CZ288888B6

CZ288888B6 - Separační materiál a utěsněný rekombinační akumulátor

Info

Publication number: CZ288888B6
Application number: CZ19984369A
Authority: CZ
Inventors: George C. Zguris; Frank C. Harmon Jr.
Original assignee: Hollingsworth And Vose Company
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2001-09-12
Also published as: CA2260005C; KR20000022372A; CN1224535A; CA2260005A1; JP2000513865A; BR9710134A; CN1190857C; TW396652B; KR100420052B1; CZ436998A3; EP0913006A4; EP0913006A1; AU714243B2; WO1998000875A1; AU3513997A

Abstract

Separ tor je sestaven z hmoty vz jemn propleten²ch vl ken, z nich v podstat vÜechna maj pr m r vl kna ne v tÜ ne p°ibli n 20 .mi.m, a z nich alespo 5 procent hmotnostn ch m pr m r vl kna menÜ ne 1 .mi.m. V t chto skeln²ch vl knech je rozlo eno od 0,2 procent hmotnostn ch do 20 procent hmotnostn ch celul zov²ch vl ken z kaÜe maj c kanadsk² stupe mlet dostate n n zk². Akumul tor vyroben² s t mto separ torem m ivotnost p°i cyklick m pou v n alespo o 10 procent v tÜ ne akumul tor vyroben² s jinak shodn²m separ torem, ve kter m skeln vl kna maj c pr m rn² pr m r v tÜ ne 1 .mi.m nahrazuj celul zov vl kna.\

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se obecně týká oblasti akumulátorů a přesněji separátorů obsahujících skelná vlákna, které jsou umístěny mezi kladnými a zápornými deskami akumulátorů. Vynález se dále týká způsobu výroby takových separátorů. Jak bude detailněji diskutováno níže, jsou separátory obsahující skelná vlákna velmi dobře známé. Dlouhou dobu před těmito separátory se skelnými vlákny bylo ale jako separačního materiálu používáno cedrových dýh, které potom byly nahrazeny mikroporézními separátory z tvrzené pryže a separátory z celulózy, impregnovanými pryskyřicemi.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé ventily regulované („utěsněné“ - „rekombinantní“) olověné (VRLA) akumulátory, které obvykle zahrnují množství kladných a záporných desek, jako v prizmatickém článku, nebo vrstvy separátorů a kladných a záporných elektrod společně navinutých, jako ve „svitkovém“ článku. Desky jsou uspořádané tak, že se střídají, záporná - kladná - záporná atd., se separačním materiálem a lepidlem, které oddělují každou desku od sousedních desek. Separátor, kterým je obvykle tkanina ze skelných vláken, je inertní materiál; uchovává kyselinu akumulátoru, aplikuje sílu na rozhraní lepidla a mřížky, a zajišťuje nízký elektrický odpor. Navíc ve VRLA akumulátorech je nesčíslně plynových kanálků v separačním materiálu, skrz které může migrovat kyslík od kladné elektrody, když se zde vytváří, k záporné elektrodě, kde může být rekombinován s vodíkem podle oxidačního cyklu. Jednou z nejdůležitějších funkcí separátorů ve VRLA akumulátoru je tlačit lepidlo do kontaktu s deskami a způsobovat tlak mezi deskami.

Separační matriál ze skelných vláken se obvykle vyrábí komerčně na zařízeních pro výrobu papíru včetně papírenských strojů s podélným sítem a rotačních tvarovačů, šikmých papírenských strojů a rozšířených rotačních tvarovačů. Při výrobě separátorů vyrobeného ze skelných vláken pro VRLA akumulátory je výhodné, aby nebyl přidáván žádný organický materiál do materiálu, ze kterého je vyrobena vrstva separátorů; propletení jednotlivých vláken slouží pro udržení vrstvy v soudržné struktuře, a vodní sklo, které se někdy tvoří na površích vláken, slouží jako pojivo. Organická pojivá ale mají sklon snižovat schopnost separátorů být napouštěn kyselinou a snižovat množství kyseliny, které separátor může zdržet. Obrovské úsilí bylo vynaloženo na modifikaci materiálu skelných vláken, ze kterého jsou separátory vyráběny, pro zlepšení výkonu akumulátoru a/nebo pro snížení ceny separátorů. Část výzkumu se týkala přidávání syntetických vláken z různých důvodů, jako je použití za tepla tvářitelných plastických vláken, takže separátor může být za tepla utěsněn na jeho hranách, aby obalil desku. Jiné práce, které mají vztah k oblasti tohoto vynálezu, byly vedeny na použití plniva, například oxidu křemičitého, pro vytvoření separátorů, které jsou srovnatelné se všemi separátory ze skelných vláken, s nižšími náklady. Rovněž byly navrženy separátory vyrobené ze skelných vláken, do kterých byla přidána celulóza, a polyolefinových vláken, do kterých byla přidána celulóza. Patenty týkající se dosavadního stavu techniky jsou stručně diskutovány níže.

US patent č. 4,465,748 (Harris) popisuje vrstvový materiál ze skelných vláken pro použití jako separátorů v elektrochemickém článku a vyrobený od 5 do 35 % hmotnostních ze skelných vláken menších než 1 pm v průměru; tento patent rovněž popisuje vrstvu ze skelných vláken pro takové použití, ve kterém jsou vlákna z kontinuálního rozsahu průměrů a délek vláken, a většina vláken není delších než 5 mm.

US patent č. 4,216,280 (Kono a kol.) popisuje vrstvový materiál ze skelných vláken pro použití jako deskového separátorů v akumulátoru a vyrobený od 50 do 95 % hmotnostních ze skelných vláken o průměru menším než 1 pm a od 50 do 5 % hmotnostních z hrubších skelných vláken.

-1 CZ 288888 B6

O hrubších skelných vláknech je v tomto patentu uvedeno, že mají průměr vlákna větší než 5 pm, výhodně větší než 10 pm, přičemž je výhodné, aby některá z těchto hrubších vláken měla průměry od 10 pm do 30 pm.

US patent č. 4,205,122 (Minra a kol.) popisuje akumulátorový separátor se sníženým elektrickým odporem, který zahrnuje samonosnou, ne-tkanou rohož sestávající v podstatě ze směsi vláken olefinických pryskyřic, majících hrubost od 4 do 13 decigrex a vláken olefmických pryskyřic, majících hrubost menší než 4 decigrex, přičemž tato posledně uvedená vlákna jsou přítomná v množství ne menším než 3 díly hmotnostní na 100 dílů hmotnostních vláken; rovněž může být přidáno až přibližně 600 dílů hmotnostních inertních plnivových materiálů na 100 dílů hmotnostních vláken. Tento akumulátorový separátor se vyrábí podrobením vhodné vodné disperze operaci vytváření vrstvy, sušením výsledné vlhké, ne-tkané rohože, a tepelnou úpravou sušené rohože při teplotě v rozsahu od teploty 20° níže než je teplota tavení shora zmiňovaných vláken do teploty přibližně 50° výše než je tato teplota tavení.

US patent č. 4,216,281 (O'Rell a kol.) popisuje separační materiál vyráběný z materiálu obsahujícího 30 až 70 % hmotnostních polyolefinové syntetické papíroviny, 15 až 65 % hmotnostních křemičitého plniva a 1 až 35 % hmotnostních „dlouhých“ vláken, kterými mohou být polyesterová vlákna, skelná vlákna nebo směs těchto dvou typů vláken. Celulóza v množství až přibližně 10 % hmotnostních je popsána jako případná ingredience tohoto materiálu.

US patent č. 4,363,856 (Waterhouse) popisuje separační materiál vyrobený z materiálu sestaveného z vláken polyolefinové papíroviny a skelných vláken, a uvádí polyesterová staplová vlákna, polyolefinová staplová vlákna a vlákna celulózové papíroviny jako alternativní složky tohoto materiálu.

US patent č. 4,387,144 (McCallum) popisuje akumulátorový separátor mající nízký elektrický odpor po delším používání, který je vyroben tepelným zpevněním a tepelným vytlačením papírového pásu vytvořeného z materiálu obsahujícího syntetickou papírovinu, jejíž vlákna jsou plněna anorganickým plnivem, přičemž pás obsahuje smáČecí činidlo, kteiým je výhodně organický sulfonát, organický sukcinát, nebo fenoletoxylát.

US patent č. 4,373,015 (Peters a kol.) popisuje vrstvový materiál pro použití jako separátoru v akumulátoru, který „zahrnuje organická polymerická vlákna“; oba z příkladů tohoto patentového spisu popisují vrstvový materiál jako „polyesterovou rohož z krátkých staplových vláken, která je přibližně 0,3 mm silná“, a uvádějí, že polyesterová vlákna mají průměr v rozsahu od přibližně 1 μπι do přibližně 6 μιη.

Vrstvové separátory pro použití v běžných (neregulovaných ventily) akumulátorech a zahrnující jak skelná vlákna tak i organická vlákna jsou popsány ve všech z níže uvedených US patentech: č. 4,529,677 (Bodendorf); č. 4,363,856 (Waterhouse); a č. 4,359,511 (Strzempko).

US patent č. 4,367,271 (Hasegawa) popisuje akumulátorové separátory sestavené z akrylových vláken v množství až přibližně 10 % hmotnostních, přičemž zbytek tvoří skelná vlákna.

Japonský patentový spis 55/146,872 popisuje separační materiál zahrnující skelná vlákna (50 až 85 % hmotnostních) a organická vlákna (50 až 15 % hmotnostních).

US patent, č. 4,245,013 (Clegg a kol.) popisuje separátor vyrobený překrýváním první vrstvy z vláknitého materiálu zahrnujícího polyetylenová vlákna druhou vrstvou z vláknitého materiálu zahrnujícího polyetylén a majícího obsah syntetické papíroviny vyšší než má první vrstva.

US patent č. 4,908,282 (Badger) popisuje separátor zahrnující vrstvu vyrobenou z prvních vláken, které vrstvě dodávají absorbanci větší než 90 %, a druhých vláken, které vrstvě dodávají absorbanci menší než 80 %, přičemž první a druhá vlákna jsou přítomná v takových poměrech,

-2CZ 288888 B6 že vrstva má výslednou absorbanci od 75 do 95 %. Tento patent popisuje, že jemná skelná vlákna mají vysokou absorbanci, že hrubá skelná vlákna mají nízkou absorbanci, a že, když je separátor nasycen elektrolytem, zůstávají nevyplněné dutiny, takže plyn může procházet od desky k desce, aby byla možná rekombinace. Popis patentového spisu US č. 4,908,282 (Badger) je začleněn do předkládaného patentového spisu prostřednictvím odkazu.

US patent č. 5,091,275 (Brecht a kol.) popisuje separátor se skelnými vlákny, který se rozpíná, když je vystaven elektrolytu. Tento separátor zahrnuje skelná vlákna, která jsou napuštěna vodným roztokem koloidních částic oxidu křemičitého a sulfátové soli. Separátor je vyroben vytvořením papíru tvořícího pás ze skelných vláken, napouštěním tohoto pásu vodnou směsí oxidu křemičitého a soli, mírným stlačením napuštěného pásu pro odstranění určitého množství vodného roztoku, částečným sušením pásu, stlačením pásu na finální tloušťku a dokončením sušení pásu. Pás je výhodně stlačen na tloušťku, která je menší než je vzdálenost mezi deskami daného článku, takže je usnadněno vložení sestaveného vnitřku článku do pouzdra. Když je do pouzdra přidán elektrolyty, rozpouští se sůl v elektrolytu a separátor se roztahuje, aby vytvořil dobrý kontakt mezi deskami a separátorem. Podle tohoto patentu přispívá oxid křemičitý k rekombinačnímu výkonu článků obsahujících tento předem stlačený separátor. Oxid křemičitý rovněž přispívá podstatně k tuhosti separátoru do takové míry, že separátor může být charakterizován jako tuhý.

Bylo zjištěno, že výroba akumulátorového separátoru prostřednictvím technik na výrobu papíru z materiálu se skelnými vlákny a práškovým oxidem křemičitým s sebou nese problémy, které jsou způsobeny změnami v koncentraci práškového oxidu křemičitého v tomto materiálu. Obvyklé materiály pro výrobu papíru se skelnými vlákny mají kapalný obsah překračující 98 % hmotnostních. V průběhu vytváření vrstev separátoru je většina vody odstraněna z tohoto materiálu na výrobu papíru na prvních několika stopách (1 stopa je 0,305 metru) síta, na které je materiál nalit. Voda, známá jako podsítová voda, je recyklována a vedena zpět do nátokové skříně zařízení. Pokud je materiál pro výrobu papíru sestaven výhradně ze skelných vláken, v podstatě žádné z těchto vláken neprojde skrz síto a neskončí v podsítové vodě. Ovšem materiály zahrnující skelná vlákna a práškový oxid křemičitý nefungují tak dokonale. Za nepřítomnosti prostředku pro zvyšování retence prochází značné množství práškového oxidu křemičitého z těchto materiálů pro výrobu papíru skrz síto pro výrobu papíru a končí v podsítové vodě. Pokud je ponechán bez kontroly, způsobuje tento jev zvyšování koncentrace práškového oxidu křemičitého v materiálu, což nežádoucně mění vlastnosti tohoto materiálu pro výrobu papíru. Doposud byl problém práškového oxidu křemičitého a podobně, který prochází skrz síto pro výrobu papíru, řešen prostřednictvím použití pojiv jako prostředků pro zvyšování retence.

US patent č. 2,477,000 popisuje syntetický vláknitý papír vyrobený z vláken vytvořený způsoby, ve kterých je roztok z vláken vytlačován skrz velmi malé otvory (zvlákňovací trysky) a potom je vytlačenému roztoku umožněno ztuhnout buď ve srážecí lázni nebo prostřednictvím odpařování rozpouštědla nebo prostřednictvím tepelných změn (viz sloupec 2, řádky 25 a následuj ící). Tento patent uvádí, že pro výrobu papíru mohou být použita vlákna z acetátu celulózy, nitrátu celulózy, celulózy regenerované zviskózy, „Vinylitu (syntetická pryskyřice vyrobená polymerizací vinylových sloučenin), Aralacu (vláknitý produkt vyrobený zkazeínu odstředěného mléka) a předených skelných vláken“, která mají délku v rozsahu od 1/8 palce do 1 palce (0,32 cm až 2,54 cm) a průměr od 12 do 80 pm, a vlákna výhodně odvozená z lnu, manilského konopí, karoy nebo konopí. Alespoň 90% z těchto odvozených vláken by mělo mít délku od 0,0015 až 0,0025 palce (0,00381 až 0,00635 cm) a šířku od 0,0000027 do 0,0000044 palce (0,000006858 až 0,000011176 cm).

-3CZ 288888 B6

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález je založen na zjištění, že relativně malé přídavky dřevné papíroviny, pokud je rozemleta nebo zjemněna v dostatečné míře pro vytvoření vysoce zvlákněných celulózových vláken, do materiálu pro výrobu papíru se skelnými vlákny, který je vhodný pro použití při výrobě separačního materiálu do akumulátorů:

(1) způsobí překvapivě vysoká zvýšení někteiých pevnostních vlastností separátoru vyrobeného z tohoto materiálu, (2) zlepší odolnost pro proříznutí separátoru vyrobeného z tohoto materiálu, (3) a má unikátní vlastnost v tom, že udrží větší podíl kyseliny přivedené navíc, když je separátor následně stlačen.

Navíc je možné ze separátoru vytvořit novou papírovinu v tom smyslu, že může být použit jako složka skelných vláken, která je použita pro výrobu „nového“ separátoru; navíc akumulátory, vyrobené ze separačního materiálu se skelnými vlákny, který obsahuje relativně malá množství dřevné papíroviny, která byla rozemleta nebo zjemněna v dostatečné míře, mají znatelně delší životnost, jak je naznačeno jejich výkonem v cyklických testech. Obecně by kaše papíroviny měla být rozemleta nebo zjemněna na kanadský stupeň mletí na větší než přibližně 650 cc, nebo na ekvivalentní stupeň mletí prostřednictvím jiných technik měření, přičemž je dosaženo znatelného zvýšení pevnosti v tahu, když je papírovina rozemleta nebo zjemněna na kanadský stupeň mletí ne větší než 120 cc, nebo ekvivalentní stupeň mletí prostřednictvím jiných technik měření.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je diagram procent hmotnostních přidané celulózy do separačního materiálu se skelnými vlákny podle předkládaného vynálezu proti litrům za sekundu vzduchu proudícího skrz tento separační materiál za testovacích podmínek, které jsou popsány níže;

Obr. 2 je diagram pevnosti v tahu, jak v podélném směru („pevnost v tahu, MD“) tak i v příčném směru („pevnost v tahu, CD“), proti procentům hmotnostním přidané celulózy v akumulátorovém separátoru se skelným vláknem podle předkládaného vynálezu;

Obr. 3 je diagram procent počáteční kapacity proti počtu testovacích cyklů pro akumulátor podle vynálezu a pro kontrolní akumulátor;

Obr. 4 až obr. 9 jsou diagramy tloušťky (vynesené hodnoty jsou 1000 násobkem tloušťky separátoru v mm) proti zatížení a odlehčené tloušťky proti zatížení pro pět separačních materiálů se skelným vláknem podle předkládaného vynálezu a kontrolní vzorek, přičemž odlehčená tloušťka je 1000 násobkem tloušťky separačního materiálu v mm poté, co separátor byl podroben zatížení a toto zatížení bylo sníženo na 0,55 liber na čtvereční palec (3,79 kPa), a přičemž údaje na obr. 4 až obr. 9 platí pro suchý separační materiál;

Obr. 10 až obr. 15 jsou diagramy podobné diagramům na obr. 4 až obr. 9, které znázorňují tloušťku proti zatížení a odlehčenou tloušťku proti zatížení pro pět separačních materiálů se skelných vláknem podle předkládaného vynálezu a pro kontrolní vzorek, které ale jsou založeny na údajích, kdy před testováním byl každý ze separačních materiálů smáčen sedminásobkem jeho hmotnosti s kyselinou sírovou mající měrnou hmotnost 1,286;

-4CZ 288888 B6

Obr. 16 a obr. 17 jsou diagramy podobné diagramům na obr. 4 a obr. 5, lišící se ale v tom, že na obr. 16 a obr. 17 jsou vyneseny interpolované body, takže po sobě jdoucí body na ose X reprezentují stejné přírůstky obsahu celulózy, zatímco na obr. 4 a obr. 5 jsou vyneseny experimentální hodnoty, přičemž důsledkem je, jak je podrobněji vysvětleno níže, že po sobě jsoucí body na ose X ne vždy reprezentují stejné přírůstky obsahu celulózy.

Příklady provedení vynálezu

Definice

Níže v tomto popisu termín „procenta objemová“ označuje procenta vztažená na objem; termín „procenta hmotnostní“ a’ symbol označují procenta vztažena na hmotnost; termín „síto“ je použit pro součást zařízení na výrobu papíru a označuje povrch zařízení, na který je materiál pro výrobu papíru nalit při výrobě papíru, přičemž jím může být, například, síto papírenského stroje s podélným sítem, nebo vakuový buben rotačního formovacího stroje; zde zmiňované velikosti pórů, pokud není uvedeno jinak, jsou v mikrometrech a jsou zjišťovány první bublinkovou metodou nebo kapalnou porosimetrií, Coulter; všechny teploty jsou v °C; a následující zkratky mají níže uvedený význam: pm = mikrometr nebo mikrometry; mg = miligram nebo miligramy; g = gram nebo gramy; kg = kilogram nebo kilogramy; 1 = litr nebo litry; ml = mililitr nebo mililitry; cc = centimetr krychlový nebo centimetry krychlové; pcf - libra na stopu krychlovou nebo libry na stopu krychlovou; m= metr nebo metry; mil = palec x 10^-3 nebo palce x 10^-3(vynásobit krát 25,4 pro převod na mm), kPa = tlak v tisících newtonů na metr čtvereční; psi = libry na palec čtverečný (vynásobit krát 6,89 pro převod na kPa); a kN = síla v tisících newtonů.

Příklad 1

Zkušební archy separátoru se skelným vláknem byly vyrobeny na laboratorním zařízení uložením materiálu pro výrobu papíru na síto a odvodněním tohoto materiálu. Zařízení zahrnovalo nádrž se sítem ve dnu, odvodňovací kanál pod sítem, ventil, který otevíral a zavíral odvodňovací kanál, a ruční lopatku, která byla posouvána tam a zpět pro simulaci pohybu materiálu pro výrobu papíru v komerčních zařízeních na výrobu papíru a která určovala „podélný směr“ paralelně se směrem pohybu lopatky. Materiál pro výrobu papíru byl vytvořen přivedením do nádrže okyselené vody s pH 2,7 a pevnými látkami tvořenými ze 74,5 procent hmotnostních skelnými vlákny Schuller 206 se středním průměrem vláken 0,76 pm, 12,8 procent hmotnostních skelnými vlákny EvaniteólO s jmenovitým průměrem vláken 2,6 pm, a 12,8 procent hmotnostních skelnými vlákny A20-BC-1/2 palce s jmenovitým průměrem vláken 13 pm; mícháním po dobu přibližně minuty; přivedením do nádrže kaše sulfátové papíroviny, která měla kanadský stupeň mletí 57 cc a konzistenci 1,235 procent; a mícháním po dobu dalších 2 minut. Směs v mixéru po přidání papíroviny obsahovala 73 procent hmotnostních skelných vláken Schuller 206, 12,5 procent hmotnostních skelných vláken Evanite 610, 12,5 procent hmotnostních skelných vláken A20-BC-1/2 palce a 2 procenta hmotnostní vláken papíroviny. Materiál pro výrobu papíru a papírovina byly míchány po dobu přibližně dvou minut, načež byl otevřen ventil tak, že voda odtékala skrz síto, zatímco separátor byl zadržován na sítu. Materiál pro výrobu papíru obsahoval dostatečně skelných vláken pro vytvoření separátoru majícího gramáž 30 g/m² při tloušťce 0,15 mm. Tento zkušební arch separátoru byl zahříván v sušicí peci na teplotu přibližně 150 °C po dobu 30 minut. Dva archy separátoru, vyrobené podle shora uvedeného popisu, byly testovány a byly zjištěny různé údaje sumarizované níže (údaje jsou průměrem měření provedených na dvou arších). Frazierova permeabilita je níže a kdekoliv v tomto popisu uváděna v L/sec/m² @ 20 mm H₂O. Testy, nástroje a zařízení, které byly použity pro určení různých vlastností v Příkladu 1 a kdekoliv jinde v tomto popisu, jsou popsány v publikaci označené ,,BCI/RBSM Standard Test Methods“, Battery Council Intemational (obsah této publikace je do tohoto popisu začleněn prostřednictvím odkazu.

-5CZ 288888 B6

Gramáž, g/m²	36,7
Tloušťka, mm (pod
zatížením 10,34 kPa)	0,15
Pevnost v tahu, MD
(Newtony/m)	363
Pevnost v tahu, CD
(Newtony/m)	275
Prodloužení, MD
(v procentech)	13
Prodloužení, CD
(v procentech)	1,4
Velikost pórů - první
bublinková metoda, pm	30
Frazierova permeabilita	98
Velikost pórů - kapalná
porozimetrie, Coulter, pm
minimum	51
maximum	18,5
průměr	5,5

Hodnoty „Frazierovy permeability“ zde uváděné byly určeny s použitím testeru Frazierovy permeability 91A (TAPPIT2510M-85).

„Napouštění“, jak bylo uvedeno výše a následně v tomto popisu, bylo určeno postupem popsaném v US patentu č. 5,225,298, sloupec 7, řádek 20 a následující s použitím vody namísto kyseliny sírové, jak je zde popisováno; testy jsou známé jako japonské průmyslové standardní metody.

Složení skelných vláken Schuller 206, použitých v Příkladu 1 a v následujících příkladech se mírně měnilo. Střední hodnoty v procentech hmotnostních, vypočítané z dat poskytnutých firmou Schuller pro periodu, kdy příklady byly prováděny, jsou uvedeny níže:

SiO₂	65,40	Na₂O	16,11
A1₂O₃	2,99	K₂O	0,69
CaO	5,88	B₂O₃	5,31
MgO	2,79	f₂	1,02

Firma Schuller rovněž uvádí, že sklo obsahuje Fe₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, SrO, BaO, MnO, ZnO, Li₂O, SO₃ a Pb v množstvích menších než 0,1 %.

Jmenovité složení skelných vláken Evanite 610, použitých v Příkladu 1 a v následujících příkladech, se měnilo v procentech hmotnostních v následujících rozsazích:

SiO₂	60,0-69,0
A1₂O₃	3,0-6,0
CaO	5,0-7,0
MgO	2,5-4,5
Na₂O	8,0-12,0
K₂O	0,5-3,0
b₂o₃	<0,02
f₂	0,0-1,0
ZnO	<0,04
Fe₂O₃	<0,02

-6CZ 288888 B6

Skelná vlákna A20-BC-1/2 palce, použitá ve výše popisované proceduře a v ostatních procedurách zde popisovaných, jsou komerčně dosažitelná od firmy Schuller pod uvedeným označením.

Archy separátoru se skelným vláknem podle předkládaného vynálezu byly vyrobeny na laboratorním zařízení pro výrobu papíru uložením materiálu pro výrobu papíru na pohybující se síto, skrz které odtékala voda z tohoto materiálu. Materiál pro výrobu papíru byl vyroben v mixéru z okyselené vody s pH 2,7, a tuhými látkami tvořenými skelnými vlákny Schuller 206, skelnými vlákny Schuller 210X s jmenovitým průměrem vláken 3,0 pm a stejným složením jako vlákna Schuller 206, a skelnými vlákny A20-BC-1/2 palce, materiál byl míchán v mixéru po dobu přibližně jedné minuty, přičemž po této době byla k materiálu pro výrobu papíru v mixéru přidána kaše sulfátové papíroviny, která měla kanadský stupeň mletí 57 cc a konzistenci 1,235 procenta. Směs v mixéru po přidání papíroviny obsahovala přibližně 7 dílů hmotnostních skelných vláken Schuller 206, přibližně 1 díl hmotnostní všech skelných vláken Schuller 210, skelných vláken A20-BC.1/2 palce, a přibližně 0,6 dílu hmotnostního vláken papíroviny. Materiál pro výrobu papíru a papírovina byly míchány po dobu přibližně dvou minut, přičemž po této době byl materiál pro výrobu papíru, obsahující papírovinu uveden do nátokové skříně laboratorního zařízení pro výrobu papíru. Potom bylo k materiálu v nátokové skříni přidáno 0,6 dílu hmotnostních vláken papíroviny z papíroviny z borového dřeva, která byla rozemleta na kanadský stupeň mletí menší než 100 cc, a výsledný materiál pro výrobu papíru byl přiváděn na pohybující se síto pro vytvoření separátoru majícího gramáž 30 g/mm² při tloušťce 0,15 mm. Separátor byl nakonec zahříván v sušicí peci na teplotu přibližně 150 °C po dobu 30 minut. Separátor měl úbytek při spálení málo přes 12 procent hmotnostních, což naznačuje celkový obsah papíroviny kolem 12 procent hmotnostních. Postup popisovaný v tomto odstavci představuje nejlepší způsob v současnosti předpokládaný předkladateli vynálezu pro výrobu akumulátorového separačního materiálu podle předkládaného vynálezu.

Články podle předkládaného vynálezu byly vyrobeny s použitím separačního materiálu vytvořeného v laboratorním zařízení podle shora uvedeného popisu a byly podrobeny testu životnosti v porovnání s akumulátory vyrobenými s použitím běžných celo-skleněných separátorů, ale jinak shodných. Kapacita akumulátoru po každém cyklu, jako procentní množství z počáteční kapacity, je uvedena v Tabulce I níže (test kontrolního akumulátoru byl ukončen po 7 cyklech):

Tabulka I

Počet cyklů	Kapacita, procenta, z počáteční
Podle vynálezu	Kontrolní
1	113,5	103,6
2	115,6	93,6
3	111,9	76
4	109,3	53,4
5	107,4	34
6	105,3	25,1
7	103,6	20,9
8	101,7	***
9	100	***
10	98,6	***
11	97,2	***
12	95,5	**♦
13	93,7	***
14	90,1	***
15	87,6	***
16	96,1	***

-7CZ 288888 B6

Tabulka I - pokračování

Počet cyklů	Kapacita, procenta, z počáteční
Podle vynálezu	Kontrolní
17	80	♦♦♦
18	74,9
19	74	♦
20	67,3	***

Údaje v Tabulce I jsou prezentovány graficky na obr. 3, který byl počítačově vytvořen prostřednictvím zadáním předcházejících údajů pro akumulátor podle předkládaného vynálezu a pro kontrolní akumulátor po cyklech 1 až 7, ale zadáním nuly pro procenta počáteční kapacity po cyklech 8 až 20.

Příklady 2 až 6

Zkušební archy separátoru se skelným vláknem byly rovněž vyrobeny z jiných materiálů pro výrobu papíru, které obsahovaly měnící se množství sulfátové papíroviny, která byla rozemleta na konzistenci 0,9906 procent a kanadský stupeň mletí 57 cc. Tyto materiály pro výrobu papíru rovněž obsahovaly dříve uvedená skelná vlákna SchulIer206, 210X a A20-BC-1/2 palce. Zkušební vrstvy byly vyrobeny v laboratorním zařízení uložením materiálu pro výrobu papíru na síto a odvodněním tohoto materiálu. Zařízení zahrnovalo nádrž se sítem ve dnu, odvodňovací kanál pod sítem, ventil, který otevíral a zavíral odvodňovací kanál, a lopatky, které byly posouvány tam a zpět pro simulaci pohybu materiálu pro výrobu papíru v komerčních zařízeních na výrobu papíru a které určovaly „podélný směr“ paralelně se směrem pohybu lopatek. Materiál pro výrobu papíru a papírovina byly míchány po dobu přibližně dvou minut, načež byl otevřen ventil tak, že voda odtékala skrz síto, zatímco separátor byl zadržován na sítu. Materiál pro výrobu papíru, který byl použit, obsahoval dostatečně skelných vláken pro vytvoření separátoru majícího gramáž 30 g/m^ř při tloušťce 0,15 mm. Zkušební arch separátoru byl zahříván v sušicí peci na teplotu přibližně 150 °C po dobu 30 minut. Finální složení v procentech hmotnostních jednoho z reprezentativních materiálů pro výrobu papíru a vlastnosti zkušebního archu, který byl vyroben, jsou uvedeny v Tabulce II níže, kde jako v jiných v tomto popisu uváděných tabulkách, pokud není uvedeno jinak, je pevnost v tahu uváděna v librách na palec šířky separátoru (vynásobit krát 0,175 pro převod na kN/m), prodloužení je uváděno v procentech, tuhost je „Gurleyova tuhost“ v mg, velikost pórů je uváděna v pm, elektrický odpor je v ohmech na palec čtverečný separátoru, a úbytek při spálení je v procentech hmotnostních. Složení materiálů pro výrobu papíru jsou uvedena v následující tabulce:

Složení materiálu	Příklad 2	Příklad 3	Příklad 4	Příklad 5	Příklad 6
210X	79	77	73	70	65
A20-BC-1/2 palce	10	10	10	10	10
206	10	10	10	10	10
Celulóza	1	3	Ί	10	15

-8CZ 28S888 B6

Tabulka II

Vlastnost	Příklad 2	Příklad 3	Příklad 4	Příklad 5	Příklad 6
gramáž g/m²	119,9	121,7	119,3	119,9	119,4
tloušťka, mm (10,34 kPa) (20 kPa)	0,765 0,726	0,850 0,753	0,653 0,644	0,620 0,590	0,591 0,570
Pevnost v tahu (N/m) MD CD	71.7 84.7	135,0 117,8	135,7 108,9	139,2 125,4	149,5 130,2
Prodloužení procenta MD CD	1,37 1,83	2,00 1,67	1,96 1,61	2,08 1,70	2,13 1,92
Frazierova permeabilita	65,7	50,2	13,4	5,9	n.d.
napouštění s/10 mm	83	89	104	153	247
tuhost, mg MD CD	3800 3100	3900 3500	5200 3900	4300 3500	3200 3000
velikost pórů první bublinková metoda, pm	16,5	16,0	20,1	21,6	24,0
elektrický odpor	0,002	0,003	0,009	0,011	0,014
LOI, %	3,3	5,2	9	12,5	18,1
velikost pórů kapalná porozimetrie Coulter, pm min max průměr	5,570 42,24 8,875	5,386 42,24 8,507	3,734 26,07 5,753	2,628 17,80 4,425	1,697 12,43 3,497

V předcházející tabulce a v následujících tabulkách údaj „n.d.“ znamená neurčeno, v případech příkladů 6 a 11, protože poréznost byla příliš nízká pro určení Frazierovy permeability.

Zkušební archy kontrolního separátoru se skelnými vlákny byly vyrobeny stejným postupem z materiálu pro výrobu papíru, který byl sestaven z 80 procent hmotnostních ze skelných vláken 10 Schuller 210X, 10 procent hmotnostních skelných vláken A20-BC-1/2 palce, a 10 procent hmotnostních skelných vláken Schuller 206. Průměrné výsledky testů pro dva kontrolní archy jsou uvedeny v Tabulce III níže:

-9CZ 288888 B6

Tabulka III

gramáž, g/m²	117,1
tloušťka, mm (10,34 kPa) (20 kPa)	0,857 0,717
Pevnost v tahu, (N/m) MD CD	10,8 11,0
Prodloužení, % MD CD	0,70 1,21
Frazierova permeabilita	178,4
napouštění s/10 mm	62
tuhost, mg MD CD	980 655
velikost pórů - první bublinková metoda, pm	11,0
velikost pórů - kapalná porozimetrie Coulter, pm min max průměr	6,89 65.97 12.98
elektrický odpor	n.d.
LOI, %	0,31

Tloušťka vzorků zkušebních archů, které byly vyrobeny jak bylo popsáno v příkladech 2 až 6, 5 a kontrolních archů v mm x 1000 byla rovněž určena při různých zatíženích, jak ve stavu po vyrobení tak i po smáčení 7 násobkem jako suché hmotnosti kyselinou sírovou s měrnou hmotností 1,286. Všechny zde uváděné tloušťky byly určovány metodou popisovanou v US patentu č. 5,336,275. Čísla příkladů jsou záhlavím sloupců v Tabulce IV níže a tloušťky (uvedené hodnoty jsou změřené tloušťky v mm x 1000), když vzorky byly ve stavu po vyrobení, při 10 aplikovaných zatíženích v kPa, vyznačených v levém sloupci, jsou uvedeny pod identifikačními záhlavími:

Tabulka IV

Aplikované zatížení, kPa	Kontrolní	Př.2	Př.3	Př.4	Př. 5	Př. 6
3,79	38	36,5	31	28,5	26	27
6,06	35	30,5	26	25,5	23	22
9,51	29,5	27,5	23	23,5	21	19,5
13,71	25,5	25,5	21	22,5	20	18,5
17,57	22	23,5	20	21,5	19	17,5
23,98	20	22,5	18,5	20	19	17
28,87	19	21,5	17,5	19,5	18	16,5
42,65	16,5	19	16,5	18,5	17	15,5

„Odlehčené“ tloušťky v mm x 1000 (poté, co nadměrné zatížení nad 3,79 kPa bylo uvolněno z každého vzorku „ve stavu po vyrobení“) jsou uvedeny v tabulce V pod záhlavími, která udávají

-10CZ 288888 B6 zatížení, které bylo aplikováno ze kterého je každý vzorek „odlehčen“; uvedené hodnoty jsou tloušťky v mm x 1000 při zatíženích vyznačených v levém sloupci tabulky:

Tabulka V

Aplikované zatížení, kPa	Kontrolní	Př.2	Př.3	Př.4	Př.5	Př.6
6,06	36	33,5	28,5	27,5	24,5	26,5
9,51	33,5	30,5	29	26,5	23,5	25,5
13,71	31,5	29,5	27	25,5	22,5	26
17,57	29,5	28,5	25,5	25,5	22,5	26
23,98	29	27,5	25	25,5	22,5	25
28,87	28	27,5	25	24,5	22	23,5
42,65	27	27	24	24,5	22	23

Údaje v tabulkách IV a V jsou prezentovány graficky na počítačově vytvořených diagramech znázorněných na obr. 4 až obr. 9, kde jsou zatížení znázorněna v psi a po sobě jdoucí body na ose X, které jsou vzájemně od sebe stejně vzdálené, reprezentují 0,55 psi (3,79 kPa), 0,88 psi (6,06 kPa), 1,38 psi (9,51 kPa), 1,99 psi (13,71 kPa), 2,55 psi (17,57 kPa) 3,48 psi (23,98 kPa), 4,19 psi (28,87 kPa) a 6,19 psi (42,65 kPa). Obr. 4 až obr. 9 jsou tudíž zkresleny v tom smyslu, že například daná vzdálenost mezi prvním a druhým bodem reprezentuje změnu od 0,55 psi (3,79 kPa) do 0,88 psi (6,06 kPa), zatímco stejná vzdálenost mezi posledními dvěma body reprezentuje změnu od 4,19 psi (28,87 kPa) do 6,19 psi (42,65 kPa). Za účelem reprezentování údajů z kontrolního archu a z Příkladu 2 v běžnějším diagramu byly tloušťky a odlehčené tloušťky (v mm x 1000) vypočítány prostřednictvím interpolace z experimentálních údajů pro zatížení 0,69 psi (4,75 kPa), 1,19 psi (8,20 kPa), 1,69 psi (ll,64kPa), 2,19 psi (15,09 kPa), 2,69 psi (18,53 kPa), 3,19 psi (21,98 kPa), 3,69 psi (25,42 kPa) 4,69 psi (32,31 kPa), 5,19 psi (35,76 kPa) a 5,69 psi (39,20 kPa). Tyto údaje a experimentální údaje (v mm x 1000) při zatíženích 4,19 psi (28,86 kPa) a při 6,19 psi (42,65 kPa) jsou uvedeny v Tabulkách VI respektive VII:

Tabulka VI

Aplikované zatížení, kPa	Kontrolní, tloušťka	Příklad 2, tloušťka	Kontrolní, odlehčená	Příklad 2, odlehčená
4,75	36,7	34
8,2	31,6	28,6	34,8	32
11,64	28	26,7	32,3	30
15,09	24,3	24,8	30,5	29,6
18,53	22,8	23,8	29,5	28,4
21,98	20,6	22,8	29,2	28,4
25,42	20,3	22,7	28,7	27,5
28,86	30	22,5	28	27,5
32,31	19,2	21,7	27,8	27,4
35,76	18,3	20,8	27,5	27,3
39,2	17,4	20,2	27,3	27,2
42,65	16,5	19	27	27

Údaje z tabulky VI jsou prezentovány graficky na obr. 16 a obr. 17, které jsou počítačově vytvořenými diagramy s použitím zatížení v kPa. Je možné si povšimnout, že křivky na obr. 16 a obr. 17 jsou podobné tvarem odpovídajících křivek na obr. 4 a obr. 5, což lze považovat za indikaci toho, že ze zkreslených křivek mohou být vyvozeny platné závěry.

-11CZ 288888 B6

Měření tloušťky a odlehčené tloušťky byla rovněž provedena na separačních materiálech podle příkladů 2 až 6 a na kontrolních vzorcích poté, co tyto materiály byly smáčeny kyselinou sírovou mající měrnou hmotnost 1,286. Aplikovaná zatížení vkPa jsou uvedeny v levém sloupci Tabulky VII níže a tloušťky jsou uvedeny pod záhlavími, které identifikují vzorky; uváděné tloušťky jsou změřené tloušťky separátoru v mm x 1000:

Tabulka VII

Aplikované zatížení, kPa	Kontrolní	Př.2	Př.3	Př.4	Př.5	Př.6
3,79	36	20,5	28	29	27,5	27,5
6,06	31,5	27	26	26	25	24,5
9,51	28,5	24	23	24	22	22,5
13,71	26,5	22,5	21	22,5	20,5	205
17,57	24	21,5	20	21,7	193,5	19
23,98	20,5	20,5	19	20	19	17,5
28,87	19	19,5	18	19	18	16,5
42,65	17,5	17,5	16,5	17,5	16,5	15,5

„Odlehčené“ tloušťky (poté, co nadměrné zatížení nad 3,79 kPa bylo uvolněno z každého vzorku, který byl smáčen kyselinou sírovou) jsou uvedeny v tabulce VII níže vedle vstupů v levém sloupci, které udávají zatížení, které bylo aplikováno a ze kterého je každý vzorek „odlehčen“; uvedené hodnoty jsou změřené tloušťky v mm x 1000:

Tabulka VIII

Aplikované zatížení, kPa	Kontrolní	Př.2	Př.3	Př.4	Př.5	Př.6
6,06	32,5	27,5	26,5	27,5	27	25,5
9,51	31	25,5	25,5	26,5	25	24,5
13,71	29	25,5	25	25	25	23,5
17,57	27,5	25,5	25	25	25	23,5
23,98	24,5	24,5	24	25	24,5	23,5
28,87	24	24,5	24	25	24	22,5
42,65	23,5	24,5	24	24,5	24,5	22,5

Údaje z tabulek VII a VIII jsou vyneseny na obr. 10 až obr. 15, kde je užito zatížení v kPa. Údaje tabulek IV, V, VII a VIII a obr. 4 až obr. 15 naznačují, že separační materiály podle příkladů 2 až 6 výše mají všechny dostatečnou odrazovou pružnost, takže mohou být stlačeny mezi dvě desky olověného akumulátoru a jejich hlavní povrchy budou tlačeny proti přiléhajícím deskám s dostatečnou silou tak, aby akumulátor uspokojivě pracoval.

Příklady 7 až 11

Zkušební archy separátoru se skelnými vlákny byly rovněž vytvořeny postupem popisovaným v příkladu 1 z jiných materiálů pro výrobu papíru, které obsahovaly měnící se množství sulfátové papíroviny, která byla rozemleta na konzistenci 0,9906 procent a kanadský stupeň mletí 57 cc, a která byla potom ponořena do latexu s 3 procenty hmotnostními tuhých látek. Finální složení v procentech hmotnostních reprezentativního vzorku z materiálů pro výrobu papíru jsou uvedena

-12CZ 288888 B6 v tabulce IX níže, a vlastnosti separátorů vyrobených z těchto materiálů pro výrobu papíru jsou uvedeny v tabulce X níže, kde tloušťka separačního materiálu je v mm:

Tabulka IX

Složení materiálu	Příklad 7	Příklad 8	Příklad 9	Příklad 10	Příklad 11
210X	79	77	73	70	65
A20-BC-1/2 palce	10	10	10	10	10
206	10	10	10	10	10
Celulóza	1	3	7	10	15

Tabulka X

Vlastnost	Příklad 7	Příklad 8	Příklad 9	Příklad 10	Příklad 11
Gramáž g/m²	121,6	121,9	127,5	123,1	122,7
tloušťka, mm (10,34 kPa)	0,792	0,778	0,750	0,742	0,603
(20 kPa)	0,760	0,745	0,720	0,698	0,585
Pevnost v tahu (N/m) MD	93,0	120,6	139,2	152,3	168,8
CD	80,6	102,0	122,0	139,2	158,5
Prodloužení procenta MD	1,8	2,3	1,9	2,3	1,9
CD	1,5	2,1	2,0	2,1	2,0
Frazierova permeabilita	8,97	5,08	1,39	0,918	n.d.
napouštění s/10 mm	225	184	253	261	391
tuhost, mg MD	2500	3400	4300	4700	4600
CD	2200	2800	3900	3900	3700
velikost pórů první bublinková metoda, pm	16,8	16,1	19,4	20,5	25,4
velikost pórů kapalná porozimetrie Coulter, pm min	5,283	4,276	3,427	2,285	1,092
max	46,54	40,89	27,52	21,73	11,88
průměr	9,550	7,881	5,839	4,902	2,920
LOI, %	6,7	8,4	12,7	17,1	21,3

Příklady 12 až 16

Ještě další zkušební archy separátorů se skelnými vlákny byly vyrobeny postupem popisovaným v příkladu 1 v podstatě z materiálu pro výrobu papíru podle příkladů 7 až 11, které obsahovaly různá malá množství sulfátové papíroviny, která byla rozemleta na konzistenci 1,235 procent a

-13CZ 288888 B6 kanadský stupeň mletí 57 cc. Finální složení v procentech hmotnostních reprezentativních vzorků z těchto materiálů pro výrobu papíru jsou uvedena v tabulce XI níže a jejich vlastnosti jsou uvedeny v Tabulce XII níže, kde tloušťka je uváděna v mm:

Tabulka XI

Složení materiálu	Příklad 12	Příklad 13	Příklad 14	Příklad 15	Příklad 16
210X	77	79	79,25	79,5	79,75
A20-BC-1/2 palce	10	10	10	10	10
206	10	10	10	10	10
Celulóza	3	1	0,75	0,5	0,25

Tabulka XII

Vlastnost	Příklad 12	Příklad 13	Příklad 14	Příklad 15	Příklad 16
Gramáž g/m²	118,4	115,6	117,2	116,4	116,3
tloušťka, mm (10,34 kPa) (20 kPa)	0,757 0,662	0,751 0,694	0,778 0,716	0,774 0,703	0,797 0,722
Pevnost v tahu (N/m) MD CD	49,5 43,8	25,3 20,2	23,8 20,7	20,0 20,0	18,5 2,54
Prodloužení procenta MD CD	8,41 8,23	5,75 6,48	6,58 6,06	6,68 6,13	7,82 8,89
Frazierova permeabilita	129,6	175,2	175,3	186,4	200,8
napouštění s/10 mm	74	76	72	67	62
Povrchová plocha	0,6874	0,6114	0,6603	0,6513	0,703
korelace	9,997	9,9962	9,9991	9,9962	9,997
velikost pórů kapalná porozimetrie Coulter, gm min max průměr	6,050 44,71 10,65	5,941 50,49 12,04	7,050 62,08 12,32	6,496 70,13 12,59	7,589 78,26 12,17
LOI, %	0,46	1,56	1,28	0,89	0,75

Zkušební archy kontrolního separátoru ze skelných vláken byly vyrobeny stejným postupem z materiálu pro výrobu papíru, který byl sestaven z 80 procent hmotnostních skelných vláken 15 Schuller 210X, 10 procent hmotnostních skelných vláken A20-BC-1/2 palce, a 10 procent hmotnostních skelných vláken Schuller 206. Výsledky testů, které jsou průměrem ze dvou vzorků, jsou uvedeny v Tabulce XIII níže, kde tloušťka je v mm:

-14CZ 288888 B6

Tabulka XIII

gramáž, g/m²	113,7
tloušťka, mm (10,34 kPa) (20 kPa)	0,742 0,600
Pevnost v tahu, (N/m) MD CD	10,1 11,0
Prodloužení, % MD CD	0,96 1,27
Frazierova permeabilita	222,4
napouštění s/10 mm	62

Údaje týkající se Frazierovy permeability z Tabulky X (příklady 12 až 16) a z Tabulky XI (pro odpovídající kontrolní vzorky) jsou prezentovány graficky na obr. 1, který je počítačově vytvořeným diagramem Frazierovy permeability (označované CFM na obrázku) proti obsahu celulózy. Je možné si všimnout, že obr. 1 má body na ose x pro 1,25, 1,5, 1,75, 2,0, 2,25, 2,5 a 2,75 procenta papíroviny. Pro vytvoření diagramu, který by znázorňoval tyto body, pro které nebyly experimentální údaje, byla Frazierova permeabilita vypočítána pro každý z těchto obsahů papíroviny prostřednictvím interpolace mezi experimentálními hodnotami při 1,0 procentu a při 3,0 procentech. Vstupy experimentálních a vypočítaných údajů pro vytvoření obr. 1 jsou uvedeny níže:

Procenta hmotnostní celulózy	Frazierova permeabilita
0	27,8
0,25	25,05
0,5	23,25
0,75	21,9
1	21,85
1,25 (spoč.)	21,14
1,5 (spoč.)	20,44
1,75 (spoč.)	19,73
2,0 (spoč.)	19,03
2,25 (spoč.)	18,32
2,5 (spoč.)	17,61
2,75 (spoč.)	16,91
3	16,2

Údaje týkající se pevnosti v tahu z Tabulky XII a z Tabulky XIII jsou prezentovány graficky na obr. 2, kteiý je sestaven ze dvou počítačově vytvořených diagramů pevnosti v tahu v librách na palec (v podélném směru v jednom případě a v příčném směru v druhém případě) proti obsahu celulózy. Je možné si všimnout, že obr. 2 má body na ose X pro 1,25, 1,5, 1,75, 2,0, 2,25, 2,5 a 2,75 procenta papíroviny. Pro vytvoření diagramu, který by znázorňoval tyto body na souřadnici, pro které nebyly experimentální údaje, byla pevnost v tahu v obou směrech vypočítána pro každý z těchto obsahů papíroviny prostřednictvím interpolace mezi experimentálními hodnotami při 1,0 procentu a při 3,0 procentech. Vstupy experimentálních a vypočítaných údajů pro vytvoření obr. 2 jsou uvedeny níže:

-15CZ 288888 B6

Procenta hmotnostní celulózy	Pevnost v tahu, MD (libry na palec)
0	1,46
0,25	2,685
0,5	2,9
0,75	2,455
1	3,63
1,25 (spoč.)	4,07
1,5 (spoč.)	4,52
1,75 (spoč.)	4,96
2,0 (spoč.)	5,41
2,25 (spoč.)	5,85
2,5 (spoč.)	6,29
2,75 (spoč.)	6,74
3	7,18

Procenta hmotnostní celulózy	Pevnost v tahu, CD (libry na palec)
0	1,55
0,25	2,54
0,5	2,72
0,75	3,005
1	2,93
1,25 (spoč.)	3,36
1,5 (spoč.)	3,79
1,75 (spoč.)	4,22
2,0 (spoč.)	4,65
2,25 (spoč.)	5,07
2,5 (spoč.)	5,5
2,75 (spoč.)	5,93
3	6,36

Pokud by vypočítané údaje nebyly vyneseny posunul by počítačově vytvořený diagram bod reprezentující 3,0 procenta hmotnostní papíroviny doleva k bodu, který reprezentuje 1,25 procent hmotnostních papíroviny na obr. 2, takže křivky by ostře vzrostly z pevností v tahu 1,93 a 3,63 při 1,0 procentu hmotnostním papíroviny na pevnosti v tahu 6,36 a 7,10 při 3,0 procentech hmotnostních papíroviny, ale vzdálenost na ose X od 1,0 do 3,0 procent by byla stejná jako vzdálenost od 0,75 do 1,0 procenta.

Příklady 17 až 24

Ještě další zkušební archy separátorů se skelnými vlákny byly vyrobeny postupem popisovaným v příkladu 1 z materiálů pro výrobu papíru, které obsahovaly 35 dílů hmotnostních skelných vláken 206, 65 dílů hmotnostních skelných vláken 210 a přibližně 1 až 2 díly hmotnostní sulfátové papíroviny, která byla rozemleta na různé kanadské stupně mletí. Kanadské stupně mletí reprezentativních vzorků těchto materiálů a různé vlastnosti separátorů z nich vyrobených jsou uvedeny v Tabulce XIV níže, kde tloušťka je v mm. Vzhledem k malé velikosti vzorků a nejednotnosti materiálů pro výrobu papíroviny je úbytek při spálení („LOI“) zkušebních archů nejlepší indikací obsahu celulózy v materiálu pro výrobu papíru, ze kterého byl zkušební arch vyroben. Pro zkušební arch, který neobsahuje celulózu je možné předpokládat, že bude mít úbytek při spálení přibližně 0,5 %.

-16CZ 288888 B6

Tabulka XIV

Vlastnost	Příklad 17	Příklad 18	Příklad 19	Příklad 20	Příklad 21	Příklad 22	Příklad 23	Příklad 24
kanadský stupeň mletí	660	548	420	225	120	40	30	20
gramáž, g/mm²	147	143	141	143	143	142	137	146
tloušťka, mm lOkPa 20 kPa 50kPa	0,96 0,84 0,79	0,92 0,81 0,70	0,88 0,82 0,70	0,89 0,88 0,68	0,97 0,84 0,73	0,91 0,80 0,70	0,94 0,82 0,70	0,92 0,82 0,72
průměrná celková pevnost v tahu, libry na palec	1,8	2,3	2,3	1,9	2,4	2,5	3,0	4,5
průměrné prodloužení, %	2,2	2,4	2,8	2,1	2,2	2,3	2,3	2,5
úbytek při spálení, %	1,6	1,3	2	1,7	1,8	1,5	1,8	2,6
průměrná pevnost v tahu, g/m²	0,0122	0,0161	0,0163	0,0133	0,0133	0,0176	0,0219	0,0308

Příklady 25 a 32

Ještě další zkušební archy separátorů se skelnými vlákny byly vyrobeny postupem popisovaným v příkladu 1 z materiálů pro výrobu papíru, které obsahovaly 35 dílů hmotnostních skelných ío vláken 206, 65 dílů hmotnostních skelných vláken 210 a přibližně 1 až 5 dílů hmotnostních sulfátové papíroviny, která byla rozemleta na různé kanadské stupně mletí. Kanadské stupně mletí reprezentativních vzorků těchto materiálů a různé vlastnosti separátorů z nich vyrobených jsou uvedeny v Tabulce XV níže, kde tloušťka je v mm:

Tabulka XV

Vlastnost	Příklad 25	Příklad 26	Příklad 27	Příklad 28	Příklad 29	Příklad 30	Příklad 31	Příklad 32
kanadský stupeň mletí	660	548	420	225	120	40	30	20
gramáž, g/mm²	148	144	138	141	141	140	141	141
průměrná celková pevnost v tahu, libry na palec	2,6	3,0	2,7	2,8	3,5	3,5	5,1	7,0
průměrné prodloužení, %	1,9	2,5	3,1	2,2	1,9	2	2,1	2
úbytek při spálení, %	3,5	3,7	3,8	4	4,5	3,6	3,6	1,4
průměrná pevnost v tahu, g/m²	0,0176	0,0208	0,0196	0,0199	0,0248	0,0250	0,0362	0,0496

-17CZ 288888 B6

Příklady 33 až 40

Ještě další zkušební archy separátorů se skelnými vlákny byly vyrobeny postupem popisovaným v příkladu 1 z materiálů pro výrobu papíru, které obsahovaly 35 dílů hmotnostních skelných 5 vláken 206, 65 dílů hmotnostních skelných vláken 210 a přibližně 9 až 11 dílů hmotnostních skelných vláken 210 a přibližně 9 až 11 dílů hmotnostních sulfátové papíroviny, která byla rozemleta na různé kanadské stupně mletí. Kanadské stupně mletí reprezentativních vzorků těchto materiálů a různé vlastnosti separátorů z nich vyrobených jsou uvedeny v Tabulce XVI níže, kde tloušťka je v mm:

Tabulka XVI

Vlastnost	Příklad 33	Příklad 34	Příklad 35	Příklad 36	Příklad 37	Příklad 38	Příklad 39	Příklad 40
kanadský stupeň mletí	660	548	420	225	120	40	30	20
gramáž, g/mm²	148	146	140	145	138	144	140	150
průměrná celková pevnost v tahu, libry na palec	2,5	3,8	4,5	5,1	6,9	7,8	9,0	13,3
průměrné prodloužení, %	2,1	2,1	2,1	2	2	2,3	1,8	2,2
úbytek při spálení, %	11,3	11,5	8,7	10	12	10,6	11,5	11
průměrná pevnost v tahu, g/m²	0,0169	0,0261	0,0319	0,0364	0,0500	0,0542	0,0643	0,0887

Jak bylo naznačeno výše, je dosaženo znatelného zvýšení pevnosti v tahu, když je separační materiál podle předkládaného vynálezu vyroben s použitím papíroviny, která byla rozemleta nebo zjemněna na kanadský stupeň mletí ne větší než přibližně 120 cc. Toto zvýšení je ilustrováno prostřednictvím údajů v příkladech 17 až 40, které se týkají pevnosti v tahu separačních materiálů podle předkládaného vynálezu, vyrobených z materiálů pro výrobu papíru, které obsahují měnící 20 se množství dřevné papíroviny, která byla zjemněna na několik různých kanadských stupňů mletí. Údaje týkající se průměrné pevnosti v tahu v g/m² proti kanadským stupňům mletí jsou prezentovány graficky v diagramech A, B, C níže. Diagram A je graf uvedených údajů z příkladů 17 až 24; diagram B je graf uvedených údajů z příklad 25 až 32; a diagram C je graf uvedených údajů z příkladů 33 až 40.

-18CZ 288888 Β6 « 8 « 8 8

Diagram A

Diagram B

O 100 200 300 400 500 600 700 stupeň mletí

Diagram C

-19CZ 288888 B6

Bylo zjištěno, že separační materiál vyrobený, jak bylo popsáno v každém z předcházejících příkladů, může být přiveden do běžných zařízení pro výrobu papíru a „opětovně rozvlákněn“ buď jako jediný zdroj pro skelná vlákna a celulózová vlákna nebo jako přídavek s přídavnými skelnými vlákny a celulózovými vlákny pro vytvoření materiálu pro výrobu papíru, kteiý může být uložen na pohybující se síto zařízení na výrobu papíru, jak bylo popsáno výše, za účelem vyrobení separačního materiálu. Důsledkem je, že není nutné, aby jakýkoliv ze separačního materiálu podle předkládaného vynálezu byl vyhozen, namísto toho totiž může být recyklován. Navíc má separační materiál podle předkládaného vynálezu zlepšenou pevnost proti proražení než jinak identický separační materiál, který neobsahuje celulózová vlákna, přičemž důsledkem je, že může být dosaženo zvýšené výtěžnosti přijatelných olověných akumulátorů majících mřížkový plech nebo kontinuální lité mřížky.

Jak již bylo vysvětleno výše, separační materiál vyrobený z prvních vláken, která dodávají vrstvě absorbanci větší než 90%, a druhých vláken, která dodávají vrstvě absorbanci menší než 80%, přičemž první a druhá vlákna jsou přítomná v takových poměrech, že vrstva má absorbanci od 75 do 95%, když je nasycena elektrolytem, má stále ještě nevyplněné dutiny, takže plyn může přecházet od desky k desce, aby byla možná rekombinace. Takový separační materiál může být vyroben podle předkládaného vynálezu prostřednictvím přidání do kaše obsahující ve vhodných poměrech první vlákna, která vrstvě dodávají absorbanci menší než 90%, a druhá vlákna, která vrstvě dodávají absorbanci menší než 80%, od 0,2 procenta hmotnostního do 20 procent hmotnostních kaše z celulózových vláken, mající kanadský stupeň mletí dostatečně nízký, takže separátor vyrobený z výsledné kaše má pevnost v tahu větší než jinak identický separátor, kde skelná vlákna mající průměrný průměr větší než 1 pm nahrazují celulózová vlákna. Výhodně vlákna, která vrstvě dodávají absorbanci menší než 80% obsahují jak relativně hrubá skelná vlákna tak i hydrofobní organická vlákna. Polyetylén, polypropylen, akrylová a polyesterová vlákna jsou příklady výhodných hydrofobních organických vláken.

Výhodný separátor podle předkládaného vynálezu, mající absorbanci (jak bylo definováno ve výše uvedeném US patentu č. 4,908,282 (Badger)) od 75 do 95 %, který, když je nasycen elektrolytem má stále ještě nevyplněné dutiny, takže plyn může procházet od desky k desce, aby byla možná rekombinace, obsahuje 33,6 dílů hmotnostních skelných vláken Schuller 206 nebo jejich ekvivalentu, 504 dílů hmotnostních skelných vláken Schuller 210X nebo jejich ekvivalentu, 11 dílů hmotnostních skelných vláken A20-BC-1/2 palce nebo jejich ekvivalentu, a 5 dílů hmotnostních polyetylenových vláken, a navíc od 0,2 procent hmotnostních do 20 % hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí dostatečně nízký tak, že separační materiál má pevnost v tahu větší než jinak shodný separátor, ve kterém skelná vlákna mající průměrný průměr větší než 1 pm nahrazují celulózová vlákna.

Je zřejmé, že různé změny a modifikace mohou být provedeny na určitých detailech vynálezu, jak byl popsán výše, aniž by byl překročen jeho rozsah definovaný obsahem připojených patentových nároků.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Separační materiál se skelnými vlákny, vyznačující se tím, že zahrnuje hmotu vzájemně propletených vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 % hmotnostních do 20 % hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí ne větší než 120 cc.

2. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 1, vyznačující se tím, že celulózová vlákna jsou napuštěna ztuženou syntetickou pryskyřicí.

-20CZ 288888 B6

3. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku2, vyznačující se tím, že ztuženou syntetickou pryskyřicí, kterou jsou napuštěna celulózová vlákna, je ztužený syntetický latex.

4. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 1, vyznačující se tím, že celulózovými vlákny jsou vlákna z borového dřeva nebo vlákna z cedrového dřeva.

5. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 1, vyznačující se tím, že celulózová vlákna jsou z kaše, která má kanadský stupeň mleté ne větší než 100 cc.

6. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 1, vyznačující se tím, že celulózová vlákna přiléhající k jednomu ze dvou protilehlých hlavních povrchů jsou napuštěna ztuženou syntetickou pryskyřicí, zatímco celulózová vlákna přiléhající k druhému z těchto dvou hlavních protilehlých povrchů nejsou napuštěna.

7. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 5, vyznačující se tím, že celulózová vlákna jsou napuštěna ztuženým syntetickým latexem.

8. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 1, vyznačující se tím, že v hmotě skelných vláken jsou rovněž hydrofobní syntetická vlákna, přičemž tato syntetická vlákna jsou vzájemně propletena se skelnými vlákny a vzájemně se sebou a rozložení velikosti skelných vláken a poměry skelných a syntetických vláken jsou takové, že separátor má absorbanci pro elektrolyt z kyseliny sírové od 75 procent objemových do 95 procent objemových.

9. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 8, vyznačující se tím, že hydrofobní syntetická vlákna zahrnují polyetylenová vlákna, polypropylenová vlákna, akrylová vlákna nebo polyesterová vlákna.

10. Separační materiál se skelnými vlákny, vy značu j í cí se tí m, že zahrnuje hmotu vzájemně propletených vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a z nichž alespoň 5 procent hmotnostních má průměr vlákna menší než 1 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 procent hmotnostních do 20 procent hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí dostatečně nízký, že akumulátor vyrobený s tímto separátorem má životnost při cyklickém používání alespoň o 10 procent větší než akumulátor vyrobený s jinak shodným separátorem, ve kterém skelná vlákna mající střední průměr větší než 1 pm nahrazují celulózová vlákna.

11. Separační materiál se skelnými vlákny podle nároku 1, vyznačuj icí se tím, že rovněž zahrnuje hydrofobní dvousložková vlákna, uspořádaná vedle sebe nebo ve formě jádra a skořepiny, která zahrnují polyetylenové, polypropylenové, akrylové a polyesterové materiály.

12. Utěsněný rekombinantní akumulátor s kyselinou sírovou, zahrnující množství olověných desek v uzavřeném pouzdru, deskový separátor z vláknité vrstvy mezi sousedními deskami, a těleso elektrolytu z kyseliny sírové absorbované každým z uvedených separátorů a udržované v kontaktu s každou ze sousedních desek, vyznačující se tím, že každá z uvedených separačních vrstev zahrnuje hmotu vzájemně propletených skelných vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a z nichž alespoň 5 procent hmotnostních má průměr vlákna menší než 1 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 procent hmotnostních do 20 procent hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí ne větší než 120 cc.

13. Utěsněný rekombinační akumulátor s kyselinou sírovou, zahrnující množství olověných desek v uzavřeném pouzdru, deskový separátor z vláknité vrstvy mezi sousedními deskami, a těleso elektrolytu z kyseliny sírové absorbované každým z uvedených separátorů a udržované

-21CZ 288888 B6 v kontaktu s každou ze sousedních desek, vyznačující se tím, že každá z uvedených separačních vrstev zahrnuje hmotu vzájemně propletených skelných vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a z nichž alespoň 5 procent hmotnostních má průměr vlákna menší než 1 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 procent hmotnostních do 20 procent hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí dostatečně nízký, že akumulátor má životnost při cyklickém používání alespoň o 10 procent větší než akumulátor vyrobený s jinak shodným separátorem, ve kterém skelná vlákna mající průměrný průměr větší než 1 pm nahrazují celulózová vlákna.

14. Separační materiál se skelnými vlákny, vyznačující se tím, že zahrnuje hmotu vzájemně propletených vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a z nichž alespoň 5 procent hmotnostních má průměr vlákna menší než 1 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 procent hmotnostních do 20 procent hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí ne větší než 650 cc a dostatečně nízký, že akumulátor vyrobený s tímto separátorem má životnost při cyklickém používání alespoň o 10 procent větší než jinak shodný akumulátor vyrobený se separátorem, ve kterém skelná vlákna mající průměrný průměr větší než 1 pm nahrazují celulózová vlákna.

15. Utěsněný rekombinační akumulátor s kyselinou sírovou, zahrnující množství olověných desek v uzavřeném pouzdru, deskový separátor z vláknité vrstvy mezi sousedními deskami, a těleso elektrolytu z kyseliny sírové absorbované každým z uvedených separátorů a udržované v kontaktu s každou ze sousedních desek, vyznačující se tím, že každá z uvedených separačních vrstev zahrnuje hmotu vzájemně propletených skelných vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a z nichž alespoň 5 procent hmotnostních má průměr vlákna menší než 1 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 procent hmotnostních do 20 procent hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí ne větší než 100 cc.

16. Utěsněný rekombinační akumulátor s kyselinou sírovou, zahrnující množství olověných desek v uzavřeném pouzdru, deskový separátor z vláknité vrstvy mezi sousedními deskami, a těleso elektrolytu z kyseliny sírové absorbované každým z uvedených separátorů a udržované v kontaktu s každou ze sousedních desek, vyznačující se tím, že každá z uvedených separačních vrstev zahrnuje hmotu vzájemně propletených skelných vláken, z nichž v podstatě všechna mají průměr vlákna ne větší než přibližně 20 pm, a z nichž alespoň 5 procent hmotnostních má průměr vlákna menší než 1 pm, a v těchto skelných vláknech rozložených od 0,2 procent hmotnostních do 20 procent hmotnostních celulózových vláken z kaše mající kanadský stupeň mletí ne větší než 650 cc a dostatečně nízký, že akumulátor má životnost při cyklickém používání alespoň o 10 procent větší než akumulátor vyrobený s jinak shodným separátorem, ve kterém skelná vlákna mající průměrný průměr větší než 1 pm nahrazují celulózová vlákna.