。在这两种情况下，具有纵向肋条的纤维片被压缩以便获得期望的厚度和孔隙率。
聚合物纤维片也可以在两个光滑的辊之间被压延至期望的厚度和孔隙率，接着是添加表面图案，例如，肋条。作为一个实例，聚丙烯和油的混合物被作为肋条挤出在平的压延聚合物片的表面上。
通过在单一步骤中具有在单个生产线内串联的隔开一定距离的两个熔喷模具，可以制造双层复合材料。一个熔喷模具中的孔的直径可以被制成比其它模具中孔的直径更小。挤出机将挤出物进料至两个计量用熔体泵，通过单独控制它们的速度其转而以两个不同的流速将挤出物进料至两个熔喷模具。两个模具的孔尺寸和挤出物至模具的流动速率的不同允许产生两个独立的纤维流，每个具有其自己的纤维尺寸分布。从生产线下游的第一熔喷模具收集的纤维片通过穿孔的输送带被输送至第二熔喷模具，在此纤维片的第二层被沉积。然后所得的双层复合材料被压延以获得期望的性能。
熔喷复合材料纤维片也可以被生产带有两个或更多个层，并且每个层可以是不同的聚合物并具有不同的纤维直径。一个实例是聚丙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)双层复合材料。此外，在相同的复合材料内，一层可以被制成疏水的，而另一层可以被制成亲水的。后续压延处理可以调整复合材料至期望的物理性能，其包括厚度、密度、孔隙率和孔尺寸分布。
实施例1
在表1中阐述的条件下使用单螺杆挤出机(AmericanKuhne；直径：1英寸(2.54cm)；长度∶直径：24∶1)在Biax-FiberFilm(Greenville，WI)处的中试线上制造聚合物纤维片的八个样品。在熔喷过程中使用由Biax-FiberFilmCorporation(Greenville，WI)制造的熔喷模具。模具是15英寸(38cm)宽并且构造有4排孔，其每个具有0.009英寸(0.23mm)的直径。具有或不具有十二烷基苯磺酸钠(Solvay-RhodacalDS-10)的聚对苯二甲酸丁二醇酯小球(PBT2008；Celanese)，被分别转变成纤维片。小球中使用的DS-10荷载水平是10wt.％。在此实施例中，DS-10纤维改性剂起到表面改性剂的作用。
图1显示了纯PBT纤维片的扫描电子显微照片(SEM)，其在5.0kV加速电压下在FEISirionXL30SEM中拍摄。通常，纤维直径在0.7μm和7μm之间。
使用双辊压延机在高温下进一步致密化表1中显示的八个样品中的六个。
表1：用于生产具有或不具有DS-10表面改性剂的PBT纤维片的工艺条件
如图2中所示，在致密化之前和之后测量样品的孔隙率。含有表面改性剂的纤维片具有比用纯聚合物制成的纤维片的孔隙率更低的孔隙率，但是只有前者的片是可被水或电池酸液可润湿的。
将聚合物纤维片与两种商业等级(Hollingsworth&VoseCompany和ShidaSeperatorCo，Ltd.)的吸收性玻璃垫(AGM)进行压缩之后的恢复的比较。在测试中采用Instron万能试验机。将20kPa、50kPa和20kPa的荷载相继地施加至样品，并且其后计算在第一个和第二个20kPa荷载之间厚度的相对改变。对于一些铅酸电池制造商，需要93％的最小恢复。如图3中所示，与AGM样品相比，致密PBT纤维片在对于压缩之后的恢复的该测试中表现得特别好。
通过在水中重复洗涤，评估聚合物纤维片润湿特性的持久性。将2-英寸×3-英寸(50-mm×75-mm)的试样从含有10％DS-10的致密纤维片样品(表2中的051613-9号辊)上切下。将试样在含有3000cc的去离子水的烧杯中在室温下在连续搅拌下洗涤1小时。在洗涤之后，试样被吸干，并且然后在对流炉中在70℃下干燥30分钟以去除水。通过将水的液滴放置在纤维片的表面上进行可润湿性测试。将洗涤/干燥循环重复三次。以下表2表明了聚合物纤维片展现持续的可润湿性，即在重复地水中洗涤和脱水干燥之后它保持瞬时可润湿的。
表2.用DS-10表面改性剂生产的聚合物纤维垫的持续的润湿性状。
实施例2
在表3中所示的条件下使用单螺杆挤出机(AmericanKuhne；直径：1英寸(2.54cm)；长度∶直径：24∶1)在Biax-FiberFilm(Greenville，WI)处的中试线上制造聚合物纤维片。在熔喷过程中使用由Biax-FiberFilmCorporation(Greenville，WI)制造的熔喷模具。模具是15英寸(38cm)宽并且构造有4排孔，其每个具有0.009(0.23mm)的直径。具有固体十二烷基苯磺酸钠(Solvay-RhodacalDS-10)的聚对苯二甲酸丁二醇酯小球(PBT2008；Celanese)被转变成具有1.3mm厚度的纤维片。小球中使用的DS-10荷载水平是5wt.％。在此实施例中，DS-10纤维改性剂起到表面改性剂的作用。
表3.在Biax-FiberFilm处的熔喷中试线上生产的PBT纤维片样品的工艺参数。
将所得的纤维片穿过加热的压延机组，其由具有沿着辊的圆周延伸的凹槽的图案化的辊和光滑辊组成。两个辊的表面温度是175℃。两个辊之间的间隙被设置为0.51mm。两个辊以1ft/min(30.5cm/min)的速度反向旋转。因而生产的纤维片含纵向肋条。
用Instron万能试验机测量背幅(backweb)上的穿刺强度，该背幅是两个纵向肋条之间的区域。测试中使用的穿刺针直径是1.9mm，并且十字头速度是500mm/min。所获得的以N为单位的穿刺力除以背幅厚度以产生以N/mm为单位的标准化穿刺强度。由样品的尺寸和质量计算样品的密度和孔隙率。在将片在去离子水中煮沸10分钟，接着在室温下将样品在硫酸(比重＝1.28)中浸泡20分钟(BCIS-03B3)之后，测量压延的纤维片的煮沸电阻。使用Palico低电阻测量系统-Model9100-2(CaltronicsDsignandAssembly，Inc.)在硫酸(比重＝1.28)中在80°F(26.7℃)下进行测量。将所获得的以mΩ表达的电阻乘以Palico仪器的孔径面积给出以mΩ-cm2为单位的电阻值。
图4是照片并且表4显示了具有纵向肋条的压延PBT纤维片的性能。样品展现了非常高的穿刺强度，以及适合应用在满溢铅酸电池中的孔隙率。
表4.含有5wt.％DS-10的压延PBT纤维片的特性
背幅厚度(mm) 0.337
总厚度(mm) 0.578
背幅穿刺强度(N) 268 -->
背幅穿刺强度(N/mm) 76
密度(g/cc) 0.6
孔隙率(％) 52
煮沸电阻(mΩ-cm2) 130
实施例3
以4lb/hr(1.8kg/hr)的速率将聚对苯二甲酸乙二醇酯(预先干燥的PET7000，IndoramaCorporation)树脂进料至27mm共转双螺杆挤出机(ENTEKManufacturingLLC)。通过熔体泵将具有266℃的熔融温度的挤出物进料至Exxon-型熔喷模具。熔喷模具是6英寸(15.24cm)宽并且构造有在模具顶端对齐成一排的120个孔。每个孔的直径是0.010英寸(0.254mm)。在模具上的空气间隙被设置为0.080英寸(2mm)。310℃和75SCFM流动速率下的加热的工艺气拉丝离开孔的聚合物熔体成纤维流。纤维被沉积在穿孔的收集器带上以形成大约1.8mm厚度的纤维片。然后使用双辊压延机将纤维片压延至1.5mm厚度，该双辊压延机的光滑辊具有95℃的表面温度。两个2-英寸×3-英寸(50-mm×75-mm)试样被从压延聚合物纤维片切下用于表面活性剂溶液中的浸渍涂布。在压延之后，压延片的堆积密度是大约0.14g/cc。
制备两种溶液以用于以上压延聚合物纤维片试样的浸渍涂布。在一种溶液中，将3.2g80％固体的二己基磺基琥珀酸钠溶液(阴离子表面活性剂)(MA-80I，CytecIndustriesInc.)溶解在100cc去离子水中，使得最终溶液含有2.5wt.％的二己基磺基琥珀酸钠。在另一种溶液中，将2.0gPEG-400二-2-乙基己酸酯(809，HallstarCompany)溶解在100cc异丙醇中，使得最终溶液含有2.5wt.％的PEG-400二-2-乙基己酸酯。
将以上制备的2-英寸×3-英寸(50-mm×75-mm)试样中的一个在MA-80I表面活性剂溶液中浸渍涂布，并且将另一个试样在809溶液中浸渍涂布。将浸渍涂布的样品在对流炉中在70℃下干燥30分钟。然后在去离子水中重复洗涤接着干燥之后，评估涂布试样的可润湿性。实施例1中描述了此步骤。如表5中所示，用MA-80I阴离子表面活性剂处理的聚合物纤维片样品初始是可润湿的。然而，在水中第一次洗涤之后，样品变得不可湿润，因为MA-80I(二己基磺基琥珀酸钠)中的活性成分被提取到水中。认为，MA-80I表面活性剂的琥珀酸二己基磺酸阴离子不与PET分子相互作用或者与PET分子经受非常弱的相互作用，但是与水分子具有更强的相互作用。当将MA-80I表面活性剂涂布的PET纤维片样品放置在水中时，琥珀酸二己基磺酸阴离子趋向于使其自身从聚合物基体解离以与水分子缔合，因为该相互作用是在热力学上更有利的。在水中洗涤和干燥之后，PET纤维片样品中琥珀酸二己基磺酸阴离子的缺失使其不可润湿。另一方面，用809处理的聚合物纤维片样品保持瞬时可润湿的，甚至在水中洗涤四次之后。这样是因为PEG-400二-2-乙基己酸酯分子与PET分子强烈相互作用并且因而“锚定”至PET分子，而与水分子的这种相互作用是非常弱的。因此，当809涂布的纤维片样品被放置在水中时，PEG-400二-2-乙基己酸酯分子和PET分子之间的键仍然是热力学稳定的。结果，在重复的洗涤和干燥之后，PEG-400二-2-乙基己酸酯分子保留在PET纤维片中，致使聚合物纤维片永久可润湿。
图5显示了在一个洗涤循环之后水在MA-80I涂布的聚合物纤维片的表面上“形成珠”。然而，809涂布的纤维片保持即刻可润湿的，甚至在水中洗涤四次之后。
表5.用MA-80I表面活性剂和809表面改性剂处理的PET聚合物纤维片的润湿行为
虽然此涂布实验说明了809可以被锚定至PET纤维并且起到表面改性剂的作用，但是更令人期望的是将809合并到挤出工艺以形成不需要任何二次处理的瞬时可润湿的纤维片。
实施例4
以4lb/hr(1.8kg/hr)的速率将聚对苯二甲酸乙二醇酯(预先干燥的PET7000，IndoramaCorporation)树脂进料至27mm共转双螺杆挤出机(ENTEKManufacturingLLC)。在挤出机的进料区通过中等流量可变速度蠕动软管泵(ControlCompany)将PEG-400二-2-乙基己酸酯(809，HallstarCompany)添加至PET树脂。在0wt.％和5wt.％下检测挤出物中809的浓度。通过熔体泵将具有274℃的熔融温度的挤出物进料至Exxon-型熔喷模具。熔喷模具是6英寸(15.24cm)宽并且构造有在模具顶端对齐成一排的120个孔。每个孔的直径是0.010英寸(0.254mm)。模具中的空气间隙被设置为0.080英寸(2mm)。加热的工艺气拉丝离开孔的聚合物熔体成纤维流。纤维被沉积在收集器带上以形成大约1.8mm厚度的纤维片。在后续的实验中，用PET7200和PET7800(IndoramaCorporation)取代PET7000同时保持809的浓度与5wt.％下时相同。表6中显示了三种PET树脂等级的固有粘度，并且表7中显示了实验的工艺参数。
表6.用于制备熔喷纤维片的具有不同固有粘度的PET树脂
PET树脂 PET 7000 PET 7200 PET 7800
固有粘度(dL/g) 0.53 0.68 0.89
表7.用于生产实施例4中的熔喷聚合物纤维片的工艺条件
在此实施例中，809纤维改性剂用作增塑剂和表面改性剂二者。
为了获得小直径纤维，聚合物树脂需要在期望的处理温度下展现低挤出物熔体粘度和熔融压力。如表6和7所示，即使PET7000具有最低的固有粘度，但是其熔融压力仍然是非常高的——40巴——当其单独地使用时(样品MBF140129.01)。当使用更高的固有粘度等级(纯PET7200和PET7800)时，挤出物熔融压力预期会甚至更高。如样品MBF131213.03上可见，随着将5wt.％的809添加至相同的PET7000树脂，在稍微更高的挤出物通量和更低的熔融温度下，挤出物熔融压力被减小多于一半至13巴。这意味着809纤维改性剂是用于PET的非常有效的增塑剂。如所预期，熔融压力以PET7000、PET7200和PET7800树脂的顺序逐步增加，同时保持增塑剂浓度相同。这样是因为PET7200和PET7800具有更高的固有粘度。
如从图6中明显的是，降低挤出物熔融压力使能够实现小纤维尺寸。从以1250×放大倍数拍摄的扫描电子显微照片测量纤维尺寸。每个纤维样品采取的测量次数在13和25之间变化。数据表明，与纯PET7000样品的7.1μm相比，添加5wt.％809至PET7000树脂降低平均纤维直径至4.9μm。由于PET7200和PET7800的高固有粘度，5wt.％荷载的809不足以降低它们的熔融压力至接近用PET7000+5wt.％809配方获得的值，导致较大的纤维尺寸。然而，它们的纤维直径仍然比纯PET7000样品的纤维直径更小。还可以基于图7中存在的扫描电子显微照片确认四个熔喷样品的纤维尺寸中的不同。
然后使用双辊压延机将纤维片样品压延至1.5mm厚度，对于不含809的样品，该双辊压延机的光滑辊具有94℃的表面温度，对于含有809的样品，该双辊压延机的光滑辊具有84℃的表面温度。在如下表征中使用压延聚合物纤维片。
通过在室温下将样品条(19mm宽×200mm长)浸入硫酸溶液(比重＝1.28)中评估聚合物纤维片的芯吸性能。两分钟之后测量每个样品的硫酸芯吸高度。测量室温浸泡电阻而无需将样品在水中煮沸。实施例2中描述了电测量方法。实施例1中描述了对于压缩之后恢复的测试方法。
图8、9、10和11概述了用不同的PET树脂生产的聚合物纤维片的孔隙率、两分钟芯吸高度、室温浸泡电阻和压缩恢复。因为纯PET7000样品在水中是不可润湿的，所以此样品没有包括在表征中。图10中的电阻和片厚度数据表明，用较高固有粘度PET生产的样品趋向于更耐离子电流。
实施例5
以4lb/hr(1.8kg/hr)的速率将聚对苯二甲酸乙二醇酯(预先干燥的PET7000，IndoramaCorporation)树脂进料至27mm共转双螺杆挤出机(ENTEKManufacturingInc.)。在挤出机进料区，通过中等流量可变速度蠕动软管泵(ControlCompany)将PEG-400二-2-乙基己酸酯(809，HallstarCompany)添加至PET树脂。挤出物中809的浓度以3wt.％、5wt.％和8wt.％变化。在另一个实验中，通过失重进料器在挤出机进料区将十二烷基苯磺酸钠(Solvay-RhodacalDS-10)添加至PET树脂。挤出物中DS-10的浓度是5wt.％。通过熔体泵将由PET和809或DS-10组成的挤出物进料至Exxon-型熔喷模具。熔喷模具是6英寸(15.24cm)宽并且构造有在模具顶端对齐成一排的120个孔。每个孔的直径是0.010英寸(0.254mm)。加热的工艺气拉丝离开孔的聚合物熔体成纤维流。纤维被沉积在纤维收集器带上以形成大约1.8mm厚度的纤维片。表8概述了用于生产各种聚合物纤维片的工艺条件。
表8.用于生产实施例5中的熔喷聚合物纤维片的工艺条件
然后使用双辊压延机将纤维片压延至1.5mm厚度，该双辊压延机的光滑辊具有84℃的表面温度。压延聚合物纤维片随后以如下所示表征。
在此实施例中，809纤维改性剂用作增塑剂和表面改性剂二者，而DS-10纤维改性剂仅起到表面改性剂的作用。
用809和DS-10生产的熔喷纤维垫的样品被切割成2-英寸×3-英寸(50-mm×75-mm)的试样并且评估它们的持续可润湿性。实施例1中描述了测试步骤。表9中所显示的结果表明，在重复的洗涤和干燥循环之后809和DS-10保持锚定至PET纤维，从而赋予纤维片持续的可润湿性。
表9.在几次水洗涤和干燥循环之后聚合物纤维片的润湿性能
图12显示了用DS-10和809生产的四种纤维片的扫描电子显微照片。表10中显示了四种样品的纤维尺寸分布。四种样品的纤维直径在大约0.6μm和大约7μm之间。如也可从图12的扫描电子显微照片可见的，DS-10样品显示具有更小的平均纤维尺寸，但是其纤维尺寸分布比809样品的纤维尺寸分布更宽。
表10.用DS-10和809生产的纤维片的纤维尺寸分布
如下确定纤维片孔隙率：
％孔隙率＝[1-(ρ堆积/ρ骨架)]×100，
其中ρ堆积是基于样品的质量和尺寸测量的，并且使用HePycnometry测量样品的ρ骨架。
结果在图13中显示。获得在86％至88％范围内的孔隙率。
表11提供含有DS-10和809的PET纤维片孔尺寸数据。使用毛细管流动孔径分析技术(capillaryflowporometrytechnique)确定孔尺寸数据，其中具有15.9达因/cm表面张力的Galwick(PorousMaterials，Inc.)被用作润湿液体。在此测试中使用了在0-15psi压力范围内的润湿/干燥扫描。与用809制成的PET纤维片的平均流量孔直径相比，具有DS-10的PET纤维片具有显著更高的平均流量孔直径。
表11.具有DS-10和809的PET纤维片的孔尺寸分布
图14概述了聚合物纤维片的两分钟芯吸性能。测试中也包括吸收性玻璃垫(AGM)样品(BGO12565J电池等级，1.5mm标称厚度，Hollingsworth&VoseCompany(H&V))，用于参照。实施例4中概括了测试步骤。809样品的两分钟芯吸高度性能比得上参照H&VAGM的两分钟芯吸高度性能。由于其较大的孔尺寸，DS-10样品的两分钟芯吸高度低得多。
图15显示了四种纤维片样品的室温浸泡电阻。在以上实施例4中概括了测试步骤。熔喷纤维片样品的优良的可润湿性和高孔隙率导致非常低的电阻。在具有809的样品中，具有3％809——MBF131213.06——的样品显示具有最低的电阻。
图16比较了PET纤维片相对H&V吸收性玻璃垫(AGM)在干燥和湿润条件二者下的压缩行为。以1mm/min的十字头速度在Instron万能试验机上进行压缩测试。在测试期间，当在样品上施加的压缩应力增加时记录纤维片样品的厚度。对于每种类型的纤维片，用钢拱冲头(steelarchpunch)将直径3.218mm和当在10KPa测量时相同厚度的两种样品冲压出。在其干燥状态下测试样品中的一个。在去离子水中浸泡1分钟后在其湿润状态测试另一样品。从图16中明显的是，在相同的压缩应力下，在其干燥状态的AGM样品比在其湿润状态下更厚。厚度的该区别是由在被水润湿的AGM中产生的毛细作用力引起的收缩造成的。另一方面，当在相同的压缩应力下其在水中润湿时，PET样品的厚度保持相对不变。对于用AGM制造的VRLA电池，随着电池被硫酸填充，AGM变得更薄。因此，这种电池中的板组(plate-group)压力从它们的初始值降低，导致较差的电池性能。然而，当PET纤维片取代AGM时，这个问题被消除。PET纤维片的厚度在其干燥和湿润状态的最小改变确保在硫酸填充之后维持电池中的板组压力。图16也指示，当压缩应力增加时，PET纤维片的厚度以比AGM的速率更慢的速率减小。当它们在充电和放电之间循环时，该特性将转化为对用聚合物纤维片制造的VRLA电池中的板生长的更好的约束。
图17(干燥条件)和图18(湿润条件)显示了在PET纤维片被压缩之后的恢复。先前在实施例1描述了测试方法。与吸收性玻璃垫的压缩/恢复性能相比，聚合物纤维片显示类似或更好的压缩/恢复性能。
实施例6
以4lb/hr(1.8kg/hr)的速率将聚对苯二甲酸乙二醇酯(预先干燥的PET7000，IndoramaCorporation)进料至27mm共转双螺杆挤出机(ENTEKManufacturingLLC)。在挤出机的进料区，通过中等流量可变速度蠕动软管泵(ControlCompany)将PEG-400二-2-乙基己酸酯(809，HallstarCompany)添加至PET树脂。挤出物中809的浓度是8wt.％。在此实施例中，809纤维改性剂同时起到增塑剂和表面改性剂的作用。
通过熔体泵将具有274℃熔融温度的挤出物进料至Exxon-型熔喷模具。熔喷模具是6英寸(15.24cm)宽并且构造有在模具顶端对齐成一排的120个孔。每个孔的直径是0.010英寸(0.254mm)。模具中的空气间隙被设置为0.080英寸(2mm)。310℃和75SCFM流动速率下的加热的工艺气拉丝离开孔的聚合物熔体成纤维流，该纤维流穿过在反向旋转的两个辊之间的辊隙。顶部压辊具有凹槽，该凹槽以期望的图案有规律地间隔开并且沿着辊的圆周延伸。底部压辊是光滑辊。加热的拉丝空气和纤维流提供热至压辊。压力被施加至辊上使得在辊隙处收集的纤维被压缩并且带有期望图案的肋条被赋予在所得的纤维片上。调节在辊隙处的间隙以给出不同背幅厚度(有肋条的纤维片的薄区域的厚度)的纤维片。表12显示了工艺条件和对于压延聚合物纤维片所获得的物理特性，该压延聚合物纤维片具有在压辊上通过不同程度的压缩制备的肋条。
表12.在压辊上用不同水平的压缩制备的有肋条的熔喷聚合物纤维片隔膜
实验ID MBF140204.01 MBF140204.02 MBF140204.03
聚合物进料速率(lb/hr) 4 4 4
熔融温度(℃) 274 274 274
熔融压力(巴) 12 12 12
空气温度(℃) 310 310 310
空气流动速率(SCFM) 75 75 75
模具至收集器距离(mm) 310 310 450
辊隙中的间隙(英寸) 0.007 0.005 0.007
背幅厚度(mm) 0.225 0.193 0.231
总厚度(mm) 0.326 0.308 0.359
背幅穿刺强度(N) 8 7 7
背幅穿刺强度(N/mm) 33 33 26
密度(g/cc) 0.56 0.70 0.51
孔隙率(％) 57 46 61
实施例2中概括了背幅穿刺强度的测试方法。使用阿基米德原理确定有肋条的纤维片样品的密度和孔隙率。直径为22mm的钢拱冲头用于冲压出样品盘。首先，记录每个样品盘的干重。接着在连续真空下将样品在去离子水中润湿5分钟。其后，当样品悬浮在水中和空气中时记录每个样品的质量。样品的密度和孔隙率由以上三个重量推导出。
表12揭示了有肋条的聚合物纤维片的背幅和总厚度可以被制成类似于在满溢铅酸电池中使用的二氧化硅填充的聚乙烯隔膜的背幅和总厚度。有肋条的聚合物纤维片的穿刺阻力也是与传统的二氧化硅填充的聚乙烯电池隔膜的穿刺阻力非常相当的。此外，优良的可润湿性性能给予有肋条的纤维片高水可进入的孔隙率，其高达61％。而且，通过调节在辊隙中的间隙或挤出物通量，可以方便地控制以此方式制备的有肋条的纤维片的孔隙率。
图19显示了硫酸(比重＝1.28)中有肋条的纤维片的电阻。实施例2和4中描述了测试方法。首先，在室温下将样品浸泡在硫酸中20分钟，接着测量电阻。然后，在去离子水中彻底洗涤样品，接着在水中煮沸10分钟。这样做是为了评估当它们第一次在室温下被浸泡时纤维片内的孔在硫酸中“浸湿”的程度。然后将煮沸的样品在硫酸(比重＝1.28)中浸泡20分钟，之后进行电阻测量。图19表明样品的室温浸泡电阻和煮沸电阻的差异在统计学上不是特别显著。所观察的测量值不同来自与测量相关的噪声。即使样品MBF140204.02具有这三个样品中最低的背幅厚度，但是当其被制备时在辊隙中其被压缩最大。结果，其孔隙率是最低的，导致最高的电阻。样品MBF140204.03具有最高的孔隙率，导致最低的电阻，大约60mohm-cm2。
图20显示了通过压汞法所测量的三个有肋条的聚合物纤维片的孔尺寸分布。测量在AutoPoreIV9520AutomaticMercuryPorosimeter(Micromeritics)上进行。有肋条的纤维片样品中几乎所有的孔直径都在2μm至20μm的范围内。图20也指示，对于相同的挤出物通量，当样品在辊隙中被压缩更多时，背幅厚度减小，并且孔尺寸分布变得更小。
图21显示了压延的平的纤维片的孔尺寸分布对压延的有肋条的纤维片的孔尺寸分布的比较。平的聚合物纤维片MBF131213.04(在以上实施例5中生产)含有10μm至100μm之间的孔。另一方面，经受更强烈压延的有肋条的纤维片显示具有更小的孔容，孔尺寸分布更小。图22显示了两个样品的扫描电子显微照片，其清楚地显示了朝向更小直径孔的转变。
实施例7
标准铅酸电池隔膜(162×1.3×0.25，SiO2/PE＝2.6，ENTEKInternationalLLC)被用丙烯酸粘合剂(261402，Lubrizol)的薄层在隔膜的主要肋条上涂布并干燥。隔膜是二氧化硅填充的超高分子量聚乙烯隔膜。隔膜被进料穿过两个反向旋转的压辊之间的辊隙，使得隔膜的平的面接触底部辊，并且肋条面接触顶部辊。
以2.1lb/hr(0.95kg/hr)的速率将聚对苯二甲酸乙二醇酯(预先干燥的PET7000，IndoramaCorporation)进料至27mm共转双螺杆挤出机(ENTEKManufacturingLLC)。在挤出机的进料区，通过中等流量可变速度蠕动软管泵(ControlCompany)将聚乙二醇和己酸的二酯(812，HallstarCompany)添加至PET树脂。挤出物中812的浓度是5wt.％。在此实施例中，812纤维改性剂起到增塑剂和表面改性剂二者的作用。
通过熔体泵将具有271℃的熔融温度的挤出物进料至Exxon-型熔喷模具。熔喷模具是6英寸(15.24cm)宽并且构造有在模具顶端对齐成一排的120个孔。每个孔的直径是0.010英寸(0.254mm)。模具中的空气间隙被设置为0.080英寸(2mm)。300℃和50SCFM流动速率下的加热的工艺气拉丝离开孔的聚合物熔体成纤维流。在两个进料辊的辊隙处纤维被沉积在隔膜的肋条面上。
调节辊隙中的间隙使得PET纤维片被致密化至期望的孔隙率，并且，同时，共形于隔膜的肋条图案。辊隙中的压力和来自拉丝空气的热促进PET纤维片和隔膜的肋条之间的良好结合，从而形成整合的-PET纤维片复合材料。
图23显示了光学显微照片，其显示对于(a)传统的隔膜-玻璃纤维垫层压材料和(b)隔膜-PET纤维片复合材料的两个子-主肋条之间的界面。传统的隔膜-玻璃纤维垫层压材料是通过将玻璃纤维片(B5A型，0.53mm厚，73g/m2，OwensCorning)结合至隔膜的胶合的主肋条生产的，其中此种情况与用于生产以上-PET纤维片复合材料的隔膜类型相同。在隔膜-玻璃纤维垫层压材料的情况下，存在限定在子-主肋条、隔膜和玻璃纤维垫之间的未占据的空间。另一方面，对于-PET纤维片复合材料，此未占据的空间是最小的或被消除，因为PET纤维片非常好地共形于隔膜的形状。-PET纤维片复合材料的这种特性被认为减轻了满溢铅酸电池中的酸分层。
图24显示了来自-PET纤维片复合材料的PET纤维片的扫描电子显微照片图像。图像拍摄于与隔膜接触的表面。
图25显示了-PET纤维片复合材料的水可进入的孔隙率，以及隔膜和PET纤维片组分的孔隙率。使用阿基米德原理确定水可进入的孔隙率。对于-PET纤维片复合材料，5-英寸(12.7-cm)长的样品在去离子水中煮沸10分钟，然后在室温下交换去离子水。使用22mm直径钢拱冲头将样品盘从润湿的复合材料冲压出。记录悬浮在水中和空气中的每个样品盘的质量。其后，将盘在对流炉中在110℃干燥10分钟。在冷却至室温后，测量每个干燥的样品盘的质量。每个样品的孔隙率由测量的质量推导出，如以上所述。小心地将隔膜和PET纤维片彼此分离，然后使用相同的测试步骤确定它们的水可进入孔隙率。
图26显示了-PET纤维片复合材料、复合材料的组分和传统的隔膜-玻璃纤维片层压材料的煮沸电阻。实施例6中概括了用于煮沸电阻测量的测试方法。由于添加的PET纤维片层，-PET纤维片复合材料展现了比单个隔膜更高的电阻。然而，它的电阻与传统的隔膜-玻璃纤维片层压材料的电阻类似。
对本领域技术人员明显的是，可以对以上描述的实施方式的细节做出许多改变而不脱离本发明基本原理。因此，应当通过权利要求确定本发明的范围。

Claims (29)

1.一种可被含水介质瞬时润湿的高孔隙率聚合物纤维片，其包括：
聚合物纤维的三维基体，所述基体具有厚度和遍及所述基体的厚度连通的相互连接的孔；
遍及所述基体分布的纤维改性剂，所述纤维改性剂锚定至所述基体的聚合物纤维并且提供瞬时和持续可润湿性至所述高孔隙率聚合物纤维片。
2.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维由具有熔体粘度的热塑性树脂形成，并且其中所述纤维改性剂起到增塑剂和表面改性剂二者的作用，所述增塑剂在聚合物纤维形成期间降低所述热塑性树脂的熔体粘度，所述表面改性剂促进所述高孔隙率聚合物纤维片的瞬时和持续可润湿性。
3.根据权利要求2所述的聚合物纤维片，其中所述纤维改性剂选自：二丁氧基己二酸乙酯、三甘醇2-乙基己酸酯、三甘醇二苯甲酸酯、戊二酸二烷基二醚和聚乙二醇酯家族的成员。
4.根据权利要求2所述的聚合物纤维片，其中所述纤维改性剂是所述聚乙二醇酯家族的成员。
5.根据权利要求4所述的聚合物纤维片，其中所述聚乙二醇酯家族中的聚合物是二月桂酸聚乙二醇-600或二-2-乙基己酸聚乙二醇-400。
6.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维由具有熔体粘度的热塑性树脂形成，并且其中所述纤维改性剂是增塑剂和表面改性剂的混合物，所述增塑剂在聚合物纤维形成期间降低所述热塑性树脂的熔体粘度，并且所述表面改性剂促进所述高孔隙率聚合物纤维片的瞬时和持续可润湿性。
7.根据权利要求6所述的聚合物纤维片，其中所述增塑剂选自邻苯二甲酸二正丁酯、双十一烷基邻苯二甲酸酯、二-2-乙基己基邻苯二甲酸酯、正己基月桂酸酯、二-2-乙基己基癸二酸酯、二-2-乙基己基己二酸酯和二-2-乙基己基壬二酸酯。
8.根据权利要求6所述的聚合物纤维片，其中所述表面改性剂选自十二烷基苯磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠和二辛基磺基琥珀酸钠。
9.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维在硫酸中是稳定的。
10.根据权利要求9所述的聚合物纤维片，其中在硫酸中稳定的所述聚合物纤维包括聚酯、聚苯乙烯、聚烯烃或聚丙烯酸酯。
11.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维的基体具有表面，并且进一步包括二氧化硅填充的聚乙烯隔膜，其结合至所述聚合物纤维的基体的所述表面以形成二氧化硅填充的隔膜-聚合物纤维片复合材料。
12.根据权利要求11所述的聚合物纤维片，其中所述二氧化硅填充的聚乙烯隔膜具有在其上形成间隔开的肋条并且所述聚合物纤维的基体的所述表面与其共形的表面。
13.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中在所述基体的一个或多个表面上所述聚合物纤维的基体具有非平面表面形态。
14.根据权利要求13所述的聚合物纤维片，其中所述非平面表面形态的特征为通过压纹、压延或致密化所述聚合物纤维片形成的图案。
15.根据权利要求13所述的聚合物纤维片，其中所述非平面表面形态的特征为通过挤出形成的间隔开的肋条的图案。
16.根据权利要求13所述的聚合物纤维片，其中所述非平面表面形态的特征为沉积在所述基体的一个或多个表面上的图案。
17.一种高孔隙率的多层复合聚合物纤维片，其包括：
第一高孔隙率聚合物纤维片层，其包括聚合物纤维的第一三维基体和遍及所述第一基体分布的第一纤维改性剂，所述第一基体具有厚度和遍及所述第一基体的厚度连通的相互连接的孔，并且所述第一纤维改性剂锚定至所述第一基体的聚合物纤维；
第二高孔隙率聚合物纤维片层，其包括聚合物纤维的第二三维基体和遍及所述第二基体分布的第二纤维改性剂，所述第二基体具有厚度和遍及所述第二基体的厚度连通的相互连接的孔，并且所述第二纤维改性剂锚定至所述第二基体的聚合物纤维；并且
所述第一和第二纤维改性剂被分别赋予所述第一和第二聚合物纤维片层，并且从而赋予所述多层复合聚合物纤维片瞬时和持续的含水介质可湿润性。
18.根据权利要求17所述的多层复合聚合物纤维片，其中所述第一和第二基体中每个的聚合物纤维在硫酸中是稳定的。
19.根据权利要求18所述的多层复合聚合物纤维片，其中所述第一基体的聚合物纤维和所述第二基体的聚合物纤维由不同的聚合物形成。
20.根据权利要求17所述的多层复合聚合物纤维片，其中所述第一基体的聚合物纤维和所述第二基体的聚合物纤维由不同纤维直径的相同聚合物形成。
21.一种制造可被含水介质瞬时润湿的高孔隙率聚合物纤维片的方法，其包括：
处理聚合物和纤维改性剂的混合物以生产三维基体形式的聚合物纤维的片，其具有厚度和遍及所述基体的厚度连通的相互连接的孔，并且所述纤维改性剂遍及所述基体分布并且锚定至所述基体的聚合物纤维，从而形成展现瞬时和持续含水介质可湿润性的高孔隙率聚合物纤维片。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括处理所述聚合物纤维片以赋予其期望的物理性能。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述期望的物理性能是所述聚合物纤维片的厚度和孔隙率中的一个或二者。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述处理聚合物纤维片以赋予其期望的物理性能包括压延。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述处理聚合物和纤维改性剂的混合物以生产聚合物纤维的片包括挤出所述混合物以形成熔融的挤出物并且使熔融的挤出物穿过模具以形成所述聚合物纤维。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述纤维改性剂起到增塑剂和表面改性剂二者的作用并且以熔融状态与所述聚合物混合。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述纤维改性剂起到增塑剂和表面改性剂二者的作用并且在所述混合物的处理之前被引入到所述聚合物以形成所述混合物。
28.根据权利要求21所述的方法，其中所述处理聚合物和纤维改性剂的混合物以生产聚合物纤维的片包括电纺丝、熔融纤维纺丝、溶液纺丝、电喷、离心力纺丝或通过冷空气拉丝的熔融纺丝。
29.根据权利要求21所述的方法，其中所述处理聚合物和纤维改性剂的混合物以生产聚合物纤维的片包括离心力纺丝。
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