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一种高比表面积agm隔板用改性超细玻璃纤维棉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉及其制备方法，属于功能复合材料技术领域，所述改性超细玻璃纤维棉按质量百分比计，由85～94wt％超细玻璃纤维棉，5～12wt％纳米级二氧化硅粉末和0.5～5wt％加工助剂组成。本发明还涉及该改性超细玻璃纤维棉的制备方法，通过将超细玻璃纤维与纳米级二氧化硅粉末及加工助剂复合后通过烘制制得改性超细玻璃纤维棉，该改性超细玻璃纤维棉可用于制备具有优异均匀性、拉伸强度、回弹率、氧复合效率和高吸酸量的AGM隔板。

Description

一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉及其制备 方法
技术领域
本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉及其制备方法。
背景技术
阀控式密封铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead Battery，VRLA)由于其无酸雾溢出、使用方便和少维护等特点，赢得了广大的市场。超细玻璃棉隔板(AGM)作为VRLA的主要材料之一，AGM隔板性能的提高将促进VRLA性能的提高及发展，在铅酸蓄电池发展的历程中充当了关键角色。AGM隔板由于具有极高的纯净度、化学稳定性、耐酸腐蚀性和高抗氧化性等优势，能有效实现铅酸蓄电池的密封，减少气体的逸出，为VRLA电池的安全和高效使用提供了重要保证。但目前AGM隔板仍存在回弹率低和拉伸强度不足等问题，且玻璃纤维表面由于易被电解液浸润而阻碍氧气传输，这些都将影响铅酸蓄电池的性能和寿命。因此，开发出具有优异均匀性、拉伸强度、回弹率、氧复合效率和高吸酸量的用于高比表面积阀控密封铅酸蓄电池中AGM隔膜制造的改性超细玻璃纤维，具有高的经济价值和战略意义。
公开号为CN104201314A公开了高吸液量AGM隔板含有80-90份直径为0.8～1.5μm的高碱玻璃纤维棉和10-20份直径为2～3μm的高碱玻璃纤维棉。AGM隔板孔隙率高于95％，吸液量大于8.8g/g，最大孔径小于18um，耐酸煮时间大于8min，强度高于1700N/m，最终得到的产品强度高，孔隙率高且均匀，吸液量高。
公开号为CN202259508U公开了一种蓄电池AGM隔板，为袋状，由一层细玻璃纤维棉和一层粗玻璃纤维棉组成，细玻璃纤维棉在袋内侧，粗玻璃纤维棉在袋外侧。本实用新型蓄电池AGM隔板抗气体冲击能力强、可防止铅枝晶短路、减少浓差极化程度、减小酸的分层、抑制正极板活性物质的膨胀软化，从而延长蓄电池的使用寿命。
公开号为CN104201319A公开了一种开孔气凝胶AGM隔板及其制备方法，其特征在于该AGM隔板由玻璃纤维棉和开孔气凝胶组成。所述气凝胶为SiO2气凝胶、有机气凝胶，气凝胶具有开孔结构，并呈窄孔径分布，气凝胶孔径为1～20nm，孔隙率为90～98％。所述玻璃纤维为火焰玻璃棉与离心玻璃棉的混合物，纤维直径为0.5～5μm。该种隔板吸收电解液能力强，酸液中的离子在隔板中扩散缓慢，蓄电池使用寿命延长，且该种隔板的制备工艺简单方便；
上述三发明专利中，所公开的AGM隔板所用玻璃纤维均为单一的超细玻璃纤维棉，或超玻璃纤维棉层和SiO2颗粒层铺叠复合而成。没有真正实现超细玻璃纤维棉的改性，或玻璃纤维棉与纳米SiO2的有机融合。从而导致制备出的AGM隔板均匀性、拉伸强度、回弹率、氧复合效率都较差。因此，如何制备出高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，是制备优异均匀性、拉伸强度、回弹率、氧复合效率和高吸酸量的高比表面积阀控密封铅酸蓄电池亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于(1)提供一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉；(2)提供一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，按质量百分比计，所述改性超细玻璃纤维棉包含以下组分：85～94wt％超细玻璃纤维棉，5～12wt％纳米级二氧化硅粉末和0.5～5wt％加工助剂；所述超细玻璃纤维棉按质量百分比计，包含以下组分：SiO2：63.5～65wt％，Na2O：15.5～16.5wt％，K2O：0.5～2.5wt％，Al2O3：3.5～4.5wt％，MgO：2.5～4wt％，CaO：5.5～7wt％，B2O3：5.5～6.5wt％，Fe2O3：≤0.05％wt％。
进一步，所述改性超细玻璃纤维棉最大孔径≤15μm，孔隙率≥95％。
进一步，所述超细玻璃纤维棉的直径95％正态分布在0.5～1.5μm，长度90％正态分布在2～3mm。
进一步，所述纳米级二氧化硅粉末的直径为30～80nm。
进一步，所述纳米级二氧化硅粉末为沉淀二氧化硅粉末、气相二氧化硅粉末或气凝胶二氧化硅粉末中的一种或几种。
进一步，所述加工助剂为KH792、KH550、KH560、NDZ-101或NDZ-311中的一种或几种。
2、所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉的制备方法，具体如下：
根据超细玻璃纤维棉组成成分选取石英砂、钠长石、钾长石、纯碱、白云石、方解石和硼砂，均匀混合并熔炼成无杂质透明的玻璃液；对玻璃液进行一次拉丝，再经过火焰喷吹形成超细玻璃纤维，同时将混合有加工助剂的纳米级二氧化硅粉末均匀雾化喷洒于超细玻璃纤维表面，制得改性超细玻璃纤维，并将所述改性超细玻璃纤维均匀分散于成型网上，最后通过烘干处理，制得高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉。
进一步，所述玻璃液温度为1100±10℃，所述喷吹的温度为1010±10℃。
进一步，所述喷洒时喷射压力为0.4～0.5MPa，喷射流量为160～180kg/h。
进一步，所述烘干处理为在155～160℃的烘房内烘制3～5min。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉及其制备方法，将超细玻璃纤维棉中B2O3的总含量限定为5.5～6.5wt％，可有效细化纤维，降低玻璃的膨胀系数，提高超细玻璃纤维热稳定性、化学稳定性和机械强度，用于制备AGM隔板，能够有效提高该AGM隔板的拉伸强度、比表面积和吸酸量；将该超细玻璃纤维中Fe2O3的总含量限定为≤0.05wt％，可有效降低玻璃液黏度，控制改性超细玻璃纤维棉中铁离子含量，从而降低铅酸蓄电池由于铁离子存在而短路的几率，有效提高AGM隔板氧复合效率、比表面积和寿命；通过本发明的制备方法，保证制备出的超细玻璃纤维的直径95％正态分布在0.5～1.5μm，长度90％正态分布在2～3mm，使最终制备出的改性超细玻璃纤维棉最大孔径≤15μm，孔隙率≥95％，从而增加改性超细玻璃纤维棉的蓬松性和机械强度，利用本发明制备的改性超细玻璃纤维棉能够制备出具有优异均匀性、拉伸强度、回弹率、氧复合效率和高吸酸量的AGM隔板。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
制备高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉
按质量比称取32份石英砂、8.5份钠长石、4份钾长石、13.5份纯碱、8.5份白云石、4份方解石和9.5份硼砂，均匀混合后投入窑炉煅烧，并熔炼成成分均匀、无杂质透明的玻璃液，所得玻璃液的温度为1095℃；然后对该玻璃液进行一次拉丝，再经过1015℃的火焰喷吹形成超细玻璃纤维，该超细玻璃纤维棉中B2O3的含量为5.8wt％，Fe2O3的含量为0.05wt％，其直径95％正态分布在1.2μm，长度90％正态分布在2.4mm，同时按0.45MPa的喷射压力，165kg/h的喷射流量将混合KH550和KH560的颗粒直径为55nm纳米级气相二氧化硅粉末均匀雾化喷洒于超细玻璃纤维表面，其中KH550的用量为所制备的改性超细玻璃纤维棉总质量的1wt％，KH560的用量为所制备的改性超细玻璃纤维棉总质量的0.5wt％，纳米级二氧化硅粉末的用量为所制备的改性超细玻璃纤维棉总质量的6wt％，制得改性超细玻璃纤维，并将所述改性超细玻璃纤维均匀分散于成型网上，最后在155℃烘房内烘干5min，制得最大孔径≤15μm，孔隙率≥95％高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉。
实施例2
制备高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉
按质量比称取33.5份石英砂、10.5份钠长石、4.5份钾长石、12份纯碱、9.5份白云石、3.5份方解石和11.5份硼砂，均匀混合后投入窑炉煅烧，并熔炼成成分均匀、无杂质透明的玻璃液，所得玻璃液的温度为1110℃；然后对该玻璃液进行一次拉丝，再经过1020℃的火焰喷吹形成超细玻璃纤维，该超细玻璃纤维棉中B2O3的含量为6.3wt％，Fe2O3的含量为0.02wt％，其直径95％正态分布在0.8μm，长度90％正态分布在2.8mm，同时按0.5MPa的喷射压力，180kg/h的喷射流量将混合KH792和NDZ-311的颗粒直径为40nm纳米级气相二氧化硅粉末均匀雾化喷洒于超细玻璃纤维表面，其中KH792的用量为所制备的改性超细玻璃纤维棉总质量的1.5wt％，NDZ-311的用量为所制备的改性超细玻璃纤维棉总质量的1wt％，纳米级二氧化硅粉末的用量为所制备的改性超细玻璃纤维棉总质量的7.5wt％，制得改性超细玻璃纤维，并将所述改性超细玻璃纤维均匀分散于成型网上，最后在160℃烘房内烘干3min，制得最大孔径≤15μm，孔隙率≥95％高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉。
分别以实施例1和2制备的改性超细玻璃纤维棉、单一超细玻璃纤维棉及超细玻璃纤维层与二氧化硅层复合材料制备AGM隔板，并测定个AGM隔板的回弹率、最大孔径、孔隙率、强度、吸液量及循环寿命，结果见表1。
表1 不同材料制备的AGM隔板各性能测试
由表1可知，以实施例1和实施例2中制备的改性超细玻璃纤维棉为原料制备的AGM隔板，回弹率、孔隙率、吸液量及循环寿命均大于以单一超细玻璃纤维棉及超细玻璃纤维层与二氧化硅层复合材料制备的AGM隔板，而最大孔径则均小于以单一超细玻璃纤维棉及超细玻璃纤维层与二氧化硅层复合材料制备的AGM隔板，说明本发明中改性超细玻璃纤维棉能过用于制备有优异均匀性、拉伸强度、回弹率、氧复合效率和高吸酸量的AGM隔板。
本发明中，除了可用气相二氧化硅粉末，还可以使用沉淀二氧化硅粉末或气凝胶二氧化硅粉末。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，其特征在于，按质量百分比计，所述改性超细玻璃纤维棉包含以下组分：85～94wt％超细玻璃纤维棉，5～12wt％纳米级二氧化硅粉末和0.5～5wt％加工助剂；所述超细玻璃纤维棉按质量百分比计，包含以下组分：SiO2：63.5～65wt％，Na2O：15.5～16.5wt％，K2O：0.5～2.5wt％，Al2O3：3.5～4.5wt％，MgO：2.5～4wt％，CaO：5.5～7wt％，B2O3：5.5～6.5wt％，Fe2O3：≤0.05％wt％。
2.如权利要求1所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，其特征在于，所述改性超细玻璃纤维棉最大孔径≤15μm，孔隙率≥95％。
3.如权利要求1所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，其特征在于，所述超细玻璃纤维棉的直径95％正态分布在0.5～1.5μm，长度90％正态分布在2～3mm。
4.如权利要求1所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，其特征在于，所述纳米级二氧化硅粉末的直径为30～80nm。
5.如权利要求1所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，其特征在于，所述纳米级二氧化硅粉末为沉淀二氧化硅粉末、气相二氧化硅粉末或气凝胶二氧化硅粉末中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉，其特征在于，所述加工助剂为KH792、KH550、KH560、NDZ-101或NDZ-311中的一种或几种。
7.权利要求1-6任一项所述的一种高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于，具体如下：
根据超细玻璃纤维棉组成成分选取石英砂、钠长石、钾长石、纯碱、白云石、方解石和硼砂，均匀混合并熔炼成无杂质透明的玻璃液；对玻璃液进行一次拉丝，再经过火焰喷吹形成超细玻璃纤维，同时将混合有加工助剂的纳米级二氧化硅粉末均匀雾化喷洒于超细玻璃纤维表面，制得改性超细玻璃纤维，并将所述改性超细玻璃纤维均匀分散于成型网上，最后通过烘干处理，制得高比表面积AGM隔板用改性超细玻璃纤维棉。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃液温度为1100±10℃，所述喷吹的温度为1010±10℃。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述喷洒时喷射压力为0.4～0.5MPa，喷射流量为160～180kg/h。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烘干处理为在155～160℃的烘房内烘制3～5min。
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