CN109134984B - 一种防锂电池电解液腐蚀的同步带 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防锂电池电解液腐蚀的同步带，包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，所述胶料包括以下组分及重量份数：100～200份氯丁二烯、5～8份氢氧化钠、10～30份去离子水、0.5～2份纤维素乙酸丁酸酯、1～3份十二烷基硫醇、2～5份月桂醇聚氧乙烯醚、1～5份催化剂、2～6份十二烷基硫酸钠；1～5份木焦油；5～10份聚四氟乙烯、0.2～0.7份氧化石墨烯、5～8份月桂酸、10～15份二硫化四苄基秋兰姆、2～5份氧化镁和1～3份喷雾炭黑；本发明还公开了上述同步带的制备方法。本发明制备得到的同步带使用寿命长，可以满足锂电池加工和回收设备所使用的同步带长期耐腐蚀性的要求。

Description

一种防锂电池电解液腐蚀的同步带
技术领域
本发明涉及同步带技术领域，具体的说涉及一种防锂电池电解液腐蚀的同步带。
背景技术
锂电池电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成。其中有机溶剂主要包括烷基碳酸酯和醚类物质组成，电解质锂盐包括无机阴离子盐和有机阴离子盐，无机阴离子盐又包括六氟磷酸锂LiPF6、高氯酸锂LiClO4、LiBF4等，有机阴离子盐包括如LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiP(C2F5)3等。
上述电解液在锂电池的充放电过程后，可能存在酸性腐蚀和氧化分解的危害，锂电池加工和回收设备过程中，传动带长期接触后橡胶容易出现龟裂、发粘、硬化、软化、粉化和变色等老化现象，从而造成橡胶易于撕裂、张紧力下降、使用寿命缩短等问题，严重时对生产造成严重的经济损失。
传统同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，无法满足锂电池电解液的强腐蚀要求，因此，急需开发一种满足锂电池加工和回收设备使用的防腐蚀同步带。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种防锂电池电解液腐蚀的同步带，用于解决现有技术中锂电池加工和回收设备所使用的同步带无法满足长期耐腐蚀性要求的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种防锂电池电解液腐蚀的同步带，包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，所述胶料的原料按重量份数计包括以下组分：
氯丁二烯 100～200重量份；
氢氧化钠 5～8重量份；
去离子水 10～30重量份；
纤维素乙酸丁酸酯 0.5～2重量份；
十二烷基硫醇 1～3重量份；
月桂醇聚氧乙烯醚 2～5重量份；
催化剂 1～5重量份；
十二烷基硫酸钠 2～6重量份；
木焦油 1～5重量份；
聚四氟乙烯 5～10重量份；
氧化石墨烯 0.2～0.7重量份；
月桂酸 5～8重量份；
氧化镁或氧化钙 2～5重量份；
二硫化四苄基秋兰姆 10～15重量份；
喷雾炭黑 1～3重量份。
上述胶料各组分均可由市售采购得到。
所述胶料的制备方法，包括以下步骤：
S1乳化操作：按重量份数称取氯丁二烯、氢氧化钠、去离子水、纤维素乙酸丁酸酯、十二烷基硫醇和月桂醇聚氧乙烯醚加入高速剪切机进行高速剪切混合乳化操作；
S2聚合反应：乳化完成后在40～60℃温度下连续加入催化剂，引发聚合反应；所述催化剂为质量浓度为1～2.5％的双(三氟甲基)过氧化物溶液或双(三氟甲基)过氧化物质量浓度为1～1.5％且氧化镁浓度为0.1～0.5％的混合水溶液；
S3改性处理：反应1～3h后，再加入聚四氟乙烯、氧化石墨烯、月桂酸、氧化镁或氧化钙、二硫化四苄基秋兰姆和喷雾炭黑进行改性处理；
S4终止反应：当F-的含量达到理论值时，加入木焦油和十二烷基硫酸钠，继续搅拌10～20min后终止反应；上述理论值由以下公式计算得到：F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量；其中，F-/Cl-为所投加化合物中F-与Cl-的质量比，投料总量为所投加各化合物的总质量；
S5后处理：减压蒸馏脱除未反应的单体，调节pH至5～7，经洗涤、干燥等后处理操作后，得到改性的氯丁橡胶胶料。
所述同步带骨架包括布套及以三维结构缠绕在该布套上的骨架纱线，该骨架纱线由氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线编织而成。
所述氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，其处理方法包括以下步骤：
S1氯丁橡胶胶浆的制备：称取重量份数为100份所述氯丁橡胶胶料加到辊距为0.3～0.5mm的开炼机中薄通8～10次进行塑炼；将塑炼好的氯丁橡胶胶料加入到开炼机中在40～60℃进行混炼，混炼过程中加入5～8份N-异丙基马来酰亚胺和10～20份氨基甲酸乙酯，混炼15～30min；混炼后的氯丁橡胶胶料和5～8份甲苯加入到胶浆机中，采用超声辅助搅拌的方式进行均匀分散，得到氯丁橡胶胶浆；
S2芳纶纤维线表面改性：将芳纶纤维线浸渍在氧化石墨烯为溶质的水杨酸溶液中，所述氧化石墨烯的质量百分数为0.5～1％，浸渍时间为20～30min，同时采用照射能量为2～4J/cm2的紫外线进行照射，照射时间为5～15min，得到表面改性的芳纶纤维线；
S3氯丁橡胶胶浆处理：将S2得到的表面改性的芳纶纤维线浸渍在S1得到的氯丁橡胶胶浆中，浸渍10～30min，得到氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线。
相应的，一种所述防锂电池电解液腐蚀的同步带的制备方法，包括以下步骤：
S1制备同步带骨架
将所述的氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；在模具上均匀地涂一层脱模剂，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在40N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到所述的同步带骨架；
S2制备同步带
在同步带模具上均匀地涂一层脱模剂，将同步带骨架缠绕在模具上，将所述胶料注入上述模具中，在165～170℃下加压8～12MPa进行10～20min硫化，得到所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带。
本发明的有益效果：
本发明主体氯丁橡胶胶料内添加了聚四氟乙烯和非极性表面活性剂月桂酸，该聚四氟乙烯和非极性表面活性剂月桂酸在胶料外侧形成一层致密的防渗层，同时通过在该防渗层内添加氧化石墨烯，不仅进一步增强了其防渗性能，而且由于氧化石墨烯优异的导热性能，避免了同步带胶料使用过程中由于热量聚集而局部温度过高的问题，从而延长了同步带胶料在高温条件下的使用寿命；上述改性的氯丁橡胶橡胶与锂电池电解液中的有机溶剂接触时，能够有效抑制橡胶内的高分子弹性体溶解软化。
本发明采用双(三氟甲基)过氧化物溶液或双(三氟甲基)过氧化物质量浓度和氧化镁的混合水溶液作为催化剂，该催化剂引发聚合反应，得到的橡胶预聚体支链和端基不含有羧基、羟基、酰胺基等官能团，使用双(三氟甲基)过氧化物作为催化剂的核心，有效防止交联剂上的官能团被电解液中的强氧化性物质所氧化分解，从而造成橡胶表面出现龟裂、粉化等现象出现。
本发明还添加了氧化镁、氧化钙等氧化性物质，该物质不仅可以与锂电池电解液分解出的氢氟酸进行中和起到作为稳定剂作用，而且还可以作为交联助剂与交联剂协同作用提高橡胶高分子单体的交联度，从而更好地抑制锂电池电解液的腐蚀作用。
本发明中的氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线与主体胶料之间具有很好的相容性，用氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线编织的同步带骨架，与同步带胶料的黏附力较强，能够很好地融合为一个整体，不仅具有较强的支撑性能，同时具有较强的耐腐蚀性能。
综上所述，本发明制备得到的同步带使用寿命长，机械性能优异，可以有效解决现有技术中锂电池加工和回收设备所使用的同步带无法满足长期耐腐蚀性要求的问题。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种防锂电池电解液腐蚀的同步带，包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，所述胶料的原料按重量份数计包括以下组分：
氯丁二烯 100重量份；
氢氧化钠 5重量份；
去离子水 10重量份；
纤维素乙酸丁酸酯 0.5重量份；
十二烷基硫醇 1重量份；
月桂醇聚氧乙烯醚 2重量份；
催化剂 1重量份；
十二烷基硫酸钠 2重量份；
木焦油 1重量份；
聚四氟乙烯 5重量份；
氧化石墨烯 0.2重量份；
月桂酸 5重量份；
氧化镁 2重量份；
二硫化四苄基秋兰姆 10重量份；
喷雾炭黑 1重量份。
优选的，所述胶料的制备方法，包括以下步骤：
S1乳化操作：按重量份数称取氯丁二烯、氢氧化钠、去离子水、纤维素乙酸丁酸酯、十二烷基硫醇和月桂醇聚氧乙烯醚加入高速剪切机进行高速剪切混合乳化操作；
S2聚合反应：乳化完成后在40℃温度下连续加入催化剂，引发聚合反应；所述催化剂为质量浓度为1％的双(三氟甲基)过氧化物溶液；
S3改性处理：反应1h后，再加入聚四氟乙烯、氧化石墨烯、月桂酸、氧化镁或氧化钙、二硫化四苄基秋兰姆和喷雾炭黑进行改性处理；
S4终止反应：当F-的含量达到理论值时，加入木焦油和十二烷基硫酸钠，继续搅拌10min后终止反应；上述理论值由以下公式计算得到：F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量；其中，所投加化合物中F-与Cl-的质量比为0.5，投料总量为所投加各化合物的总质量；
S5后处理：减压蒸馏脱除未反应的单体，调节pH至5，经洗涤、干燥等后处理操作后，得到改性的氯丁橡胶胶料。
所述同步带骨架包括布套及以三维结构缠绕在该布套上的骨架纱线，该骨架纱线由氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线编织而成。
所述氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，其处理方法包括以下步骤：
S1氯丁橡胶胶浆的制备：称取重量份数为100份所述氯丁橡胶胶料加到辊距为0.3mm的开炼机中薄通8次进行塑炼；将塑炼好的氯丁橡胶胶料加入到开炼机中在40℃进行混炼，混炼过程中加入5份N-异丙基马来酰亚胺和10份氨基甲酸乙酯，混炼15min；混炼后的氯丁橡胶胶料和5份甲苯加入到胶浆机中，采用超声辅助搅拌的方式进行均匀分散，得到氯丁橡胶胶浆；
S2芳纶纤维线表面改性：将芳纶纤维线浸渍在氧化石墨烯为溶质的水杨酸溶液中，所述氧化石墨烯的质量百分数为0.5％，浸渍时间为20min，同时采用照射能量为2J/cm2的紫外线进行照射，照射时间为5min，得到表面改性的芳纶纤维线；
S3氯丁橡胶胶浆处理：将S2得到的表面改性的芳纶纤维线浸渍在S1得到的氯丁橡胶胶浆中，浸渍10min，得到氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线。
相应的，一种所述防锂电池电解液腐蚀的同步带的制备方法，包括以下步骤：
S1制备同步带骨架
将所述的氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；在模具上均匀地涂一层脱模剂，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在40N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到所述的同步带骨架；
S2制备同步带
在同步带模具上均匀地涂一层脱模剂，将同步带骨架缠绕在模具上，将所述胶料注入上述模具中，在165℃下加压8MPa进行10min硫化，得到所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带。
实施例2
本实施例的防锂电池电解液腐蚀的同步带胶料配方组分和制备方法与实施例1基本相同，其主要不同之处在于所述胶料各组分的重量份数不同，其中各组分的重量份数如下：200份氯丁二烯、8份氢氧化钠、30份去离子水、2份纤维素乙酸丁酸酯、3份十二烷基硫醇、5份月桂醇聚氧乙烯醚、5份催化剂、6份十二烷基硫酸钠；5份木焦油；10份聚四氟乙烯、0.7份氧化石墨烯、8份月桂酸、15份二硫化四苄基秋兰姆、5份氧化钙和3份喷雾炭黑；所述胶料制备过程中：S2聚合反应中：在60℃温度下连续加入催化剂，引发聚合反应；所述催化剂为双(三氟甲基)过氧化物质量浓度为1％且氧化镁浓度为0.1％的混合水溶液；所述S3改性处理的反应时间为3h；所述S4终止反应中所投加化合物中F-与Cl-的质量比为0.8，F-的理论值为F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量。
实施例3
本实施例的防锂电池电解液腐蚀的同步带胶料配方和制备方法与实施例1基本相同，其主要不同之处在于所述胶料制备过程中：S2聚合反应中所述催化剂为质量浓度为2.5％双(三氟甲基)过氧化物溶液；所述S3改性处理的反应时间为3h；所述S4终止反应中所投加化合物中F-与Cl-的质量比为1.1，F-的理论值为F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量；所述S4终止反应中所投加化合物中F-与Cl-的质量比为1.1，F-的理论值为F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量。
实施例4
本实施例的防锂电池电解液腐蚀的同步带胶料配方和制备方法与实施例2基本相同，其主要不同之处在于所述胶料中部分组分的重量份数不同，其中包括7份聚四氟乙烯、0.5份氧化石墨烯、6份月桂酸、12份二硫化四苄基秋兰姆、4份氧化钙和2份喷雾炭黑；所述S4终止反应中所投加化合物中F-与Cl-的质量比为0.8，F-的理论值为F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量。
实施例5
本实施例的防锂电池电解液腐蚀的同步带胶料配方和制备方法与实施例2基本相同，其主要不同之处在于所述氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，其处理方法包括以下步骤：
S1氯丁橡胶胶浆的制备：称取重量份数为100份所述氯丁橡胶胶料加到辊距为0.5mm的开炼机中薄通10次进行塑炼；将塑炼好的氯丁橡胶胶料加入到开炼机中在60℃进行混炼，混炼过程中加入8份N-异丙基马来酰亚胺和20份氨基甲酸乙酯，混炼30min；混炼后的氯丁橡胶胶料和8份甲苯加入到胶浆机中，采用超声辅助搅拌的方式进行均匀分散，得到氯丁橡胶胶浆；
S2芳纶纤维线表面改性：将芳纶纤维线浸渍在氧化石墨烯为溶质的水杨酸溶液中，所述氧化石墨烯的质量百分数为1％，浸渍时间为30min，同时采用照射能量为4J/cm2的紫外线进行照射，照射时间为15min，得到表面改性的芳纶纤维线；
S3氯丁橡胶胶浆处理：将S2得到的表面改性的芳纶纤维线浸渍在S1得到的氯丁橡胶胶浆中，浸渍30min，得到氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线。
实施例1～5所制备得到的防锂电池电解液腐蚀的同步带，其性能测试结果如表1所示，其中，邵尔A硬度按GB/T531-92测定；拉伸强度和断裂伸长率按GB/T528-1998测定，拉伸速率100mm/min。
表1
抗拉强度，MPa 断裂伸长率，％ 邵A硬度，度
实施例1 47 427 85
实施例2 49 481 87
实施例3 46 459 84
实施例4 48 436 83
实施例5 45 452 83
常规同步带 20～40 250～350 75～80
将实施例1～5所制备得到的防锂电池电解液腐蚀的同步带和抗拉强度为30MPa、断裂伸长率为300％、邵氏硬度为77度的常规同步带，在25℃的温度条件下分别置于10％氢氟酸溶液和20％六氟磷酸锂的乙醇溶液中，浸泡168小时，取出后于60℃下进行烘干，外观无瑕疵，再重复上述性能测试实验，分别得到表2和表3的实验结果：
表2
抗拉强度，MPa 断裂伸长率，％ 邵A硬度，度
实施例1 46 425 84
实施例2 48 477 87
实施例3 46 457 84
实施例4 47 434 82
实施例5 44 451 83
常规同步带 23 220 69
表3
抗拉强度，MPa 断裂伸长率，％ 邵A硬度，度
实施例1 46 425 84
实施例2 47 476 86
实施例3 46 457 84
实施例4 47 433 83
实施例5 44 450 83
常规同步带 24 230 70
从表1～3可以看出，本发明制备得到的同步带机械性能好，同时具有优异的防锂电池电解液腐蚀的性能，使用寿命长。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种防锂电池电解液腐蚀的同步带，包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，其特征在于：
所述胶料的原料按重量份数计包括以下组分：
Figure FDA0002707247920000011
2.如权利要求1所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带，其特征在于，所述胶料的制备方法，包括以下步骤：
S1乳化操作：按重量份数称取氯丁二烯、氢氧化钠、去离子水、纤维素乙酸丁酸酯、十二烷基硫醇和月桂醇聚氧乙烯醚加入高速剪切机进行高速剪切混合乳化操作；
S2聚合反应：乳化完成后在40～60℃温度下连续加入催化剂，引发聚合反应；
S3改性处理：反应1～3h后，再加入聚四氟乙烯、氧化石墨烯、月桂酸、氧化镁或氧化钙、二硫化四苄基秋兰姆和喷雾炭黑进行改性处理；
S4终止反应：当F-的含量达到理论值时，加入木焦油和十二烷基硫酸钠，继续搅拌10～20min后终止反应；上述理论值由以下公式计算得到：F-％＝((F-/Cl-)×26×100)/投料总量；其中，F-/Cl-为所投加化合物中F-与Cl-的质量比，投料总量为所投加各化合物的总质量；
S5后处理：减压蒸馏脱除未反应的单体，调节pH至5～7，经洗涤、干燥等后处理操作后，得到改性的氯丁橡胶胶料。
3.如权利要求1或2所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带，其特征在于，所述催化剂为质量浓度为1～2.5％的双(三氟甲基)过氧化物溶液或双(三氟甲基)过氧化物质量浓度为1～1.5％且氧化镁浓度为0.1～0.5％的混合水溶液。
4.如权利要求1所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带，其特征在于，所述同步带骨架包括布套及以三维结构缠绕在该布套上的骨架纱线，该骨架纱线由氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线编织而成。
5.如权利要求4所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带，其特征在于，所述氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，其处理方法包括以下步骤：
S1氯丁橡胶胶浆的制备：称取重量份数为100份所述氯丁橡胶胶料加到辊距为0.3～0.5mm的开炼机中薄通8～10次进行塑炼；将塑炼好的氯丁橡胶胶料加入到开炼机中在40～60℃进行混炼，混炼过程中加入5～8份N-异丙基马来酰亚胺和10～20份氨基甲酸乙酯，混炼15～30min；混炼后的氯丁橡胶胶料和5～8份甲苯加入到胶浆机中，采用超声辅助搅拌的方式进行均匀分散，得到氯丁橡胶胶浆；
S2芳纶纤维线表面改性：将芳纶纤维线浸渍在氧化石墨烯为溶质的水杨酸溶液中，所述氧化石墨烯的质量百分数为0.5～1％，浸渍时间为20～30min，同时采用照射能量为2～4J/cm2的紫外线进行照射，照射时间为5～15min，得到表面改性的芳纶纤维线；
S3氯丁橡胶胶浆处理：将S2得到的表面改性的芳纶纤维线浸渍在S1得到的氯丁橡胶胶浆中，浸渍10～30min，得到氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线。
6.一种如权利要求4中所述防锂电池电解液腐蚀的同步带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1制备同步带骨架
将所述的氯丁橡胶胶浆处理过的芳纶纤维线，经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；在模具上均匀地涂一层脱模剂，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在40N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到所述的同步带骨架；
S2制备同步带
在同步带模具上均匀地涂一层脱模剂，将同步带骨架缠绕在模具上，将所述胶料注入上述模具中，在165～170℃下加压8～12MPa进行10～20min硫化，得到所述的防锂电池电解液腐蚀的同步带。
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