IT201900006409A1

IT201900006409A1 - Tessuto non-tessuto per guaine multi-tubolari

Info

Publication number: IT201900006409A1
Application number: IT102019000006409A
Authority: IT
Inventors: Stefano Merlotti; Silvano Menti
Original assignee: Advanced Nonwovens Tech Srl
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-10-29
Also published as: PL3733943T3; EP3733943A1; EP3733943B1

Description

Descrizione di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“Tessuto non-tessuto per guaine multi-tubolari”

DESCRIZIONE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un tessuto non-tessuto per guaine multitubolari. In particolare, la presente invenzione si riferisce tessuto non-tessuto per realizzare guaine multi-tubolari per elettrodi positivi di accumulatori al piombo industriali per "azionamento elettrico" e/o "riserva di energia" e per accoppiamento a separatori tradizionali in alternativa alla lana di vetro per il contenimento della massa attiva di piombo spalmata negli elettrodi delle batterie. Stato dell’arte.

Sono note da tempo guaine multitubolari per la produzione di elettrodi positivi nelle batterie industriali per carrelli elevatori e riserva di energia, costituite da tubetti paralleli con base quadrata, elicoidale (in particolare per piastre piatte) o rotonda.

La guaina multitubolare a base circolare è la più usata ed il diametro di ogni tubetto è inferiore ad 1 cm.

Fino al 1960 erano costituite da un manufatto tubolare in fibra di vetro che veniva tagliato a misura della piastra ed in quantità pari ai fili di piombo della stessa. Lo svantaggio di tale manufatto era il costo elevato, la difficoltà nella manipolazione per la fragilità del prodotto e la pericolosità ambientale, nonché le caratteristiche qualitative elettrochimiche per elevata resistenza elettrica ed eccessiva rigidità.

Successivamente, con l’evoluzione del filato, furono usate le guaine multitubolari, realizzate in tessuto (formato da trama e ordito), costituito da fibre tessili a base di poliestere od a base di poliestere e polipropilene, termoformate mediante stampaggio a caldo secondo la geometria della guaina.

La termoformabilità del tessuto era assicurata dalla presenza di polipropilene nel filo o da una fase di resinatura per i filati di poliestere; inoltre tale tessuto esibiva una grande omogeneità. Queste funzionalità contribuirono a rendere la guaina resistente durante l’utilizzo della batteria. Tuttavia, uno svantaggio di questo tipo di tessuto è il costo elevato.

Soluzioni successive erano costituite da 2 tessuti non-tessuti in poliestere impregnati di resina fenolica, sovrapposti, cuciti con cuciture parallele e termoformati in modo da ottenere il manufatto multitubolare.

Con il progredire della tecnologia, negli anni 80 si è passati ad un tessuto nontessuto prodotto con una tecnologia spunbond, costituito da filamenti di poliestere legati con termoformatura sintetica ed impregnati con resine leganti (in particolare, di tipo acrilico ed/o stirene-butadiene).

Nel gergo tessile, per resine sintetiche si intendono le resine che legano le fibre tra loro. Sono generalmente utilizzate in forma liquida ed applicate in vari modi (impregnazione, spray, schiumatura, ecc.) e svolgono il loro potere di incollaggio delle fibre tra di loro in modo da ottenere un tessuto non-tessuto compatto.

Il tessuto non-tessuto ottenuto con tecnologia spunbond ha dei filamenti continui di 3-4 dtex, distribuiti in modo casuale, dove 1 dtex è l’unità di misura per la densità lineare della fibra e corrisponde ad 1 grammo al km.

Le varie fibre che compongono il tessuto non-tessuto sono legate tra loro da agugliatura meccanica (tramite aghi) e/o fissate tramite calandra a punti in corrispondenza dei quali, per effetto della temperatura, avviene una fusione del materiale.

Tali soluzioni sono più economiche delle precedenti ma hanno alcuni svantaggi: lo spessore è irregolare per la distribuzione casuale delle fibre, per cui in alcune aree c’è un eccesso di filamenti ed in altre una carenza; inoltre, la mancanza di regolarità del tessuto non-tessuto fa sì che, inserendo la materia attiva nell’elettrodo positivo, questa tende a fuoriuscire dalla guaina nelle zone dove il tessuto non-tessuto è più aperto. Un altro svantaggio legato a tale guaina nasce dal fatto che durante l'agugliatura potrebbero rompersi degli aghi e parti di essi potrebbero rimanere imprigionate nel tessuto non-tessuto con il rischio di creare problemi alla durata della batteria. La legatura a punti di tale tessuto non-tessuto crea inoltre delle aree termosaldate, vere e proprie barriere al passaggio della corrente, determinando una riduzione della capacità della batteria.

Le batterie per trazione devono garantire una durata di almeno 1500 cicli di lavoro, mentre le batterie stazionarie devono durare oltre 10 anni. La guaina multitubolare deve resistere per tutta la vita della batteria in ambiente acido e ad elevate punte di ossidazione provocate dalla trasformazione elettrochimica nelle fasi di carica e scarica.

La corrente elettrica, sia nella fase di carica che in quella di scarica, è generata da passaggio di elettroni tra gli elettrodi ed il rendimento è tanto più elevato quanto inferiore è la resistenza elettrica.

La guaina multitubolare nel processo di produzione degli elettrodi contiene tipicamente miscele di diossido di piombo (PbO2), che è polvere finissima a forma di scaglia, e tetrossido di tripiombo (Pb3O4) che è polvere a forma sferica di diverso diametro. Tali polveri hanno una gamma granulometrica differenziata che può variare in funzione degli utilizzi da 2 a 25 µm, ed è molto importante che le particelle più fini fuoriescano in modo limitato dalla guaina. Ciò significa che la capacità di trattenimento della guaina deve essere massima e quindi le porosità del tessuto non-tessuto devono essere infinitesimali, e che lo spessore deve essere uniforme e ciò dipende dalla regolarità di distribuzione delle fibre che formano il tessuto non-tessuto.

Nelle fasi di trasformazione elettrochimica che determinano la carica e la scarica della batteria, la massa attiva positiva, contenuta nella guaina multitubolare, aumenta e riduce il suo volume. Contemporaneamente, la miscela compatta di diossido di piombo e/o di tetrossido di tripiombo che compone tale massa deve essere agevolata in tale variazione di volume e la prestazione della piastra e quindi della batteria è maggiore quanto più elevata è l’elasticità che permette di seguire le suddette pulsazioni.

Le batterie non devono avere auto scarica, ragion per cui le componenti, compreso il tessuto non-tessuto che costituisce la guaina, devono avere un contenuto assolutamente limitato di metalli (poche ppm) e di altri inquinanti che potrebbero alimentare tale fenomeno.

A maggior ragione, l’eventuale presenza di parti di aghi metallici determinerebbe un funzionamento anomalo della batteria.

Il tessuto non-tessuto che va a formare la guaina deve essere costituito da fibre resistenti all’acido solforico, all’ossidazione anodica, a temperature di esercizio di 80-90°C.

La domanda di brevetto europeo EP 1720210 descrive una guaina multitubolare per batterie al piombo costituita da due fogli di spunbond con nel mezzo un tessuto non-tessuto costituito da fibre bi-componenti PET-PTB agugliato e calandrato per formare un unico foglio. Successivamente, due di questi fogli vengono sovrapposti e fissati con cuciture parallele ad intervalli tali da ottenere, dopo la termoformatura, dei tubetti regolari per ottenere la geometria desiderata. La domanda di brevetto giapponese JP 57095078 descrive un manicotto rivestito in fibra per la batteria stazionaria. È costituito da tessuto non-tessuto comprendente più tipi di fibre con diversi punti di fusione. Infatti, vengono utilizzate fibre di poliestere con principale punto di fusione di 260 °C, che vengono miscelati in un intervallo di 3-50 % in peso con fibre con un punto di fusione inferiore a quelle del poliestere che agiscono come legante (ad esempio fibra di polietilene), con punto di fusione 127-210 °C, tali da formare un supporto tessile adatto all’utilizzo.

Questi tessuti non-tessuti sono accatastati e cuciti a strisce equidistanti. Per la formazione dei tubetti vengono inserite delle guide tra le parti cucite e con la fusione delle fibre basso fondenti si forma la guaina.

Il brevetto Europeo EP 1961059B1 tratta di guaine multitubolari costituite da diversi tipi di fibre di poliestere, fibre bicomponenti e/o fibre di polipropilene, opportunamente miscelate e lavorate in un impianto di interlacciatura ad acqua (spunlace), alimentato con carde predisposte per avere in un lato del tessuto nontessuto fibre a orientamento longitudinale e nel lato opposto fibre ad orientamento trasversale. Il lato con orientamento longitudinale delle fibre è costituito prevalentemente da fibre con elevato punto di fusione, disposte in modo da agevolare l’introduzione delle guide di formazione della guaina e lo scorrimento del materiale nella lavorazione di riempimento dell’elettrodo. In tale brevetto viene affermato che in questo modo il vantaggio consiste in una maggior resa nella fase di formazione della piastra e di una resistenza elettrica inferiore a quella dei brevetti anteriori.

Nella vita del prodotto la guaina è a contatto diretto con una soluzione di acido solforico che nei vari cicli permette agli elettroni di migrare dagli elettrodi positivi a quelli negativi per erogare energia e viceversa per la ricarica. Di conseguenza, nei cicli delle batterie gli elettrodi positivi modificano il loro volume in aumento e riduzione a seconda delle fasi di carica e scarica. Questo significa che la soluzione acida deve essere perfettamente a contatto con la massa attiva che costituisce l’elettrodo positivo.

La Richiedente della presente domanda di brevetto ha riscontrato quindi l’esigenza di realizzare un tessuto non-tessuto che possa essere utilizzato per realizzare una guaina multi-tubolare in grado di garantire elasticità, in modo che la massa attiva risulti sempre compatta per una corretta fornitura di energia alle polarità di utilizzo. Allo stesso tempo, la guaina deve avere una notevole capacità di assorbimento di liquido senza porre barriere al flusso di elettroni, e quindi deve avere una bassissima resistenza elettrica.

Inoltre, nella produzione di batterie soggette a gravosi cicli di carica e scarica, nonché a sollecitazioni meccanica e termica (caso tipico, il loro utilizzo nell’auto e moto trasporto), vengono utilizzati separatori tra anodo e catodo costituiti da materiale isolante plastico poroso (PE, PVC, …) accoppiato con uno strato di lana di vetro finalizzato a impedire il distacco della massa attiva di piombo dal catodo. Per effetto della temperatura all’interno della batteria, la lana di vetro tende a perdere le proprie caratteristiche meccaniche, che portano ad un precoce malfunzionamento della batteria. Contemporaneamente la lana di vetro rende difficoltoso e quindi oneroso, a fine vita della batteria, il recupero del piombo. La Richiedente della presente domanda di brevetto ha riscontrato anche l’esigenza che tale tessuto non-tessuto possa essere utilizzato per realizzare un accoppiamento a separatori tradizionali in alternativa alla lana di vetro.

Sommario dell’invenzione

Secondo un primo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un tessuto come quello indicato nella rivendicazione 1.

La presente invenzione scaturisce infatti dalla considerazione generale secondo la quale il problema tecnico sopra evidenziato può essere risolto in modo efficace ed affidabile mediante un supporto in tessuto non-tessuto che comprende una miscela di fibre costituita almeno da:

a) fibra bi-componente con densità lineare compresa tra 2-4 dtex, lunghezza 40-80 mm, costituita da due materiali estrusi in modo coassiale dove la parte interna ha punto di fusione superiore alla parte esterna;

b) fibre idrofile organiche di poliestere e/o polipropilene, di densità compresa tra 1,2-1,6 dTex, lunghezza 30-60 mm, fornite di canali superficiali.

Il supporto della presente invenzione è atto ad essere utilizzato per realizzare guaine multitubolari per elettrodi positivi di accumulatori al piombo industriali per "azionamento elettrico" e/o "riserva di energia" e per accoppiamento a separatori tradizionali in alternativa alla lana di vetro per il contenimento della massa attiva di piombo spalmata negli elettrodi delle batterie.

Grazie all’utilizzo della miscela di fibre sopra descritte, la guaina realizzata con il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione viene fornita di elasticità tale che la massa attiva risulti sempre compatta per una corretta fornitura di energia alle polarità di utilizzo.

Ciò consente, nelle operazioni di riempimento, di contenere all’interno dell’elettrodo le granulometrie più sottili dell’ossido di piombo e di avere una bassa resistenza elettrica, in modo da non rilasciare nel tempo, per effetto dell’ossidazione e della soluzione di acido solforico, metalli che producano auto scarica e barriere al flusso di elettroni. Viene così evitata una riduzione di rendimento della batteria, migliorando le prestazioni e dovendo recuperare una minore quantità di reflui di ossido.

Inoltre, grazie all’utilizzo della miscela di fibre sopra descritte, il supporto della presente invenzione accoppiato a separatori tradizionali permette una maggior vita della batteria, poiché il poliestere non è soggetto ad impoverimento delle sue caratteristiche meccaniche alle condizioni di utilizzo e mantiene inalterato nel tempo il contatto tra la superficie del catodo e la soluzione di elettrolita, determinandone una minore resistenza elettrica.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta fibra bi-componente è costituita da due materiali estrusi in modo coassiale dove la parte esterna ha una temperatura di fusione minore di 200°C.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta fibra bi-componente è fornita di crettatura, nella lunghezza, ottenuta con molteplici procedimenti meccanici, caratteristica ondulazione che favorisce la coesione delle fibre durante il processo di realizzazione del tessuto non-tessuto, aumenta la resistenza all'usura dei prodotti (distribuzione delle sollecitazioni fra più fibre), la loro voluminosità, il potere coprente dei veli e garantendo elasticità al prodotto finale.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta fibra bi-componente è sottoposta a trattamento di termostabilizzazione e rifinitura superficiale che ricopre i filamenti.

In questo modo viene massimizzata la coesione del tessuto non-tessuto e, di conseguenza, le caratteristiche fisico-meccaniche ottimali alla realizzazione delle guaine multitubolari.

Secondo una forma di realizzazione preferita, dette fibre organiche di poliestere e/o polipropilene sono fornite di crettatura e caratterizzate dalla presenza di canali superficiali.

In questo modo, viene reso possibile un effetto capillare di assorbimento dei liquidi, che, insieme ad un trattamento idrofilo permanente, conferisce al tessuto non-tessuto caratteristiche di permeabilità ai liquidi, che un tessuto non-tessuto costituito solamente da poliestere e/o poliestere bi-componente non potrebbe avere, pur non compromettendo al tempo stesso le caratteristiche fisicomeccaniche richieste per la realizzazione delle guaine multitubolari.

Secondo una forma di realizzazione preferita, dette fibre organiche di poliestere e/o polipropilene sono molto sottili distribuite in vari strati in modo omogeneo, incrociate con tecnologia spunlace e ad elevata capacità igroscopica. Questo permette un’elevata bagnabilità, con un valore di circa 350 gr H2O per 100 gr guaina.

Secondo una forma di realizzazione preferita, dette fibre organiche di poliestere e/o polipropilene non contengono catalizzatori metallici che possono andare in soluzione ed inquinare la batteria.

In tal modo viene minimizzata la dimensione delle porosità.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto supporto in tessuto nontessuto è composto da detta miscela di fibre che comprende da 5 a 60%, preferibilmente da 20 a 60%, di detta fibra bi-componente e da 40 ad 95%, preferibilmente 40 ad 80%, di detta fibra di poliestere e/o polipropilene rispetto alla massa della fibra totale.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto supporto in tessuto nontessuto ha una percentuale di fibra bi-componente che differisce in funzione del grado di rigidità richiesto alla guaina multitubolare, che con esso viene realizzata od al supporto di accoppiamento per separatori tradizionali.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto supporto in tessuto nontessuto ha una percentuale di fibra di poliestere idrofila che differisce in funzione dal tempo e della capacità di assorbimento dei liquidi richiesto alla guaina multitubolare, che con esso viene realizzata, od al supporto di accoppiamento per separatori tradizionali.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta miscela di fibre comprende inoltre fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare con punto di fusione superiore a 200°C di densità lineare compresa tra 1-2 dtex, lunghezza 30-60 mm. Secondo una forma di realizzazione preferita, anche detta fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare è fornita di crettatura, trattamento di termostabilizzazione e rivestimento superficiale che ricopre i filamenti al fine di massimizzare la coesione del tessuto non-tessuto.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta miscela di fibre comprende a) da 10 a 60% di detta fibra bi-componente, b) da 10 a 60% di detta fibra di poliestere e/o polipropilene, e c) da 10 a 60% di detta fibra di poliestere in fiocco rispetto alla massa della fibra totale.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione ha un peso tra 110 e 180 g/m<2>.

In questo modo il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione viene utilizzato per la realizzazione di guaine multitubolari.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione ha un peso tra 20 e 110 g/m<2>.

In questo modo, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione viene utilizzato per la realizzazione di supporti di accoppiamento per separatori tradizionali.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione è costituito da un materassino avente un numero di veli da 4 a 20 distribuiti in modo opportuno, ognuno di peso compreso tra 4 e 20 g/m<2>. In questo modo, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione ottiene i requisiti di microporosità e di assorbimento.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione è impregnato con resina tramite leganti polimerici di varia natura, come ad esempio stirolo-acrilici, acrilici, poliuretanici, ecc.

In questo modo, il supporto in tessuto non-tessuto della presente invenzione così impregnato con appropriata resina migliora la resistenza alla soluzione acida con cui è a contatto la guaina e migliora anche la resistenza all’ossidazione, tipicamente presente ad elevato grado nell’ambiente in cui opera la guaina stessa. Il supporto resinato permette anche di aumentare la rigidità della guaina multitubolare e del supporto di accoppiamento per separatori tradizionali che utilizzano tale supporto, conferendo al tempo stesso migliori caratteristiche di termoformabilità a caldo.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta resinatura viene effettuata con differenti metodi di deposizione: impregnazione, schiumatura, spalmatura o stampaggio.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la quantità aggiuntiva di resina varia da 20 a 60 g/m<2>.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto supporto in tessuto nontessuto, preferibilmente nella forma resinata, può contenere additivi scelti, ad esempio, dal gruppo degli agenti per coadiuvare la distribuzione omogenea del polimero, agenti per incrementare la velocità e/o la capacità di assorbimento dei liquidi, per modificarne la rigidità, agenti per conferire colore o personalizzare l’aspetto esteriore, e simili, purché non vadano ad inficiare le prestazioni del supporto stesso.

In un secondo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per realizzare un supporto in tessuto non-tessuto come quello indicato nella rivendicazione 9.

La presente invenzione scaturisce infatti dalla considerazione generale secondo la quale il problema tecnico sopra evidenziato può essere risolto in modo efficace ed affidabile mediante un metodo per realizzare un supporto in tessuto non-tessuto che comprende le fasi di:

i) preparare a) una fibra bi-componente con densità lineare compresa tra 2-4 dtex, lunghezza 40-80 mm, costituita da due materiali estrusi in modo coassiale dove la parte interna ha punto di fusione superiore alla parte esterna, e b) fibre organiche di poliestere e/o polipropilene, di densità compresa tra 1,2-1,6 dTex, lunghezza 30-60 mm, fornite di canali superficiali;

ii) interlacciare con getti d’acqua (tecnologia “spunlace”) ad alta pressione dette fibre a) e b) per formare una miscela di dette fibre legate tra loro.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il metodo della presente invenzione comprende inoltre la fase di preparare una fibra c) di poliestere in fiocco a sezione circolare con punto di fusione superiore a 200°C di densità lineare compresa tra 12 dtex, lunghezza 30-60 mm e di interlacciare con getti d’acqua ad alta pressione dette fibre a), b) e c) per formare una miscela di dette fibre legate tra loro.

La presenza di un’opportuna crettatura nelle fibre favorisce l’elasticità del tessuto non-tessuto realizzato, portando a migliorare la resistenza meccanica della guaina ai cicli di espansione e contrazione legati alla carica e scarica delle batterie.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il metodo della presente invenzione comprende inoltre la fase di sottoporre a resinatura detto supporto in tessuto nontessuto mediante deposizione di leganti polimerici di varia natura, come ad esempio stirolo-acrilici, acrilici, poliuretanici, ecc., tramite impregnazione, schiumatura, spalmatura o stampaggio.

Secondo una forma di realizzazione preferita, le fibre sopra descritte vengono pesate e miscelate tra di loro intimamente e vengono convogliate in caricatori che alimentano le carde di formatura dei veli, che adeguatamente sovrapposti e orientati, portano, dopo il processo di interlacciatura ad acqua, ad ottenere un tessuto non-tessuto omogeneo.

In questo modo, la quantità in peso delle fibre è tale da permettere sufficiente tenacità, elasticità, elevata microporosità ed assorbimento di liquido.

Secondo una forma di realizzazione preferita, le fibre sopra descritte costituiscono un materassino di veli e vengono quindi interlacciate con getti d’acqua ad alta pressione che fuoriescono da ugelli di sezione interna atta a massimizzare l’energia cinetica dell’acqua che, trasferendosi alle fibre, ne determina la coesione.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detti ugelli hanno diametri massimi compresi tra 90 e 160 µm, e sono disposti ad intervalli regolari di 0,6 a 1,0 mm di distanza, su strisce in acciaio speciale anticorrosione, ad uno, due od anche tre ranghi, per tutta la larghezza del tessuto non-tessuto. Ciascuna striscia di acciaio dotata di fori, viene montata su di un iniettore, che provvede all’alimentazione dell’acqua, alla portata ed alla pressione necessarie. L’acqua trasferita al materassino di fibre viene immediatamente e convenientemente rimossa mediante un sistema di aspirazione posto al di sotto dell’iniettore, per favorire la coesione delle fibre. Il tessuto non-tessuto finale si ottiene dopo il passaggio ripetuto del materassino di fibre sotto un numero adeguato di iniettori, posizionati su entrambi i lati del materassino di fibre.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il tessuto non-tessuto ancora bagnato, dopo la fase di interlacciatura ad acqua, viene convenientemente calibrato nello spessore, mediante calandratura a freddo.

In questo modo, viene impedita la formazione di film plastici superficiali per fusione delle fibre o parte di esse, che inficerebbero tempo e capacità di assorbimento dei liquidi da parte del supporto di tessuto.

Secondo una forma di realizzazione preferita, dette pressioni di calibratura vanno da 3 a 25 ton.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il tessuto non-tessuto viene in seguito asciugato e, preferibilmente, termostabilizzato, nonché fuso nella parte basso fondente delle fibre bi-componenti.

In questo modo, viene conferita compattezza e rigidità al manufatto.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto supporto in tessuto nontessuto resinato viene preferibilmente asciugato in asciugatoio in continuo a temperature comprese tra 100°C e 180°C, variabili in funzione della velocità di asciugamento (tipicamente da 1 a 5 minuti) e della quantità di polimero depositato sul tessuto non-tessuto.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il prodotto resinato può essere soggetto a calandratura che uniforma lo spessore e liscia le superfici.

In questo modo, viene ottimizzata sia la lavorazione di termoformatura che, una volta ottenuta la guaina, il processo di riempimento di ossido per la costruzione dell’elettrodo.

Secondo una forma di realizzazione preferita, alla fine delle fasi sopra descritte, il tessuto non-tessuto viene tagliato in larghezza secondo le esigenze del cliente ed arrotolato in rotoli di diametro tali da essere stoccati e manipolati agevolmente. Secondo una forma di realizzazione preferita, ogni rotolo viene protetto mediante una pellicola che lo preserva da agenti esterni che ne modificherebbero le caratteristiche nel periodo di stoccaggio.

Secondo una forma di realizzazione preferita, nel caso debbano essere realizzate guaine multitubolari, i rotoli di tessuto non-tessuto della presente invenzione vengono quindi svolti, tagliati in larghezza e trasformati in strisce di misure compatibili con le guaine da ottenere. Le strisce sono avvolte in rotoli per la successiva operazione di cucitura di due strati di tessuto non-tessuto mediante cuciture parallele in modo da formare delle tasche di misura compatibile con l’elettrodo da ottenere.

Secondo una forma di realizzazione preferita, in ogni tasca vengono inseriti dei fusi metallici calibrati a loro volta di misura compatibile con i tubetti da ottenere che per effetto di termoformatura determinano la forma della guaina, come mostrato in Figura 4.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la fase di termoformatura avviene con apporto di temperatura tale da consentire la fusione della componente basso fondente delle fibre bi-componenti e/o dell’eventuale resina polimerica presente per impregnazione.

Secondo una forma di realizzazione preferita, viene quindi tagliato il prodotto termoformato in base alla misura della guaina da ottenere.

Secondo una forma di realizzazione preferita, nel caso in cui debbano essere realizzati supporti in tessuto non-tessuto della presente invenzione per accoppiatura per separatori tradizionali, il tessuto non-tessuto della presente invenzione viene tagliato in rotoli di altezza da 90 a 180 mm, preferibilmente, e quindi accoppiato con un separatore in politene ed ulteriormente arrotolato.

Secondo una forma di realizzazione preferita per i tipi di batterie dove la resistenza elettrica della guaina deve essere bassissima, viene realizzato un tessuto non-tessuto della presente invenzione di circa 150-160 gr mq con una percentuale di fibra bi-componente del 40-50% e la rimanente percentuale di fibre organiche di poliestere e/o polipropilene ad alta idrofilicità. Questo supporto viene calandrato alla fine della linea di interlacciatura ad acqua, per lisciatura ed omogeneità di spessore. In questo caso non è necessaria la fase di resinatura. Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno meglio evidenziati dall’esame della seguente descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, illustrate a titolo indicativo e non limitativo, col supporto dei disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 mostra una vista al microscopio di una forma di realizzazione di una fibra bi-componente del tipo a) sopra descritto secondo la presente invenzione; - la Figura 2 mostra viste schematiche di una forma di realizzazione di una fibra organica di poliestere del tipo b) sopra descritto secondo la presente invenzione; - la Figura 3 mostra l’effetto di termo-coesione a seguito di fusione delle fibre basso fondenti secondo la presente invenzione.

- la Figura 4 mostra fusi metallici calibrati secondo la presente invenzione che determinano la forma della guaina.

Descrizione dettagliata dell’invenzione.

Viene qui di seguito mostrata una forma di realizzazione di un supporto di tessuto non-tessuto secondo la presente invenzione.

Esempio 1 (invenzione).

Venne realizzato un supporto di tessuto non-tessuto per guaine per batterie industriali realizzato con tecnologia spunlace del peso di 110-130 g/m<2>, costruito con 12 veli di peso tra 8 e 12 g/m<2>, opportunamente disposti per massimizzare omogeneità e minimizzare le porosità del prodotto.

Le fibre costituenti il supporto e le relative quantità erano le seguenti:

a) fibra bi-componente, in percentuale di 13% rispetto alla sulla massa della fibra totale, con densità lineare compresa tra 2-4 dtex, lunghezza 40-80 mm, costituita da due materiali estrusi in modo coassiale dove la parte interna ha punto di fusione superiore alla parte esterna, quest’ultima con temperatura di fusione minore di 200 °C, e dotata di opportuna crettatura, trattamento di termostabilizzazione e rivestimento superficiale che ricopre i filamenti, il cui aspetto visivo è mostrato in Fig. 1;

b) fibra idrofila organica di poliestere, in percentuale di 40% rispetto alla sulla massa della fibra totale, fibre, di densità compresa tra 1,2-1,6 dTex, lunghezza 30-60 mm, fornite di canali superficiali e di opportuna crettatura. Un esempio di tale tipologia di fibra di poliestere viene riportata in Fig. 2.

c) fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare, in percentuale di 47% rispetto alla massa della fibra totale, con punto di fusione superiore a 200°C di densità lineare compresa tra 1-2 dtex, lunghezza 30-60mm, dotata di opportuna crettatura, trattamento di termostabilizzazione e rivestimento superficiale che ricopre i filamenti.

Le fibre del tipo a), b) e c) sopra descritte furono sottoposte a getti d’acqua ad alta pressione (tecnologia “spunlace”) che fuoriuscivano da ugelli di sezione interna atta a massimizzare l’energia cinetica dell’acqua che, trasferendosi alle fibre, ne determina la coesione. Gli ugelli avevano diametri massimi compresi tra 90 e 160 µm, ed erano disposti ad intervalli regolari di 0,6 a 1,0 mm di distanza, su strisce in acciaio speciale anticorrosione, ad uno, due od anche tre ranghi, per tutta la larghezza del tessuto non-tessuto. Ogni striscia di acciaio dotata di fori venne montata su un iniettore, che determinò l’alimentazione dell’acqua, alla portata ed alla pressione necessarie. L’acqua trasferita al materassino di fibre venne immediatamente e convenientemente rimossa mediante un sistema di aspirazione posto al di sotto dell’iniettore, per favorire la coesione delle fibre. Si venne così a formare un materassino di veli costituito dalla miscela di tali fibre interlacciate tra loro. Si ottenne il supporto di tessuto non-tessuto finale dopo il passaggio ripetuto del materassino di fibre sotto un numero adeguato di iniettori, posizionati su entrambi i lati del materassino di fibre.

Successivamente, la miscela di fibre interlacciate e crettate venne sottoposta alla fase di resinatura mediante deposizione di leganti polimerici di varia natura, come ad esempio stirolo-acrilici, acrilici, poliuretanici, tramite impregnazione, schiumatura, spalmatura o stampaggio, in quantità pari a 25-35 g/m<2>, al fine ottenere un prodotto finale rigido e termoformabile di peso tra 150-160 g/m<2>.

Il prodotto resinato venne sottoposto a calandratura per uniformare lo spessore e lisciare le superfici.

Le fibre sopra descritte furono pesate e miscelate tra di loro intimamente e convogliate in caricatori che alimentarono le carde di formatura dei veli, che adeguatamente sovrapposti e orientati, portarono, dopo il processo di interlacciatura ad acqua, ad ottenere un tessuto non-tessuto omogeneo.

Il supporto di tessuto non-tessuto ancora bagnato, dopo la fase di interlacciatura ad acqua, venne convenientemente calibrato nello spessore, mediante calandratura a freddo con pressioni di calibratura variabili da 3 a 25 ton.

Il supporto di tessuto non-tessuto venne in seguito asciugato a temperature comprese tra 100°C e 180°C, variabili in funzione della velocità di asciugamento (tipicamente da 1 a 5 minuti) e della quantità di polimero depositato sul tessuto non-tessuto. Il supporto di tessuto non-tessuto venne poi termo-stabilizzato e fuso nella parte basso fondente delle fibre bi-componenti, conferendo compattezza e rigidità al manufatto come mostrato in Fig. 3. La fase di termoformatura avvenne con apporto di temperatura tale da consentire la fusione della componente basso fondente delle fibre bi-componenti e/o dell’eventuale resina polimerica presente per impregnazione.

Il supporto di tessuto non-tessuto così asciugato e termo-formato venne tagliato in larghezza secondo le esigenze del cliente ed arrotolato in rotoli di diametro tali da essere stoccati e manipolati agevolmente. Ogni rotolo venne protetto mediante una pellicola che lo preservava da agenti esterni che ne avrebbero modificato le caratteristiche nel periodo di stoccaggio.

Per realizzare le guaine multitubolari, i rotoli di tessuto non-tessuto furono quindi svolti, tagliati in larghezza e trasformati in strisce di misure compatibili con le guaine da ottenere. Le strisce furono avvolte in rotoli per la successiva operazione di cucitura di due strati di tessuto non-tessuto mediante cuciture parallele in modo da formare delle tasche di misura compatibile con l’elettrodo da ottenere. In ogni tasca furono inseriti dei fusi metallici calibrati a loro volta di misura compatibile con i tubetti da ottenere che per effetto di termoformatura determinarono la forma della guaina, come mostrato in Figura 4.

Esempio 2 (invenzione).

Venne realizzato un supporto di tessuto non-tessuto per guaine per batterie industriali realizzato con tecnologia spunlace del peso di 150-160 g/m<2>, costruito con 16 veli di peso tra 8 e 12 g/m<2>, opportunamente disposti per massimizzare omogeneità e minimizzare le porosità del prodotto.

Le fibre costituenti il supporto erano le stesse fibre del tipo a), b) e c) dell’Esempio 1, ma con differenti percentuali rispetto alla massa della fibra totale: 40% della fibra bi-componente del tipo a), 40% della fibra idrofila organica di poliestere del tipo b), e 20% della fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare del tipo c).

Il processo per la preparazione del supporto dell’Esempio 2 seguì le stesse fasi descritte sopra con riferimento alla preparazione del supporto dell’Esempio 1. Tale prodotto presenta una rigidità e termoformabilità tale da non richiede alcun tipo di resinatura.

Esempio 3 (invenzione).

Le fibre costituenti il supporto erano solamente le fibre del tipo a) e b) dell’Esempio 1 (in assenza quindi della fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare del tipo c)), con una percentuale rispetto alla massa della fibra totale di 40% della fibra bi-componente del tipo a) e di 60% della fibra idrofila organica di poliestere del tipo b).

Il processo per la preparazione del supporto dell’Esempio 3 seguì le stesse fasi descritte sopra con riferimento alla preparazione del supporto dell’Esempio 1. Tale prodotto presenta una rigidità e termoformabilità che non richiede alcun tipo di resinatura.

Esempio 4 (confronto)

Venne preparato un supporto tradizionale noto nell’arte del tipo spunbond da 150 g/m<2 >in poliestere resinato, costituito da filamenti di poliestere legati con termoformatura sintetica ed impregnati con resine leganti di tipo acrilico ed/o stirene-butadiene.

Esempio 5 (confronto)

Venne preparato un supporto del tipo tessuto non-tessuto noto nell’arte come descritto nell’esempio 1 del brevetto europeo EP 1961059B1 da 150 g/m<2 >resinato, costituito da fibre di due tipi: fibre di poliestere monocomponente con un punto di fusione pari a circa 260 °C pari ad 1,7 dTex ed una lunghezza di 38 mm; fibre poliestere bicomponenti (PES del guscio con punto di fusione di circa 160 °C, PES del nucleo con un punto di fusione di circa 26 °C), con un valore pari a 2,2 dTex ed una lunghezza di 51 mm.

Test. I materiali degli esempi 1-5 furono convenientemente sottoposti a seguenti test prestazionali: capacità di assorbimento di acqua (secondo ISO 9073-6), tempo di assorbimento di acqua (secondo ISO 9073-6), e resistenza elettrica.

Nella tabella 1 sottostante sono riportati i risultati dei vari test per i prodotti dell’invenzione 1-3 e di confronto 4-5 sopra descritti.

Tabella 1

La migliorata idrofilicità del tessuto non-tessuto degli esempi 1-3 della presente invenzione determina una significativa riduzione della resistenza elettrica del supporto per guaine, migliorando l’efficienza prestazionale della batteria, legato al fatto che il maggior volume di elettrolita contenuto nella guaina permette un miglior scambio ionico durante le fasi di carica della batteria e di utilizzo.

Inoltre, la rapidità di assorbimento di acqua permette un più veloce processo di riempimento delle guaine con ossidi di piombo in soluzione acquosa (detto anche “slurry”), a seguito del migliorato deflusso dell’acqua attraverso la guaina di tessuto non-tessuto.

Inoltre, nella pratica realizzativa della batteria si riscontra un miglioramento dei tempi di riempimento dell’elettrolita negli elementi della presente invenzione che compongono la batteria stessa.

Infine, è stato sperimentalmente provato che l’elevata uniformità di spessore e distribuzione delle fibre, determina in fase di riempimento dello slurry una minore fuoriuscita di 80-100 g di ossidi di piombo per litro di slurry filtrato.

Di conseguenza, la guaina si presenta dopo il caricamento dello slurry, più pulita dagli ossidi di piombo fuoriusciti, determinando un miglioramento delle condizioni ambientali di fabbrica.

È stato anche riscontrato che gli esempi 1 e 2, in cui nella miscela di fibre è anche presente la fibra c) indicata sopra di poliestere a sezione circolare, garantiscono una migliore resistenza meccanica del tessuto non-tessuto ed un notevole vantaggio economico in termini di produzione.

Esempio 6.

Venne realizzato un supporto di tessuto non-tessuto come supporto di accoppiatura per separatori tradizionali realizzato con tecnologia spunlace del peso di 45-55 g/m<2>, costruito con 4 veli di peso tra 8 e 12 g/m<2>, opportunamente disposti per massimizzare omogeneità e minimizzare le porosità del prodotto. Le fibre costituenti il prodotto erano le stesse fibre del tipo a), b) e c) dell’Esempio 1, con le stesse percentuali rispetto alla massa della fibra totale. Il processo per la preparazione del supporto dell’Esempio 6 seguì le stesse fasi descritte sopra con riferimento alla preparazione del supporto dell’Esempio 1, tranne per il fatto che, nella fase finale, il supporto di tessuto non-tessuto di questo esempio venne tagliato in rotoli di altezza da 90 a 180 mm e quindi accoppiato con un separatore in politene ed ulteriormente arrotolato.

L’utilizzo di tale tessuto non-tessuto per separatori tradizionali permise una maggior vita della batteria, poiché il poliestere non è soggetto ad impoverimento delle sue caratteristiche meccaniche alle condizioni di utilizzo e mantiene inalterato nel tempo il contatto tra la superficie del catodo e la soluzione di elettrolita, determinandone una minore resistenza elettrica.

Inoltre, con riferimento al recupero del piombo a fine vita, l’utilizzo di fibra poliestere accoppiata a film plastici (PE, PVC, …) invece che la tradizionale fibra di vetro, permise il recupero del piombo, eliminando i componenti del separatore come scorie di fusione.

Naturalmente, alle persone esperte nel ramo saranno evidenti molte modifiche e varianti della forma di realizzazione preferita sopra descritta, rimanendo ancora all'interno dell'ambito dell'invenzione.

Pertanto, la presente invenzione non è limitata alla forma preferita di realizzazione descritta, illustrata solo a scopo esemplificativo e non limitativo, ma è definita dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

Rivendicazioni. 1. Supporto in tessuto non-tessuto che comprende una miscela di fibre costituita almeno da: a) fibra bi-componente con densità lineare compresa tra 2-4 dtex, lunghezza 40-80 mm, costituita da due materiali estrusi in modo coassiale dove la parte interna ha punto di fusione superiore alla parte esterna; b) fibre idrofile organiche di poliestere e/o polipropilene, di densità compresa tra 1,2-1,6 dTex, lunghezza 30-60 mm, fornita di canali superficiali.
2. Supporto in tessuto non-tessuto secondo la rivendicazione 1 composto da detta miscela di fibre che comprende da 5 a 60%, preferibilmente da 20 a 60%, di detta fibra bi-componente e da 40 ad 95%, preferibilmente 40 ad 80%, di detta fibra idrofila organica di poliestere e/o polipropilene rispetto alla massa della fibra totale.
3. Supporto in tessuto non-tessuto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta miscela di fibre comprende inoltre: c) fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare con punto di fusione superiore a 200°C di densità lineare compresa tra 1-2 dtex, lunghezza 30-60 mm.
4. Supporto in tessuto non-tessuto secondo la rivendicazione 3 composto da detta miscela di fibre che comprende a) da 10 a 60% di detta fibra bi-componente, b) da 10 a 60% di detta fibra idrofila organica di poliestere e/o polipropilene, e c) da 10 a 60% di detta fibra di poliestere in fiocco rispetto alla massa della fibra totale.
5. Supporto in tessuto non-tessuto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta fibra bi-componente, detta fibra idrofila organica di poliestere e/o polipropilene e/o detta fibra di poliestere in fiocco è fornita di crettatura, ovvero di effetti di arricciatura ed ondulazioni permanenti.
6. Supporto in tessuto non-tessuto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti che ha un peso tra 20 e 180 g/m<2>.
7. Supporto in tessuto non-tessuto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti è costituito da un materassino avente un numero di veli da 4 a 20, ognuno di peso compreso tra 4 e 20 g/m<2>.
8. Supporto in tessuto non-tessuto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto supporto è resinato con leganti polimerici.
9. Metodo per realizzare un supporto in tessuto non-tessuto che comprende le fasi di: i) preparare a) una fibra bi-componente con densità lineare compresa tra 2-4 dtex, lunghezza 40-80 mm, costituita da due materiali estrusi in modo coassiale dove la parte interna ha punto di fusione superiore alla parte esterna, e b) fibre organiche di poliestere e/o polipropilene, di densità compresa tra 1,2-1,6 dTex, lunghezza 30-60 mm, fornite di canali superficiali; ii) interlacciare con getti d’acqua ad alta pressione dette fibre a) e b) per formare una miscela di dette fibre legate tra loro. iii) eventualmente sottoporre a resinatura detto supporto in tessuto nontessuto mediante deposizione di leganti polimerici tramite impregnazione, schiumatura, spalmatura o stampaggio.
10. Metodo secondo la rivendicazione 9 in cui detta miscela di fibre comprende inoltre c) una fibra di poliestere in fiocco a sezione circolare con punto di fusione superiore a 200°C di densità lineare compresa tra 1-2 dtex, lunghezza 30-60 mm.