ES2967041T3 - Uso de un material compuesto para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva - Google Patents

Uso de un material compuesto para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva Download PDF

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Abstract

La invención se refiere al uso de un material compuesto que comprende una capa de soporte y una capa absorbente de líquidos fijada sobre la capa de soporte, conteniendo la capa absorbente de líquidos partículas superabsorbentes fijas, estando, en el lado de la capa absorbente de líquidos que mira hacia afuera de la capa de soporte, una capa de distribución de líquido que está en contacto conductor de líquido con la capa de absorción de líquido y absorbe y distribuye un líquido a absorber en el plano del material compuesto, para absorber y distribuir líquidos de forma activa y/o sistemas portadores de corriente enfriados pasivamente, en particular en sistemas de almacenamiento de energía enfriados activa y/o pasivamente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de un material compuesto para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva
La invención se refiere al uso de un material compuesto para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva, en particular en sistemas de almacenamiento de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva. La invención se refiere además a una almohadilla absorbente y a un sistema conductor de electricidad enfriado de forma activa y/o pasiva que contienen el material compuesto.
Los sistemas conductores de electricidad, especialmente los sistemas de baterías, están adquiriendo cada vez más importancia, ya que son necesarios para la propulsión de vehículos eléctricos e híbridos. Es sabido que un "sistema conductor de electricidad" es un sistema a través del cual fluye corriente eléctrica. Los sistemas conductores de electricidad relevantes en la práctica son “sistemas de almacenamiento de electricidad”, es decir, sistemas de almacenamiento de energía momentáneamente disponible pero no necesaria para un uso posterior. Este almacenamiento implica a menudo una conversión de la forma de energía, por ejemplo de energía eléctrica a energía química. En caso de necesidad, la energía se vuelve a convertir de nuevo en la forma eléctrica deseada. Es sabido que los sistemas de baterías son módulos conectados en serie o en paralelo que contienen celdas secundarias o primarias conectadas en serie o en paralelo. Otros sistemas de almacenamiento de electricidad son los acumuladores, es decir, módulos conectados en serie o en paralelo que contienen celdas secundarias conectadas en serie o en paralelo. También son sistemas de almacenamiento de electricidad relevantes en la práctica los condensadores, es decir, componentes eléctricos pasivos con la capacidad de almacenar en un circuito de corriente continua una carga eléctrica y la energía asociada estáticamente en un campo eléctrico.
Para garantizar el funcionamiento óptimo del sistema, es necesario mantener la temperatura de las celdas de la batería dentro del intervalo de temperatura deseado. Para evitar que se sobrepase y/o no se alcance la temperatura de funcionamiento, se utilizan sistemas de control de la temperatura activos o pasivos. Se ha demostrado que es especialmente útil el uso de un medio de control de la temperatura líquido con una alta capacidad calorífica que conduzca bien el calor en un intercambiador de calor a lo largo de las celdas de la batería.
Además, los sistemas generalmente no están sellados herméticamente con respecto al entorno. Esto significa que permiten un intercambio de gases con el entorno. Para evitar que entre contaminación, el aire entrante se filtra. Para ello se utilizan, por ejemplo, películas microporosas o materiales no tejidos.
Todos estos enfoques permiten en concreto filtrar partículas, pero no gases y, en particular, tampoco vapor de agua. De este modo, el vapor de agua puede atravesar las películas y penetrar en la carcasa electrónica. No obstante, dado que el interior de la carcasa se enfría, el agua puede condensarse en los puntos fríos de la carcasa (si se sobrepasa su punto de rocío). Dado que, en particular, se enfrían las piezas conductoras de electricidad, la condensación se produce en los puntos más críticos.
Además, si la temperatura en la propia carcasa se encuentra siempre en un nivel bajo, el condensado formado resulta difícil de eliminar de la carcasa. A este respecto, sería concebibles, por ejemplo, bombas, válvulas controladas o una calefacción. Estos enfoques son complejos y, dado el caso, propensos a errores. Además, la calefacción está prohibida en muchas aplicaciones (por ejemplo, sistemas de baterías).
Un medio eficaz para absorber agua son los desecantes, que se disponen dentro o delante de la carcasa y que retienen el agua de forma irreversible. No obstante, en este caso el inconveniente es que dichos medios no solo absorben agua líquida, sino también vapor de agua. Si estos medios se disponen en una carcasa, también deshumidifican el espacio de gas del interior de la carcasa. Esto tiene como consecuencia que también se introduce vapor de agua en la carcasa, que en circunstancias normales no habría entrado en la carcasa. Estos cartuchos desecantes no solo actúan como absorbentes de humedad sino también como aspiradores de humedad.
Otro problema es que, por ejemplo, en caso de accidente en un vehículo equipado de esta forma, pueden producirse fugas y, por lo tanto, el medio de control de la temperatura puede escaparse del cuerpo de enfriamiento. El medio de control de la temperatura puede entonces entrar en contacto directo con las celdas de la batería y provocar, por ejemplo, un cortocircuito debido a su conductividad.
Un desecante de uso habitual es P<2>O<5>. Aunque, ciertamente, este tiene una capacidad de absorción de agua extremadamente alta, al absorber agua forma ácido fosfórico líquido. Este puede provocar corrosión y supone un riesgo para las aplicaciones eléctricas debido a su conductividad eléctrica. Además, la absorción de agua es irreversible. Otros desecantes típicos, tales como el CaCl<2>, reaccionan de forma similar.
Por este motivo, los desecantes mencionados anteriormente no son técnicamente eficaces. Generalmente los desecantes están incorporados de forma suelta en bolsas selladas mediante soldadura (bolsas desecantes) y, por lo tanto, no están fijados de forma fiable.
Otras sustancias conocidas que absorben líquidos y especialmente agua son, por ejemplo, los superabsorbentes. La ventaja de los superabsorbentes es que, por una parte, tienen una capacidad de absorción de agua muy alta, reaccionan químicamente de forma neutra (también frente a disolventes orgánicos) y además pueden cargarse de forma reversible.
Con medios líquidos polares, los superabsorbentes ocasionan un fuerte hinchamiento y, dado el caso, la formación de gel. En particular, el hinchamiento puede dar lugar a que se bloqueen los canales de transporte del líquido a causa del proceso de hinchamiento (denominado efecto de bloqueo) y ya no sea posible una absorción posterior. Además, el hinchamiento en los dispositivos electrónicos es desventajoso o perjudicial desde otros dos puntos de vista: por una parte, el material hinchado puede generar presiones mecánicas que, por ejemplo, pueden separar los contactos eléctricos. Por otra parte, si el material hinchado se hincha de forma incontrolada puede provocar cortocircuitos eléctricos en caso de que entre en contacto con piezas conductoras de corriente eléctrica.
Si los superabsorbentes se encuentran en forma suelta, por una parte es problemática la posible formación de polvo en estado seco y, por otra parte, su extracción en estado hinchado no es fácil, ya que las partículas superabsorbentes hinchadas no son mecánicamente estables. Esto da lugar a problemas en las reparaciones y/o el mantenimiento.
Los materiales superabsorbentes se conocen, por ejemplo, por productos medicinales y se describen, por ejemplo, en el documento DE102006031418A1.
El documento EP2731164 (A1) describe un sistema de batería que comprende celdas de batería, al menos un elemento de absorción y un sistema de control de la temperatura con un medio de control de la temperatura líquido para enfriar y/o calentar las celdas de batería en una carcasa de batería. El elemento de absorción para absorber el medio de control de la temperatura líquido está dispuesto entre las celdas de la batería y la carcasa de la batería, siendo el elemento de absorción un material no tejido, en el que el material no tejido presenta una masa por unidad de superficie promedio de 250 a 700 g/m2 y comprende fibras de al menos dos tipos de fibras diferentes, siendo al menos uno de los tipos de fibras una fibra de soporte y siendo al menos otro de los tipos de fibras una fibra absorbente.
La desventaja de utilizar fibras absorbentes es que generalmente tienen una capacidad de absorción inferior a la de las partículas absorbentes comparables. Además, generalmente poseen una menor estabilidad térmica tanto en estado seco como en estado hinchado. Además, el uso de fibras absorbentes, tal como se ha explicado anteriormente, puede ocasionar un efecto de bloqueo por gelificación.
Por el documento DE 10 2010 022 327 A1 se conoce un dispositivo para ajustar condiciones ambientales esencialmente constantes para un componente eléctrico que está configurado para conducir electricidad y/o almacenar electricidad. A este respecto, el componente eléctrico está rodeado por una carcasa que tiene una abertura configurada para, de esta forma, mantener una conexión con el entorno exterior de la carcasa. Para impedir la entrada de humedad, se puede utilizar un elemento absorbente de la humedad. Como elementos absorbentes de humedad se pueden mencionar los superabsorbentes.
El documento DE 102017004296 A1 describe un componente de alta tensión para un vehículo automóvil, con una carcasa en la que está dispuesto al menos un elemento que suministra tensión eléctrica y/o está sometido a tensión eléctrica durante el funcionamiento, y con un dispositivo sensor para detectar un deterioro del componente de alta tensión. El dispositivo sensor presenta una lámina configurada para absorber un líquido y un conductor eléctrico conectado a un dispositivo de medición del dispositivo sensor. El dispositivo de medición está diseñado para detectar un cambio en la resistencia eléctrica de la lámina en función de la presencia de líquido en la lámina.
Un objeto de la invención es superar al menos parcialmente las desventajas mencionadas anteriormente. En particular, deberá proporcionarse un material que tenga una buena absorción y retención de agua. El material también deberá poder retener de forma reversible agua y, dado el caso, vapor de agua. Además, deberá tener una capacidad de hinchamiento controlada y deberá poder evitar un efecto de bloqueo. Finalmente, deberá poder utilizarse con poca formación de polvo.
Este objeto se logra mediante el uso de un material compuesto que comprende una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en el que la capa absorbente de líquido comprende partículas superabsorbentes fijadas, en el que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido que está en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y que absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto, para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva, en particular en sistemas de almacenamiento de electricidad refrigerados de forma activa y/o pasiva.
Según la invención se ha descubierto que el material compuesto descrito anteriormente es muy adecuado para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad refrigerados de forma activa y/o pasiva, dado que mediante la fijación de las partículas superabsorbentes se reduce significativamente el riesgo de formación de polvo. Las partículas superabsorbentes se fijan preferentemente a la capa de soporte, por ejemplo mediante un aglutinante. Esto es especialmente ventajoso en caso de cargas mecánicas, tales como las que se presentan, por ejemplo, al utilizar el material compuesto en automóviles. Además, la fijación permite utilizar superabsorbentes en forma de partículas. Estas tienen la ventaja sobre las fibras superabsorbentes de que presentan una mayor capacidad de absorción con una estabilidad térmica comparable tanto en el estado seco como en el estado hinchado. Además, se ha descubierto, sorprendentemente, que las partículas superabsorbentes fijadas permiten una absorción más rápida del vapor de agua en combinación con una liberación más completa del vapor de agua que las partículas superabsorbentes sueltas. Además, el material compuesto muestra un efecto de bloqueo por gelificación muy reducido, dado que la capa de distribución de líquido utilizada absorbe y distribuye el líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto. Esto permite aprovechar de forma óptima la capacidad de absorción de la capa absorbente de líquido.
Según la invención, el material compuesto es adecuado para una amplia diversidad de sistemas conductores de electricidad refrigerados de forma activa y/o pasiva, por ejemplo sistemas de baterías, sistemas de electrónica de potencia/inversores y/o estaciones de carga. A este respecto, se pueden absorber una amplia diversidad de líquidos, por ejemplo agua y/u otros medios refrigerantes, tales como mezclas de agua y glicol.
Los sistemas conductores de electricidad preferidos según la invención son sistemas conductores de electricidad seleccionados de entre un sistema de almacenamiento de electricidad, un convertidor de energía conductor de electricidad, un transformador, un sistema electrónico de potencia, un sistema electrónico de control, en particular un sistema controlado por procesador, un estación de carga, un inversor, un rectificador, un electrolizador y/o combinaciones de los mismos.
Según la invención, los sistemas de almacenamiento de electricidad preferidos son sistemas de baterías, condensadores y/o acumuladores. Se prefieren muy particularmente los sistemas de baterías.
Los superabsorbentes se caracterizan por su excelente capacidad para retener y absorber líquidos. Según la invención, se entiende por superabsorbente un polímero que es capaz de aspirar o, respectivamente, absorber un múltiplo de su propio peso -hasta 500 veces- en líquidos, preferentemente agua, aumentando de volumen.
En estado hinchado, los superabsorbentes forman hidrogeles. Superabsorbentes adecuados son, en particular, polímeros reticulados que sean polares. Se prefieren especialmente poliacrilamida, polivinilpirrolidona, amilopectina, gelatina y celulosa. Son muy particularmente preferidos los copolímeros de ácido acrílico (ácido propenoico, H2C=CH-COOH) y/o acrilato de sodio (sal sódica del ácido acrílico, H2C=CH-COONa), por una parte, y acrilamida, por otra parte. A este respecto, la relación de los dos monómeros entre sí puede variar.
A los monómeros mencionados anteriormente se les añade generalmente el denominado reticulante de núcleo(core crosslinker,CXL), que une (reticula) las moléculas poliméricas de cadena larga formadas localmente mediante puentes químicos. Estos puentes hacen que el polímero sea insoluble en agua. Además se puede utilizar el denominado reticulante posterior de superficie(surface crosslinker,SXL). A este respecto, se aplica otro producto químico a la superficie de las partículas que, cuando se calienta, forma una segunda red solo en la capa exterior del grano. Esta envoltura encierra el gel hinchado para mantenerlo unido incluso bajo una carga exterior (movimiento, presión).
En una forma de realización preferida de la invención, las partículas superabsorbentes se disponen sobre la capa de soporte con un aglutinante, en particular con un aglutinante soluble en agua, tal como, por ejemplo, poli(alcohol vinílico), almidón, polivinilpirrolidona, cola de caseína, polivinilbutiral y/o con un aglutinante hinchable en agua, tal como, por ejemplo, poli(alcohol vinílico) al menos parcialmente reticulado y/o almidón parcialmente reticulado. Por aglutinantes solubles en agua se entiende aglutinantes con una solubilidad en agua de al menos 1 g/l, por ejemplo de 1 g/l a 400 g/l, de forma más preferida de 2 g/l a 350 g/l y en particular de 5 g/l a 300 g/l, medida a 23°C. La ventaja de utilizar aglutinantes solubles en agua y/o aglutinantes hinchables en agua es que no se restringe la capacidad de hinchamiento libre del superabsorbente.
Preferentemente, la proporción del aglutinante soluble en agua y/o del aglutinante hinchable en agua, con respecto a la cantidad total de aglutinante, es de al menos el 70% en peso, por ejemplo del 70% en peso al 100% en peso, de forma aún más preferida del 80% en peso al 100% en peso y en particular del 90% en peso al 100% en peso.
En otra forma de realización preferida, las partículas superabsorbentes presentan un retardante del hinchamiento. La ventaja de esto es que se puede retrasar el hinchamiento de las partículas superabsorbentes, con lo que se puede optimizar la distribución del líquido que se ha de absorber y se puede aprovechar especialmente bien la superficie absorbente de la capa absorbente de líquido. El retardante del hinchamiento puede consistir en los mismos materiales que el aglutinante soluble en agua y/o hinchable. Preferentemente, las partículas superabsorbentes están recubiertas al menos parcialmente, preferentemente completamente, con el agente retardante del hinchamiento.
La capa de distribución de líquido absorbe un líquido que se ha de absorber y lo distribuye en el plano del material compuesto.
En otra forma de realización preferida, la capa de distribución de líquido comprende un material no tejido, un material tejido, un material tricotado, una espuma de poros abiertos y/o un aglutinante, preferentemente un aglutinante soluble en agua y/o hinchable en agua. Los aglutinantes solubles en agua preferidos son poli(alcohol vinílico), almidón, polivinilpirrolidona, cola de caseína y polivinilbutiral. Los aglutinantes hinchables en agua preferidos son, por ejemplo, poli(alcohol vinílico) al menos parcialmente reticulado y/o almidón parcialmente reticulado. La ventaja de estos materiales es su buena permeabilidad al agua junto con una alta integridad estructural incluso en estado mojado. Los materiales no tejidos preferidos son materiales no tejidos obtenidos por hilado directo, materiales no tejidos obtenidos por vía húmeda y/o materiales no tejidos obtenidos por vía seca. El gramaje es preferentemente de 10 g/m2 a 500 g/m2.
En otra forma de realización preferida, la energía superficial de la capa de distribución de líquido, medida según la norma DIN 55660, es superior a 30 mN/m, preferentemente superior a 35 mN/m y de forma particularmente preferida superior a 40 mN/m. La ventaja de esto es que se pueden distribuir particularmente bien medios polares tales como agua o mezclas de agua y glicol.
En otra forma de realización preferida, la capa de distribución de líquido comprende al menos dos láminas de distribución, en la que al menos una lámina de distribución es soluble en agua y al menos otra lámina de distribución es no soluble en agua. La lámina de distribución soluble en agua puede estar constituida por los mismos materiales que el aglutinante soluble en agua y/o hinchable utilizado para las partículas superabsorbentes. La capa de distribución insoluble en agua contiene preferentemente polímeros termoplásticos, en particular con un punto de fusión inferior a 260°C. Polímeros particularmente preferidos son poliésteres, copoliésteres, poliamidas, copoliamidas, poliolefinas y/o mezclas de los mismos. La ventaja de estos es que se pueden utilizar para soldadura térmica.
En otra forma de realización preferida, la permeabilidad al aire de la capa de distribución de líquido es superior a 10 dm3/(m2s), encontrándose preferentemente en el intervalo de 20 a 3000 dm3/(m2s), de forma aún más preferida de 30 a 2000 dm3/(m2s), de forma particularmente preferida en el intervalo de 30 a 1000 dm3/(m2s). A este respecto, la permeabilidad al aire se mide según la norma DIN EN ISO 9237 a una presión diferencial de 100 Pa. Las mediciones de la permeabilidad al aire se realizan antes de entrar en contacto con líquido utilizando muestras con un espesor de 0,05 a 10 mm, preferentemente de 3 mm, con una superficie de muestra penetrada por el aire de 20 cm2, a una diferencia de presión del aire de 100 Pa.
En una forma de realización preferida de la invención, la capa de distribución, en particular la capa de distribución de agua insoluble en agua, tiene un tamaño de poro promedio superior a 1 gm, por ejemplo de 1 gm a 1000 gm, preferentemente de 10 a 800 gm.
En otra forma de realización preferida de la invención, la capa de distribución presenta microfibras, preferentemente con un título inferior a 1 dtex, por ejemplo de 0,01 a 1 dtex, de forma aún más preferida de 0,01 a 0,9 dtex. La ventaja de esto es que las microfibras permiten una capilaridad particularmente alta y, por lo tanto, una distribución particularmente buena de los líquidos en la capa de distribución.
En otra forma de realización preferida de la invención, el material compuesto presenta una cantidad de absorción de líquido (agua desionizada) de al menos 2 l/m2, por ejemplo de 2 l/m2 a 200 l/m2, de forma aún más preferida de 3 l/m2 a 200 l/m2, de forma aún más preferida de 5 l/m2 a 200 l/m2, de forma aún más preferida de 10 l/m2 a 200 l/m2 y en particular de 20 l/m2 a 200 l/m2.
La capa de soporte contiene preferentemente polímeros termoplásticos, especialmente con un punto de fusión inferior a 270°C. Polímeros particularmente preferidos son poliésteres, copoliésteres, poliamidas, copoliamidas, poliolefinas y/o mezclas de los mismos. La ventaja de estos es que se pueden utilizar para soldadura térmica.
La capa de soporte comprende preferentemente un material no tejido, un material tejido, un material tricotado y/o una espuma de poros abiertos. Los materiales no tejidos preferidos son materiales no tejidos obtenidos por hilado directo, materiales no tejidos obtenidos por vía húmeda y/o materiales no tejidos obtenidos por vía seca. El gramaje es preferentemente de 10 g/m2 a 500 g/m2.
En otra forma de realización preferida, el material compuesto es comprimible y, por lo tanto, puede fijarse bien en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva, en particular en sistemas de almacenamiento de energía enfriados de forma activa y/o pasiva. Además se puede garantizar un buen contacto con los componentes adyacentes.
En otra forma de realización preferida de la invención, el material compuesto presenta una capa de distribución de líquido insoluble en agua que contiene polímeros termoplásticos y una capa de soporte que también contiene polímeros termoplásticos. La ventaja de esto es que la capa de distribución de líquido insoluble en agua y la capa de soporte se pueden utilizar de forma particularmente bien soldada entre sí. Por lo tanto, la capa de soporte y la capa de distribución de líquido están preferentemente soldadas y/o pueden soldarse entre sí. La ventaja de esto es que puede ponerse un límite a la capa absorbente de líquido con respecto a su expansión en la dirección de la altura al absorber líquido.
Sorprendentemente, se ha descubierto que el material compuesto según la invención presenta buenas propiedades de absorción acústica. En otra forma de realización de la invención, el material compuesto tiene un coeficiente de absorción medido según la norma EN ISO 354:2003 a una frecuencia de 6300 Hz superior a 0,09, de forma aún más preferida superior a 0,2 y de forma particularmente preferida superior a 0,25 y/o a una frecuencia de 8000 Hz superior a 0,1, de forma aún más preferida superior a 0,25 y de forma particularmente preferente superior a 0,3. Esto fue sorprendente porque se esperaba que el recubrimiento con las partículas superabsorbentes diera como resultado un material compuesto con baja permeabilidad al aire y, por lo tanto, un bajo coeficiente de absorción.
El material compuesto puede estar dispuesto en una bolsa permeable al agua que está soldada por el borde. En la bolsa también se pueden disponer varios materiales compuestos.
El material compuesto se puede disponer en la bolsa de diversas maneras. Si el material compuesto está en forma de almohadillas absorbentes, éstas se pueden apilar unas sobre otras en la bolsa. Si el material compuesto está en forma de material de banda continua, se puede doblar como un acordeón y/o enrollar y prensar en forma plana en la bolsa.
En otra forma de realización está presente al menos un material compuesto como almohadilla absorbente. Una almohadilla absorbente es un material compuesto que se corta a medida y se suelda por los bordes. De esta forma se puede evitar que las partículas superabsorbentes se hinchen. Otro objeto de la presente invención incluye una almohadilla absorbente que contiene un material compuesto según una o más de las formas de realización descritas.
Otra almohadilla absorbente preferida es un material compuesto cortado a medida y unido con una costura por los bordes.
La almohadilla absorbente puede presentar una amplia diversidad de formas geométricas simétricas y/o asimétricas.
La almohadilla absorbente puede presentar un material compuesto soldado térmicamente por el borde, que comprende una capa de distribución no soluble en agua y una capa de soporte, en el que la capa de distribución no soluble en agua y la capa de soporte se han fundido térmicamente por el borde con penetración parcial en la capa absorbente de líquido y de esta forma se han unido térmicamente las capas entre sí por el borde.
En una forma de realización adicional, la almohadilla absorbente presenta dos materiales compuestos, cada uno de los cuales, tal como se ha descrito anteriormente, presenta una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en los que la capa absorbente de líquido contiene partículas superabsorbentes fijadas, y en los que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido, que se encuentra en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto. En esta forma de realización, una primera capa de distribución asociada con un primer material compuesto presenta una capa de distribución soluble en agua y una capa de distribución insoluble en agua, y una segunda capa de distribución asociada con un segundo material compuesto presenta una capa de distribución soluble en agua. A este respecto, los dos materiales compuestos están dispuestos de forma que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí. La almohadilla absorbente está soldada térmicamente por el borde en todo su perímetro, habiéndose fundido al menos una capa de distribución insoluble en agua al menos parcialmente, que penetra parcialmente, a este respecto, en las capas absorbentes de líquido y produce así la fijación de la almohadilla absorbente. En esta forma de realización, al menos una capa de soporte está preferentemente al menos parcialmente fundida y favorece así la fijación de la almohadilla absorbente.
En una forma de realización adicional, la almohadilla absorbente presenta dos materiales compuestos, cada uno de los cuales, tal como se ha descrito anteriormente, presenta una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en los que la capa absorbente de líquido contiene partículas superabsorbentes fijadas, y en los que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido, que se encuentra en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto. A este respecto, los dos materiales compuestos están dispuestos de forma que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí. La almohadilla absorbente está soldada térmicamente por el borde en todo su perímetro, habiéndose fundido al menos una capa de soporte al menos parcialmente, que penetra a este respecto parcialmente en las capas absorbentes de líquido y produce de esta forma la fijación de la almohadilla absorbente. En esta forma de realización, al menos una capa de distribución insoluble en agua está preferentemente al menos parcialmente fundida y favorece la fijación de la almohadilla absorbente.
En una forma de realización adicional, la almohadilla absorbente presenta dos materiales compuestos, cada uno de los cuales, tal como se ha descrito anteriormente, presenta una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en los que la capa absorbente de líquido contiene partículas superabsorbentes fijadas, y en los que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido, que se encuentra en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto. En esta forma de realización, una primera capa de distribución asociada con un primer material compuesto presenta una capa de distribución soluble en agua y una capa de distribución insoluble en agua, y una segunda capa de distribución asociada con un segundo material compuesto presenta una capa de distribución soluble en agua. A este respecto, los dos materiales compuestos están dispuestos de forma que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí. Entre estas capas absorbentes de líquido se dispone un adhesivo termoplástico, preferentemente (co-)poliéster, (co-)poliamida, poliuretano y/o poliolefina, en particular en forma de un material laminar bidimensional tal como un material no tejido, una película, un material tejido y/o un material tricotado. La almohadilla absorbente está soldada térmicamente por el borde en todo su perímetro, habiéndose fundido al menos parcialmente el adhesivo termoplástico, que penetra parcialmente, a este respecto, en las capas absorbentes de líquido y produce así la fijación de la almohadilla absorbente. Preferentemente, en esta forma de realización, al menos una capa de soporte está preferentemente al menos parcialmente fundida y favorece así la fijación de la almohadilla absorbente.
También es concebible que la almohadilla absorbente contenga un material compuesto que comprenda una capa de distribución fundible, no soluble en agua y una capa de soporte fundible. En este caso, la capa de distribución de líquido y la capa de soporte sobresalen de la capa absorbente de líquido y están soldadas entre sí con inclusión de la capa absorbente de líquido.
En otra forma de realización de la invención, la almohadilla absorbente presenta un coeficiente de absorción, medido según la norma EN ISO 354:2003, a una frecuencia de 6300 Hz, superior a 0,09, de forma aún más preferida superior a 0,2 y de forma particularmente preferida superior a 0,25 y/o, a una frecuencia de 8.000 Hz, superior a 0,1, de forma aún más preferida superior a 0,25 y de forma particularmente preferida superior a 0,3. A este respecto, la almohadilla absorbente presenta preferentemente al menos dos materiales compuestos, dado que en ensayos prácticos se han logrado propiedades acústicas especialmente buenas con productos multicapa.
En otra configuración, la almohadilla absorbente 2 a 8 presenta preferentemente de 3 a 8 y en particular de 3 a 7 materiales compuestos, de tal manera que las capas exteriores estén formadas por las capas de soporte. La almohadilla absorbente puede estar al menos parcialmente soldada térmicamente por el borde en todo su perímetro. La soldadura permite al menos una fusión parcial de la capa de soporte, por lo que puede penetrar parcialmente en las capas absorbentes de líquido y, de esta forma, se pueden unir todas las capas térmicamente entre sí.
Otra forma de realización comprende una almohadilla absorbente en la que al menos una capa de soporte y al menos una capa de distribución de líquido y/o al menos 2 capas de soporte están unidas entre sí al menos parcialmente por los bordes mediante al menos una costura.
Otra forma de realización comprende una almohadilla absorbente en la que al menos un material compuesto está presente en una bolsa permeable al agua que está al menos parcialmente cerrada por sus bordes mediante al menos una costura.
La, al menos una, costura puede estar configurada como costura de aleta o como costura de solapamiento. Si la bolsa se cierra mediante varias costuras, éstas pueden estar configuradas independientemente una de otra como costura de aleta o como costura de solapamiento.
La forma de la bolsa puede variar. Los diseños de envases habituales han demostrado ser adecuados. Por ejemplo, la bolsa se puede obtener uniendo entre sí dos capas de bolsa en todo su perímetro mediante costuras. Así se obtienen generalmente de 1 a 4, preferentemente 4, costuras. Alternativamente, la bolsa se puede obtener doblando una capa de bolsa de manera que se forme un tubo y uniéndola mediante costuras en los bordes abiertos. Así se obtienen generalmente 3 costuras.
En una forma de realización preferida, la, al menos una, costura está configurada como costura de soldadura, en particular como costura soldada térmicamente y/o por ultrasonidos, costura adhesiva y/o costura perforada. La ventaja de las costuras soldadas es que se pueden realizar de forma especialmente rápida y sencilla.
La, al menos una, costura puede ser continua y/o discontinua. Las costuras discontinuas se componen de superficies de costura directas, es decir, aquellas zonas de la costura que sirven para unir las dos capas y/o cerrar la bolsa, y superficies de costura indirectas, es decir, aquellas zonas de la costura que se encuentran entre las superficies de costura directas. En el caso de costuras soldadas, las superficies de costura directa son las zonas soldadas, en el caso de costuras cosidas, las zonas cubiertas por el hilo y, en el caso de costuras encoladas, las zonas unidas con cola. Las costuras discontinuas tienen la ventaja de que presentan una menor proporción de superficie de costura y, por lo tanto, ofrecen mayor resistencia con respecto a la superficie.
Las costuras continuas tienen la ventaja de reducir el riesgo de que se escapen las partículas superabsorbentes. La, al menos una, costura también puede estar configurada como una línea recta o curva o combinaciones de las mismas. En una configuración discontinua, la, al menos una, costura puede estar configurada en forma de puntos y/o rayas dispuestos de forma lineal y/o regular. Tal como se ha explicado anteriormente, aquellas partes de la costura que sirven para unir las capas y/o cerrar la bolsa permeable al agua son las superficies de costura directas de la costura. La anchura de la, al menos una, costura es preferentemente de 0,5 a 15 mm, de forma aún más preferida de 0,5 a 10 mm y de forma particularmente preferente de 1 a 6 mm. De forma más preferida, la superficie de costura, es decir, la suma de superficies de costura indirectas y directas en la superficie del material absorbente, es al menos del 0,4 al 50% en área, de forma más preferida del 2 al 40% en área y de forma particularmente preferida del 4 al 35% en área. Si la superficie de costura es inferior al 0,4% en área, la resistencia de la costura es generalmente demasiado baja. En una forma de realización particular, la, al menos una, costura está configurada como costura de soldadura, que está perforada, preferentemente en su centro. La ventaja de esto es que el material absorbente se puede adaptar de forma especialmente sencilla a la situación de montaje. Por ejemplo, se pueden formar escotaduras específicamente mediante la eliminación de zonas parciales a lo largo de la costura de soldadura perforada.
La forma de la costura de soldadura puede variar. En una forma de realización preferida, la transición entre la costura de soldadura y las zonas no soldadas de las capas es fluida. Por lo tanto, en una forma de realización preferida el espesor de las zonas soldadas de la costura de soldadura disminuye en dirección al borde. De forma correspondiente, la densidad de las zonas soldadas de la costura de soldadura aumenta hacia el borde. La transición entre la costura de soldadura y la bolsa es preferentemente continua. La ventaja de esto es una mayor resistencia de la costura de soldadura.
Otro objeto de la invención es un sistema conductor de electricidad enfriado de forma activa y/o pasiva que comprende un material compuesto, preferentemente configurado como almohadilla absorbente, que comprende una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte que contiene partículas superabsorbentes, en el que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido que está en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y que absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto.
Breve descripción de las figuras:
Figura 1:
Absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente según la invención
Figura 2:
Absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente no según la invención
Figura 3:
Propiedades de absorción acústica de una almohadilla absorbente según la invención.
Figura 4:
Representación esquemática de la sección transversal de una costura 5
Descripción de las figuras:
La figura 1 muestra la absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente según la invención. Se observa que la absorción de vapor de agua se produce muy rápidamente. La absorción de vapor de agua ya está en equilibrio después de 30 minutos. Cabe destacar que el re-secado también se produce muy rápidamente y es casi completo. La figura 2 muestra la absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente no según la invención. Se observa que la absorción de vapor de agua se produce mucho más lentamente. La absorción de vapor de agua alcanza el equilibrio como mínimo después de 90 minutos. Además, el re-secado no fue completo ni siquiera después de 20 horas.
En la figura 3 se muestran las propiedades de absorción acústica de varias almohadillas absorbentes según la invención. Se observa que todas las almohadillas absorbentes según la invención presentan un buen coeficiente de absorción.
En la figura 4 se muestra la sección transversal de una costura. La costura tiene forma de costura de soldadura. El espesor de la costura de soldadura disminuye en dirección al borde. De forma correspondiente, la densidad de la costura de soldadura aumenta en dirección al borde. Esta transición es continua.
La invención se explica con más detalle a continuación utilizando varios ejemplos:
Ejemplo 1: Producción de materiales compuestos que se pueden utilizar según la invención.
Se producen diferentes materiales compuestos y almohadillas absorbentes que pueden usarse según la invención.
Se utilizaron los siguientes materiales:
La tabla siguiente muestra la estructura de capas utilizada.
La unión de las capas se realiza de la forma siguiente:
En primer lugar, se dispone la capa de soporte y se recubre con la capa de distribución soluble en agua y las partículas superabsorbentes. A continuación se añade la capa de distribución insoluble en agua, si se utiliza.
Los materiales compuestos 1 a 5 se disponen en cada caso entre 2 capas termosoldables (capas de bolsa, material no tejido de microfibras obtenido por hilado directo de 80 g/m2), cuyos bordes sobresalen de los materiales compuestos en todo su perímetro, y los bordes de estas capas se sueldan para formar una almohadilla absorbente. La etapa de corte a medida puede tener lugar antes o después de la soldadura.
En otra forma de realización, se sueldan varios (2 - 5) materiales compuestos 1-5 y se obtienen almohadillas absorbentes.
En otra forma de realización, los materiales compuestos 1 - 5 se sueldan térmicamente por el borde en todo su perímetro, en los que la capa de distribución no soluble en agua y la capa de soporte se funden y, a este respecto, penetran parcialmente en la capa absorbente de líquido y unen así térmicamente todas las capas entre sí.
En otra forma de realización, se disponen 2 materiales compuestos 5 de forma que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí. El material compuesto así obtenido se suelda térmicamente por el borde en todo su perímetro, fundiéndose la capa de soporte, que penetra parcialmente a este respecto en las capas absorbentes de líquido y une así térmicamente todas las capas entre sí. La etapa de corte a medida puede tener lugar antes o después de la soldadura. A este respecto se obtiene la almohadilla absorbente 6a.
En otra forma de realización se disponen 4 materiales compuestos 5 de modo que las capas de soporte formen las capas exteriores. La estructura compuesta así obtenida se suelda térmicamente por el borde en todo su perímetro, fundiéndose las capas de soporte, que penetran parcialmente a este respecto en las capas absorbentes de líquido y unen así térmicamente todas las capas entre sí. La etapa de corte a medida puede tener lugar antes o después de la soldadura. A este respecto se obtiene la almohadilla absorbente 6b.
En otra forma de realización se disponen 6 materiales compuestos 5 de modo que las capas de soporte formen las capas exteriores. La estructura compuesta así obtenida se suelda térmicamente por el borde en todo su perímetro, fundiéndose las capas de soporte, que penetran parcialmente a este respecto en las capas absorbentes de líquido y unen así térmicamente todas las capas entre sí. La etapa de corte a medida puede tener lugar antes o después de la soldadura. A este respecto se obtiene la almohadilla absorbente 6c.
En otra forma de realización, se disponen 2 materiales compuestos 5 de manera que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí. Entre estas capas absorbentes de líquido se dispone un material no tejido adhesivo (material no tejido de copoliéster, 30 g/m2, pf. 100-110°C). La estructura compuesta así obtenida se suelda térmicamente por el borde en todo su perímetro, de modo que el material no tejido adhesivo se funde y, a este respecto, penetra parcialmente en las capas absorbentes de líquido y une así térmicamente todas las capas entre sí. A este respecto se obtiene la almohadilla absorbente 7.
Ejemplo 2: Ensayo de la capacidad de absorción de una almohadilla absorbente según la invención
La capacidad de absorción de la almohadilla absorbente 7 se sometió a ensayo según la norma DIN 53923 con agua completamente desmineralizada. Se observó que la almohadilla absorbente 7 tiene una buena absorción de agua de 8,7 kg/m2. En el marco del ensayo según la norma DIN 53923, la almohadilla absorbente 7 se suspende libremente en estado hinchado durante 30 segundos. A este respecto, la pérdida de agua es de 550 g/m2 y por lo tanto corresponde a una muy buena retención. La almohadilla absorbente también se puede secar fácilmente sin calentarla, lo que demuestra que también es capaz de retener agua de forma reversible. Gracias a la soldadura en todo su perímetro se pudo controlar bien el hinchamiento y se pudo evitar un efecto de bloqueo mediante el uso de capas distribuidoras. Mediante la fijación de las partículas superabsorbentes se pudo evitar la formación de polvo.
Ejemplo 3: Ensayo de la absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente según la invención
Se sometió a ensayo la absorción de vapor de agua de la almohadilla absorbente 7. Para ello, la almohadilla absorbente se almacenó durante un periodo de 270 minutos en una cabina climático a una humedad del 90% y a 30°C. El aumento de peso se determinó gravimétricamente cada 30 minutos durante un periodo de 270 min. A continuación se secó la almohadilla absorbente 7 a temperatura ambiente y se determinó gravimétricamente la pérdida de peso. Este proceso se repitió 5 veces y se muestra en la figura 1.
Se observa que la absorción de vapor de agua se produce muy rápidamente. La absorción de vapor de agua ya está en equilibrio después de 30 minutos. Cabe destacar que el re-secado también se produce muy rápidamente y es casi completo.
Ejemplo 4: Ensayo de la absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente no según la invención
Se sometió a ensayo la absorción de vapor de agua de una almohadilla absorbente no según la invención. La almohadilla absorbente está constituida por una bolsa de material no tejido que está rellena con 1 g de partículas superabsorbentes 2 sueltas. El aumento de peso se determinó gravimétricamente cada 30 minutos durante un periodo de 270 min. A continuación se secó la almohadilla absorbente no según la invención durante 20 horas a temperatura ambiente y se determinó gravimétricamente la pérdida de peso. Este proceso se repitió 5 veces y se muestra en la figura 2. Se observa que la absorción de vapor de agua se produce mucho más lentamente. La absorción de vapor de agua alcanza el equilibrio como mínimo después de 90 minutos. Además, el re-secado no fue completo ni siquiera después de 20 horas.
Ejemplo 5: Ensayo de las propiedades de absorción acústica de una almohadilla absorbente según la invención
Las propiedades de absorción acústica de 3 almohadillas absorbentes diferentes 6a, 6b, 6c se determinaron según la norma EN ISO 354:2003. Los resultados se muestran en la figura 3. Se observa que todas las almohadillas absorbentes según la invención presentan un buen coeficiente de absorción.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Uso de un material compuesto que comprende una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en el que la capa absorbente de líquido contiene partículas superabsorbentes fijadas, en el que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido que está en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y que absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto, para la absorción y distribución de líquidos en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva, en particular en sistemas de almacenamiento de electricidad refrigerados de forma activa y/o pasiva.
2. Uso según la reivindicación 1 en sistemas de baterías refrigerados de forma activa y/o pasiva, sistemas inversores y/o de electrónica de potencia y/o estaciones de carga.
3. Uso según la reivindicación 1 o 2 en sistemas conductores de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva con mezclas de agua y glicol, en particular en sistemas de almacenamiento de electricidad enfriados de forma activa y/o pasiva con mezclas de agua y glicol.
4. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partículas superabsorbentes están fijadas sobre la capa de soporte con un aglutinante, en particular con un aglutinante soluble en agua, tal como, por ejemplo, poli(alcohol vinílico), almidón, polivinilpirrolidona, cola de caseína, polivinilbutiral y/o con un aglutinante hinchable en agua, tal como, por ejemplo, poli(alcohol vinílico) al menos parcialmente reticulado y/o almidón parcialmente reticulado.
5. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partículas superabsorbentes presentan un retardante del hinchamiento, preferentemente un retardante del hinchamiento que está constituido por los mismos materiales que el aglutinante soluble en agua y/o hinchable.
6. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de distribución de líquido presenta un material no tejido, un material tejido, un material tricotado y/o una espuma de poros abiertos.
7. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la energía superficial de la capa de distribución de líquido, medida según la norma DIN 55660, es al menos superior a 30 mN/m, preferentemente superior a 35 mN/m y de forma particularmente preferida superior a 40 mN/m.
8. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de distribución de líquido comprende al menos dos láminas de distribución, en el que al menos una lámina de distribución es soluble en agua y al menos otra lámina de distribución es no soluble en agua, en el que la lámina de distribución soluble en agua está constituida preferentemente por los mismos materiales que el aglutinante soluble en agua y/o hinchable.
9. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de soporte comprende polímeros termoplásticos que tienen preferentemente un punto de fusión inferior a 270°C.
10. Uso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de soporte y la capa de distribución de líquido pueden soldarse y/o están soldadas entre sí.
11. Almohadilla absorbente que comprende un material compuesto cortado a medida y soldado por los bordes que comprende una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en la que la capa absorbente de líquido contiene partículas superabsorbentes fijadas, en la que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido que está en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y que absorbe y distribuye el líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto.
12. Almohadilla absorbente según la reivindicación 11 caracterizada por que la almohadilla absorbente presenta un material compuesto soldado térmicamente por el borde que comprende una capa de distribución no soluble en agua y una capa de soporte, en el que la capa de distribución no soluble en agua y la capa de soporte se han fundido térmicamente en el borde con penetración parcial en la capa absorbente de líquido y de este modo se han unido térmicamente por el borde todas las capas entre sí.
13. Almohadilla absorbente según la reivindicación 11 o 12, caracterizada por que la almohadilla absorbente presenta dos materiales compuestos, en la que una primera capa de distribución, que está asociada a un primer material compuesto, presenta una capa de distribución soluble en agua y una capa de distribución insoluble en agua, y una segunda capa de distribución, que está asociada a un segundo material compuesto, presenta una capa de distribución soluble en agua, en la que los dos materiales compuestos están dispuestos de tal manera que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí, estando la almohadilla absorbente soldada térmicamente por el borde en todo su perímetro, habiéndose fundido al menos una capa de distribución insoluble en agua al menos parcialmente, que penetra, a este respecto, al menos parcialmente en las capas absorbentes de líquido y produce, de esta forma, la fijación de la almohadilla absorbente.
14. Almohadilla absorbente según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada por que la almohadilla absorbente comprende dos materiales compuestos que comprenden capas de distribución solubles en agua, en la que los dos materiales compuestos están dispuestos de tal manera que las capas absorbentes de líquido estén enfrentadas entre sí, en la que entre estas capas absorbentes de líquido está dispuesto un adhesivo termoplástico, preferentemente(co)poliéster, (co)poliamida, poliuretano y/o poliolefina, en particular en forma de un producto plano bidimensional tal como, por ejemplo, un material no tejido, una película, un material tejido y/o un material tricotado, estando la almohadilla absorbente soldada térmicamente por el borde en todo su perímetro, habiéndose fundido el adhesivo termoplástico al menos parcialmente, que penetra, a este respecto, al menos parcialmente en las capas absorbentes de líquido y produce, de esta forma, la fijación de la almohadilla absorbente.
15. Sistema conductor de electricidad enfriado de forma activa y/o pasiva, que comprende un material compuesto, que comprende una capa de soporte y una capa absorbente de líquido fijada sobre la capa de soporte, en el que la capa absorbente de líquido comprende partículas superabsorbentes fijadas, en el que en el lado de la capa absorbente de líquido opuesto a la capa de soporte está dispuesta una capa de distribución de líquido que está en contacto conductor de líquido con la capa absorbente de líquido y que absorbe y distribuye un líquido que se ha de absorber en el plano del material compuesto.
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