ТРУБЧАТЫЕ МЕШКИ ТИПА ПАТРОННОЙ ЛЕНТЫ ДЛЯ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ БАТАРЕЙ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2019 года по МПК H01M10/14 H01M2/18 

Настоящее изобретение касается новых трубчатых мешков типа патронной ленты для свинцово-кислотных батарей, состоящих из текстильного материала, которые также упоминаются как «рукава», их производства, а также содержащих их батарей хранения мощности свинцово-кислотного типа.

Системы трубчатых мешков для свинцово-кислотных батарей, которые используются в частности в промышленном секторе (например, в вилочных грузоподъемниках) требуют большой надежности, хорошей эффективности заряда и низких производственных затрат.

В этом случае трубчатые мешки окружают имеющий форму стержня электродный состав, и большое количество индивидуальных трубок, которые обычно имеют форму патронной ленты, формируют положительный электрод батареи хранения мощности. Благодаря большому количеству этих имеющих форму стержня электродов достигается большая активная электродная поверхность.

Трубчатый мешок, прежде всего, способствует механической стабильности электрода. Без покрытия защитной оболочкой трубчатого положительного электрода быстрое уменьшение стабильности структуры и прочности электродного материала произошло бы уже после нескольких циклов заряда/разряда, что в конечном счете вызвало бы механическое разрушение электрода.

Что касается батарей хранения мощности свинцово-кислотного типа, материалы, которые формируют трубчатые мешки, должны поэтому иметь определенные технические свойства. Благодаря изменению объема электрода в каждом цикле заряда/разряда, это включает в себя в частности прочность и упругость материала мешка. В дополнение к этому, химическая стойкость, достаточная пористость и высокая удельная электропроводность являются дополнительными важными требованиями. Так как некоторые вещества пагубно влияют на работу аккумулятора, отсутствие этих веществ (в частности, ионов некоторых металлов) является дополнительным основным требованием. Производство трубчатых мешков («рукавов») в принципе уже известно из предшествующего уровня техники, например из международных патентных заявок WO 2006/117320 и WO 2007/090893.

Тем не менее, существует постоянная потребность в улучшенных трубчатых мешках, которые, с одной стороны, удовлетворяли бы техническим требованиям и правовым нормам, а с другой стороны были бы доступными в экономическом аспекте и дополнительно имели бы улучшенные свойства с точки зрения технологии применения. В частности, существует потребность в батареях хранения мощности, которые имели бы низкое электрическое сопротивление, и таким образом обеспечивали бы лучшую эффективность.

Поэтому задачей настоящего изобретения было предложить улучшенные трубчатые мешки на основе текстильных материалом, которые, с одной стороны удовлетворяют техническим требованиям и правовым нормам, а с другой стороны являются доступными в экономическом аспекте и дополнительно имеют улучшенные свойства с точки зрения технологии применения, в частности уменьшенное внутреннее сопротивление батареи. Другой задачей является способность к обработке улучшенных трубчатых мешков посредством известных и установленных процедур с тем, чтобы можно было обеспечить низкий уровень инвестиций.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является предложить трубчатые мешки типа патронной ленты для свинцово-кислотных батарей, состоящие из текстильного материала, характеризующиеся тем, что текстильный материал, который формирует трубчатые мешки, снабжается по меньшей мере одним объединенным связующим веществом с термопластичными свойствами и по меньшей мере одной электропроводящей добавкой.

ТЕКСТИЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

В рамках данного описания термин «текстильный материал» должен пониматься в его самом широком значении. Он может использоваться для всех структур, составленных из волокон, которые были произведены в соответствии с формирующим поверхность способом. Волокнообразующие материалы являются натуральными волокнами, минеральными волокнами, стекловолокном, но в частности волокнами, составленными из синтетических полимеров. В смысле настоящего изобретения текстильные материалы в частности понимаются как являющиеся ткаными материалами, грубыми холстами, сетевыми полотнами, трикотажными тканями, неткаными материалами, и особенно предпочтительно ткаными и/или неткаными материалами.

Среди текстильных материалов, основанных на синтетических полимерах, предпочтительными являются нетканые материалы, составленные из волокон, полученных из синтетических полимеров. В дополнение к нетканым материалам, составленным из штапельных волокон, рубленых волокон или разорванных волокон, то есть нетканых материалов, основанных на конечных синтетических полимерах, в частности предпочтительными являются изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы, так называемые спанбонды, которые производятся путем случайного осаждения свежеспряденных из расплава непрерывных элементарных волокон. Эти изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы состоят из непрерывных искусственных волокон, состоящих из спряденных из расплава полимерных материалов. Подходящие полимерные материалы включают в себя, например, полиамиды, такие как, например, полигексаметилендиадипамид, поликапролактам, полностью или частично ароматические полиамиды («арамиды»), алифатические полиамиды, такие как, например, нейлон, частично или полностью ароматические полиэстеры, полифениленсульфид (PPS), полимеры, имеющие эфирные и кетоновые группы, такие как, например, полиэфиркетоны (PEK) и полиэфирэфиркетоны (PEEK), полиолефины, такие как, например, полиэтилен или полипропилен, или полибензимидазолы.

Предпочтительно изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы состоят из спряденных из расплава полиэстеров. Может использоваться полиэстерный материал любого известного типа, подходящий для производства волокна. Такие полиэстеры состоят преимущественно из компонентов, полученных из ароматических дикарбоновых кислот и алифатических диолов. Обычно используемые компоненты ароматической дикарбоновой кислоты являются двухвалентными радикалами бензолдикарбоновых кислот, особенно терефталевой кислоты и изофталевой кислоты; обычно используемые диолы имеют от 2 до 4 атомов углерода, причем этиленгликоль является особенно подходящим. Изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы, которые состоят по меньшей мере из 85 мол.% полиэтилентерефталата, являются особенно выгодными. Оставшиеся 15 мол.% тогда состоят из блоков дикарбоновой кислоты и блоков гликоля, которые действуют как так называемые модификаторы и позволяют специалисту в данной области техники целенаправленно влиять на физические и химические свойства производимых волокон. Примерами таких блоков дикарбоновой кислоты являются радикалы изофталевой кислоты или алифатической дикарбоновой кислоты, такой как глутаровая кислота, адипиновая кислота и себациновая кислота; примерами модифицирующих радикалов диола являются радикалы, составленные из диолов с длинной цепью, таких как пропандиол или бутандиол, диэтиленгликоль или триэтиленгликоль, или, если он присутствует в небольших количествах, полигликоль с молярным весом приблизительно от 500 до 2000.

Полиэстеры, содержащие по меньшей мере 95 мол.% полиэтилентерефталата (PET), являются особенно предпочтительными, в частности состоящие из немодифицированного полиэтилентерефталата.

Изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы, используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут также иметь в качестве объединенного связующего вещества с термопластичными свойствами по меньшей мере одно термопластичное связующее вещество, температура плавления которого составляет по меньшей мере на 10°C, предпочтительно по меньшей мере на 20°C ниже температуры плавления волокон изготовленной по технологии спанбонд нетканого материала.

Термопластичное связующее вещество может быть введено в форме отдельных волокон связующего вещества, порошка и/или гранулята в изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал. Кроме того, термопластичное связующее вещество может также быть доступным в форме легкоплавкого компонента двухкомпонентного волокна.

Для этого варианта осуществления количество термопластичного связующего вещества составляет от 5 до 50 мас.%, предпочтительно от 10 до 30 мас.% по общей массе изготовленного по технологии спанбонд нетканого материала.

Поскольку термопластичное связующее вещество вводится в форме отдельных волокон связующего вещества, гранулята или в форме легкоплавкого компонента двухкомпонентного волокна, можно говорить о плавком объединенном со связующим веществом изготовленном по технологии спанбонд нетканом материале.

Следовательно, плавкий объединенный со связующим веществом изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал содержит носитель и волокна термоплавкого клея и/или двухкомпонентные волокна с носителем и компонентом связующего вещества. Волокна носителя и термоплавкого клея либо их компоненты могут быть получены из любого термопластичного полимера, образующего волокна. Дополнительно к этому, волокна носителя также могут быть получены из неплавящихся формирующих волокно полимеров. Такие плавкие объединенные со связующим веществом изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы фундаментально описаны, например, в патентных документах EP-A №0446822 и EP-A №0590629.

Примерами полимеров, из которых могут быть получены волокна носителя либо компоненты волокна носителя, являются полиакрилонитрил, существенно алифатические полиамиды, такие как нейлон 6,6, главным образом ароматические полиамиды (арамиды), такие как поли-(п-фенилентерефталат) или сополимеры, содержащие ароматические м-диаминовые блоки для улучшения растворимости, или поли-(м-фениленизофталат), существенно ароматические полиэстеры, такие как поли-(п-гидроксибензоат), или предпочтительно существенно алифатические полиэстеры, такие как полиэтилентерефталат.

Относительная пропорция двух типов волокна может выбираться внутри широких пределов, при условии, что пропорция волокон термоплавкого клея не превышает вышеупомянутую пропорцию термопластичного связующего вещества. Посредством связывания волокон носителя с волокнами термоплавкого клея достигается полуструктурное свойство, которое достаточно для желаемого применения. Пропорция расплава, получаемого из волокон термоплавкого клея в изготовленном по технологии спанбонд нетканом матиериале, обычно составляет от 5 мас.% до 50 мас.%, предпочтительно от 10 мас.% до 30 мас.% (по общей массе нетканого материала).

Полимеры термоплавкого клея из группы полимеров, имеющих температуру плавления, уменьшенную на величину от 10°C до 50°C, предпочтительно на величину от 30°C до 50°C по сравнению с сырьем нетканого материала, являются подходящими в качестве термоплавкого клея. Примерами таких термоплавких клеев являются полибутилентерефталат или полиэтилентерефталат, модифицированный путем конденсации длинноцепочечных диолов и/или изофталевой кислоты или алифатической дикарбоновой кислоты.

Термоплавкие клеи предпочтительно вводятся в форме волокон как штапельные волокна или бесконечные нити в изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал, или в форме так называемых двухкомпонентных волокон, в которых вышеупомянутые материалы для волокон носителя формируют механическую прочность, а вышеупомянутые материалы для волокон термоплавкого клея формируют второй компонент двухкомпонентного волокна, который используется для объединения.

Волокна носителя и волокна термоплавкого клея предпочтительно изготавливаются из одного класса полимеров. Это подразумевает, что все используемые волокна выбираются из одного класса веществ, так, чтобы они могли быть легко переработаны после использования. Если волокна носителя состоят из полиэстера, например, волокна термоплавкого клея будут аналогичным образом состоять из полиэстера, например PBT, или могут быть выбраны как оболочка из смеси полиэстеров, например в форме двухкомпонентных волокон с полиэтилентерефталатом в ядре и сополимером полиэтилентерефталата, имеющим низкую температуру плавления. В дополнение к этому, однако, также возможны двухкомпонентные волокна, которые составляются из различных полимеров. Примерами этого являются двухкомпонентные волокна из полиэстера и полиамида (ядро/оболочка).

Линейная плотность моноволокна волокон носителя и волокон термоплавкого клея может быть выбрана внутри упомянутых пределов.

Производство изготовленного по технологии спанбонд нетканого материала, используемого в соответствии с настоящим изобретением, осуществляется посредством индивидуальных мер и устройств, известных по своей сути.

Расплавленный полимер экструдируется через множество рядов фильеры, следующих друг за другом, или групп рядов фильеры, и спряденные полимерные потоки растягиваются известным по своей сути образом, и укладываются на конвейерную ленту, например, путем использования вращающейся отбойной пластины, в дисперсионную текстуру. После этого следует уплотнение нетканого материала.

В дополнение к вышеописанным изготовленным по технологии спанбонд нетканым материалам, сделанным из бесконечных непрерывных элементарных волокон, также предпочтительными являются нетканые материалы, сделанные из штапельных волокон, рубленых волокон или рваных волокон, то есть конечных волокон. Эти нетканые материалы обычно делаются из того же самого синтетического полимера, что и бесконечные волокна, и могут также иметь вышеупомянутое термопластичное связующее вещество либо волокна носителя и связующие волокна либо двухкомпонентное волокно, причем содержание термопластичного связующего вещества также составляет от 5 мас.% до 50 мас.%, предпочтительно от 10 мас.% до 30 мас.%, соответственно по общей массе нетканого материала.

Поскольку термопластичное связующее вещество вводится в форме отдельных волокон связующего вещества, гранулята или в форме легкоплавкого компонента двухкомпонентного волокна, можно говорить о плавком объединенном со связующим веществом нетканом материале.

Нетканые материалы, сделанные из штапельных волокон, рубленых волокон или рваных волокон, могут также быть сформированы как так называемые гибридные нетканые материалы. Гибридные нетканые материалы состоят из смеси полимерных волокон и армирующих волокон, причем предпочтительными армирующими волокнами, среди прочего, являются углеродные волокна, в частности углеродные волокна, которые обладают электропроводностью, стекловолокно, минеральные волокна и металлические волокна.

Предпочтительными являются армирующие волокна, которые не основаны на органических синтетических полимерах.

В дополнение к вышеупомянутым нетканым материалам сухой укладки, также подходящими являются нетканые материалы влажной укладки, которые могут быть сделаны из органических, неорганических или смешанных волокон (гибридные нетканые материалы, см. ниже).

Диаметр волокон в текстильном материале обычно равен 0,5-20 мкм, предпочтительно 6-13 мкм. Длина волокна, если никаких бесконечных элементарных волокон не используется, составляет от 4 мм до 40 мм, предпочтительно от 6 мм до 20 мм.

Выполнение объединения нетканых материалов, в частности изготовленных по технологии спанбонд нетканых материалов, также выполняется посредством в принципе известных способов, в частности посредством термического каландрирования и/или с помощью механического или гидродинамического иглопробивания и/или с помощью применения связующего вещества.

Материалы, составленные из волокон, сделанных из синтетических полимеров, используемых в соответствии с настоящим изобретением, являются предпочтительно неткаными материалами и/или изготовленными по технологии спанбонд неткаными материалами.

Волокна, сделанные из синтетических полимеров, присутствующие в нетканых материалах, в частности в волокнах изготовленных по технологии спанбонд нетканых материалов, в которых особенно предпочтительными являются волокна на основе полиэстера, предпочтительно имеют одинаковую линейную плотность, составляющую от 1 до 16 детекс, предпочтительно от 2 до 8 детекс. Особенно предпочтительными здесь являются изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы, сделанные из непрерывных элементарных волокон полиэстера с вышеупомянутыми линейными плотностями.

Штапельные волокна, сделанные из синтетических полимеров, присутствующие в нетканых материалах, в которых особенно предпочтительными являются волокна на основе полиэстера, предпочтительно имеют одинаковую линейную плотность, составляющую от 1 до 16 детекс, предпочтительно от 2 до 8 детекс. Длина штапельного волокна составляет от 10 мм до 100 мм, предпочтительно от 20 мм до 40 мм.

Вес на единицу площади текстильного материала, сделанного из волокон синтетических продуктов, в частности из синтетических полимеров, и используемого в соответствии с настоящим изобретением, составляет от 20 г/м² до 500 г/м², предпочтительно от 40 г/м² до 250 г/м². Это относится также к нетканым материалам и/или изготовленным по технологии спанбонд нетканым материалам, в частности к изготовленным по технологии спанбонд нетканым тканям, основанным на спряденных из расплава синтетических полимерах, из которых особенно предпочтительным является полиэстер.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения такие текстильные материалы имеют по меньшей мере одно армирование. Оно предпочтительно проектируется таким образом, чтобы армирование поглощало силу так, чтобы ссылочная сила на графике зависимости удлинения от приложенной силы (при температуре 20°C) основного прокладочного материала с армированием по сравнению с основным прокладочным материалом без армирования отличалась внутри диапазона удлинения от 0% до 1% по меньшей мере в одной точке по меньшей мере на 10%.

В другом варианте осуществления армирование может быть включено таким образом, чтобы благодаря армированию сила поглощалась только при более высоких удлинениях.

По экономическим причинам предпочтительное армирование состоит из комплексов элементарных стеклянных непрерывных волокон в форме по существу листов или холстов из параллельных нитей. В большинстве случаев нетканые материалы армируются в продольном направлении листов из по существу параллельных нитей.

Армирующие непрерывные элементарные волокна могут использоваться сами по себе либо в форме дискретной текстильной ткани, например как тканый материал, лист из пряжи, трикотажная ткань или нетканый материал. Предпочтительным является армирование с помощью армирующей пряжи, проходящей параллельно друг другу, то есть слоев основы, а так же грубых холстов или тканых материалов.

Измерение ссылочной силы выполняется в соответствии со стандартом EN 29073, часть 3, на образцах шириной 5 см при длине сжатия 200 мм. Здесь числовое значение предварительной силы, выражаемое в сН, соответствует числовому значению веса на единицу площади образца, выраженного в граммах на квадратный метр.

Армирование может быть выполнено путем включения армирования в текстильный материал, по меньшей мере на одной стороне текстильного материала или же в любом месте, в частности в других текстильных материалах, отличающихся от первого текстильного материала, или в качестве индивидуального текстильного материала.

Для использования в соответствии с настоящим изобретением текстильный материал может дополнительно иметь текстильные материалы в дополнение к текстильному материалу, описанному выше. Предпочтительно, чтобы эти дополнительные текстильные материалы отличались от упомянутого первого текстильного материала, то есть чтобы они были сделаны из другого материала.

Дополнительные текстильные материалы, однако, могут быть сделаны также из того же самого материала, что и упомянутый первый текстильный материал; тогда они имеют, однако, другие размеры волокна, которые отличаются от размеров упомянутого первого текстильного материала. Например, вышеописанные изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы, сделанные из бесконечных непрерывных элементарных волокон, штапельных волокон, рубленых волокон или рваных волокон могут также иметь дополнительный слой, сделанный из так называемых выдутых из расплава волокон. Выдутые из расплава волокна производятся посредством процесса выдувания из расплава из термопластичных полимеров и имеют диаметр волокна менее 4 мкм.

Для использования в соответствии с настоящим изобретением требуется, чтобы текстильный материал практически не содержал тяжелых металлов, и их содержание было в количестве по меньшей мере меньше чем 10 частей на миллион (по массе). Вредными тяжелыми металлами являются в частности Pt, Au, Те, Ni, Co, Fe, Cu, Sb, Ag, Bi, Mn и Sn. Кроме того, текстильный материал в соответствии с настоящим изобретением, в частности нетканый материал, должен иметь коэффициент тепловой усадки > 0,1% (при температуре 160°C за 10 мин) для требуемой геометрии, которая должна быть получена при формировании рукавов.

СВЯЗУЮЩЕЕ ВЕЩЕСТВО

Текстильный материал, который является предпочтительно нетканым материалом и/или изготовленным по технологии спанбонд нетканым материалом, подвергается процессу объединения, который обычно выполняется уже во время производства текстильных материалов. Объединение способствует тому, чтобы текстильный материал имел улучшенную механическую прочность и мог быть лучше обработан либо утончен.

Текстильный материал, в частности нетканый материал и/или изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал, предпочтительно объединяется посредством по меньшей мере одного химического или термопластичного связующего вещества. Химические связующие вещества понимаются как органические соединения и вещества, которые упрочняются посредством химической реакции, например сшивания или конденсации, и предпочтительно все еще имеют при этом термопластичные свойства.

Химические органические связующие вещества не являются существенно подчиненными никаким ограничениям, так что могут использоваться все органические связующие вещества, известные в производстве текстильных тканей, предпочтительно нетканых материалов. Благодаря использованию в батареях хранения мощности свинцово-кислотного типа, используются такие связующие вещества, стабильность которых в кислотной окружающей среде является достаточной, и которые, кроме того, содержат менее чем 10 частей на миллион (по массе) вышеупомянутых мешающих тяжелых металлов. Эти связующие вещества являются известными для специалистов в данной области техники. Предпочтительно химические органические связующие вещества являются связующими веществами на основе бутадиенстирола, фенолформальдегида, меламинформальдегида, формальдегидмочевины или их смесей, связующими веществами без формальдегида, самосшивающимися или термически сшиваемыми связующими веществами, которые полностью реагируют химическим образом без добавления какого-либо катализатора. Сшивание предпочтительно вызывается термическим образом. Подходящими связующими веществами среди прочих являются дисперсионные связующие вещества на основе акрилата, которые имеют термопластичные свойства.

Поскольку текстильный материал, который предпочтительно является нетканым материалом и/или изготовленным по технологии спанбонд нетканым материалом, объединяется с помощью связующего вещества, по меньшей мере электропроводящая добавка предпочтительно добавляется к связующему веществу так, чтобы для объединения использовалась система добавка-связующее вещество. Термин «система добавка-связующее вещество» в смысле настоящего изобретения таким образом представляет собой смесь по меньшей мере 70-98 мас.% по меньшей мере одного химического и/или термопластичного органического связующего вещества и по меньшей мере 2-30 мас.% по меньшей мере одной электропроводящей добавки.

Содержание объединенного связующего вещества, которое обладает термопластичными свойствами, составляет от 5 мас.% до 50 мас.%, предпочтительно от 5 мас.% до 40 мас.%, особенно предпочтительно от 10 мас.% до 25 мас.%, причем это значение относится к полностью укомплектованному и полностью упрочненному текстильному материалу после полной сушки. Особенно предпочтительно, в дополнение к вышеупомянутому связующему веществу, которое обладает термопластичными свойствами, иметь связующее вещество, которое не имеет никаких термопластичных свойств, в небольших количествах, то есть в количестве вплоть до 10 мас.% от общего количества связующего вещества; особенно предпочтительным является связующее вещество, которое не имеет термопластичных свойств.

Содержание электропроводящей добавки составляет от 1 мас.% до 10 мас.%, предпочтительно от 2 мас.% до 6 мас.%, причем это значение относится к полностью укомплектованной и полностью упрочненному текстильному матреиалу после полной сушки.

Органическое связующее вещество (вещества) в системе добавка-связующее вещество может быть доступным как реальная дисперсия, коллоидная или молекулярная дисперсия, хотя обычно как так называемая частичная дисперсия, то есть водная система, которая частично диспергирована на молекулярном уровне, а частично диспергирована коллоидным образом.

Если в качестве органического связующего вещества (веществ) в системе добавка-связующее вещество должна использоваться водная дисперсия полимера или раствор полимера, содержание твердых веществ предпочтительно составляет от 30 мас.% до 70 мас.%, в частности от 35 мас.% до 65 мас.%, и особенно предпочтительно от 40 мас.% до 60 мас.% (определяемое в соответствии со стандартом DIN EN ISO 3251:2008).

Если в качестве органического связующего вещества (веществ) в системе добавка-связующее вещество должна использоваться водная дисперсия полимера, вязкость предпочтительно составляет от 50 мПа*с до 20000 мПа*с, в частности от 100 мПа*с до 8000 мПа*с, особенно предпочтительно от 900 мПа*с до 4000 мПа*с (определяемая в соответствии со стандартом EN ISO 2555:1999).

Если в качестве органического связующего вещества (веществ) в системе добавка-связующее вещество в соответствии с настоящим изобретением должна использоваться водная дисперсия полимера, значение рН (измеренное для раствора в воде с концентрацией 10 мас.%) составляет от 1,5 до 10, предпочтительно от 4 до 9 (при определении в соответствии со стандартом ISO 976:2013-12).

Если текстильный материал, в частности нетканый материал и/или изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал, формируется как плавкий объединенный со связующим веществом изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал или плавкий объединенный со связующим веществом нетканый материал, от использования химического либо термопластичного связующего вещества можно отказаться полностью или частично. Для этого варианта осуществления настоящего изобретения электропроводящая добавка наносится либо вводится посредством пропитки либо покрытия покрывающим соединением плавкого объединенного со связующим веществом нетканого материала либо изготовленного по технологии спанбонд нетканого материала.

Термин «пропитка либо покрытие покрывающим соединением» в смысле настоящего изобретения представляет собой смесь из по меньшей мере 10 мас.% по меньшей мере одного химического органического связующего вещества и по меньшей мере 2 мас.% по меньшей мере одной электропроводящей добавки, с помощью которой электропроводящая добавка наносится либо вводится в плавкий объединенный со связующим веществом нетканый материал либо изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал.

Химические или термопластичные органические связующие вещества для пропитывающего либо покрывающего соединения понимаются как связующие вещества, упоминаемые под общим названием «система добавка-связующее вещество», которое аналогичным образом является подходящим.

Содержание объединенного связующего вещества, которое обладает термопластичными свойствами, составляет от 5 мас.% до 50 мас.%, предпочтительно от 5 мас.% до 40 мас.%, особенно предпочтительно от 10 мас.% до 25 мас.%, причем это значение относится к полностью укомплектованному и полностью упрочненному текстильному материалу после полной сушки. Особенно предпочтительно, в дополнение к вышеупомянутому связующему веществу, которое обладает термопластичными свойствами, иметь связующее вещество, которое не имеет никаких термопластичных свойств, в небольших количествах, то есть в количестве вплоть до 10 мас.% от общего количества связующего вещества; особенно предпочтительным является связующее вещество, которое не имеет термопластичных свойств.

Содержание электропроводящей добавки составляет от 1 мас.% до 10 мас.%, предпочтительно от 2 мас.% до 6 мас.%, причем это значение относится к полностью укомплектованному и полностью упрочненному текстильному материалу после полной сушки. Органические связующие вещества могут быть доступными как реальная дисперсия, коллоидная или молекулярная дисперсия, хотя обычно как так называемая частичная дисперсия, то есть водная система, которая частично диспергирована на молекулярном уровне, а частично диспергирована коллоидным образом.

Если в качестве органических связующих веществ в системе добавка-связующее вещество должна использоваться водная дисперсия полимера или раствор полимера, содержание твердых веществ предпочтительно составляет от 30 мас.% до 70 мас.%, в частности от 35 мас.% до 65 мас.%, и особенно предпочтительно от 40 мас.% до 60 мас.% (определяемое в соответствии со стандартом DIN EN ISO 3251:2008).

Если в качестве органических связующих веществ в системе добавка-связующее вещество должна использоваться водная дисперсия полимера, вязкость предпочтительно составляет от 50 мПа*с до 20000 мПа*с, в частности от 100 мПа*с до 8000 мПа*с, особенно предпочтительно от 900 мПа*с до 4000 мПа*с (определяемая в соответствии со стандартом EN ISO 2555:1999).

Если в качестве органических связующих веществ должна использоваться водная дисперсия полимера, значение рН (измеренное для раствора в воде с концентрацией 10 мас.%) составляет от 1,5 до 10, предпочтительно от 4 до 9 (при определении в соответствии со стандартом ISO 976:2013-12).

ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ ДОБАВКИ

Электропроводящие добавки не являются существенно подчиненными никаким ограничениям, так что можно использовать все добавки, обладающие электропроводностью.

Электропроводящие добавки вызывают уменьшение поверхностного сопротивления текстильной ткани до значения 10³ Ом и менее. Поверхностное сопротивление определяется в соответствии со стандартом DIN 54345-1:1992-02.

Электропроводящие добавки вызывают уменьшение удельного контактного сопротивления текстильной ткани до значения 10⁴ Ом и менее. Удельное контактное сопротивление определяется в соответствии со стандартом DIN 54345-1:1992-02.

В батареях хранения мощности свинцово-кислотного типа используются такие электропроводящие добавки, стабильность которых в кислотной окружающей среде является достаточной. Подходящими используемыми электропроводящими добавками являются предпочтительно электропроводящие материалы в форме частиц на основе углерода, предпочтительно сажи, в частности ацетиленовой сажи, графита, нано-графита (графена), или электропроводящий материал в форме волокна на основе углерода, карбонизированного углерод, в частности графита, нано-графита или электропроводящих спиртов.

Подходящие углеродные и электропроводящие добавки являются коммерчески доступными. Примерами являются продукты «Carbofin conductive L» или «Carbofin L» производства компании Rockwood, а также аналогичные продукты других изготовителей.

Система добавка-связующее вещество, используемая в соответствии с настоящим изобретением, либо пропитывающее/покрывающее соединение может также содержать до 10 мас.% добавок, которые не являются электропроводящими добавками. Такие добавки являются коммерчески доступными добавками, такими как средства предохранения от плесени, стабилизаторы, антиоксиданты, пеногасители, гидрофилизирующие средства, ультрафиолетовые стабилизаторы, наполнители и/или пигменты. Они частично содержатся в коммерческих продуктах и служат для того, чтобы стабилизировать хранение и транспортировку, или могут быть добавлены позже для того, чтобы выполнить технические требования заказчика.

Электропроводящие добавки добавляются к органическому связующему веществу системы добавка-связующее вещество либо к пропитывающему/покрывающему соединению и совместно наносятся на текстильный материал. Это нанесение может приводить к полному проникновению и пропитке текстильного материала или к одностороннему или двустороннему покрытию текстильного материала. После этого химическое органическое связующее вещество упрочняется с помощью химической реакции, и любые присутствующие летучие вещества, например вода, удаляются посредством сушки.

Текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, предпочтительно имеет воздухопроницаемость от 10000 до 500 л/м²с при давлении 200 Па, измеряемую в соответствии со стандартом EN ISO 9237:1995-12.

Текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, предпочтительно имеет максимальную силу растяжения (в продольном направлении) по меньшей мере 150 Н/5 см, особенно предпочтительно по меньшей мере 200 Н/5 см, измеряемую в соответствии со стандартом DIN EN 29073-3:1992-8.

Текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, предпочтительно имеет максимальную силу растяжения (в поперечном направлении) по меньшей мере 100 Н/5 см, особенно предпочтительно по меньшей мере 150 Н/5 см, измеряемую в соответствии со стандартом DIN EN 29073-3:1992-8.

Давление разрыва B1 текстильного материала, снабженного объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, составляет по меньшей мере 800 кПа. Давление разрыва является мерой механической устойчивости рукавов, которая является очень важной, в частности во время их производства и эксплуатации. Давление разрыва обычно определяется посредством растяжимого резинового шланга, который вставляется внутрь трубчатых мешков и надувается сжатым воздухом. Изменение диаметра трубки рукава при приложении давления B1 составляет менее 2% относительно начального диаметра рукава. Определение давления разрыва B2 выполняется путем дополнительного увеличения внутреннего давления в резиновом шланге вплоть до точки разрыва трубчатого мешка. Давление разрыва B2 текстильного материала, снабженного объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, составляет по меньшей мере 2200 кПа.

Текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, предпочтительно имеет прочность на раздирание (в продольном направлении) по меньшей мере 3 деканьютон, особенно предпочтительно по меньшей мере 5 деканьютон, измеряемую в соответствии со стандартом DIN EN ISO 9073-4:1997.

Текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, предпочтительно имеет прочность на раздирание (в поперечном направлении) по меньшей мере 3 деканьютон, особенно предпочтительно по меньшей мере 5 деканьютон, измеряемую в соответствии со стандартом DIN EN ISO 9073-4:1997.

Текстильный материал, используемый в соответствии с настоящим изобретением, имеет коэффициент тепловой усадки > 0,1%, предпочтительно > 0,5% при температуре 160°C (горячий воздух).

Текстильный материал, используемый в соответствии с настоящим изобретением, кроме того имеет низкую ворсистость поверхности нетканого материала.

Особенно предпочтительно использование текстильного материала, который имеет комбинацию вышеупомянутых параметров воздухопроницаемости, максимальной силы растяжения (в продольном и/или поперечном направлении) и дополнительно прочности на разрыв. Особенно предпочтительно использование текстильного материала, который имеет комбинацию вышеупомянутых параметров воздухопроницаемости, максимальной силы растяжения (в продольном и/или поперечном направлении) и дополнительно прочности на разрыв (в продольном и/или поперечном направлении).

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения электропроводящие добавки добавляются к полимерному материалу, который формирует волокна текстильной ткани. Добавление добавок во время прядения из расплава синтетического, термопластичного полимера является известным для специалистов в данной области техники; оно выполняется, например, путем добавления электропроводящей добавки к полимеру, находящемуся в экструдере расплава, или посредством дозирования концентрата добавок. Количество электропроводящей добавки составляет от 1 мас.% до 30 мас.% по общей массе текстильной ткани.

ПРОИЗВОДСТВО

Производство текстильного материала, используемого в соответствии с настоящим изобретением, а также его обеспечение системой добавка-связующее вещество либо пропитывающем/покрывающим соединением осуществляется посредством известных по своей сути способов и процессов.

Производство текстильного материала, используемого в соответствии с настоящим изобретением с системой добавка-связующее вещество, выполняется посредством следующих мер:

A) формирование текстильного материала как описано выше, и опционально его механическое и/или тепловое объединение,

B) нанесение вышеописанной системы добавка-связующее вещество либо вышеописанного пропитывающего/покрывающего соединения,

C) сушка и объединение связующего вещества системы добавка-связующее вещество либо пропитывающего/покрывающего соединения.

Формирование текстильного материала выполняется посредством известных мер.

Реализация опционально выполняемого механического объединения также осуществляется посредством в принципе известных способов.

Предпочтительно нетканый материал либо изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал объединяется посредством механического иглопробивания и/или каландрирования.

Предпочтительно термическое каландрирование выполняется при температуре каландрирования от 120°C до 160°C. Поверхность каландра при этом может иметь выпуклую структуру, например ромбическую, точечную или стержневую структуру, или может быть гладкой. В дополнение к объединению нетканого материала, термическое каландрирование также служит для уменьшения так называемой ворсистости поверхности нетканого материала, которая в противном случае оказывала бы значительное влияние на возможность желаемого использования нетканого материала. После этого выполняется пропитка нетканого материала либо изготовленного по технологии спанбонд нетканого материала системой добавка-связующее вещество либо пропитывающим/покрывающим соединением. Включение опционально присутствующего армирования выполняется во время или после формирования текстильного материала или до или во время нанесения системы добавка-связующее вещество либо пропитывающего/покрывающего соединения. Обеспечение армирования и опционально дополнительной термической обработки в процессе производства предпочтительно осуществляется при создании напряжения, в частности продольного напряжения.

Альтернативно нетканый материал либо изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал объединяется посредством механического иглопробивания либо гидродинамического иглопробивания. В этом случае иглопробивание контролируется таким образом, чтобы достигалась плотность иглопробивания от 10 до 100 стежков/см². В частности предпочтительной является плотность иглопробивания от 30 до 50 стежков/см². Более высокая плотность отверстий улучшает транспорт ионов через нетканый материал без влияния на механическую прочность нетканого материала.

Объединение нетканого материала также может быть выполнено посредством описанного иглопробивания с последующим каландрированием.

Обеспечение опционально включаемых дополнительных текстильных тканей имеет место до или во время объединения системы добавка-связующее вещество либо пропитывающего/покрывающего соединения.

Применяемые количества и другие характеристики системы добавка-связующее вещество либо пропитывающего/покрывающего соединения уже были подробно описаны выше и также действительны для этого способа. Нанесение также выполняется посредством известных способов.

Сушка или объединение связующего вещества также выполняется посредством известных специалистам в данной области техники способов, в которых, как было доказано, температуры от 120°C до 250°C, предпочтительно от 140°C до 160°C, являются выгодными. Сушка либо термообработка вызывает среди прочего химическую реакцию связующего вещества и приводит к его упрочнению. Сушка осуществляется, так же как любая термическая обработка в производственном процессе, предпочтительно в условиях напряжения, в частности продольного напряжения.

Если текстильный материал не содержит связующего вещества, нанесение системы добавка-связующее вещество либо пропитывающего/покрывающего соединения на механически и/или термически объединенный нетканый материал выполняется посредством известных способов нанесения.

В одном дополнительном конструктивном решении настоящего изобретения электропроводящие добавки, как уже было описано, вводятся в виде концентратов или соединений непосредственно в полимер волокна во время процесса прядения волокна. Полимеры непрерывных элементарных волокон или штапельного волокна могут содержать проводящие добавки, а также термоклейкие полимеры для термически объединяемых нетканых материалов. Если волокно присутствует в виде двухкомпонентного волокна, дозирование либо добавление электропроводящей добавки также может быть выполнено только в материал оболочки двухкомпонентного волокна типа ядро-оболочка.

Производство трубчатых мешков типа патронной ленты в соответствии с настоящим изобретением, состоящих из текстильных тканей, снабженных системой добавка-связующее вещество либо пропитывающим/покрывающим соединением, выполняется с помощью известных мер, например, как описано в международной патентной заявке WO 2007/090893.

В стандартном способе две текстильные материалы, в частности нетканые материалы и/или изготовленные по технологии спанбонд нетканые материалы, укладываются одна на другую и сшиваются друг с другом. Швы проходят параллельно на расстоянии от нескольких миллиметров до сантиметра друг от друга. После этого шпильки вставляются между слоями и нагреваются, или горячие шпильки вставляются между слоями, что деформирует области между швами в трубки с круглым (или также многоугольным) поперечным сечением. Следовательно, текстильная поверхность, включая связующее вещество, должна обладать термопластичными свойствами для того, чтобы трубчатая структура была сохранена и осталась размерно устойчивой после охлаждения.

Температура во время этого процесса находится в диапазоне от 130°C до 180°C. Тепловая усадка текстильного материала, которая начинает происходить при этой температуре, служит причиной того, что во время формирования трубчатых мешков текстильный материал усаживается точно до размера нагретых шпилек. Точная геометрия мешков таким образом определяется вставляемыми в них шпильками. Термин «трубчатый» в смысле настоящего изобретения таким образом относится не только к цилиндрическим мешкам, которые производятся с помощью шпилек цилиндрической формы, то есть с круглым поперечным сечением, но также и к многогранным нецилиндрическим мешкам, которые производятся с помощью шпилек нецилиндрической формы, то есть с многоугольным поперечным сечением (количество углов в таком многоугольнике равно или больше 3).

Для использования в свинцово-кислотных батареях трубчатые мешки типа патронной ленты в соответствии с настоящим изобретением заполняются пастой из активного свинца. Заполненные трубки, расположенные в ряд, образуют положительный электрод свинцово-кислотной батареи. Обычно пористый сепаратор, например нетканый материал из полиэтилена или стекловолокна или пористая полимерная мембрана, располагается между электродом в виде трубчатого мешка и противоэлектродом.

Индивидуальные способы измерения являются известными по своей сути, но являются патентоспособными в комбинации или в порядке в соответствии с настоящим изобретением и с использованием системы добавка-связующее вещество либо пропитывающего/покрывающего соединения в соответствии с настоящим изобретением.

Способы измерения:

Общие способы измерения:

Воздухопроницаемость:

Воздухопроницаемость определяется в соответствии со стандартом DIN EN ISO 9237:1995-12.

Вес на единицу площади:

Вес на единицу площади определяется в соответствии со стандартом DIN EN ISO 29073-1:1992-08.

Измерение диаметра волокна:

Диаметр волокна определяется в соответствии со стандартом DIN EN ISO 1973:1995-12. Измерение ссылочной силы:

Измерение ссылочной силы выполняется в соответствии со стандартом EN 29073-3:1992-083, на образцах шириной 5 см при длине сжатия 200 мм. Числовое значение предварительной силы, выражаемое в сН, здесь соответствует числовому значению массы на единицу площади образца, выраженному в граммах на квадратный метр.

Измерение поверхностного сопротивления:

Поверхностное сопротивление определяется в соответствии со стандартом DIN 54345-1:1992-02.

Измерение удельного контактного сопротивления (удельного объемного электрического сопротивления):

Контактное сопротивление определяется в соответствии со стандартом DIN 54345-1:1992-02.

Давление разрыва

Давление разрыва определяется путем вырезания рукава из образца, в котором смежные, продольно проходящие рукава разделены посередине. Резиновая трубка, закрытая с одной стороны, с давлением разрыва 3 бар, толщиной стенки 1,5 мм и немного более меньшим наружным диаметром, чем у рукава, вставляется в трубку рукава. После этого давление медленно увеличивается в трубке посредством сжатого воздуха до 8 бар и поддерживается в течение минуты, и определяется изменение диаметра рукава. После этого давление увеличивается до намеченного измеряемого значения и поддерживается постоянным в течение минуты без разрыва трубки рукава при этом давлении.

Настоящее изобретение касается новых трубчатых мешков типа патронной ленты для свинцово-кислотных батарей, состоящих из текстильного материала, которые также упоминаются как «рукава», их производства, а также содержащих их батарей хранения мощности свинцово-кислотного типа. Трубчатые мешки в соответствии с настоящим изобретением состоят из текстильного материала, который снабжен по меньшей мере одним объединенным связующим веществом с термопластичными свойствами и по меньшей мере одной электропроводящей добавкой. 2 н. и 21 з.п. ф-лы.

1. Трубчатые мешки типа патронной ленты для свинцово-кислотных батарей, состоящие из текстильного материала, отличающиеся тем, что текстильный материал, из которого образованы трубчатые мешки, снабжен по меньшей мере одним объединенным связующим веществом с термопластичными свойствами и по меньшей мере одной электропроводящей добавкой.

2. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал является нетканым материалом, предпочтительно составленным из синтетических полимерных волокон, минеральных волокон, стекловолокна или их смесей.

3. Трубчатые мешки по п. 2, отличающиеся тем, что нетканый материал содержит штапельные волокна, рубленые волокна или рваные волокна, предпочтительно волокна, составленные из спряденных из расплава синтетических полимерных материалов, минеральных волокон, стекловолокна или их смесей.

4. Трубчатые мешки по пп. 1, 2 или 3, отличающиеся тем, что текстильный материал имеет вес на единицу площади, равный от 20 г/м² до 500 г/м², предпочтительно от 40 г/м² до 250 г/м².

5. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что удельное контактное сопротивление текстильного материала, снабженного добавкой, составляет 10 Ом·см или меньше.

6. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал имеет тепловую усадку > 0,1% (при температуре горячего воздуха 160°C в течение 10 мин).

7. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что количество электропроводящей добавки составляет от 1 мас.% до 30 мас.% по общей массе текстильной ткани.

8. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что удельное контактное сопротивление текстильного материала, снабженного добавкой, составляет 10³ Ом·см или меньше.

9. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что удельное контактное сопротивление текстильного материала, снабженного добавкой, составляет 10⁴ Ом·см или меньше.

10. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что электропроводящая добавка представляет собой электропроводящий материал в форме частиц на основе углерода, предпочтительно сажи, в частности ацетиленовой сажи, графита, нано-графита (графена), или электропроводящий материал в форме волокна на основе углерода, карбонизированного углерода, в частности графита, нано-графита или электропроводящего спирта.

11. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что электропроводящая добавка наносится вместе со связующим веществом как система добавка-связующее вещество или пропитывающее/покрывающее соединение.

12. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, в частности нетканый материал и/или изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал, объединяется посредством по меньшей мере одного химического и/или термопластичного связующего вещества, которое предпочтительно также имеет термопластичные свойства.

13. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, в частности нетканый материал и/или изготовленный по технологии спанбонд нетканый материал, содержит от 5 мас.% до 50 мас.% связующего вещества, предпочтительно от 5 мас.% до 50 мас.% связующего вещества, и особенно предпочтительно от 10 мас.% до 25 мас.% связующего вещества.

14. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что в дополнение к связующему веществу, которое обладает термопластичными свойствами, используются связующие вещества, которые не имеют никаких термопластичных свойств, но только в количестве вплоть до 10 мас.% по массе всего связующего вещества, и предпочтительно не используются связующие вещества, которые не имеют термопластичных свойств.

15. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, имеет максимальную силу растяжения (в продольном направлении) по меньшей мере 500 Н/5 см, предпочтительно по меньшей мере 200 Н/5 см.

16. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, имеет максимальную силу растяжения (в продольном направлении) по меньшей мере 150 Н/5 см, предпочтительно по меньшей мере 200 Н/5 см.

17. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, имеет максимальную силу растяжения (в поперечном направлении) по меньшей мере 100 Н/5 см, особенно предпочтительно по меньшей мере 150 Н/5 см.

18. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, имеет максимальную силу растяжения (в продольном направлении) по меньшей мере 3 Н/5 см, предпочтительно по меньшей мере 5 Н/5 см.

19. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, имеет максимальную силу растяжения (в поперечном направлении) по меньшей мере 3 Н/5 см, особенно предпочтительно по меньшей мере 5 Н/5 см.

20. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что текстильный материал, снабженный объединенным связующим веществом и электропроводящей добавкой, имеет максимальную силу растяжения (в продольном направлении) по меньшей мере 800 Н/5 см, предпочтительно по меньшей мере 200 Н/5 см.

21. Трубчатые мешки по п. 1, отличающиеся тем, что мешок заполнен пастой из активного свинца.

22. Батареи хранения мощности свинцово-кислотного типа с электродами, отличающиеся тем, что по меньшей мере положительные электроды образованы трубчатыми мешками типа патронной ленты в соответствии по меньшей мере с одним из пп. 1-20, и эти трубчатые мешки заполнены пастой из активного свинца.

23. Батареи хранения мощности по п. 22, отличающиеся тем, что положительные электроды дополнительно имеют дополнительный сепаратор, который отделяет положительные электроды в форме трубчатого мешка и противоэлектрод друг от друга.