CN114464958A - 一种具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫及其制备方法，包括第一无纺纤维层和第二无纺纤维层，无纺垫上还含有粘合剂，粘合剂在无纺垫中的质量比为0.5％～50％；第一无纺纤维层的纤维由75～100％的粗纤维和0～25％的超细纤维组成，第二无纺纤维层的纤维由75～100％的超细纤维和0～25％的粗纤维组成；粗纤维的平均纤维直径为6～15um；超细纤维的平均直径为0.5～4.5um；无纺垫中粗纤维与超细纤维的质量比为0.4～7﹕1；无纺垫的厚度为0.1～5mm。本发明的无纺垫在不牺牲拉伸强度的同时，提高了毛细吸液高度，使得无纺垫用在电池中吸酸后不渗出电解质材料。
Description
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫及其制备方法。
背景技术
铅酸电池中常用的电极或电极板通常包括支撑铅或/和氧化铅的金属网格。在充电和放电循环期间，铅或/和氧化铅的体积通常会膨胀和收缩，多次使用后，铅或/和氧化铅的活性材料颗粒可能脱落，会对电极或电极板产生负面影响。为了减少这些负面影响，可以使用涂板纸加固电极，防止铅或/和氧化铅脱落，涂板纸也可用作电池隔板，防止极板堆叠时相互粘附在一起。
涂板纸、电池隔板通常都是无纺材质的，具备较好的拉伸强度和毛细吸液高度。无纺材质是由定向的或随机的纤维而构成，无纺指的是指不需要纺纱织布而形成织物的工艺，只是将纺织短纤维或者长纤维进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。在现有技术中，增强了铅酸电池涂板纸/电池隔板的强度且易于涂板性能后，材料却常表现出低孔隙率和透气性，或者通常是通过牺牲材料的拉伸强度来增加毛细吸液高度。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种不牺牲拉伸强度的同时，提高毛细吸液高度的无纺垫，可用作蓄电池的涂板纸或者电池隔板。
本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：
一种具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，包括第一无纺纤维层和第二无纺纤维层，所述无纺垫上还含有粘合剂，粘合剂在所述无纺垫中的质量比为0.5％～50％，优选5％～35％或5％～20％；
按质量百分比计，所述第一无纺纤维层的纤维由75～100％的粗纤维和0～25％的超细纤维组成，所述第二无纺纤维层的纤维由75～100％的超细纤维和0～25％的粗纤维组成；
所述粗纤维的平均纤维直径为6～15um；
所述超细纤维的平均直径为0.5～4.5um；
所述无纺垫中粗纤维与超细纤维的质量比为0.4～7﹕1，优选0.4～5﹕1或0.4～4.5﹕1；
所述无纺垫的厚度为0.1～5mm，优选0.1～3.0mm。
在上述技术方案中，所述第一无纺纤维层和第二无纺纤维层之间设置有粘合剂层。
或者，在上述技术方案中，粘合剂采用另一种方式负载在无纺垫上：所述粘合剂通过喷涂或者浸泡的方式均匀地浸润在整个无纺垫中，与无纺垫中的纤维交融。
作为优选地，上述任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，按质量百分比计，所述第一无纺纤维层的纤维由75～99％的粗纤维和1～25％的超细纤维组成，优选由80～98％的粗纤维和2～20％的超细纤维组成；所述第二无纺纤维层的纤维由75～99％的超细纤维和1～25％的粗纤维组成，优选由75～90％的超细纤维和10～25％的粗纤维组成。
优选地，所述超细纤维或粗纤维选自玻璃纤维、人造纤维、合成纤维、天然纤维中的一种或多种，所述粘合剂为有机粘合剂。
优选地，所述粘合剂为抗酸粘合剂，优选选自脲醛树脂、改性脲醛树脂、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯、聚氯乙烯、三聚氰胺聚丙烯酸的树脂、均聚物或共聚物；或者交联丙烯酸共聚物；或者交联的氯乙烯丙烯酸酯共聚物；
进一步优选所述粘合剂中还包含防水剂和/或阻燃剂，优选所述防水剂为硬脂化三聚氰胺防水剂，优选所述阻燃剂为三水合氧化铝。
在上述技术方案中，所述无纺垫的第一无纺纤维层和第二无纺纤维层中还含有填充填料，
所述填充填料选自碳、二氧化硅中的一种或多种，填充填料在所述无纺垫中的质量百分比为0％～30％，优选0.1％～25％或0.1％～20％或0.1％～15％。
优选地，所述第一无纺纤维层的透气度与第二无纺纤维层的透气度比值≥4/3，优选≥5/3。
当粘合剂的负载方式为第一无纺纤维层和第二无纺纤维层之间设置有粘合剂层时，本发明的蓄电池用无纺垫的制备方法包括如下步骤：
1)按照质量比例配比粗纤维和超细纤维，采用湿法成型工艺或干法成型工艺分别制备第一无纺纤维层、第二无纺纤维层；
2)使用粘合剂将第一无纺纤维层、第二无纺纤维层粘合在一起。
当粘合剂的负载方式为所述粘合剂通过喷涂或者浸泡的方式均匀地浸润在整个无纺垫中时，本发明的蓄电池用无纺垫的制备方法包括如下步骤：
1)按照质量比例配比粗纤维和超细纤维；
2)采用湿法造纸成型工艺，成型时，第一无纺纤维层和第二无纺纤维层的纤维浆料分别从上、下两条流浆箱中流出，通过真空吸附，使第一无纺纤维层和第二无纺纤维层层同时成型，其中第一无纺纤维层与第二无纺纤维层的界面通过纤维纠缠机械粘合在一起；
3)第一无纺纤维层和第二无纺纤维层结合成型后，采用浸泡、喷雾或瀑布喷淋的方式施粘合剂，使粘合剂均匀的迁移至两个纤维层、浸润到纤维中。
4)干燥后得到不易分层的双层结构无纺垫。
本发明的蓄电池用无纺垫在使用时，第一无纺纤维层或第二无纺纤维层均可与电池极板接触。
本发明的有益效果是：由于毛细吸液高度和拉伸强度是相互竞争的特性，因此传统的单层均质无纺垫不能同时保证吸酸性和拉伸强度。本发明的无纺垫，采用双层结构，第一无纺纤维层的作用是吸收铅酸电池电极的活性物质；第二无纺纤维层的作用是阻止电极的活性物质穿透隔板。通过使第一和第二纤维层具有不同孔隙结构和拉伸特性，第一层和第二层分别提供了涂板纸/电池隔板所需的毛细吸液高度和拉伸强度，第二无纺纤维层具有更高的芯吸酸能力，而第一无纺纤维层具有较高孔隙率和较高拉伸强度，以实现与酸液更好的粘合和粘附；通过双层结构的设置，生产出的无纺垫在不牺牲拉伸强度的同时，提高了毛细吸液高度，使得无纺垫用在电池中吸酸后不渗出电解质材料。本发明的无纺垫，可以提供支撑和其他潜在益处，例如减少多层无纺垫在酸中的分层现象，也可以正面影响包括压缩、毛细吸液高度、电池组装成本和电池寿命等特性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法；所用试剂和材料，如无特别说明，均为常规试剂和材料，均可通过商购获得。
本发明的一种具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，包括第一无纺纤维层和第二无纺纤维层，所述无纺垫上还含有粘合剂，粘合剂在所述无纺垫中的质量比为0.5％～50％，优选5％～35％或5％～20％；
按质量百分比计，所述第一无纺纤维层的纤维由75～100％的粗纤维和0～25％的超细纤维组成，所述第二无纺纤维层的纤维由75～100％的超细纤维和0～25％的粗纤维组成；
所述粗纤维的平均纤维直径为6～15um；所述超细纤维的平均直径为0.5～4.5um；所述无纺垫中粗纤维与超细纤维的质量比为0.4～7﹕1，优选0.4～5﹕1或0.4～4.5﹕1；所述无纺垫的厚度为0.1～5mm，优选0.1～3.0mm。作为优选地，上述任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，按质量百分比计，所述第一无纺纤维层的纤维由75～99％的粗纤维和1～25％的超细纤维组成，优选由80～98％的粗纤维和2～20％的超细纤维组成；所述第二无纺纤维层的纤维由75～99％的超细纤维和1～25％的粗纤维组成，优选由75～90％的超细纤维和10～25％的粗纤维组成。
优选地，所述超细纤维或粗纤维选自玻璃纤维、人造纤维、合成纤维、天然纤维中的一种或多种，所述粘合剂为有机粘合剂。
优选地，所述粘合剂为抗酸粘合剂，优选选自脲醛树脂、改性脲醛树脂、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯、聚氯乙烯、三聚氰胺聚丙烯酸的树脂、均聚物或共聚物；或者交联丙烯酸共聚物；或者交联的氯乙烯丙烯酸酯共聚物；进一步优选所述粘合剂中还包含防水剂和/或阻燃剂，优选所述防水剂为硬脂化三聚氰胺防水剂，优选所述阻燃剂为三水合氧化铝。
在本发明的蓄电池用无纺垫中，粘合剂可以用两种方式中的任一种进行负载，其中一种方式是第一无纺纤维层和第二无纺纤维层之间设置粘合剂层；另一种方式是所述粘合剂通过喷涂或者浸泡的方式均匀地浸润在整个无纺垫中，与无纺垫中的纤维交融。
在上述技术方案中，本发明的无纺垫的第一无纺纤维层和第二无纺纤维层中还含有填充填料，所述填充填料选自碳、二氧化硅中的一种或多种，填充填料在所述无纺垫中的质量百分比为0％～30％，优选0.1％～25％或0.1％～20％或0.1％～15％。
优选地，所述第一无纺纤维层的透气度与第二无纺纤维层的透气度比值≥4/3，优选≥5/3。
本发明的蓄电池用无纺垫可以采用以下两种方法中的任意一种制备。
第一种制备方法：当粘合剂的负载方式为第一无纺纤维层和第二无纺纤维层之间设置有粘合剂层时，本发明的蓄电池用无纺垫的制备方法包括如下步骤：
1)按照质量比例配比粗纤维和超细纤维，采用湿法成型工艺或干法成型工艺分别制备第一无纺纤维层、第二无纺纤维层；
2)使用粘合剂将第一无纺纤维层、第二无纺纤维层粘合在一起。
第二种制备方法：当粘合剂的负载方式为所述粘合剂通过喷涂或者浸泡的方式均匀地浸润在整个无纺垫中时，本发明的蓄电池用无纺垫的制备方法包括如下步骤：
1)按照质量比例配比粗纤维和超细纤维；
2)采用湿法造纸成型工艺，成型时，第一无纺纤维层和第二无纺纤维层的纤维浆料分别从上、下两条流浆箱中流出，通过真空吸附，使第一无纺纤维层和第二无纺纤维层层同时成型，其中第一无纺纤维层与第二无纺纤维层的界面通过纤维纠缠机械粘合在一起；
3)第一无纺纤维层和第二无纺纤维层结合成型后，采用浸泡、喷雾或瀑布喷淋的方式施粘合剂，使粘合剂均匀的迁移至两个纤维层、浸润到纤维中。
4)干燥后得到不易分层的双层结构无纺垫。
实施例1
制备本发明的蓄电池用无纺垫。
采用玻璃纤维为原料，采用前述第二种制备方法制备实施例1-5的蓄电池用无纺垫，即采用双层同时一次成型的湿法造纸工艺，形成双层无纺玻璃纤维垫。
实施例1-5的无纺垫中粗纤维、超细纤维、粘合剂、填料的质量百分比例如表1中所示。对比例1-5是采用传统湿法造纸工艺成型制备得到的单层无纺玻璃纤维垫。含有填料的实验组中，填料添加方法采用现有技术方法添加，比如在第一无纺纤维层和第二无纺纤维层成型时在其纸浆浆料中分别添加填料，或者在第一无纺纤维层和第二无纺纤维层成型后采用浸泡的方式添加填料，填料在第一无纺纤维层或第二无纺纤维层者的添加比例按照其在整个无纺垫中的质量比例添加。
表1中的各个实验组采用的粗纤维的平均纤维直径10um，采用的细纤维的平均纤维直径0.5um，粘合剂采用丙烯酸。
检测制得的无纺垫的性能：
毛细吸液高度根据《GB/T 461.1-2002纸和纸板毛细吸液高度的测定(克列姆法)》进行测试，测试溶液为40％的硫酸溶液。
透气性采用ASTM D737-2018进行测试，该测试在125Pa压差下测试。
拉伸强度采用《JB/T 7630.1-2008铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板》进行测试。
各实验组的具体原料配比及产品性能结果如表1、2中所示。对比例2-3的结果显示：单层结构的无纺垫，为提高毛细吸液高度，调整纤维配方会降低拉伸强度。对比例4-5的结果显示，与实施例4-5相比，同样的纤维比例下，单层结构的无纺垫的毛细吸液高度较低。
表1无纺垫原料配比
注：表1中，百分比均为质量百分比，“无纺垫中纤维总克重”指除填料和粘合剂外的粗细纤维的总克重，“粗纤维占无纺垫重量％”指第一和第二纤维层中总共的粗纤维占无纺垫重量的比例，“细纤维占无纺垫重量％”指第一和第二纤维层中总共的超细纤维占无纺垫重量的比例。
表2无纺垫产品性能检测
Claims (10)
1.一种具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：包括第一无纺纤维层和第二无纺纤维层，所述无纺垫上还含有粘合剂，粘合剂在所述无纺垫中的质量比为0.5％～50％，优选5％～35％或5％～20％；
按质量百分比计，所述第一无纺纤维层的纤维由75～100％的粗纤维和0～25％的超细纤维组成，所述第二无纺纤维层的纤维由75～100％的超细纤维和0～25％的粗纤维组成；
所述粗纤维的平均纤维直径为6～15um；
所述超细纤维的平均直径为0.5～4.5um；
所述无纺垫中粗纤维与超细纤维的质量比为0.4～7﹕1，优选0.4～5﹕1或0.4～4.5﹕1；
所述无纺垫的厚度为0.1～5mm，优选0.1～3.0mm。
2.如权利要求1所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：
所述第一无纺纤维层和第二无纺纤维层之间设置有粘合剂层。
3.如权利要求1所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：
所述粘合剂通过喷涂或者浸泡的方式均匀地浸润在整个无纺垫中，与无纺垫中的纤维交融。
4.如权利要求1至3任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：
按质量百分比计，所述第一无纺纤维层的纤维由75～99％的粗纤维和1～25％的超细纤维组成，优选由80～98％的粗纤维和2～20％的超细纤维组成，
按质量百分比计，所述第二无纺纤维层的纤维由75～99％的超细纤维和1～25％的粗纤维组成，优选由75～90％的超细纤维和10～25％的粗纤维组成。
5.如权利要求1至3任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：所述超细纤维或粗纤维选自玻璃纤维、人造纤维、合成纤维、天然纤维中的一种或多种，所述粘合剂为有机粘合剂。
6.如权利要求1至3任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：所述粘合剂为抗酸粘合剂，优选选自脲醛树脂、改性脲醛树脂、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯、聚氯乙烯、三聚氰胺聚丙烯酸的树脂、均聚物或共聚物；或者交联丙烯酸共聚物；或者交联的氯乙烯丙烯酸酯共聚物；
优选所述粘合剂中还包含防水剂和/或阻燃剂，优选所述防水剂为硬脂化三聚氰胺防水剂，优选所述阻燃剂为三水合氧化铝。
7.如权利要求1至3任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：所述无纺垫的第一无纺纤维层和第二无纺纤维层中还含有填充填料，
所述填充填料选自碳、二氧化硅中的一种或多种，填充填料在所述无纺垫中的质量百分比为0％～30％，优选0.1％～25％或0.1％～20％或0.1％～15％。
8.如权利要求1至3任一项所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫，其特征在于：所述第一无纺纤维层的透气度与第二无纺纤维层的透气度比值≥4/3，优选≥5/3。
9.权利要求2所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照质量比例配比粗纤维和超细纤维，采用湿法成型工艺或干法成型工艺分别制备第一无纺纤维层、第二无纺纤维层；
2)使用粘合剂将第一无纺纤维层、第二无纺纤维层粘合在一起。
10.权利要求3所述的具有高吸酸性和高拉伸强度的蓄电池用无纺垫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照质量比例配比粗纤维和超细纤维；
2)采用湿法造纸成型工艺，成型时，第一无纺纤维层和第二无纺纤维层的纤维浆料分别从上、下两条流浆箱中流出，通过真空吸附，使第一无纺纤维层和第二无纺纤维层层同时成型，其中第一无纺纤维层与第二无纺纤维层的界面通过纤维纠缠机械粘合在一起；
3)第一无纺纤维层和第二无纺纤维层结合成型后，采用浸泡、喷雾或瀑布喷淋的方式施粘合剂，使粘合剂均匀的迁移至两个纤维层、浸润到纤维中。
4)干燥后得到不易分层的双层结构无纺垫。
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