DE2944768A1

DE2944768A1 - Nichtgewebtes faserbahnmaterial

Info

Publication number: DE2944768A1
Application number: DE19792944768
Authority: DE
Inventors: Arthur Lennart Benson; David Arthur Jordan
Original assignee: Dexter Corp
Current assignee: Dexter Corp
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1980-05-22
Also published as: GB2034365A; US4279979A; CA1118040A; BE879816A; FR2441273A1; DK474079A; GB2034365B; JPS5567100A

Description

Nichtgewebtes Faserbahnmaterial

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Batterieseparatoren oder -scheider für wiederaufladbare Alkalizellen und betrifft insbesondere ein neues und verbessertes Batterieseparatorsubstrat, das zur Verwendung in Alkalibatterien, wie Nickel-Zink-Batterien, gut geeignet ist.

In den letzten Jahren haben die Grenzen der verfügbaren petrochemischen Energiequellen und die Umweltverschmutzungsprobleme, die durch Verbrennungsmotoren hervorgerufen werden, neues Interesse an elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen geweckt. Einer der Hauptnachteile solcher Kraftfahrzeuge ist bislang das Fehlen einer praktischen, wiederaufladbaren elektrischen Energiequelle, und zwar einer Batterie, die in der Lage ist, wiederholtes Tiefentladen auszuhalten und nach wiederholtem Wiederaufladen Spitzenleistung zu liefern. Die

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Batterie, die in Verbindung mit diesem Verwendungszweck am vielversprechendsten ist, ist die wiederaufladbare alkalische Nickel-Zink-Batterie, in der verbesserte Batterieplattenseparatoren aus der Raumfahrt benutzt werden. Diese Batterie liefert das Dreifache der Energie von Blei-Säure- oder Nickel-Cadmium-Batterien gleichen Gewichts und kann zu vergleichbaren oder niedrigeren Kosten hergestellt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Nickel-Zink-Batterie eine bessere Anfahrgeschwindigkeit, kann den Fahrbereich zwischen Wiederaufladungen beinahe verdoppeln und kann doppelt so viele Halt- und Fahrzyklen pro Ladung wie vergleichbare Blei-Säure-Batterien aushalten.

Bei dem Versuch, die Leistungsfähigkeit der Nickel-Zink-Batterie zu optimieren, ist festgestellt worden, daß einer der wichtigsten Bestandteile der Batterie der Separator und dessen Fähigkeit ist, die Arbeitsspiel-Lebensdaueranforderungen für die Verwendung bei Elektromobilen zu erfüllen. Außerdem ist festgestellt worden, daß die Separatorkosten der wichtigste Faktor bei der Erzielung einer praktischen Ausnutzung der Nickel-Zink-Batterie sind, da die Separatorkosten die Gesamtkosten der Batterie bestimmen.

Bislang hat sich die Forschung auf den anorganischen/organischen, flexiblen Separator konzentriert, der von der NASA entwickelt worden ist. Dieser Separator enthält ein nichtgewebtes, poröses Substrat, wie beispielsweise ein Asbestoder Cellulosefaserträgerblatt, das mit einem Überzugsgemisch aus Polyphenylenoxid, einem polymeren Polyester, der mit dem alkalischen Elektrolyten reagiert, und anorganischen oder organischen Füllstoffen, die zur Bildung des gewünschten porösen oder mikroporösen Films geeignet sind, bedeckt oder gesättigt ist. Das Asbestsubstrat ist von der

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Qualität, wie es in Brennstoffzellen benutzt wird, und weist eine Dicke von etwa 254 um auf. Die Gesundheitsgefahren, die mit Asbest verbunden sind, haben jedoch in den letzten Jahren eine beträchtliche Publizität erreicht und in vielen Fällen ist deshalb die Verwendung von Asbest ausgeschlossen. Das Cellulosefaserträgerblatt ist bloßes Zeitungspapier, das mit der Zeit abgebaut wird, insbesondere in einer alkalischen Umgebung. Außerdem ist seine Oxydations- und Abriebfestigkeit unzulänglich und es tendiert zum Kurzschließen der Batterie aufgrund einer Zinkationenübertragung und eines Dendritenwachstums durch den Separator.

Es hat sich nun gezeigt, daß wesentlich bessere Separatorsubstrate aus extrem dünnen und leichten Bahnmaterialien zu sehr niedrigen Kosten hergestellt werden können und gleichzeitig die Verwendung von gesundheitsgefährdenden Materialien, wie Asbest, vermieden werden kann. Diese verbesserten Substrate zeigen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen ätzende Alkalien und eine hohe Durchlässigkeit für die Elektrolytionenbewegung, ohne die unerwünschte Dendritenbildung zu fördern. Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes nichtgewebtes Batterieseparatorsubstrat zu schaffen, das gegen einen Abbau durch ätzende Alkalien beständig ist, auch wenn es für längere Zeit bei hoher Temperatur konzentrierten alkalischen Bedingungen ausgesetzt ist, und das gleichzeitig beständig gegen Oxydation beim Wiederaufladen ist, Zyklen tieferer Entladung zuläßt und eine geringere Dicke sowie ein geringeres Gewicht hat, ohne daß dadurch seine Festigkeit beeinträchtigt wird.

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Die Erfindung schafft ein neues und verbessertes Alkalibatterieseparatorsubstrat, das extrem billig ist, frei von Bindemittelzusätzen ist und einen guten elektrischen Wider-.stand aufweist, dabei aber eine ausgezeichnete Aufnahmefähigkeit für poröse Batterieseparatorimprägniermittel oder -Überzüge, insbesondere Überzüge, bei denen ein wässeriger Träger benutzt wird, aufweist.

Weiter schafft die Erfindung ein Alkalibatterieseparatorsubstrat, das aus billigen Materialien besteht und auf automatischen Anlagen und in großen Mengen leicht herstellbar ist, so daß sich ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil bei der damit hergestellten Batterie ergibt. Es handelt sich dabei um ein extrem dünnes und leichtes Batterieseparatorsubstrat, welches die Herstellung einer kompakteren Batterie mit besserer Leistungsfähigkeit erleichtert.

Außerdem schafft die Erfindung ein völlig synthetisches, organisches, nichtgewebtes Substrat der beschriebenen Art, welches eine hohe Flexibilität und die gewünschte Porosität aufweist, dabei hochfest ist und einen starken Festigkeitsverband hat.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Die vorstehend genannten Merkmale und erwünschten Eigenschaften werden gemäß der Erfindung erreicht, indem ein nichtgewebtes Faservlies- oder Faserbahnmaterial geschaffen wird, das sich zur Verwendung als Substrat für einen Alkalibatterieseparator eignet und aus einem leichten, porösen, wärmegebondeten oder -verbundenen, synthetischen, organischen Blattmaterial besteht, das ein Flächengewicht von weniger als etwa 50 g/m und eine Dicke von weniger als etwa 200 pm, einen

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Hauptfaserbestandteil aus synthetischen, thermoplastischen Polyolefinfasern, die ein vorgeschmolzenes feinstfaseriges Gefüge ähnlich dem von Zellstoff oder Holzschliff haben, und einen untergeordneten Faserbestandteil an einer hochreißfesten Polyamidfaser mit einer Faserlänge von mehr als etwa 6 mm hat. Das Wärmebonden oder -verbinden durch teilweises Schmelzen des feinstfaserigen Polyolefins reicht aus, uin dem Blattmaterial eine Naßfestigkeit von wenigstens etwa 157,5 g pro Zentimeter Breite zu geben und gleichzeitig eine Luftdurchlässigkeit von etwa 50 l/min und mehr aufrechtzuerhalten. Das Substrat zeigt eine ausgezeichnete Aufnahmefähigkeit für die Imprägnierung oder Tränkung durch porenbildende Batterieseparatorüberzüge.

Die Erfindung wird anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung besser verständlich, in der der hergestellte Gegenstand die Merkmale, Eigenschaften und gegenseitige Beziehung von Elementen besitzt, die hier beschrieben und als Beispiel dargestellt werden.

Das neue und verbesserte Alkalibatterieseparatorsubstrat nach der Erfindung wird durch herkömmliche Papierherstellungsverfahren hergestellt, um ein dünnes, leichtes Material mit ausreichend starkem Festigkeitsverband zu erzielen, das die Beanspruchungen aushält, welchen es bei der Handhabung auf automatisierten Maschinenanlagen ausgesetzt ist. Das nichtgewebte Faserbahnmaterial besteht daher aus wasserdispergierbaren Fasern, die für Naßpapierherstellungsverfahren gut geeignet sind, bei denen die Fasern am Anfang mit sehr niedriger Konsistenz in großen Mengen eines wässerigen Dispergiermediums dispergiert und anschließend auf ein Fasersammeisieb in Form einer dünnen, durchgehenden, nichtgewebten Bahn aufgebracht werden.

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Gemäß der Erfindung ist der Hauptfaserbestandteil des vollständig synthetischen, organischen Bahnmaterials ein thermoplastisches Polyolefin, das eine Struktur ähnlich der von Zellstoff oder Holzschliff hat, d.h. eine feinstfaserige oder mikrofibrillare Struktur aufweist, die aus Mikrofibrillen besteht, welche im Gegensatz zu den glatten, stabartigen Fasern von herkömmlichen synthetischen, organischen Kunstfasern eine große Oberfläche aufweisen. Die synthetischen thermoplastischen, zellstoffartigen Fasern können dispergiert werden, um eine ausgezeichnete willkürliche Verteilung der Fasern in dem Dispergiermedium und das resultierende Flächenprodukt zu erzielen. Die Fasern, die sich als besonders vorteilhaft erwiesen haben, sind solche, die aus hochdichten Polyolefinen, welche ein hohes Molekulargewicht und einen niedrigen Schmelzindex haben, hergestellt sind. Die polymeren Materialien haben vorzugsweise einen Schmelzindex unter 0,1 und ein Viskositätsdurchschnittsmolekulargewicht über 40 000. Tatsächlich beträgt das mittlere Molekulargewicht des Materials typischerweise wenigstens 500 und liegt vorzugsweise über 800 000.

Die Fasern können unter hohen Scherbeanspruchungen in einem Gerät, wie einem Scheibenrefiner, gebildet oder in Form von hochdichtem Polyäthylen, das direkt als Fasern aus Äthylengas polymerisiert wird, erhalten werden. Die erhaltenen Fasern haben eine typische Größe und Gestalt, die mit der Größe und Gestalt von Holzfasern vergleichbar ist, und werden gewöhnlich als "synthetischer Zellstoff" bezeichnet. Sie weisen eine unregelmäßige Oberflächenkonfiguration auf

2 und haben einen Oberflächeninhalt von mehr als 1 m /g und

2 können Oberflächeninhalte sogar von 100 m /g haben. Die Fasern weisen eine Morphologie oder Struktur auf, die Fibrillen umfaßt, welche ihrerseits aus Mikrofibrillen be-

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stehen, die alle in willkürlichen Bündeln, welche im allgemeinen eine Breite in dem Bereich von 1-20 um haben, alle mechanisch miteinander verfilzt sind. Im allgemeinen haben die zellstoffartigen Fasern von Polyolefinen, wie Polyäthylen, Polypropylen und Gemischen derselben, eine Faserlänge, die für das Papierherstellungsverfahren gut geeignet ist, beispielsweise in dem Bereich von 0,4 bis 2,5 mm, mit einer Gesamtdurchschnittslänge von etwa 1-1,5 mm. Typische Beispiele dieser Materialien sind die Polyolefine, die von der Crown Zellerbach Corporation unter der Bezeichnung "SWP", von der Solvay und Cie unter der Bezeichnung "PuI-pex" und von der Sun Chemical Company und anderen vertrieben werden.

Da die Oberflächenspannung von reinen Polyolefinen keinerlei Benetzbarkeit mit Wasser ermöglicht, wird das im Handel erhältliche Material häufig behandelt, um sowohl die Benetzbarkeit als auch die Dispergierbarkeit in wässeriger Suspension zu verbessern. Die Menge an Netzmittel, die zugesetzt wird, ist jedoch relativ gering und beträgt im allgemeinen weniger als etwa 5 Gew.%, beispielsweise etwa 3 Gew.%. Die chemisch inerten Polyolefine sind thermoplastische Materialien, die mit steigender Temperatur weich werden, aufgrund ihrer Kristallinität aber einen echten Schmelzpunkt aufweisen. Der synthetische Zellstoff wird daher einen Schmelzpunkt in dem Bereich von 135 bis 150 ⁰C aufweisen, je nach der Zusammensetzung und der Oberflächenbehandlung des Materials. In diesem Zusammenhang ist es möglich, die thermoplastische Eigenschaft des Materials zum Bonden oder Verbinden durch teilweises Schmelzen der aus ihm hergestellten nichtgewebten Faserbahn auszunutzen. Die Wärmebehandlung verbessert selbstverständlich die Naßfestigkeit des Bahnmaterials und gestattet dessen Handhabung während anschließender Behandlungsverfahren.

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Gemäß der Erfindung enthält das Blattmaterial weitere synthetische Fasern, da wassergelegte Bahnen, die 100% synthetischen Zellstoff enthalten, sehr schwach und übermäßig "dicht" sein würden, nicht ohne weiteres zu entwässern wären und teuere Bindemittel erfordern würden, um das Handhaben während anschließender überzugsverfahren zu erleichtern. Es wird infolgedessen vorgezogen, daß die Menge an synthetischer, zellstoffartiger Polyolefinfaser weniger als 90 Gew.% des Gesamtfasergehalts des Blattmaterials ausmacht und vorzugsweise zwischen 50 und 80 Gew.% auf Trockengewichtsbasis ausmacht. Tatsächlich liegt die typische Menge an synthetischem Zellstoff in dem Flächenmaterial nach der Erfindung in dem Bereich von 55-65 Gew.% des Gesamtfasergehalts des sich ergebenden Bahnmaterials.

Die übrigen Fasern, die gemäß der Erfindung benutzt werden, sind ebenfalls synthetische, organische Kunstfasern vom Stapelfasertyp. Die bevorzugten Materialien sind Polyamidfasern geringer Feinheit und relativ großer Länge, d.h. Nylonfasern mit einer Feinheit von etwa 6 Denier und weniger und einer Länge von 6 mm und mehr, beispielsweise einer Länge in dem Bereich von 10-2 5 mm. Die bevorzugten Polyamidfasern sind vom hochreißfesten Typ und geben dem sich ergebenden Faserbahnmaterial eine erwünschte Abmessungsstabilität. Darüber hinaus werden die Nylonfasern benötigt, um das Problem zu überwinden, das sich bei einem hundertprozentig synthetischen Zellstoffblatt dadurch ergeben würde, daß die Nylonfasern dazu neigen, das Blatt zu öffnen, und um bessere Laufeigenschaften am Naßende der Papiermaschine und eine größere Porosität der sich ergebenden Bahn zu schaffen. Letzteres ist besonders bedeutsam, da das anschließende Wärmeschmelzverbinden des Bahnmaterials dazu tendiert, das Blattmaterial zu verdichten und dessen Porosität zu verringern. Polyamidfasern, wie das hochreißfeste

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Nylon "P 105" der Fa. Dupont, ist daher mit gutem Erfolg
benutzt worden.

Die Menge an Polyamid, die in dem Blattmaterial benutzt wird, kann sich ändern. Es sollten jedoch mehr als 5% vorhanden sein, um ihm seine erwünschten Eigenschaften zu geben. Ein Prozentbereich von etwa 10-50 ist mit zufriedenstellenden Ergebnissen benutzt worden, obwohl es im allgemeinen vorzuziehen ist, daß die Menge an Nylonfasern in dem Bereich von 1O%-25% gehalten wird, insbesondere dann, wenn noch zusätzliche synthetische organische Fasern in dem Faserbahnmaterial zu benutzen sind. In diesem Zusammenhang hat es
sich als erwünscht herausgestellt, auch andere kompatible synthetische organische Materialien, wie Polyolefinstapelfasern, in Mengen bis zu 40% zu benutzen, und tatsächlich liegt die bevorzugte Menge an solchen synthetischen organischen Fasern, die zusätzlich zu Polyamidfasern benutzt werden, in dem Bereich von 10-30%. Der zusätzliche Bestandteil an organischen Fasern tendiert zum Verringern der Benetzbarkeit des Blattmaterials. Dieser Nachteil wird jedoch durch die Verbesserung der Blattbildung und der Blattlaufeigenschaft aufgewogen, die durch die Verwendung solcher Materialien erzielt wird. Typischerweise ist der dritte Faserbestandteil ein Polypropylen geringer Feinheit, d.h. mit
einer Feinheit von 1-3 Denier, und mit einer Länge von etwa 6-20 mm. Es ist klar, daß andere Fasern, wie Polyäthylenfasern und dgl., statt des Polypropylens benutzt werden könnten.

Das Blattmaterial nach der Erfindung wird im allgemeinen, wie erwähnt, durch herkömmliche Papierherstellungsverfahren hergestellt und hat vorzugsweise die Form eines dünnen, leichten, nichtgewebten Fasergebildes, bei dem die Hauptfaserbestandteile und die unbedeutenden Faserbestandteile

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miteinander verfilzt sind, um einen ausreichenden Festigkeitsverband durch einfache körperliche Verfilzung zu schaffen, damit die Bahn während des Papierherstellungsverfahrens gehandhabt werden kann, ohne daß teuere Bindemittel erforderlich sind. Die so hergestellte Faserbahn wird typischerweise in herkömmlicher Weise getrocknet, indem sie Trockentemperaturen von etwa 104 ⁰C und mehr ausgesetzt wird. Auf diese Weise erweicht der synthetische, mikrofibrillare PoIyolefinbestandteil während des Trocknens und nähert sich anschließend und übersteigt teilweise seine Schmelztemperatur, wodurch die Bahn verbunden und dem Flächenmaterial bessere Festigkeitseigenschaften gegeben werden, ohne daß die notwendige Porosität desselben nennenswert beeinträchtigt wird. Es ist zu erkennen, daß der Schmelzpunkt der Zellstoffaser ermöglicht, das Bahnmaterial unmittelbar im Anschluß an die Bildung zu trocknen, ohne daß es zu einem nachteiligen Schmelzen kommt, welches das Ansammeln von Bindemittel auf den Trockenzylindern der Papiermaschine verursachen könnte. Sobald das Material getrocknet ist und vor dem Verlassen der Trockenstation wird jedoch die Temperatur des Bahnmaterials erhöht, bis es zum teilweisen Schmelzen der mikrofibrillaren Struktur und zu einem geringfügigen Schrumpfen des Bahnmaterials kommt, das in der Querrichtung am merklichsten ist. Das teilweise Schmelzen führt zum Schrumpfen des Bahnmaterials in einem Ausmaß von etwa 10-15%. Beispielsweise wird ein nichtgewebtes Faserbahnmaterial, das eine Querabmessung von etwa 68,6 cm hat, auf eine Querabmessung von 61 cm während des bevorzugten teilweisen Schmelzens schrumpfen. Es ist, wie erwähnt, nur ein teilweises Schmelzen erwünscht, da die erforderliche Porosität des Flächenmaterials aufrechterhalten werden muß. In diesem Zusammenhang hat sich ein Erwärmen des Flächenmaterials für eine Zeitspanne von weniger als 3 Minuten bei einer Temperatur von 132 ⁰C als

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wirksam herausgestellt. Tatsächlich wird das Erwärmen für weniger als 2 Minuten bevorzugt, wobei eine mittlere Erwärmungszeit für "SWP" mit einer klassierten Faserlänge von 2 mm (Qualität R-830) etwa 1,5 bis 2 min bei dieser Temperatur beträgt. Es ist klar, daß die Zeit, während der das Blattmaterial der Schmelztemperatur ausgesetzt ist, abnimmt, wenn die Schmelztemperatur zunimmt.

Das sich ergebende teilgeschmolzene Bahnmaterial zeigt die erwünschten Eigenschaften hinsichtlich der Beständigkeit gegen ätzende Alkalien und Oxydation. Das ist in einem Alkalibatteriesystem besonders wichtig, da in den meisten Fällen ein Ausfall der Batterie hauptsächlich auf einen Ausfall des Separators zurückzuführen ist und es bei Fahrzeugbatterien erwünscht ist, daß diese eine Betriebslebensdauer von wenigstens 5 Jahren haben. Gemäß der Erfindung wird das erreicht, indem ein Blattmaterial geschaffen wird, das praktisch nicht abgebaut wird, wenn es konzentrierter Lauge und stark oxydierenden Bedingungen ausgesetzt ist. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß das Separatorsubstrat nach der Erfindung in der Lage ist, eine hochkonzentrierte (mehr als 30-prozentige) Ätzkalilösung bei erhöhten Temperaturen (von mehr als 80 ⁰C) ständig für eine Zeit von über 300 h auszuhalten, ohne daß eine Spur eines alkalischen Abbaus zu erkennen ist. Wenn das nichtgewebte Substrat längere Zeit einer Behandlung mit naszierendem Sauerstoff ausgesetzt wurde, hat es sich weiter gezeigt, daß es im wesentlichen unbeeinflußt blieb.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des Batterieseparatorsubstrats ist seine Dicke. Dünnere Separatoren gestatten die Verwendung einer größeren Anzahl von Batterieplatten und ergeben deshalb eine Batterie von vergleichbarer Größe mit größerer Leistung und schnellerer Leistungsabgabe, was beispielsweise

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während der Beschleunigung eines Elektromobils erforderlich ist. Die Substrate nach der Erfindung weisen eine Dicke auf, die im wesentlichen unter 200 μΐη und typischerweise in einem Bereich von 50-150 pm liegt. Tatsächlich sind ausgezeichnete Ergebnisse mit Batterieseparatorsubstraten erzielt worden, die eine Dicke in dem Bereich von 75-130 um hatten.

Es ist häufig erwünscht, das Blattmaterial zu kalandern, um seine Dicke zu verringern und ihm eine zusätzliche Festigkeit zu geben. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß der synthetische Zellstoff, der in dem Substrat benutzt wird, eine beträchtliche Verringerung der Dicke des Bahnmaterials beim Kalandern gestattet. Es ist klar, daß das Kalandern außerdem das Bahnmaterial verdichtet und die Luftdurchlässigkeit verringert. Das Kalandern kann deshalb nicht so übermäßig erfolgen, daß die Durchlässigkeit unter einen akzeptablen Wert verringert wird und dadurch die Fähigkeit der Bahn, den Batterieseparatorüberzug oder das Batterieseparatorimprägniermittel zu absorbieren, wesentlich verringert wird. Es ist im allgemeinen vorzuziehen, daß die Permeabilität des sich ergebenden Bahnmaterials größer als 50 Liter pro Minute ist, bei Verwendung eines Gurley-Luftpermeabilitätstestverfahrens (TAPPI T-251-PM-75), wobei Werte von ungefähr 100 l/min oder größer akzeptabel sind. Selbstverständlich wird das bevorzugte Material einen Wert von mehr als 100 und typischerweise in dem Bereich von 200 bis 300 l/min haben.

Die Dichte des Blattmaterials, die nach dem Bestimmen sowohl der Dicke als auch des Gewichts des Blattmaterials berechnet werden kann, steht in Beziehung zur Porosität. Das Flächen gewicht des Separatorsubstrats nach der Erfindung sollte des-

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halb deutlich unter 50 g/m liegen und üblicherweise geringer als 35 g/m"⁶ sein. Selbstverständlich ist das bevorzugte Mate-

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rial leicht und sein Flächengewicht fällt in den Bereich von etwa 22-28 g/m .

Es ist klar, daß sich die Naßfestigkeit des Materials ändern wird, aber ausreichen sollte, um die Handhabung des Materials ohne nachteilige Beeinflussung von dessen Festigkeitsverband zu gestatten und beispielsweise größer als 157,5 Gramm pro Zentimeter Breite betragen sollte. Typischerweise wird die Naßfestigkeit des Bahnmaterials in der Maschinenrichtung 315 Gramm pro Zentimeter Breite und mehr betragen, wobei die bevorzugte Zugfestigkeit etwa 394-590 Gramm pro Zentimeter Breite beträgt.

Die folgenden Beispiele werden angegeben, um die Effektivität der Erfindung besser verständlich zu machen. Diese Beispiele dienen nur zur Veranschaulichung und beschränken nicht die Erfindung. Alle Teile sind in Gewicht angegeben, wenn nichts anderes angegeben ist.

BEISPIEL 1

Eine Faserdispersion wurde unter Verwendung folgender Faserzusammensetzung angesetzt, wobei die Mengen auf Trockenfasergewicht sbas is angegeben sind:

60% Polyäthylenzellstoff (SWP, Qualität R-830); 15% Nylonfasern (Dupont P-105), 13 mm, 6 Denier 25% Polypropylenfasern, 13 mm, 1,8 Denier

Eine unbedeutende Menge von weniger als 0,5 Gew.% (basierend auf dem Gesamtfasergehalt) eines nichtionischen Tensids und eines Antischaummittels wurde der Dispersion zugesetzt.

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Die Faserdispersion wurde dem Blattbildungssieb einer Naßpapiermaschine zugeführt und es wurde aus ihm eine nichtgewebte, d.h. eine Vliesbahn gebildet, die dann auf dampfbeheizten Trockentrommeln getrocknet wurden. Nach dem Trocknen wurde das Blatt auf 132 ⁰C für 1,8 min erwärmt, was zu einer Schrumpfung der Querabmessung von 70 cm auf 61 cm führte. Ein Teil des Blattmaterials wurde kalandert, unter Verwendung eines Kalanderdruckes von 73,6 N/cm, und die physikalischen Eigenschaften des Blattmaterials vor und nach dem Kalandern wurden gemessen, was in Tabelle 1 angegeben ist.

	TABELLE 1	mit Kalandern
	ohne Kalandern	23
Flächengewicht (g/m )	23	79
Dicke (um)	148	1720
Trockenfestigkeit (g/25 mm Breite) in Maschinenrichtung	1570	610
in Querrichtung	590
Naßfestigkeit (g/25 mm Breite)		1500
in Maschinenrichtung	1370	530
in Querrichtung	510
Luftdurchlässigkeit		110
(l/min)	201

Das kalandrierte Bahnmaterial wurde auf seine Beständigkeit gegen Alkalien und Oxydation getestet und es hat sich gezeigt, daß es völlig alkalienbeständig und nach einem Oxydationstest mit naszierendem Sauerstoff zufriedenstellend war. Das Material zeigte außerdem eine gute Benetzbarkeit mit einem Batterieseparatorüberzugsimprägniermittel und erwies sich als Batterieseparatorsubstrat völlig akzeptabel.

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BEISPIEL 2

Eine Faserdispersion wurde unter Verwendung folgender FaserZusammensetzung angesetzt:

80% - Polyäthylenzellstoff (SWP R-83O) 10% - hochreißfeste Polyamidfasern, 13 mm, 6 Denier 10% - Polypropylenfasern, 6 mm, 3 Denier

Eine geringe Menge eines Karaya-Gummigemisches wurde als Dispergierhilfe benutzt. Ein Alkalibatterieseparatorsubstrat wurde aus der Dispersion wie im Beispiel 1 hergestellt. Es hatte ein Flächengewicht von 34 g/m und eine Dicke von 165 um. Die Trocken- und Naßfestigkeiten des Materials in der Maschinenrichtung betrugen 1170 g/25 mm Breite bzw. 890 g/25 mm Breite. Das nichtgewebte Faserbahnmaterial hatte eine Luftdurchlässigkeit von 48 l/min.

Das Blattmaterial wurde auf seine Alkalibeständigkeit getestet, indem eine 31-prozentige Ätzkalilösung mit 80 ⁰C benutzt wurde, und es zeigte kein Anzeichen von Abbau, nachdem es fortgesetzt 300 h lang getestet wurde. Das Material zeigte eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit,

2 hatte einen elektrischen Widerstand von 0,035 Ohm/cm und konnte leicht mit einer Batterieseparatorüberzugsverbindung überzogen werden.

BEISPIELE 3-9

Die Prozedur des Beispiels 1 wurde wiederholt, und zwar unter Verwendung anderer Faserzusammensetzungen für das Batterieseparatorsubstrat. Die Zusammensetzungen und die physikalischen Eigenschaften des sich ergebenden nichtgewebten

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Bahnmaterials sind in Tabelle 2 angegeben.

TABELLE 2 Beispiel:

Zusammensetzung

Polyolefinzellstoff
(SWP R-830)

Nylon P-105

(6 Denier, 12,7 mm)

Polypropylen

(3 Denier, 6,35 mm)

Polypropylen

(1,8 Denier, 12,7 mm)

Flächengewicht
(g/m²)

60	60	50	54	60	55,	5	55
15	40	50	23	20	26,	0	20
		_	23	20	18,	5	25

25

25 27 33 135 150 155

Dicke (pm)

Trockenfestigkeit
(g/25 mm Breite)

in Maschinenrichtung 1710 - in Querrichtung 610

Naßfestigkeit
(g/25 mm Breite)

in Maschinenrichtung 1670 725 750

in Querrichtung 590 -

Luftdurchlässigkeit

(l/min) 430 174 150

29 21 29,0 22

170 140 150,0 146

690 820,0 800

490 370 420,0 400

97O 51O 560,0 580

420 290 300,0 280

364 510 349,0 614

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Claims

Patentansprüche :

1. Nichtgewebtes Faserbahnmaterial, das zur Verwendung als Substrat für einen Alkalibatterieseparator geeignet ist, gekennzeichnet durch ein leichtes, poröses, wärmegebondetes, synthetisches, organisches Flächenmaterial, das gegen einen Abbau beständig ist, wenn es längere Zeit bei erhöhten Temperaturen einer hochkonzentrierten alkalischen Umgebung eiusgesetzt ist, wobei das Faserbahnmaterial ein Flächengewicht von weniger als 50 g/m und eine Dicke von weniger als etwa 200 μπι hat, wobei ein Hauptfaserbestandteil der Bahn eine synthetische, thermoplastische Polyolefinfaser mit einer mikrofibrillaren Struktur ist, die aus Mikrofibrillen ähnlich wie Zellstoff besteht, wobei ein untergeordneter Faserbestandteil der Bahn eine Polyamidfaser ist, deren Faserlänge größer als etwa 6 mm ist, wobei das Wärmebonden durch teilweises Schmelzen des mikrofibrillaren Polyolefins ausreicht, um dem Blattmaterial eine Naßfestigkeit von wenigstens 157,5 g/cm Breite zu geben, während eine Luftdurchlässigkeit von mehr als etwa

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ORIGINAL INSPECTED

50 1/min beibehalten wird, und wobei das Substrat eine ausgezeichnete Aufnahmefähigkeit für porenbildende Batterieseparatorüberzüge aufweist.

2. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Faserzellstoff in einer Menge vorliegt, die in dem Bereich von 50 bis 80 Gew.% liegt, und daß die Polyamidfasern hochreißfest sind und in einer Menge vorliegen, die in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.% liegt.

3. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

2
daß das Flächengewicht kleiner als etwa 35 g/m ist und

daß der synthetische Faserzellstoff ein hochdichtes Polyolefin mit niedrigem Schmelzindex und einem hohem Molekulargewicht von mehr als 40 000 ist.

4. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dicke in einem Bereich von 50-150 μπι hat, daß der synthetische Faserzellstoff einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 135-150 ⁰C hat und daß die Bahn ausreichend teilgeschmolzen ist, so daß sie eine Naßfestigkeit von 315 g/cm Breite hat.

5. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Faserzellstoff ein hochdichtes Polyolefin ist, das unter Polyäthylen, Polypropylen und Gemischen derselben ausgewählt ist, die einen Schmelzindex unter 0,1 und ein hohes Molekulargewicht von mehr als
500 000 haben, und daß das hochdichte Polyolefin weniger als 5 Gew.% eines Netzmittels enthält, das die Benetzbarkeit der Bahn mit dem Batterieseparatorüberzug verbessert.

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6. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Faserzellstoff vor allem aus hochdichtem Polyäthylen mit einem Schmelzpunkt in einem Bereich von 135-150 ⁰C besteht und daß das teilweise Schmelzen nicht mehr ausmacht, als das, das erzielt wird, wenn die Bahn einer Temperatur, die gleich dem Schmelzpunkt ist, für weniger als 3 min ausgesetzt ist.

7. Bahnmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise Schmelzen nicht weniger ist als das, das erzielt wird, wenn die Bahn einer Temperatur von 132 ⁰C für 1,5-2,0 min ausgesetzt ist.

8. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

2 daß das Flächengewicht kleiner als etwa 35 g/m ist, daß die Naßfestigkeit größer als 315 g/cm Breite ist, daß die Luftdurchlässigkeit wenigstens 200 l/min beträgt und daß die Bahn Polyolefinstapelfasern enthält.

9. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamidfasern eine Feinheit von 6 Denier und weniger haben, eine Länge von 10 mm und mehr und 10-50 Gew.% des Fasergehalts ausmachen, daß die Bahn 10-30 Gew.% Polyolef instapelfasern enthält, daß das teilweise Schmelzen nicht mehr ausmacht als das, das erzielt wird, wenn die Bahn 132 ⁰C für weniger als 3 min ausgesetzt ist, wobei die Bahn gegen einen Abbau durch 31%-ige KOH beständig ist, wenn sie dieser bei 80 ⁰C für über 300 h ausgesetzt ist.

10. Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht etwa 22-28 g/m² beträgt, daß die Dicke 7 5-130 pm beträgt, daß die synthetische Faser» die Holzschliff oder Zellstoff gleicht, vor allem aus hcchdich-

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tem Polyäthylen besteht, das einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 135-150 C und ein Molekulargewicht von mehr als 800 000 hat, daß der synthetische Zellstoff in Mengen von 55-65 Gew.% vorhanden ist, wobei die Polyamidfasern 10-25 Gew.% ausmachen, und daß die Bahn 10-30 Gew.% einer synthetischen, organischen Stapelfaser enthält, die mit dem synthetischen Zellstoff und den Polyamidfasern kompatibel ist.

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