CN1458331A - 金属包覆纤维编织布及其制造方法与用途 - Google Patents

金属包覆纤维编织布及其制造方法与用途 Download PDF

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王佳兆
朱彦文
陈新元
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Abstract

一种金属包覆纤维编织布，它由非金属纤维编织布基材和包覆在非金属纤维编织布基材上的金属镀层组成，金属镀层还包括通过沉积处理包覆在非金属纤维编织布基材上的电沉积层和夹设在非金属纤维织布基材和电沉积层之间的导电膜；本发明利用非金属纤维编织布作为金属包覆复合材料的基材，先对纤维布基材进行表面处理，使基材表面具有良好的导电性，然后将具有高导电性，高耐蚀性金属材料通过电沉积的方式包覆到基材表面，形成致密的金属包覆层，基材与金属包覆层紧密坚固地结合为一体，具有高机械强度，高导电性和高耐蚀性能，可以直接加工成为电极或电极基材，用于制造高功率、高比能量、长寿命的蓄电池。

Description

金属包覆纤维编织布及其制造方法与用途
技术领域：
本发明涉及一种金属包覆纤维编织布及其制造方法与用途，尤其是一种对非导电纤维编织基材进行金属包覆的纤维编织布及其制造方法与用途，属于蓄电池制造技术领域。
背景技术：
传统的铅酸电池制造工艺已经历了一个多世纪的历程，但传统的铅酸电池技术对近一步提高电池能量密度有其局限性。通常为了提高电池的重量比能量密度，在电池设计中尽量减少电极板栅厚度以及联接件等非容量贡献部分的重量。然而，考虑电池应用类别，极板的加工过程，电池的循环使用寿命和其他性能，又必须采用一定厚度的板栅和联接件。所以按传统的铅酸电池制造技术，电池的比能量密度和循环使用寿命是互相制约的两个因素，要想同时提高电池的能量密度和循环使用寿命，采用传统的电池制造技术是难以实现的。
为解决这一矛盾，以往的发明在板栅结构设计和材料上都作了很多改进，其中包括采用新的高强度和耐蚀性铅合金，锻压或膨胀拉网板栅，铅-塑料复合板栅，铅-玻璃纤维复合板栅等技术。如美国专利4,279,977提供了一种快速辊轧板栅的方法，美国专利5,462,109提供了一种膨胀拉网板栅的方法，这两种方法的生产效率高，均可以实现板栅与极耳一次形成，但缺点是所加工的板栅缺少边框，如果用于正极板时其机械强度和耐蚀性有其局限性。美国专利4,658,632，美国专利5,010,637提供了一种铅-玻璃纤维复合网的制造方法，利用这种铅-玻璃纤维复合网加工成铅蓄电池专用极板的板栅，同时具有很高的机械强度和耐蚀性，近年来已经被用于双极性水平式电池(ElectrosourceLtd)。但是由于采用的是编织网结构，网眶(为两根单股铅复合玻璃纤维搭界)的最小厚度为单股铅复合玻璃纤维直径的二倍，而编织网包覆层金属铅实际有效厚度只是单股铅包覆层的厚度，在使用这种铅-玻璃纤维复合网时，在厚度上有一定的局限。同时这种铅-玻璃纤维复合网的边框和极耳的加工比较困难，所以使这类铅复合网在蓄电池上的应用受到很大限制。
中国专利申请(申请号：96118494.9)公开了一种由非金属材料作骨架制备铅酸蓄电池电极板栅的方法。其特点是先对非金属材料进行表面活化处理，然后实施化学镀铅再电镀铅加厚。该方法的缺点是采用活化和化学镀处理不仅工艺复杂、效率底、成本高，同时在处理基材时不可避免地引进了一些有害杂质，用于电池时腐蚀加剧和自放电严重。
发明内容：
本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种金属包覆纤维编织布，尤其是一种对非导电纤维编织基材进行金属包覆的纤维编织布。
本发明的目的之二在于针对现有技术的不足，提供一种制造金属包覆纤维编织布的方法，它解决了金属对非金属纤维编织材料基材的包覆问题，尤其是金属对纤维编织布状材料的包覆问题。用这种方法可以制作出机械强度高、导电性高、耐蚀性能高、具有良好的几何尺寸和易加工制造的性能。且便于制造、工艺简单、合理。
本发明的目的之三在于针对现有技术的不足，提供一种金属包覆纤维编织布具有屏蔽X-射线、γ-射线、防辐射、屏蔽噪音和制作铅酸蓄电池的极板或板栅的用途。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：
一种金属包覆纤维编织布，它包括非金属纤维编织布基材和包覆在非金属纤维编织布基材上的金属镀层，金属镀层与非金属纤维编织布基材之间还设置有导电膜，金属镀层为电沉积层。
基材材质为非金属纤维编织布，或者是有机或无机物的无纺布，或者是两种或两种以上非金属纤维的混纺或混合编织布，非金属纤维编织布为碳纤维编织布、玻璃纤维编织布、或棉布；基材材质还可以为碳纤维编织布与玻璃纤维编织布的混纺或混合编织布，其厚度为50-1000微米。
电沉积层的材质为纯铅或铅合金，纯铅的纯度为可99.99％；铅合金的元素为：钙0.03-0.1％，银0.01-0.1％，铜0.01-0.05％，钨0.05-0.5％，钼0.05-0.5％，铝0.1-0.05％，锶0.01-0.05％，铋0.02-1.0％，锡0.1-1.0％，镉0.1-1.5％；铅合金的组成为纯铅与以上一种元素的组合，或者是纯铅与以上两种元素或两种以上元素的组合；电沉积层的材质还可以为锡或铅-锡合金；或者是镍、镉、铁、锰、铜、银、金或以上金属组成的合金，其厚度为20-2000微米。
金属包覆纤维编织布用于屏蔽X-射线，γ-射线，防辐射，屏蔽噪音，还可以用于制作铅酸蓄电池的极板或板栅。
一种制造金属包覆纤维编织布的方法，它包括如下步骤：
步骤1：制作非金属纤维编织布，作为金属包覆复合材料的基材；
步骤2：对非导电性的非金属纤维布基材进行热预处理和导电性预处理；
步骤3：对预处理过的非金属纤维布基材进行电沉积处理，在基材的表面包覆金属镀层。
上述步骤2对基材的热预处理过程为：热处理温度为60-400℃，热处理时间为5分钟至6小时(可以再分为100-250℃，再细分为120-160℃)。
上述步骤2对基材的导电性预处理过程为：通过真空镀在基材表面镀覆金属层或非金属导电层。
上述步骤3的电沉积过程为：通过风吹干或加热烘干将基材布干燥，对基材布进行电沉积处理，镀液可以采用常规的氨基磺酸体系或者氟硼酸体系。
基材的材质为非金属纤维编织布，或者是有机或无机物的无纺布，或者是两种或两种以上非金属纤维的混纺或混合编织布；非金属纤维编织布为碳纤维编织布或玻璃纤维编织布或棉布；基材材质还可以为碳纤维编织布与玻璃纤维编织布的混纺或混合编织布；其厚度为50-1000微米。
电沉积层的材质为纯铅或铅合金，纯铅的纯度为99.99％，铅合金的元素为：钙0.03-0.1％，银0.01-0.1％，铜0.01-0.05％，钨0.05-0.5％，钼0.05-0.5％，铝0.1-0.05％，锶0.01-0.05％，铋0.02-1.0％，锡0.1-1.0％，镉0.1-1.5％；铅合金的组成为纯铅与以上一种元素的组合，或者是纯铅与以上两种元素或两种以上元素的组合；电沉积层的材质还可以为锡或铅-锡合金或者是镍、镉、铁、锰、铜、银、金或以上金属组成的合金，其厚度为20-2000微米。
上述方法制造的金属包覆纤维编织布用于屏蔽X-射线，γ-射线，防辐射，屏蔽噪音，还可以用于制作铅酸蓄电池的极板或板栅。
本发明有以下诸多优点：
1)采用纤维编织布作为基材，尤其是采用玻璃纤维或碳纤维为基材，基材具备极高的机械拉伸强度、良好的柔性、重量轻、几何尺寸易于加工等优点。
2)通过调整电沉积过程的参数可以控制金属包覆层的厚度，结晶结构和晶粒大小，使金属包覆层满足不同的使用要求。
3)如上所述，预处理用导电石墨或碳微粒胶体溶液，制备容易，成本低廉，导电预处理工艺简单，易于操作。
4)上述方法制备的金属包覆纤维编织布，具有良好的导电性、高拉伸强度、高耐腐蚀性、良好的柔性和质轻的特点，可以作为防射线、辐射的屏蔽材料。
5)利用上述方法制造的金属包覆纤维编织布，可以用来加工成蓄电池特别是铅酸蓄电池专用电极或板栅，用于制造高重量比能量，高功率蓄电池。
附图说明：
图1为本发明金属包覆纤维编织布结构示意图之一；
图2为本发明金属包覆纤维编织布结构示意图之二。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细地说明。
如图1所示为本发明金属包覆纤维编织布结构示意图之一。图中所示的金属包覆纤维编织布包括非金属纤维织布基材1和包覆在非金属纤维布基材上的金属镀层2。
如图2所示为本发明金属包覆纤维编织布结构示意图之二。图中金属镀层2与非金属纤维布基材1之间还设置有导电膜3，金属镀层2为电沉积层。
从图1、2中可知，基材1材质为非金属纤维编织布，或者是有机或无机物的无纺布；基材1材质为碳纤维编织布或玻璃纤维编织布或棉布；基材1材质还可以为两种或两种以上非金属纤维的混纺或混合编织布。基材1的厚度为50-1000微米。
金属镀层2为电沉积层，其材质为纯铅或铅合金，纯铅的纯度为99.99％，铅合金的元素为：钙0.03-0.1％，银0.01-0.1％，铜0.01-0.05％，钨0.05-0.5％，钼0.05-0.5％，铝0.1-0.05％，锶0.01-0.05％，铋0.02-1.0％，锡0.1-1.0％，镉0.1-1.5％；铅合金的组成为纯铅与以上一种元素的组合，或者是纯铅与以上两种元素或两种以上元素的组合；电沉积层的材质还可以为锡或铅-锡合金或者为镍，镉，铁，锰，铜，银，金或以上金属组成的合金。电沉积层厚为20-2000微米。
制造金属包覆纤维编织布的方法，它包括如下步骤：
步骤1：制作非金属纤维编织布，作为金属包覆复合材料的基材；
步骤2：对非导电性的非金属纤维布基材进行热预处理和导电性预处理；
步骤3：对预处理过的非金属纤维布基材进行电沉积处理，在基材的表面包覆金属镀层。
上述的步骤2对基材的热预处理过程为：热处理温度为60-400℃，热处理时间为5分钟至6小时。(可以再分为100-250℃，再细分为120-160℃)
上述的步骤2对基材的导电性预处理过程为：通过真空镀在基材表面镀覆金属层或非金属导电层。
对基材的导电性预处理过程为：将金属包覆复合基材布置于溶有导电石墨或碳微粒胶体溶液内，对基材布进行浸渍处理，使导电粒子均匀覆合在基材布的表面，形成导电膜。导电石墨或碳微粒胶体溶液是：固体含量为5-15％的石墨或碳微粒的胶体性水溶液，其中导电微粒的平均尺寸为＜10微米，同时控制水溶液的PH值在8.5-10.0。
上述的步骤3的电沉积过程为：通过风吹干或加热烘干将基材布干燥，对基材布进行电沉积处理，镀液可以采用常规的氨基磺酸体系或者氟硼酸体系，并确定槽液配方与实验条件。
如下表：
  组分    含量(克/升)   指标     数值
  Pb2+     54   Ph值
  氨基磺酸     50   温度(℃)     20-50
  十六烷基三甲基溴化铵     2-15  阴极电流密度(A/dm2)     0.5-4
通过上述方法制造的金属包覆纤维编织布可以用于屏蔽X-射线，γ-射线，防辐射，屏蔽噪音等；上述方法制造的金属包覆纤维编织布还可以用于制作铅酸蓄电池的极板或板栅。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (30)

1、一种金属包覆纤维编织布，其特征在于：它包括非金属纤维编织布基材和包覆在非金属纤维编织布基材上的金属镀层。
2、根据权利要求1所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：在所述的金属镀层与非金属纤维编织布基材之间还设置有导电膜。
3、根据权利要求1或2所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的金属镀层为电沉积层。
4、根据权利要求1或2所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的基材材质为非金属纤维编织布，或者是有机或无机物的无纺布，或者是两种或两种以上非金属纤维的混纺或混合编织布。
5、根据权利要求4所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的非金属纤维编织布为碳纤维编织布或玻璃纤维编织布或棉布。
6、根据权利要求4或5所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的基材材质为碳纤维编织布与玻璃纤维编织布的混纺或混合编织布。
7、根据前述任一项权利要求所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的基材厚度为50-1000微米。
8、根据权利要求3所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层的材质为纯铅或铅合金。
9、根据权利要求8所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的纯铅的纯度为99.99％；铅合金的元素为：钙0.03-0.1％，银0.01-0.1％，铜0.01-0.05％，钨0.05-0.5％，钼0.05-0.5％，铝0.1-0.05％，锶0.01-0.05％，铋0.02-1.0％，锡0.1-1.0％，镉0.1-1.5％；铅合金的组成为纯铅与以上一种元素的组合，或者是纯铅与以上两种元素或两种以上元素的组合。
10、根据权利要求3所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层的材质为锡或铅-锡合金。
11、根据权利要求3所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层的材质为镍、镉、铁、锰、铜、银、金或以上金属组成的合金。
12、根据权利要求3或8或10或11所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层厚为20-2000微米。
13、上述任一权利要求所述的金属包覆纤维编织布在屏蔽X-射线，γ-射线，防辐射，屏蔽噪音上的应用。
14、上述任一权利要求所述的金属包覆纤维编织布在制作铅酸蓄电池的极板或板栅上的应用。
15、一种制造金属包覆纤维编织布的方法，它包括如下步骤：
步骤1：制作非金属纤维编织布，作为金属包覆复合材料的基材；
步骤2：对非导电性的非金属纤维布基材进行热预处理和导电性预处理；
步骤3：对预处理过的非金属纤维布基材进行电沉积处理，在基材的表面包覆金属镀层。
16、根据权利要求15所述的制造金属包覆纤维编织布的方法，其特征在于：所述的步骤2对基材的热预处理过程为：热处理温度为60-400℃，热处理时间为5分钟至6小时(可以再分为100-250℃，再细分为120-160℃)。
17、根据权利要求15所述的制造金属包覆纤维编织布的方法，其特征在于：所述的步骤2对基材的导电性预处理过程为：通过真空镀在基材表面镀覆金属层或非金属导电层。
18、根据权利要求15所述的制造金属包覆纤维编织布的方法，其特征在于：所述的步骤3的电沉积过程为：通过风吹干或加热烘干将基材布干燥，对基材布进行电沉积处理，镀液可以采用常规的氨基磺酸体系或者氟硼酸体系。
19、根据权利要求15所述的制造金属包覆纤维编织布的方法，其特征在于：所述的基材材质为非金属纤维编织布，或者是有机或无机物的无纺布，或者是两种或两种以上非金属纤维的混纺或混合编织布。
20、根据权利要求19所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的非金属纤维编织布为碳纤维编织布或玻璃纤维编织布或棉布。
21、根据权利要求19或20所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的基材材质为碳纤维编织布与玻璃纤维编织布的混纺或混合编织布。
22、根据权利要求15或16或17或18或19或20所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的基材厚度为50-1000微米。
23、根据权利要求21所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的基材厚度为50-1000微米。
24、根据权利要求15所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层的材质为纯铅或铅合金。
25、根据权利要求24所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的纯铅的纯度为99.99％，铅合金的元素为：钙0.03-0.1％，银0.01-0.1％，铜0.01-0.05％，钨0.05-0.5％，钼0.05-0.5％，铝吕0.1-0.05％，锶0.01-0.05％，铋0.02-1.0％，锡0.1-1.0％，镉0.1-1.5％；铅合金的组成为纯铅与以上一种元素的组合，或者是纯铅与以上两种元素或两种以上元素的组合。
26、根据权利要求15所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层的材质为锡或铅-锡合金
27、根据权利要求15所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层的材质为镍、镉、铁、锰、铜、银、金或以上金属组成的合金。
28、根据权利要求15或18或23或25或26或27所述的金属包覆纤维编织布，其特征在于：所述的电沉积层厚为20-2000微米。
29、上述方法制造的金属包覆纤维编织布在屏蔽X-射线，γ-射线，防辐射，屏蔽噪音上的应用。
30、上述方法制造的金属包覆纤维编织布在制作铅酸蓄电池的极板或板栅上的应用。
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