DE2363913C2

DE2363913C2 - Verfahren zum Herstellen eines Batteriescheiders und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2363913C2
Application number: DE2363913A
Authority: DE
Inventors: Don O. Scituate Mass. Grammer; Nigel I. Lexington Mass. Palmer
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1984-07-19
Also published as: NL180772C; FR2211338A1; DE2363913A1; NL180772B; FR2211338B3; GB1461390A; IT1001307B; CA996184A; US4003758A; NL7317379A

Description

Verfahren zum Herstellen eines Batteriescheiders und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 9 02 266 und der US-PS 26 26 429 ist es bekannt. Batteriescheider mit e^:nem Harz zu imprägnieren. Die Rippen der Batteriescheider werden dabei durch Aufbringen von Kunstha.^ unporös und damit undurchlässig gemacht, indem das Kunstharz während des Prägens des Batteriescheiders aushärtet.

Aus der DE-PS 11 44 800 und der DE-AS 11 02 226 ist es bekannt, die Rippen von Batteriescheidern mit Kunstharz zu imprägnieren, um eine höhere Abriebfestigkeit und Oxydationsbeständigkeit an den hochliegenden Stellen der Rippen zu erreichen, an denen diese mit den Bleiplatten des Akkumulators in Berührung kommen.

Ferner ist aus der GB-PS 7 01 331 ein mit Rippen versehener Batteriescheider bekannt, der einen Anteil von thermoplastischen Binderfasern enthält. Diese Binderfasern werden zur Bildung von Rippen zusammengeschoben.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Rippen versehenen Batteriescheiders zu schaffen, bei dem die Rippen durch Prägungen hergestellt und auf einfachere Weise als beim Stand der Technik unporös gemacht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dadurch ist es möglich, einen Batteriescheider ohne Aufbringung von Kunstharz in bestimmten Bereichen unporös zu machen. Das erfindungsgemäße Verfuhren ist somit ein rein mechanisches Verfahren ohne Einsatz zusätzlicher Imprägnierstoffe.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht zwischen dem geschmolzenen Teil und dem mit Lücken versehenen Teil der Bahn ein Obergangsbereich, der zunehmend geschmolzen ist und sich in Richtung des geschmolzenen Teils von dem mit Lücken versehenen Teil erstreckt. Die Fasern haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,05 bis 50 μπι. Der geschmolzene Teil weist eine Dicke von 38,1 bis 635 μπι auf. In dem mit Lücken versehenen Teil beträgt die Retention der Pcrosität vorzugsweise mehr als 4ß%, wobei die maximale Porenweite weniger als 40 μπι beträgt.

Die Bahn sollte nach 24 Stunden keinen höheren anfänglichen elektrischen Widerstand (ER) als 25 Milliohm aufweisen. Die Matte sollte eine Batterie mit Kaltstarteigenschaften ermöglichen, in der jede Zeile mindestens 1,00 Volt bei 200 Ampere bei - I7,8°C nach 30 Sekunden liefert, wobei nach 6 Monaten und bei normalem Gebrauch nach mehr als drei Jahren keine offensichtlichen Schäden auftreten.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die ein ernes Paar Kalanderwalzen mil gleichmäßig voneinander entfernten Kalanderoberfächen und ein zweites Paar Kalanderwalzen mit einer Vielzahl von hervortretenden Rippen oder Graten mit einer Vielzahl von gegenüberliegenden Rinnen oder Aushöhlungen mit auf beiden Walzen einander gegenüberliegenden Flächen aufweisen, wodurch die einander gegenüberliegenden Rippen und Furchen voneinander getrennt werden. Die Zwischenräume zwischen den gegenüberliegenden Rippen und Rinnen des zweiten Walzenpaares sind kleiner als zwischen den gegenüberliegenden Flächen. Im allgemeinen sind alle Rippen oder Grate auf einer Walze eines Paares und alle Rinnen und Aussparungen auf der gegenüberliegenden Walze eines Paares angeordnet; dieses ist jedoch nicht immer notwendig.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Batteriescheider hat gute Steifheitscharakteristika, weist hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxydation (besonders im Bereich der Rippen) auf und ist gegenüber delamimerenden Einflüssen sehr widerstandsfähig.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert,

F i g. 1 ist die schematische Darstellung des Gesamtverfahrens,

F i g. 2 ist die schematische Wiedergabe der Prägewalzen zur Herstellung der Batteriescheider,

Fig.3 ist ein schematischer teilweiser Querschnitt durch die Walzen während des Schmelzens eines Teilbereiches der Rippen und der zwischen den Walzen befindlichen Bahn,

Fig.4 ist die schematische Ansicht eines nicht gewebten Batteriescheiders mit erfindungsgemäß ausgebildeten Rippen,

F i g. 5 ist ein Querschnitt durch eine der erfindungsgemäß ausgebildeten Rippen des nichtgewebten Batteriescheiders,

Fi g. 6 ist eine mikroskopische fotografische: Aufnahme eines Rippenbereiches vor dem Schmelzen,

F i g. 7 ist eine mikroskopische fotografische Aufnahme eines Rippenbereiches nach weitgehendem Schmelzen,

F i g. 8 ist eine mikroskopische fotografische Aufnahme eines Rippenbereiches, der praktisch vollständig geschmolzen ist.

Eine bevorzugte erfindungs^emäße Verfahrensweise wird anhand der F i g. 1 näher erläutert. Das zu Fasern oder Fäden auszubildende Harz wird über 17 in den Extruder 20 eingegeben. Im Extruder 20 wird das Harz, bevorzugt thermisch, behandelt.
Das Harz wird durch den Extruder 20 und durch den Spritzkopf 21 mittels eines Motors 22 extrudiert. Der Spritzkopf 21 hat vorzugsweise eine Reihe von Öffnungen 24. durch die das Harz in geschmolzenem Zustand versträngt und zu einem fliessenden Strom verarbeitet wird, aus dem sich das Harz zu Fäden 25 verdünnt Die

ίο Fäden 25 werden auf einer sich bewegenden Aufnahmevorrichtung 26 beispielsweise auf einer Walze 27 als durchgehende Matte 30 aufgenommen.

Das zum Verdünnen der Fäden verwendete Strömungsmittel wird über Düsen oder Schlitze 31 und 32 zugeführt, wobei gewöhnlich ein heißes Gas, vorzugsweise Luft, über die Leitungen 33 und 34 zugeführt wird. Das Gas wird vorzugsweise aus den Düsen unmittelbar oberhalb und unterhalb der in Reihe angeordneten Austrittsöffnungen ausgeblasen.

Nachdem zunächst eine Matte oder Bahn gebildet wurde, wird diese vorzugsweise verdicht*:-. um die gewünschte Dicke, Porosität, mechanische Stärk»"- und Stabilität sowie Abriebfestigkeit zu erhalten, die besonders wesentlich sind, wenn die Bahn als Batteriescheider verwendet werden soll. Die Bahn wird, vorzugsweise vor der Verdichtung, auf erhöhte Temperaturen erhitzt, um die Wirksamkeit des oder der Verdichtungsschritte zu erhöhen. Durch relativ hohe Temperaturen im wesentlichen unter dem Schmelzpunkt wird gute Torsionssteifheit erreicht. Bei kontinuierlicher Verfahrensweise wird das in einfacher Weise erreicht, wenn die Bahn in einem Ofen 35 auf die benötigten Temperaturen erwärmt wird. Vorzugsweise wird die Bahn zur gleichen Zeit geformt, geprägt oder mit Relief versehen, wenn die Verdichtung durchgeführt wird. Die geprägten Bereiche 36 (Fig.4) werden so ausgebildet, daß sie sich über die Oberfläche des Bereiches 37 der verdichteten Matte oder Bahn 38 erheben. Unter dieser „Oberfläche" 37 in der gesamten Dicke der Matte ohne die profilartigen Prägungen zu verstehen. Ebenso ist es möglich und manchmal zu bevorzugen, die Fasern des äußeren Bereiches uer reliefartigen Prägung zu diesem Zeitpunkt zu verschmelzen. Zunächtst jedoch wird die Bahn gemäß F i g. 1 der Verdichtung und dem Prägen unterworfen. Die Kalanderwalzen 41 und 42 gemäß F i g. 1 sind die bevorzugten Präge- und Verdichtungsvorrichtungen. Sie werden in F i g. 2 vergrößert wiedergegeben. Die Temperatur der Prägewalzen ist angenähert die gleiche wie die Temperatur des Gegenstromofens am Austrittsende. Natürlich ist es möglich, die Bahn oder Matte in einem getrennten Verfahrensschritt zu formen oder zu bilden, wobei dann die Kalanderwalzen 41 und 42 gemäß Fig. 2 in naheliegender Weise verändert werde::, uin die Verdichtung ohne Prägung durchzuführen.

Bei der hier beschriebenen und bevorzugten Verfahrensweise werden die Fasern oder Fäden mitteis eines zweiten Paares Kalanderwalzen 43 und 44 unmittelbar hinter den Rollen 41 un^J 42 durch weiteres Zusammen-

bo pressen der georägten Mattenbereiche soweit geschmolzen, daß mindestens deutliche und vorzugsweise praktisch vollständige Verschmelzung der äußere»! Bereiche 45 der Prägungen 36 oberhalb der Oberflächen 37 der verdichteten Matte eintritt. Die Kalanderwalzen

b5 43 und 44 entsprechen fi.r.t vollständig den Walzen 41 und 42 und unterscheiden sich nur hinsichtlich des Zwischenraumes zwischen den verschiedenen Bereichen der Walzen.

Unmittelbar nachdem die Bahn die Kalanderroller, 43 und 44 verlassen hat, schließt sich ein Verfahrensschritt zum Aufschneiden der Bahn an. Nach dem Kalandern ist die Bahn verhältnismäßig heiß, wodurch dieser Vorgang erleichtert wird. Die Bahn kann mittels eines Messers 46 (Fig. 1) oder einer Rasierklinge ohne Schwierigkeiten aufgeschlitzt oder zerteilt werden.

Hierauf wird die Bahn über die Rippen hinweg zerschnitten. Sie wird vor dem Zerschneiden vorzugsweise gekühlt, weil dann die Rippen bessere mechanische Eigenschaften aufweisen. Die Bahn kann durch natürliche Luftzirkulation oder mittels Kühlluft durch den Kühler 47 gemäß F i g. 1 abgekühlt werden. Vor dem Zerschneiden durch die Schneidevorrichtung 48 sollte die nichtgewebte Bahn im erfindungsgemäßen Verfahren auf mindestens 60⁰C gekühlt werden. Dann wird die nichtgewebte Bahn in den erforderlichen Abmessungen zerschnitten. Die Schneidevorrichtung 48 kann guillotine-

Srt!g uüSgCfimCt SCiPt üüu giut uCf gepfeuien nichigc-

webten Bahn ihre endgültigen Dimensionen.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Kalendriervorrichtung wiedergegeben, die aus einer männlichen Prägewalze 42 mit Rippen oder Graten 50 besteht. Der Rippenabstand zwischen den 13 Rippen (50) ist gleichmäßig. Der Durchmesser der männlichen Prägewalze 42 ist mit dem Durchmesser der weiblichen Prägewalze 44 identisch. Die weibliche Prägewalze weist 13 Vertiefungen 51 auf. Der Abstand zwischen diesen Vertiefungen ist natürlich der gleiche wie der Abstand der Rippen. Die ineinander passenden Rippen 50 und Vertiefungen 51 sind durch die ebenen Flächen 52 und 53 getrennt.

Der einzige Unterschied zwischen dem ersten Kalanderwalzenpaar 41 und 42 und dem zweiten Kalanderwaizenpaar 43 und 44 besteht darin, daß die Walzen 41 und 42 gleichmäßig voneinander entfernte Kalanderoberflächen haben, während bei den Walzen 43 und 44 dip Vpriipfijn<*f?n flacher sind und die Ri^^en oder Grate sich weiter ausdehnen und der Abstand zwischen den Kanten der Walzen größer ist. In beiden Walzenpaaren besitzen die Rippen einen geringeren Radius als die Vertiefungen. Beide Kalanderwalzenpaare sind von innen her heizbar auf Temperaturen, die den Verfahrensschritten im Ofen 35 (Fig. 1) entsprechen. Die Bahn 30 wird durch die Walzen 41 und 42 gleichmäßig gepreßt und gleichzeitig durch diese durch gegenüberliegende Oberflächen mit weiblichen Vertiefungen und männlichen Rippen oder Graten und dazwischenliegenden Flächen geformt Die Walzen 43 sind so ausgebildet und in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß die Bahn 30 unterschiedlich gepreßt wird. Zunächst pressen die Waiden 41 und 42 gleichmäßig die Bahn, indem praktisch sie unter gleichmäßiger Hitze und gleichmäßigem Druck auf die Bahn einwirken. Dann wird in einem kontinuierlichen Verfahren Wärme und Druck auf voneinander getrennte Bereiche ausgeübt, während die Einwirkung auf andere Bereiche gar nicht oder nicht im gleichen Maße erfolgt.

Das zweite Walzenpaar bildet eine erhitzte Druckvorrichtung, die den äußeren Bereich 45 und 36 bis zum vollständigen Verschmelzen preßt, wobei durch schrittweise Verminderung des Pressens schrittweise der Schmelzgrad im Bereich 40 vermindert wird.

Weitere Verminderung des Zusammenpressen in dem Bereich in dem der Prägebereich 36 in die Oberflächcnbereiche der Ausgangsbahn 37 übergeht, führt dazu, daß das Verschmelzen nur an den Berührungspunkten der Fasern oder Fäden stattfindet. Dieser Übergang von geöffneteren Bereichen in geschlossene Bereiche der Bahn kann im Bereich 40 (Fig. 5) oder in einigen Fällen sogar in den Bereichen 37 stattfinden. Demnach sollten die Walzen 43 und 44 so ausgebildet sein, daß durch sie das äußere Ende oder der mittlere Bereich 45 5 oder die Rippe 36 vorzugsweise auf einen Porositiitswert von 0 zusammengepreßt wird. Der Schmelzvorgang bei 45 wird vorzugsweise soweit geführt, daß eine zumindest weitgehend kontinuierliche Membran gebildet wird. Die Poren der Rippen sind demnach im Mittelbereich der Rippe praktisch vollständig geschlossen und in Richtung auf die Bahnebene 37 zunehmend geöffnet. Zur Verhinderung der Verschmelzung oder Verglasung im Bereich 37 sind die Walzen 43 und 44 vorzugsweise so ausgebildet, daß sich die anderen Bereiche der Bahn in gewissem Abstand von den erhitzten Druckwalzen zwischen den Vertiefungen 51 und den Rippen 50 befinden und diese nicht berühren, jedoch zwischen den geprägten Bereichen gemäß Fig. 3 praktisch eine Brücke umuC-ii. Die weiblichen Veriiefuiigen uiiu inäiiniicheii Grate der Kalanderwalzen 43 und 44 sind in Abhängigkeit von der Dicke der Bahn und unter Berücksichtigung der in den bestimmten Bereichen zu erreichenden verminderten Dicke so ausgebildet, daß die Bahn in dem »Brückenbereich« zwischen den weiblichen Vertiefungen und den männlichen Graten die ebenen Bereiche der Kalanderwalzen nicht berühren.

Vorzugsweise werden teflonbeschichtete Kalanderwalzen «erwendet. Zwischen der nichtgewebten Bahn und der Preßoberfläche kann ein abstandshaltendes Material verwendet werden, das beispielsweise aus Seidenpapier, Kraft-Papier, Schreibpapier, feinem Baumwollstoff usw. mit rauhen Oberflächen besteht.

Mit Hilfe der bevorzugten Walzensysteme ist es möglich. Bahnen verschiedener Bahndicke und Porosität zu

J5 behandeln. Zusätzlich kann die Verdichtungstemperatur und die Schmelztemperatur unabhängig voneinander geregelt werden. Darüber hinaus ist es möglich, das zweite Walzenpaar bei einer niederen Temperatur unter Verwendung eines höheren Druckes zu verwenden.

Zur Herstellung von Batteriescheidern werden als bevorzugte polymere plastische Harze, vorzugsweise C2— bis Cs-Polyolefinthermoplaste wie Polyäthylen, Polypropylen und Polystyrol und insbesondere Polypropylen und dessen Copolymere, insbesondere mit anderen Monomeren wie Styrol, verwendet. Zur Verwendung in alkalischen Batteriescheidern werden andere Harze oder Kunststoffe wie beispielsweise Nylon bevorzugt, je nach Verwendungszweck können Stabilisatoren, Netzmittel und andere Additive mitverwendet werden.

Um bevorzugte nicht gewebte Bahnen gemäß Erfindung aus den bevorzugten Harzen und insbesondere aus den bevorzugten Polypropylenharzen herzustellen, ist es wichtig, das Polymere vor dem Extrudieren zu Fäden thermisch zu behandeln. Diese Behandlung besteht vorzugsweise darin, daß man das Harz in dem Extruder 20 bei Temperaturen von mehr als 288° und insbesondere bei 316 bis 482° vorzugsweise zwischen 327 und 427° erhitzt. Im allgemeinen wird es bevorzugt, den Spritzkopf bei Temperaturen gering unterhalb der Temperatur des Extrudergehäuses zu halten. Die Temperatur des Spritzkopfes kann etwa 6 bis 6O⁰C unter der des Extruders liegen.

Durch diese thermische Behandlung wird das Polymere zumindest teilweise zersetzt und teilweise werden die Fließeigenschaften verbessert, was bei dem Extrudieren von Fäden und insbesondere zur Ausbildung von ungewebten Bahnen gemäß Erfindung wichtig ist. Zum Verdünnen oder Strecken der Fäden wird als

Gas vorzugsweise Luft von 280 bis 540° unmittelbar unterhalb und oberhalb der Austrittsöffnungen aus Schlitzdüsen ausgeblasen, wie es beispielsweise in US-PS 36 50 866 beschrieben ist. Der Gas- bzw. Luftstrom wird so kontrolliert, daß die einzelnen Fäden nicht miteinander in Berührung kommen und Fadenbündel bilden, sondern äußerst dünne Einzelfäden mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0,05 bis 50 μιη und vorzugsweise unter 10 μπι zweckmäßig zwischen 1 bis 10 und insbesondere 1 bis 5 μίτι. Das Ausdünnen der Fäden erfolgt unmittelbar nach dem Extrudieren mit einer Luftgeschwindigkeit für Polypropylen-Bahnen von 0,3 bis 1,8 kg je Minute, wobei Fäden mit einem Durchmesser von 1 bis 10 μπι erzielt werden.

Vorzugsweise werden die Stränge des Mischharzes in einer von den Austrittsöffnungen 24 direkt wegführenden Ebene zu Fäden verdünnt. Die Fäden sind letztlich diskontinuierlich, da sie wegen ihrer äußersten Dünnheit oft brechen.

Der Fadendurchmesser kann gering schwanken, und zwar aufgrund von Unregelmäßigkeiten der zugeführten Luft oder wegen geringfügiger Änderungen des extrudierten Harzes.

Selbstverständlich können auch kontinuierliche Fäden für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.

Die Fäden werden von der Aufnahmevorrichtung 26 in Form einer sich selbst tragenden Matte oder Bahn aufgenommen. Die Aufnahmevorrichtung 26 hai einen Abstand von 2,5 bis 76 cm, vorzugsweise 2,5 bis 45 cm und insbesondere 7,5 bis 20 cm Abstand von den Austrittsöffnungen und bewegt sich oder rotiert kontinuierlich. Die Fäden sind in der Bahn miteinander verbunden oder verklebt und ergeben eine zusammenhängende einheitliche nicht gewebte Bahn, die ohne Verlust ihres Bahncharakters gehandhabt werden kann, d. h. aufgewickelt, geschnitten, gepreßt oder anderweitig behandelt werden kann. Das meist durch die thermische Einwirkung oder Anschmelzen bedingte Verkleben der Fäden bleibt während der gesamten Verfilzung der aufgenommenen Bahn, die ein Grundgewicht von 10 bis 500 und vorzugsweise 20 bis 300 g/m² und eine Dicke von 25 bis 5100, vorzugsweise 510 bis 5100 und insbesondere von 500 bis 250 μπι besitzt.

Die Höchsttemperatur, der die Matte vor oder während des Verdichiens ausgesetzt werden kann, hängt von den betreffenden Kunststoffharzen ab. Im allgemeinen wird die Temperatur durch die übermäßige Schrumpfung der Bahn und die weitere Zersetzung des Polymeren oder ein Schmelzen desselben bestimmt. Trotzdem soll die Temperatur hoch genug sein, um die Festigkeit, die Benetzbarkeit, die Beständigkeit und andere wesentlichen Eigenschaften, die für den längeren Gebrauch notwendig sind, zu verbessern. Es wurde festgestellt, daß die Bahn im allgemeinen über den Erweichungspunkt des Harzes erhitzt werden soll.

Eine Bahn aus bevorzugten Polypropylenfasern oder -fäden wird vor dem Verdichten vorzugsweise auf Temperaturen von 110° bis 160° C erhitzt

Das Verdichten soll bei verhältnismäßig hohen Temperaturen erfolgen, jedoch bei wesentlich niedrigen Temperaturen als dem Schmelzpunkt, um eine gute Torsionssteifigkeit zu erzielen. Die nicht gewebte Bahn wird vorzugsweise auf eine Dicke von 127 bis 1270 μηι und vorzugsweise auf 250 bis 500 um für den bevorzugten Einsatz als Batteriescheider verdichtet

Zur Bestimmung der Verdichtungstemperatur muß man jedes Polymere empirisch untersuchen. Hierbei wird die höchste Temperatur festgestellt, bei der kein Schmelzen auftritt, beispielsweise für Polypropylen eine Temperatur von 160⁰C. Die Verdichtung wird bei dieser Temperatur durchgeführt. Wenn die Porosität nicht ausreichend ist, so werden Proben bei nach und nach niedrigen Temperaturen hergestellt, bis die Temperatur festgestellt wird, bei der die weiter unten erwähnten Werte für die Porosität erreicht werden.

Es besteht also manchmal die Notwendigkeit, sich an

ίο die Schmelztemperatur anzunähern und dann allmählich diese Temperatur in Abständen von zwei, drei oder fünf Grad abzusenken, bis die erste Temperatur in diesem Bereich festgestellt wird. Für Polypropylen liegt diese Temperatur etwa bei 149⁰C. Bei anderen Polymeren können jedoch erheblich unterschiedliche Temperaturen notwendig sein.

Trotzdem ist die Feststellung wichtig, daß im allgemeinen für die angemessene Temperatur zur Erreichung der kritischen Parameter für eine Bahn. Hie al« Batteriescheider benutzt werden soll, der Bereich erheblich unter dem Schmelzpunkt des betreffenden Polymeren liegt. Allgemein liegt diese Temperatur 2,78 bis 11,11 und vorzugsweise 2,78 bis 8,33° C über dem Erweichungspunkt des Polymeren und 2,78 bis 27,8 und vorzugsweise 2.78 bis 19.46"C unter dem Schmelzpunkt desselben.

Die Verdichtung, die unter Wärme und Druck erfolgt, wird vorzugsweise mit Kalanderwalzen durchgeführt, jedoch kann auch eine Presse verwendet werden, um eine nicht gewebte Bahn mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. In beiden Fällen erfolgt das Verdichten mit einem feststehenden Zwischenraum, so daß die Bahn mit einem Druck von nicht mehr als 0,686 bar und vorzugsweise mit einem Druck von 0,137 bis 0,549 bar behandelt wird. Die Einstellung des Zwischenraums beim Pressen, die Größe und die Zusammensetzung der Fäden, die Dichte oder die ursprüngliche Verdichtung der Fäden, die Dicke der Ausgangsbahn und die Dicke der fertigen Bahn sollen mit den Arbeitsbedingungen so abgestimmt sein, daß die verdichtete Bahn eine Porosität von mindestens 40% und vorzugsweise von 50 bis 65% besitzt. Demzufolge ist die Porositätsretention vorzugsweise größer als 40% und insbesondere größer als 50% am Ende der Verdichtung. Die Porengröße ist vorzugsweise kleiner als 40 μπι und insbesondere kleiner als 20 μιη. Bei den bevorzugten Bahnen gemäß Erfindung liegt der festgelegte Zwischenraum zwischen den Verdichtungsmitteln bei 76 bis 1524μηι für die nicht geschmolzenen Bereiche.

Das Verschmelzen der Fasern in den äußeren Bereichen der Rippen oder Prägungen wird vorzugsweise ausgeführt, indem auf die Fasern ein ausreichend hoher Druck ausgeübt wird, so daß durch Verschmelzen eine praktisch kontinuierliche Membran gebildet wird, obwohl die Fasern oder Fäden auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Thermoplastes erhitzt wurden. Ist die Temperatur höher als die Schmelztemperatur, bilden sich normalerweise im Harz in den äußeren Bereichen der Rippen Vertiefungen oder Löcher.

Die Porosität der Bahn beträgt, wie beschrieben, vorzugsweise mehr als 40 bis 65%. Die Temperatur liegt jedoch vorzugsweise oberhalb des Erweichungspunktes des Thermoplasts. Mindestens ein Teil des äußeren Bereiches wird vorzugsweise auf eine Dicke von nur 38.1 um bis 635 μπι vorzugsweise 76,2 μιη bis 38! μπ> und insbesondere 127 um bis 254 μιη gepreßt Die Temperatur, bei der das Verschmelzen erfolgen soll, und der Preßdruck müssen sorgfältig geregelt und den Tempe-

ίο

raturbedingungen, der Faden- oder Fasergröße und ähnlichem angepaßt sein, so daß nicht ein einziges Loch in der Bahn gebildet wird, weil hierdurch ein Kurzschluß in einer Batterie entstehen würde.

Das Verschmelzen kann gleichzeitig mit dem Verdichten der Matte oder Bahn zur Bildung schmaler Poren und anderer wichtiger Bahneigenschaften erfolgen. Bei der besc! /iebenen bevorzugten Verfahrensweise wird jedoch zunächtst die Bahn gleichzeitig verdichtet und geprägt und dann dem Verschmelzungsschritt unterworfen, wobei die äußeren Bereiche der Profile verschmolzen werden und die dort befindlichen Zwischenräume, Maschen oder ähnliches durch Erwärmen und Druckeinwii'kung verschmolzen werden, während gleichzeitig die nichtgeprägte Oberfläche praktisch weder Druck- noch Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird. Bei Bahnen aus Polypropylenfasern werden die äußeren Bereiche der Profile vorzugsweise bei Temperaturen von 122.1⁰C. his 16O⁰C behandelt. Normalerweise führt zweiten Oberflächenbereich erhebt und dessen Fäden oder Fasern zun ,'ndest zu einem Teil verschmolzen sind, so daß sich zwischen ihnen praktisch keine Zwischenräume befinden. Mindestens ein Teil des zweiten Oberflächenbereiches besitzt zwischen den Fäden oder Fasern solche Zwischenräume, Maschen, Öffnungen oder ähnliches. Zwischen dem verschmolzenen Bereich und dem Bereich mit den Zwischenräumen befindet sich ein Übergangsbereich mit ständig zunehmendem Verschmelzungsgrad, der sich von dem mit Durchgängen versehenen Bereich in Richtung des verschmolzenen Bereichs erstreckt. Der verschmolzene Teil der Bahn ist 38,1 bis 635 μηι dick, vorzugsweise 76,2 bis 381 μιη und insbesondere 127 bis 254 μίτι. während die nichtverschmolzenen Bereiche 127 bis 127Ομηι oder mehr, vorzugsweise 254 bis 508 μηι dick sind, wobei mehr als 40%, vorzugsweise 50 bis 65% und insbesondere mehr als 50% Porosität beibehalten wird. Die maximale Porengröße beträet vorzugsweise weniger als 40μΓη; bei

die Prägung zu wellenförmigen Profilen gemäß F i g. 4. 20 Bahnen höherer Qualität beträgt die maximale Poren-

Jedoch sind auch andere Prägeformen und Arten möglich, wie sie beispielsweise in der russischen Patentschrift 2 58 887 beschrieben sind.

Die Endabmessungen der nicht gewebten Bahn schwanken je nach Einsatzzweck und auch bei der Verwendung als Batteriescheider hängen die Abmessungen von der entsprechenden Batteriezelle ab, so daß das Längsschneiden und Querschneiden entsprechend eingestellt werden muß. Das Längsschneiden erfolgt am weile weniger als 20 μηι und insbesondere 7 bis 20 μίτι. Die Fasern haben üblicherweise einen Durchmesser von weniger als 10 μττι, vorzugsweise 1 bis 10 μιη, insbesondere I bis 5 μπι. Das Grundgewicht der Bahnen beträgt vorzugsweise 10 bis 500 g/m² und insbesondere 20 bis 3OO/m₂.

Der nichtgewebte Batteriescheider ist vorzugsweise gewellt, wobei die äußeren verschmolzenen Bereiche die äußeren Bereiche der Wellung bilden. Die feinen

besten unmittelbar nachdem die Bahn den Spalt der 30 Fäden oder Fasern der Bahn bestehen aus Kunststoff, Kalandrierwalze nach dem Zusammendrücken und Prä- vorzugsweise aus den angeführten Harzen, gen verlassen hat. Wird die Bahn mit Platten verpreßt,
soll sie vorzugsweise unmittelbar nach dem Pressen in
heißem Zustand geschnitten werden.

Für Batteriescheider ist eine kleine Porengröße J5 zweckmäßig, da durch eine wirksame Barriere gegenüber dem Plattenmaterial geschaffen wird, wobei für den gewünschten niedrigen elektrischen Widerstand der Batterie eine große Porosität in der erfindungsgemäßen Bahn erwünscht ist. Bei jeder nicht gewebten Bahn aus Fäden gegebener Größe wird durch eine vergrößerte Porosität auch die maximale Porengröße erhöht, da der Abstand zwischen den benachbarten Fäden vergrößert werden muß. Eine kleinere Porengröße kann

40 Werden die Batteriescheider dem Standardtest des Battery Council International, 1801 Murchison Drive, Burlingame, California, unterworfen, beträgt der anfängliche elektrische Widerstand nach 24 Stunden nicht mehr als 25 Milliohm und vorzugsweise nicht mehr als 20 Milliohm. In einer Batterie, die in Übereinstimmung mit der SAE J 537 g für Kaltstart geprüft wird, werden mindestens 1,00 Volt je Zelle bei 280 Ampere/Sekunde nach 30 Sekunden erhalten und der elektrische Widerstand beträgt nach dem Versuch nicht mehr als 25 Milliohm. Es wurde beobachtet, daß unter Kaltstartbedingungen hohe Ampereabnahme zur Delaminierung in solchen Bahnen führt, die nicht die erfindungsgemäßen

mit einer großen Porosität dadurch erreicht werden, 45 Charakteristika aufweisen. Bei den erfindungsgemäßen

daß man den Fadendurchmesser verringert. Indem man bei gleichem Harzgewicht äußerst kleine Fäden bildet und diese unregelmäßig verteilt, wird der Abstand zwischen den Fäden verringert, so daß kleinere Poren erhalten werden. Bei äußerst dünnen Fäden von 1 bis 10 μιη kann man erfindungsgemäß eine Kombination von niedrigem elektrischen Widerstand und äußerst kleinen Poren in der Bahn erzielen.

In einigen Fällen können die geprägten Rippen nachbehandelt oder geglättet werden. Im Anschluß an die Rippenbildung und Verdichtung wird die geprägte Matte durch weitere Kaianderwalzen mit feststehendem Spalt geführt, die eine glatte Oberfläche haben und zwischen 20 und 150⁰C heiß sein können. Mit diesen WaI-Batteriescheidern wird unter Kaltstartbedingungen dieser Nachteil praktisch nicht beobachtet. Das bedeutet, das praktisch keine delaminierten Bereiche, Störungen oder Beschädigungen der Oberfläche der Bahn beobachtet werden können, die größer als etwa 762 bis 1270 μηι sind.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

22,7 kg Polypropylenharz mit Gehalt an Additiven wie Oxydationsstabilisatoren werden über 17 (Fig. 1) und durch den Extruder 20 gegeben, indem das Harz bei

zen werden die Rippen wieder teilweise abgeflacht, so so etwa 343° ±10° C behandelt wurde. Aus dem Extruder

daß die Gesamtkonfiguration des Batteriescheiders genauer eingestellt werden kann. Die abgeflachten Bereiche sollen möglichst stark verschmolzen sein, da dieser Bereich an der positiven Platte liegt.

In der erfindungsgemäßen Bahn sind die Fäden oder Fasern zu einer Matte mit einem ersten Oberflächen bereich und einem zweiten Oberflächenbereich ausgebildet, wobei sich der erste Oberflächenbereich über den tritt das Produkt durch das Mundstück 21 aus, das auf 332 ± 15°C gehalten wird. Die Temperatur der Verdünnungsluft beträgt an den Düsenlippen 31 und 32 etwa 360° ±10° C. Die Polymeraustrittsgeschwindigkeit beträgt 0.5 ±0.2 g/Loch/min. Die Luftgeschwindigkeit beträgt 13.6 bis 18,1 kg/0,454 kg Polymer/Minute. Der Kollektor 27 ist von dem Mundstück 21 im Abstand von 22,86 cm angeordnet Die Fäden oder Fasern werden zu

IO

einer Bahn gesammelt, deren Grundgewicht 175/ni2 beträgt. Die Bahn wird in geeignete Battericschcidergrö-Ik^-Ii einer Weite von 20,32 cm geschlit/.i und dann durch do Ofen 35 be'; 135°C und anschließend durch die Verdii.ntungs- und Prägungskalanderrollen 41 und 42 be^;. der gleichen Temperatur geleitet und auf eine Dicke von etwa 406,4 μΐη durch einen Spalt von 457,0 μπι gepreßt. Die verdichtete Bahn wird dann durch die Vcrschmelzwalzen 43 und 44 geleitet, die bei 121.rC betrieben werden, und die Rippenbereiche werden gemäß F i g. 3, 4 und 5 gepreßt. Die Oberflächenbereiche zwischen den Ausprägungen oder Rippen werden gemäß F i g. 3 von den Walzen entfernt gehalten. Nach einem zweiten Kalandrieren wird die Bahn gekühlt und zur Verwendung a's Batteriescheider in Abschnitte von 30,48 cm Länge zerschnitten.

F i g. 6 gibt den Zustand einer Bahn nach Durchgang durch die Walzen 41 und 42 aber vor dem Durchgang durch die Rollen 43 und 44 wieder. Nach dem Durchgang durch die walzen 43 und 44 ergeben sich die F i g. 7 und 8. In F i g. 7 ist die Verschmelzung der äußeren Bereiche der Rippen sehr weitgehend aber noch nicht vollständig. In F i g. 8 ist die Verschmelzung praktisch vollständig. Obwohl sich eine polymere »Membran« zwischen den Fäden oder Fasern ausgebildet hat, sind die Konturen der ursprünglichen Fasern oder Fäden noch zu erkennen. Ein guter Hinweis auf den Grad der Verschmelzung besteht in der Transparenz des Produktes. Ein völlig transparentes Produkt ist im allgemeinen vollständig verschmolzen.

Es ivurde überraschenderweise gefunden, daß das erfindungsgemäße Verschmelzen der Bahn den bevorzugten oxydativen Angriff auf die oberen Bereiche der Rippen in mit solchen Scheidern versehenen Batterien ver-Ein weiterer Vorteil der verschmolzenen Rippen besteht in dem erhöhten Federungsvermögen. Werden die crfindungsgeniäßen Scheider zwischen zwei Batterieplatten eingefügt und dann fest in eine Batteriezelle eingebracht, werden die Bauteile durch die Rückfederung der Batteriescheider nach außen gedrückt i.nd dadurch fester in ihrer jeweiligen Position innerhalb der Zelle gehalten, wodurch Beschädigungen und Verschleiß der Batteriebauteile in der Zelle und der Batteriescheider vermindert wird. Die verbesserte Steifheit erhöht ebenfalls die Widerstandsfähigkeit der Rippen.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht, ohne daß es nötig ist, die Rippen besonders auszurüsten oder zu beschichten oder Batteriescheider aus zwei oder mehr Komponenten zu verwenden. Auf diese Weise werden beispielsweise auch Binde- oder Klebeschwierigkeiten bei der Herstellung solcher Batteriescheider vermieden. Durch die verschmolzenen Rippen treten natürlich auch gewisse Nachteile auf. Ein Nachteil besteht darin, daß der elektrische Widerstand wegen des Porositätsverlustes erhöht ist. In den hergestellten Batteriescheidern beträgt der Porositätsverlust etwa 10%; der elektrische Widerstand hängt natürlich von der Größe der verschmolzenen Gebiete ab.

Es wurde gefunden, daß es wesentlich ist, schrittweise von den verschmolzenen Bereichen zu den völlig porösen Bereichen überzugehen. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Spannung innerhalb des Scheiders vermindert, wodurch der Abbau der Polymeren, die im allgemeinen unter Spannung schneller abbauen, ebenfalls vermindert wird. Je weiter man sich von den äußeren Bereichen der Rippen entfernt, umso geringer braucht der Verschmelzungsgrad zu sein. Je geringer der Ver-

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40 kritischen Toleranzen während der Herstellung weitere vorteilhafte Verbesserungen erreicht, weil während des Pressens die Wahrscheinlichkeit geringer wird, daß die Bahn eingeschnitten wird.

Das oben erwähnte Grundgewicht der Bahnen wird bestimmt, indem man das Gewicht der Bahn in Gramm durch die Bahnfläche in m-' teilt. Die maximale Porengröße wird bestimmt durch die Messung der gröC:;n Poren oder Öffnungen in der Bahn, und zwar mittels eines Aminco-Winslow Quecksilberporosimeters.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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schmelzungsgrad ist, desto geringer ist das Abblocken hindert. Das ist insofern überraschend, weil durch das 35 des Elektrolyten und desto geringer ist der elektrische Verschmelzen die Bahn zu einer dünnen Membran aus- Widerstand. Zusätzlich werden durch die beschriebenen gebildet wird und diese mit dem oxydativsten Bereich der Batterie, der Plattenoberfläche der positiven Platte, in Berührung steht. Die Bahn enthält bereits wegen der hohen Temperaturen während des Herstellverfahrens abgebautes Harz. Die Fäden oder Fasern bestehen demnach aus einem Harz, das in merklichen Umfang abgebaut ist und besonders leicht weiter oxydativ oder anders geschädigt werden kann. Durch die verminderte oder verhinderte Permeabilität wird jedoch offensichtlich der Einfluß der oxydativen Umgebung verhindert, der bei anderen gerippten aber nicht teilweise verschmolzenen Batterieabscheidern nachteilig beobachtet wird. Durch das Verschmelzen der Bahnbereiche werden außerdem steifere Rippen erhalten, die die nichtgeprägten Bereiche der Bahn gleichmäßig von der positiven Platte entfernt halten. Darüber hinaus wird auch durch Verschmelzen der Rippen der ganze Batteriescheider steifer, wodurch .?ine bessere Handhabung der Scheider in Batterien ermöglicht wird. Die verschmölze- 55 nen Rippen wirken hierbei als tragende Versteifung.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Batteriescheider ist deren hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber rauher Behandlung und Verschleiß überraschend. Dies gilt besonders bei der Verwendung in Autobatte- ω rien, bei denen der Verschleiß auch durch mechanische Einflüsse besonders leicht eintritt Die bei bisherigen Batterieabscheidern nicht verschmolzenen Fasern oder Fäden neigen dazu, beschädigt und oxydiert zu werden, während durch das Verschmelzen der Fasern in den Rippenbereichen diese Nachteile nicht auftreten. Das ist besonders überraschend, wenn man berücksichtigt, daß die verschmolzenen Bereiche wesentlich dünner sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hersteilen eines Batteriescheiders mit im wesentlichen ebenen, porösen flachen Teilen und im wesentlichen unporösen Rippen oder Prägungen, die von den ebenen Teilen vorstehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermoplastische, faserige Bahn gepreßt und zur Bildung der Rippen oder Prägungen geprägt wird, und daß die geprägten Bereiche weiter verdichtet werden, um eine wesentliche Verschmelzung mindestens in den äußeren Bereichen der Rippen oder Prägungen zu erreichen, so daß dort im wesentlichen alle öffnungen verschwinden, während die ebenen Teile im wesentlichen porös bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmelzung der geprägten Bereiche der Bahn von einer im wesentlichen vollständigen Verschmelzung von Fäden in den Prägungen allmählich au den ebenen Teilen hin abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bahn eine nicht gewebte Bahn verwendet, die anfänglich 508 bis 5080 μπι stark ist und bei der der Fadendurchmesser 0,05 bis 50 μπι und das Grundgewicht 10 bis 500 g/m² betragen, daß man die anfänglich ungewebte Bahn verpreßt, bis der ebene Teil ecwa 127 bis 1270 μίτι stark ist und eine Porositätst>eibehaltung von mehr als 40% aufweist, wobei die maximale Porenweite weniger als 40 μπι beträgt, und daß man eine Vielzahl von voneinander abgesetzten linearen Rippen ausbildet, die sich von einem Rind der Bahn zum gegenüberliegenden Rand erstrecken.

4. Verfahren nach einem d r Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst die gesamte Fadenbahn verpreßt und gleichzeitig formt, und daß man danach die Fäden im äußeren Bereich vollständig verschmilzt und die Zwischenräume durch Pressen und Erhitzen des äußeren Bereichs schließt und gleichzeitig die ebenen Teile weitgehend von der Hitzeeinwirkung ausnimmt und keinen Druck auf diese ausübt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polypropylenfäden aus einem Harz bildet, das in einem Extruder bei Temperaturen zwichen 316°C und 482°C thermisch vorbehandelt wurde, daß man die Fäden bildet, indem man das Harz durch Öffnungen bei Temperaturen zwischen 301⁰C und 399° C führt, daß man die Fäden in einem Gasstrom aus oberhalb und unterhalb der öffnungen angeordneten Schlitzen bei Temperaturen zwischen 28°C und 538°C ausdünnt, daß man die Ausgangsbahn bildet, indem man die Fäden auf einer Aufnahmevorrichtung im Absland von 2,54 cm bis 45,72 cm von den öffnungen aufnimmt, daß man die Fäden auf Durchmesser zwischen 1 und 10 μιη verdünnt, daß man die Fäden zu einer Ausgangsbahn der Dicke zwischen 508 μιτι und 2540 μπι und 2540 μπι zusammenfaßt, wobei das Ba- t>o sisgewicht der Bahn zwischen 2Ö und 300 g/m- liegt, daß man das Zusammenpressen und das Verschmelzen bei Temperaturen zwischen 143⁰C und 154'C durchführt, daß man die Bahn verpreßt, bis die ebenen Teile eine Dicke von 254 bis 508 μιη aufweisen, W wobei der Druck weniger als 0,68b bar bei einem Abstand von 5 μιη beträgt und eine Porosität von mehr als 50% bei einer maximalen l'orengrößc von weniger als 20 μπι beibehalten wird, wobei durch das Verpressen die nicht gewebte Bahn in Wellenform ausgebildet wird, deren nach außen gewölbte Welle die Rippen und die Bereiche zwischen den Wellen die ebenen Teile bilden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Paar Kalanderwalzen, mit denen ein im wesentlichen gleichförmiger Druck auf alle Bereiche der Bahn ausübbar ist, und ein zweites Paar Kalanderwalzen vorgesehen sind, deren erste Walze (42) mit Rippen (50) und Flächen (52) zwischen den Rippen (50) und dessen zweite Walze (41) mit Vertiefungen (51) versehen ist, die den Rippen (50) auf der ersten Walze (42) entsprechen und die Flächen (53) zwischen den Vertiefungen (51) aufweist, wobei der Abstand zwischen den Rippen (50) der ersten Walze (42) und den Vertiefungen (51) der zweiten Walze (41) beim Pressen geringer als zwischen den Flächen (52) auf der ersten Walze (52) und den Flächen (53) der zweiten Walze (4!) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (50) einen kleineren Radius als die Vertiefungen (51) haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Paar Kalanderwalzen eine erste Walze anweist, die Rippen trägt, und eine zweite Walze besitzt, die Vertiefungen aufweist, welche den Rippen der ersten Walze entsprechen.