DE1182716B - Diaphragma, insbesondere Scheider fuer elektrische Akkumulatoren sowie Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIm

Deutsche Kl.: 21b-2/02

Nummer: 1182716

Aktenzeichen: O 6326 VI b/21 b

Anmeldetag: 21. August 1958

Auslegetag: 3. Dezember 1964

Die Erfindung richtet sich auf ein Diaphragma, insbesondere Scheider für elektrische Akkumulatoren, welches aus einem Blatt eines porösen Grundmaterials und aus einer an dem Blatt anhaftenden weniger porösen Schicht eines thermoplastischen Materials besteht und bei welchem das Grundmaterial aus Fasern oder Fäden mit einem säurefesten Harz als Bindemittel imprägniert und gehärtet ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Eine Schwierigkeit in der Herstellung von Scheidern für elektrische Akkumulatoren besteht darin, daß die Durchlässigkeit ihrer Fläche nicht gleichmäßig ist, was darauf zurückzuführen ist, daß die auf ihr befindlichen Poren nicht gleichmäßig groß sind. Diese ungleichmäßige Durchlässigkeit verursacht eine ungleichmäßige Geschwindigkeit des Elektrolyten durch den Scheider und infolgedessen auch eine unregelmäßige chemische Reaktion der Platten, wodurch ihre Lebensdauer verkürzt wird, wenn man sie mit der vergleicht, die sie bei gleichmäßiger Reaktion hätten.

Als Diaphragmen und als Scheider für Akkumulatoren sind poröse Platten aus thermoplastischen Kunststoffen bekannt, die durch Sinterung von thermoplastischem Kunststoffpulver hergestellt werden, wobei Hartgummipulver gewünschter Korngröße beigemischt wird, um die Porosität zu erzeugen. Andere Möglichkeiten, Poren zu erzeugen, bestehen darin, daß man lösbare Stoffe, beispielsweise Salze, dem Kunstharz beimischt und nachträglich wieder herauslöst oder die Porenbildung" durch Gase bewirkt. In allen diesen Fällen erstreckt sich die Porenbildung über die ganze Dicke der hergestellten porösen Platte. Auch wenn man die Porosität durch Veränderung der Partikelgröße, des Druckes und der Hitzeeinwirkung variieren kann, so bleibt das Ergebnis dieser Maßnahme doch weitgehend unbestimmt. Man beherrscht die Porenbildung praktisch nicht. Während es weniger Schwierigkeiten macht, grobporige Platten herzustellen, ist es schwierig, solche kleinster Porengröße bei möglichst gleichmäßiger Verteilung der Poren zu erzeugen.

Andere bekannte Scheider bestehen aus einem grobporigen Grundmaterial eines Glasfasergespinstes und einem solchen geringerer Porosität eines thermoplastischen Materials, welche beide selbständige Platteneinheiten bilden, die mittels Phenolharz miteinander verklebt sind. Die Endporosität eines so hergestellten Scheiders läßt sich ebenfalls nicht vorherbestimmen, da sie durch das Verkleben verändert werden kann, und es ist nachteilig, daß die Gleichmäßigkeit der Porosität hierbei leiden kann.

Diaphragma, insbesondere Scheider für elektrische Akkumulatoren sowie Verfahren zur
Herstellung desselben

Anmelder:

Oldham & Son Limited, Denton,

Manchester (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Albrecht, Patentanwalt,

Berlin 28, Edelhofdamm 26

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 22. August 1957 (26 592)

Bekannt sind auch Scheiderplatten aus einem Cellulose-Pulpen-Glaswolle-Gemenge, das mit einem wärmehärtenden Kunstharz imprägniert ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Mikroporigkeit an Diaphragmen, insbesondere Scheidern für elektrische Akkumulatoren, zu verbessern und dabei solche Platten möglichst einfach und billig herzustellen.

Ausgehend von einem Grundmaterial aus Fasern oder Fäden, das mit einem säurefesten Harz als Bindemittel imprägniert und gehärtet ist, besteht die Erfindung darin, daß Partikeln des thermoplastischen Materials, mit dem das Grundmaterial beschichtet ist, sich unmittelbar auf einer der Oberflächen des aus dem imprägnierten und gehärteten Diaphragmamaterial bestehenden Blattes in gesintertem Zustand befinden und in den vorhandenen Poren des Diaphragmamaterials verankert sind. Die Oberseite des Grundmaterials erhält durch die an den Berührungsstellen zusammenschmelzenden Partikeln einen netzwerkähnlichen Überzug bestimmter Porosität, die sich nicht ändert, da der Überzug infolge seiner Verankerung ohne Kleber haftet.

Zweckmäßig besteht das Grundmaterial des Diaphragmas ungefähr zu 10% aus Glasfasern und zu 9O°/o aus Cellulosepulpe und die thermoplastischen

Partikeln aus Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyäthylen oder Polymethylmethacrylat, während der durchschnittliche Durchmesser der Zwischen-

409 730/129

räume der zusammengesinterten Kunststoffpartikeln ungefähr V· Mikron und der durchschnittliche Durchmesser der Poren in dem Diaphragmamaterial ungefähr 40 Mikron beträgt.

Um die Steifigkeit der Scheider zu erhöhen, ist es bekannt, sie zu rippen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn eine der Flächen des Diaphragmas gerippt ist und sich die gesinterten Partikel über die gerippte Fläche erstrecken.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß man das thermoplastische Material in Pulverform auf die obenliegende Seite des Blattes oder eines Bandes des bereits gehärteten Diaphragmamaterials als gleichmäßigen dünnen Überzug von feinverteilten thermoplastischen Partikeln aufbringt und darauf die feinverteilten Partikeln sintert.

Um nun den höchsten Grad einer Haftung des schließlich zusammengeschmolzenen Netzwerkes an das blattförmige Diaphragmamaterial zu erzielen, können die thermoplastischen Partikeln mit einer rotierenden Bürste über die Oberfläche des Diaphragmamaterials gebürstet werden, so daß diese Partikeln in die vorhandenen öffnungen bzw. Poren des Diaphragmamaterials eindringen. Diese in die öffnungen eindringenden Partikeln bilden dann beim Zusammenschmelzen eine Netzwerkschicht mit Vorsprüngen, die in die öffnungen bzw. Poren des Diaphragmamaterials eingebettet und dadurch verankert sind. Eine zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das Diaphragmamaterial in Gestalt eines kontinuierlichen Bandes unter fallenden Partikeln vorbeigeführt und die so aufgebrachte Schicht der Partikeln dann geebnet und gleichmäßig über die ganze Fläche des Diaphragmamaterials vor dem Einbürsten verteilt wird. Dabei können Partikeln aus Polyvinylchlorid durch Erhitzung des Diaphragmablattes bei ungefähr 150° C zusammengeschmolzen werden.

Außer als Scheider für elektrische Akkumulatoren können die erfindungsgemäßen Diaphragmen als Gasreinigungsfilter und Filter zum Reinigen der Luft von Partikeln radioaktiven Staubes verwendet werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 schematisch die kontinuierliche Herstellung eines Diaphragmamaterials und

F i g. 2 einen stark vergrößerten Querschnitt durch die Oberfläche des erfindungsgemäßen Diaphragmamaterials.

Das Diaphragmamaterial, das ungefähr 10% Glasfasern und 90% Cellulosepulpe enthält und mit einem wasserlöslichen Phenolharz imprägniert ist, ist in Bandform auf die Rolle 2 aufgebracht, die um die Achse 3 drehbar ist.

Beim Abspulen der Rolle läuft das Band 1 über eine beheizte Prägetrommel 4 mit Umfangsnuten, denen zur Verrippung des Bandes Rollen 5 zugeordnet sind. Die Rollen 5 sind mit Ringen versehen, wobei Nuten und Ringe so angeordnet sind, daß sie die obere Seite des Bandes fortschreitend mit Rippen versehen, und zwar von der Mitte der Bahn nach außen hin, wenn das Band über die Trommel 4 läuft.

Eine vorzugsweise Ausführungsform der Trommel 4 und der Rollen 5 ist Gegenstand der deutschen Auslegeschrift 1 144 806.

Nach der Verrippung läuft das Band durch eine Auftragvorrichtung mit Schöpf- und Gegenwalze 6 bekannter Bauart, deren Schöpfwalze in ein Bad einer starken Harzlösung eintaucht und auf die Rippen zusätzlich Harz aufträgt, und dann zum Aushärten durch einen Ofen 8, dessen Temperatur ungefähr 250° C beträgt.

Nach dieser Nachbehandlung wird das Band auf eine Temperatur von nicht höher als 150° C durch ein Gebläse 9 abgekühlt und gelangt dann unter einen in Vibrationen versetzten Schütteltrichter 10, der mit Polyvinylchloridpartikeln angefüllt ist, weiter unter eine feststehende Streichbürste 11 mit natürlichen Borsten oder solchen aus Nylon, und dann unter eine angetriebene Drehbürste 12, auch wieder mit natürlichen Borsten oder solchen aus Nylon.

Der Schütteltrichter 10 befindet sich mit seiner Austrittsöffnung ungefähr 15 cm über dem Band 1 und läßt Polyvinylchloridpartikeln auf die gerippte Seite des Bandes herunterfallen. Dieser so gebildete Überzug wird durch die feststehende Bürste 11 eingeebnet, und überschüssige Partikeln werden entfernt, so daß die Partikeln dann in die vorhandenen Poren des Diaphragmamaterials durch die rotierende Bürste 12 gepreßt werden.

Das Band wird dann in Blätter von für Scheider zweckmäßiger Größe durch Messer 13 zerschnitten, und diese Stücke werden in den Ofen 14 transportiert, in dem sie auf eine Temperatur von ungefähr 150° C gebracht und die Partikeln zusammengesintert werden.

Wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, besteht das Diaphragmamaterial aus Cellulosepulpe 16, vermischt mit Glasfasern IS, und die obere Seite dieses Materialbandes ist mit einem spitzenähnlichen Netzwerk

17 von Polyvinylchloridpartikeln bedeckt, das aus dem Zusammenschmelzen der Polyvinylchloridpartikeln an ihren Berührungspunkten entstand und durch beim Zusammenschmelzen entstehende Zusammenballungen sich nach innen erstreckende Füße

18 aufweist, die sich in den vorher vorhandenen Poren des Gewebes durch das Einbürsten mittels der Drehbürste 12 verankern. Diese Füße dienen dazu, das thermoplastische Netzwerk 17 über die dem Kunststoff bereits innewohnende Haftfähigkeit gegenüber den Glasfasern 15 sowie der Cellulosepulpe 16 hinaus noch fester an das Band 1 zu binden.

Die Zwischenräume des spitzenförmigen Netzwerkes bilden so die neuen Poren der gerippten Fläche, und gemäß der Größe der verwendeten Polyvinylchloridpartikeln und dem Ausmaß des Zusammenschmelzens kann die Größe dieser neuen Poren für die berippte Fläche vorausbestimmbar reguliert werden.

Wenn Polyvinylchlorid verwendet wird, wird vorzugsweise eine 1:1-Mischung eines Polyvinykhloiidpulvers eines durchschnittlichen Durchmessers von ¹It bis 1 Mikron und eines solchen Pulvers eines durchschnittlichen Durchmessers von mehr als 10 Mikron angewandt. In einem solchen Falle soll das Zusammenschmelzen 10 Minuten bei 150° C dauern, um eine im wesentlichen gleichmäßige Porengröße von einem durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr Vi Mikron zu erhalten, und zwar an einem Diaphragmamaterial, das einen durchschnittlichen Porendurchmesser von ungefähr 40 Mikron aufwies.

Die Eigenschaft der verwendeten thermoplastischen Partikel hängt von der Beschaffenheit des die Basds

bildenden Diaphragmamaterials ab, da es sich um eine Haftung zwischen den Partikeln des thermoplastischen Materials und dem Diaphragmamaterial handelt. Bei der vorerwähnten Zusammensetzung von ungefähr 10% Glasfasern und 90% Cellulosepulpe können Polyvinylacetat-, Polyäthylen- oder Polymethylmethacrylatpartikeln anstatt der PoIyvinylchloridpartikeln zweckmäßig verwendet werden. Eine der bei der Haftung der Polyvinylchloridpartikeln in Erscheinung tretenden Kräfte ist die elektrostatische Anziehungskraft infolge der Bildung statischer Ladungen auf der Oberfläche des Diaphragmamaterials und/oder der Partikeln während des Aufbringens dieser auf das Diaphragmamaterial.

Zwecks größerer Verstärkung und/oder Färbung der Rippen ist, falls dies erwünscht ist, ein zusätzlicher Schritt zu dem vorerwähnten Verfahren möglich. Nachdem das Band die rotierende Bürste 12 verlassen hat und bevor es zu den Messern 13 gelangt, kann es durch eine zweite Auftragvorrichtung, ahnlieh wie die mit 6 bezeichnete, kufen, mittels welcher auf die Rippen zusätzlich Harz und/oder Farbe aufgetragen wird. Das Harz bzw. die Farbe sollen derart beschaffen sein, daß das mittels des zusätzlichen Streichapparates aufgetragene Material bis zu einem nichtklebrigen Zustand im Ofen 14 wirksam getrocknet werden kann, der, wie schon erwähnt, eine Temperatur von ungefähr 150° C hat. Geeignete Harze sind daher solche, die bei der im Ofen 14 herrschenden Temperatur ausgehärtet werden können, z. B. erweichtes Polyvinylchloridlatex, das auf Wunsch gefärbt werden kann, und solche, die im Ofen 14 getrocknet und dann durch Berührung mit der Batteriesäure ausgehärtet werden können, wie z. B. Furanharze. Wird nur Farbe durch die zusatzliehe Auftragyorrichtung aufgetragen, so muß das Farbmittel oder das Lösungsmittel ein solches sein, z. B. Wasser, das im Ofen 14 verdunstet.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung wird eine kleine Menge von Polyvinylchloridparti'keln gegen die feststehende Bürste 11 an der Vibratorseite vor Beginn des Arbeitsganges gebracht, damit der Auftrag vollkommen gleichmäßig und auch eben über die ganze Breite des Bandes 1 vor sich geht.

Weiterhin kann die Apparatur dahingehend vervollständigt werden, daß die von der feststehenden Bürste 11 aufgebaute überschüssige Menge der Partikeln automatisch die Geschwindigkeit der Vibration des Trichters und damit die Dichte der fallenden Partikeln steuert, so daß diese Menge im wesentlichen konstant bleibt.

Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, Scheider für elektrische Akkumulatoren herzustellen, und zwar aus einem porösen Grundmaterial aus Fasern oder Fäden, und dessen Porengröße erheblich zu reduzieren, die beträchtlich kleiner als die bei den früheren Verfahren erzielten sein können. Außerdem erhöht das aufgetragene thermoplastische Netzwerk den Widerstand der gerippten Fläche, die im Gebrauch der positiven Platte am nächsten ist, gegen Oxydierung, und macht außerdem den Scheider bedeutend fester und steifer, so daß eine dünnere Diaphragmaplatte als Basis und/oder weniger Harz bei der Herstellung derselben erforderlich ist.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Diaphragma, insbesondere Scheider für elektrische Akkumulatoren, welches aus einem Blatt eines porösen Grundmaterials und aus einer an dem Blatt anhaftenden weniger porösen Schicht eines thermoplastischen Materials besteht und bei welchem das Grundmaterial aus Fasern oder Fäden mit einem säurefesten Harz als Bindemittel imprägniert und gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Partikeln des thermoplastischen Materials sich unmittelbar auf einer der Oberflächen des aus dem imprägnierten und gehärteten Diaphragmamaterial bestehenden Blattes in gesintertem Zustand befinden und in den vorhandenen Poren des Diaphragmamaterials verankert sind.

2. Diaphragma nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial des Diaphragmas ungefähr zu 10% aus Glasfasern und zu 90% aus Cellulosepulpe und die thermoplastischen Partikeln aus Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyäthylen oder Polymethylmethacrylat bestehen.

3. Diaphragma nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Durchmesser der Zwischenräume der zusammengesinterten Kunststoffpartikeln ungefähr V* Mikron und der durchschnittliche Durchmesser der Poren in dem Diaphragmamaterial ungefähr 40 Mikron beträgt.

4. Diaphragma nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Flächen des Diaphragmas gerippt ist und sich die gesinterten Partikeln über die gerippte Fläche erstrecken.

5. Verfahren zur Herstellung eines Diaphragmas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das thermoplastische Material in Pulverform auf die obenliegende Seite des Blattes oder eines Bandes des bereits gehärteten Diaphragmamaterials als gleichmäßigen dünnen Überzug von feinverteilten thermoplastischen Partikeln aufbringt und darauf die feinverteilten Partikeln sintert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Partikeln mit einer rotierenden Bürste über die Oberfläche des Diaphragmamaterial« gebürstet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragmamaterial in Gestalt eines kontinuierlichen Bandes unter fallenden Partikeln vorbeigeführt und die so aufgebrachte Schicht der Partikeln dann geebnet und gleichmäßig über die ganze Fläche des Diaphragmamaterials vor dem Einbürsten verteilt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Partikeln aus Polyvinylchlorid durch Erhitzung des Diaphragmablattes bei ungefähr 150° C zusammengeschmolzen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 810810; österreichische Patentschrift Nr. 189 244; französische Patentschrift Nr. 1 075 397; USA.-Patentschrift Nr. 2478 186.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 730/129 11.64 © Bundesdruckerei Berlin