DE1110707B

DE1110707B - Accumulator battery separator and process for its manufacture

Info

Publication number: DE1110707B
Application number: DET14599A
Authority: DE
Original assignee: Texon Inc
Current assignee: Texon Inc
Priority date: 1957-12-24
Filing date: 1958-01-08
Publication date: 1961-07-13

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsdurchlässigen Separator für Akkumulatorbatterien mit einem dünnen, luftdurchlässigen Papierträgerfilz, der an im Abstand voneinander befindlichen Längsstellen aus einem Stück mit Rippen geformt ist, welche von der einen Seite des Filzes hervorstehen, und der mit einem säurebeständigen Harz imprägniert ist.The invention relates to a liquid-permeable separator for accumulator batteries with a thin, air-permeable paper backing felt made of spaced longitudinal points one piece with ribs protruding from one side of the felt and that with one acid-resistant resin is impregnated.

Diese Separatoren sind zwischen den positiven und den negativen Platten von Bleiakkumulatoren angeordnet, um einen Kurzschluß zu verhindern, welcher durch die Auswüchse oder »Bäume« erzeugt werden könnte, die sich während des Ladens der Batterie an den positiven Platten ansammeln und zu den negativen Platten hin ragen. Die Separatoren verhindern ferner soweit wie möglich eine Verlagerung des positiven aktiven Materials. Diese Separatoren müssen ionendurchlässig sein, so daß die Ionenströmung im Elektrolyt durch die Separatoren hindurch aufrechterhalten werden kann. Praktisch ist es so, daß der Wirkungsgrad der Batterie um so höher ist, je größer die Porosität der Separatoren ist. Ferner wächst auch die Lebensdauer der Separatoren mit ihrer Porosität, wenigstens im Fall von Separatoren, die aus Holz bestehen.These separators are placed between the positive and negative plates of lead-acid batteries, to prevent a short circuit, which is created by the outgrowths or "trees" that accumulate on the positive plates and on the negative plates while the battery is charging Plates protrude. The separators also prevent the positive from shifting as much as possible active material. These separators must be ion-permeable so that the ion flow in the Electrolyte can be maintained through the separators. In practice, the The greater the porosity of the separators, the higher the efficiency of the battery. It also grows the service life of the separators with their porosity, at least in the case of separators made of wood exist.

Es sind Separatoren der eingangs erwähnten Art bekannt, welche aus Cellulosefasern bestehen, die zu einem Filz geformt und mit einem säurebeständigen, wärmehärtbaren Harzbindemittel, z. B. einem Phenolformaldehydharz getränkt sind. Die Formung der Rippen geschieht bei diesen bekannten Separatoren beispielsweise dadurch, daß der mit dem Bindemittel getränkte Cellulosefilz zwischen zwei Preßmatrizen eingebracht und gepreßt wird, worauf das Bindemittel durch Erhitzen ausgehärtet wird. Gewöhnlich werden die Rippen durch halbkreisförmige oder trapezförmige Auswölbungen in der Weise gebildet, daß die Dicke des Separators an allen Stellen gleich groß ist.There are known separators of the type mentioned, which consist of cellulose fibers to molded a felt and bonded with an acid resistant thermosetting resin binder, e.g. B. are impregnated with a phenol formaldehyde resin. Forming the Ribs happen in these known separators, for example, that the with the binder Soaked cellulose felt is introduced between two press dies and pressed, whereupon the binder is cured by heating. Usually the ribs are semicircular or trapezoidal Bulges formed in such a way that the thickness of the separator is the same at all points.

Ein Hauptproblem bei der Herstellung solcher Separatoren bestand darin, den Rippen eine ausreichende Scheuerfestigkeit und Beständigkeit gegen chemische Oxydation an den Stellen zu erteilen, an welchen die Rippenflächen die Elektrodenplatten berühren. Dabei soll trotz der mechanischen Festigkeit, welche die Rippen besitzen müssen, an den Rippen kein größerer ohmscher Widerstand auftreten als an den übrigen Stellen des Separators.A major problem in the production of such separators was that the ribs would have a sufficient To provide abrasion resistance and resistance to chemical oxidation at the points which the rib surfaces touch the electrode plates. Despite the mechanical strength, which the ribs must have, no greater ohmic resistance occurs on the ribs than on the other parts of the separator.

Das Ziel der Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Separators, bei welchem die Rippen die oben angeführten Erfordernisse besser erfüllen, als dies bisher der Fall war, sowie in einem Verfahren zur schnellen und billigen Herstellung derartiger Separatoren. The aim of the invention is therefore to provide a separator in which the ribs have the top meet the specified requirements better than was previously the case, as well as in a procedure for quick and cheap production of such separators.

Separator für Akkumulatorbatterie
und Verfahren zu seiner HerstellungAccumulator battery separator
and its method of manufacture

Anmelder:Applicant:

Texon Inc.,Texon Inc.,

South Hadley Falls, Mass. (V. St. A.)South Hadley Falls, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. PrinzRepresentative: Dipl.-Ing. E. Prince

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,and Dr. rer. nat. G. Hauser, patent attorneys,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 aMunich-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die hoch liegenden Stellen der Rippen eine größere Dichte und eine geringere Dicke als die zwischen den Rippen liegenden Stellen des Separators aufweisen, und daß die hoch liegenden Stellen der Rippen im wesentlichen den gleichen Anteil, an Harz im Verhältnis zu den Fasern. wie die übrigen Stellen enthalten.This is achieved according to the invention in that the high points of the ribs have a larger one Dense and less thick than the areas of the separator between the ribs, and that the high points of the ribs have substantially the same proportion, in proportion, of resin to the fibers. like the other passages included.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Separatoren mit Papierträgern, die mit Rippen versehen sind, besitzt der beschriebene Separator eine beträchtlich größere Abriebfestigkeit und Oxydationsbeständigkeit an den hoch liegenden Stellen der Rippen, an denen diese mit den Platten des Akkumulators in Berührung kommen. Ferner besitzt die neue Trennplatte eine größere mechanische Festigkeit, und sie ist biegsam, ohne spröde zu sein, obwohl die Rippen eine große Festigkeit besitzen. Obgleich die Dichte der Rippen an den hoch liegenden Stellen, an denen das Material die geringste Dicke besitzt, erhöht ist, lassen diese trotzdem ohne weiteres die Elektrolytlösung durch, und die Permeabilität der übrigen Teile de? Separators wird gleichfalls nicht beeinträchtigt. Compared to the previously known separators with paper supports that are provided with ribs the separator described has a considerably greater resistance to abrasion and oxidation at the high points of the ribs where they come into contact with the plates of the accumulator come. Furthermore, the new partition plate has greater mechanical strength, and they is pliable without being brittle, although the ribs have great strength. Although the density the ribs are raised at the high points where the material has the smallest thickness, these still allow the electrolyte solution to pass through without further ado, and the permeability of the others Share de? Separator is also not affected.

Vorzugsweise nimmt die Dicke des Filzes von den hoch liegenden Stellen der Rippen zu den tief liegenden Stellen und zu den zwischen den Rippen liegenden Abschnitten allmählich zu. ■;-'Preferably, the thickness of the felt increases from the high-lying areas of the ribs to the low-lying ones Set and gradually close to the sections lying between the ribs. ■; - '

Wenn zur Herstellung der erfindungsgemäßen Separatoren ein Verfahren angewendet wird, bei welchem auf den Separator nach dem Imprägnieren einIf a method is used to produce the separators according to the invention, in which on the separator after impregnation

109 647/125109 647/125

Druck ausgeübt wird, wird erfindungsgemäß vorzugsweise so vorgegangen, daß auf die hoch liegenden Stellen der Rippen ein wesentlich größerer Druck als auf die tiefer liegenden Stellen der Rippen und auf die zwischen den Rippen liegenden Abschnitte des Separators derart ausgeübt wird, daß ein seitliches Abfließen des Harzes von den hoch liegenden Stellen der Rippen bewirkt wird.Pressure is exerted, the procedure according to the invention is preferably such that on the high lying Put a much greater pressure on the ribs than on the deeper parts of the ribs and on the lying between the ribs portions of the separator is exercised in such a way that a lateral Drainage of the resin is caused from the high places of the ribs.

Wenn bei der Herstellung der Papierträgerfilz aus gewässerten a-Cellulosefasern gebildet wird, erfolgt gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anwendung des größeren Druckes an den hoch liegenden Stellen der Rippen derart, daß zugleich mit dem Abfließen des Harzes die Fasern an den hoch liegenden Stellen gestreckt und teilweise verdrängt werden.If the paper backing felt is formed from watered α-cellulose fibers during production, then takes place according to a preferred development of the method according to the invention, the use of the larger one Pressure at the high points of the ribs in such a way that at the same time as the drainage of the Resin, the fibers are stretched at the high points and partially displaced.

Wenn schließlich zur Imprägnierung des Papierfilzes ein Phenolformaldehydharz verwendet wird, das während der Imprägnierung im Zustand A und im fertigen Separator im Zustand C ist, wird das Herstellungsverfahren vorzugsweise so durchgeführt, daß sich das Harz während der Druckanwendung, die zur Bildung der Rippen unter gleichzeitigem Abfließen des Harzes von den dünneren Stellen erfolgt, im thermoplastischen Zustand B befindet, und daß die Druckanwendung im Temperaturbereich von 50 bis 80° C erfolgt, so daß das Harz während der ganzen Dauer der Druckanwendung in diesem Zustand gehalten wird.Finally, if a phenol-formaldehyde resin is used to impregnate the paper felt, which is in state A during the impregnation and in state C in the finished separator, becomes the manufacturing process preferably carried out so that the resin during the application of pressure, the Formation of the ribs with simultaneous drainage of the resin from the thinner areas takes place in the thermoplastic state B is, and that the pressure application in the temperature range from 50 to 80 ° C takes place, so that the resin during the entire duration of the application of pressure in this state is held.

Eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen Separators und dessen Herstellung werden an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. In der Zeichnung zeigtAn example embodiment of the separator according to the invention and its production will be For example, explained on the basis of the drawing. In the drawing shows

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil einer Form, die zur Bildung der Rippen Verwendung finden kann,Figure 1 is a vertical section through part of a mold used to form the ribs Can be found,

Fig. 2 eine Oberansicht eines Separators in der endgültigen Form nach Beendigung des Formvorgangs undFigure 2 is a top view of a separator in its final shape after the molding process has been completed and

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 von Fig. 2.FIG. 3 shows a section along line 3-3 of FIG. 2.

Die dargestellte Vorrichtung zum Formen der Rippen weist ein Paar zusammenwirkender Formteile 10 und 11 auf, die aus Metall bestehen und mit (nicht gezeigten) Heizeinrichtungen versehen sind. Der Vaterteil 11 der Form ist mit einer Folge von längliehen Vorsprüngen versehen, die parallel und im Abstand voneinander über die eine Seite des Teils verlaufen. Einer dieser Vorsprünge ist bei 11a gezeigt. Die Vorsprünge 11a besitzen im wesentlichen einen wellenförmigen Querschnitt, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist. Der Mutterteil 10 der Form weist in der Längsrichtung liegende Vertiefungen 10 a auf, welche mit den Vorsprüngen 11a zusammenwirken. Jedoch ist der Zwischenraum zwischen der Oberfläche jeder Vertiefung 10 a und der gegenüberliegenden Oberfläche des Vorsprungs 11a nicht gleichförmig, sondern der Zwischenraum besitzt an der höchsten Stelle des Vorsprungs 11a ein Minimum, wie bei 12 gezeigt ist, und er wächst allmählich entlang den Seiten des Vorsprungs zu dessen tief liegendem Teil hin bis zu einem maximalen Zwischenraum 13 an den flachen Abschnitten der einander gegenüberliegenden Formteile, d. h. den ebenen Flächen, welche zwischen den Vorsprüngen 11a des Teils 11 und zwischen den Vertiefungen 10 a des Teils 10 liegen.The illustrated device for forming the ribs has a pair of interacting mold parts 10 and 11 made of metal and provided with heating means (not shown). Of the Male part 11 of the form is elongated with a series of Projections provided that are parallel and spaced from one another over one side of the part get lost. One of these protrusions is shown at 11a. The projections 11a have substantially a wave-shaped cross section, as can be seen from FIG. The nut part 10 of the mold has in the Longitudinal recesses 10 a, which cooperate with the projections 11 a. However is the space between the surface of each recess 10 a and the opposite surface of the projection 11a is not uniform, but the gap has at the highest point of the protrusion 11a is a minimum as shown at 12, and it gradually grows along the sides of the projection to its low-lying part up to a maximum gap 13 on the flat Sections of the opposing molded parts, d. H. the flat surfaces between the Projections 11a of part 11 and between the depressions 10a of part 10 lie.

Der harzgetränkte Papierfilz wird über seine gesamte Ausdehnung mittels der Formteile 10 und 11 zusammengedrückt, indem beispielsweise eines dieser Teile gegen den zwischen den beiden Teilen liegenden Filz gepreßt wird. Infolge der Vorsprünge 11a und der damit zusammenwirkenden Vertiefungen 10 a wird der Filz zwischen den Formteilen an im Abstand voneinander befindlichen Stellen zu Rippen geformt, welche von der einen Seite des Filzes hervorstehen, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Infolge des verringerten Zwischenraums 12 an den hoch liegenden Stellen der Vorsprünge 11a (bei einem gegebenen Abstand der Formteile) wird das Material an den hochliegenden Stellen 12 a der Rippen am stärksten zusammengedrückt, während die Zusammendrückung entlang den Seiten der Rippen allmählich abnimmt und an den zwischen den Rippen liegenden flachen Stellen 13 α des Papierfilzes, d. h. an den Abschnitten in den Zwischenräumen 13, am geringsten ist. Der verhältnismäßig starke Druck an den hoch liegenden Stellen der Rippen (d. h. den Stellen in den Zwischenräumen 12) bewirkt, daß ein Teil des thermoplastischen Harzes von diesen Stellen der Rippen zu den tief liegenden Stellen hin, d. h. in seitlicher Richtung von den Rippen verdrängt wird, so daß das Harz und die Fasern unter der Einwirkung der Hitze und des Drucks der Form seitlich von den Rippen abfließen. Dieses Fließen des Harzes wird von einem Fließen oder von einer Streckung der Fasern an den hoch liegenden Stellen der Rippen begleitet, wenn das Material in der Form gepreßt wird, so daß feste zusammengepreßte Rippen gebildet werden. Die flachen Abschnitte 13 a des Filzes werden etwas, jedoch wesentlich weniger als die hoch liegenden Stellen 12 a der Rippen zusammengepreßt.The resin-impregnated paper felt is compressed over its entire extent by means of the molded parts 10 and 11, for example by pressing one of these parts against the felt lying between the two parts. As a result of the projections 11a and the interacting depressions 10a, the felt between the molded parts is formed into ribs at spaced-apart locations, which protrude from one side of the felt, as shown in FIGS. 2 and 3. As a result of the reduced gap 12 at the high points of the projections 11a (at a given distance between the molded parts), the material is compressed most at the high points 12a of the ribs, while the compression gradually decreases along the sides of the ribs and at the between the ribs lying flat points 13 α of the paper felt, ie at the sections in the spaces 13, is smallest. The relatively strong pressure at the high points of the ribs (ie the points in the spaces 12) has the effect that part of the thermoplastic resin is displaced from these points of the ribs to the low points, ie in the lateral direction from the ribs, so that the resin and fibers drain sideways from the ribs under the action of the heat and pressure of the mold. This flow of resin is accompanied by a flow or stretching of the fibers at the high points of the ribs as the material is pressed in the mold to form firm, compressed ribs. The flat portions 13 a of the felt are compressed somewhat, but much less than the high points 12 a of the ribs.

Die Temperatur der Form 10, 11 wird, je nach dem Grad der Entwicklung des Harzbindemittels über den Zustand A hinaus, zwischen 50 und 80° C gehalten, während der Filz dem Formvorgang unterzogen wird. Diese Temperatur liegt beträchtlich unter der Aushärtungstemperatur des Harzes. Der Zustand des Harzes beim Einführen des Papier- oder ZeIlstoffilzes zwischen die Formteile und die Temperatur, auf welche das Harz in der Form erhitzt wird, werden so gewählt, daß das Harz in seinem Zustand B ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Phenolformaldehydeinheiten lange, kettenartige Gebilde darstellen, wobei das Harz in Wasser und Lauge unlöslich ist, jedoch in Lösungsmitteln wie Azeton und Alkohol gelöst werden kann. In diesem Zustand B ist das Harz noch thermoplastisch, so daß es leicht geformt werden kann, jedoch behält es seine Form bei.The temperature of the mold 10, 11 depends on the degree of development of the resin binder beyond condition A, held between 50 and 80 ° C while the felt is subjected to the molding process will. This temperature is well below the curing temperature of the resin. The state the resin when inserting the paper or cellulose felt between the molded parts and the temperature, to which the resin is heated in the mold are chosen so that the resin is in its state B, which is characterized in that the phenol-formaldehyde units represent long, chain-like structures, the resin being insoluble in water and lye but can be dissolved in solvents such as acetone and alcohol. In this state B the resin is still thermoplastic so that it can be easily molded, but it retains its shape at.

Nachdem der Papierfilz dem Formvorgang unterzogen worden ist, um das Material zusammenzupressen und die Rippen zu bilden, wird er aus der Form entfernt und erhitzt, um das Harz auszuhärten und zu verfestigen. Das Harz nimmt dann den Zustand C ein, in dem es unschmelzbar ist. Dieses Aushärten des Harzes kann dadurch erreicht werden, daß der Filz in einem Härtungsofen für etwa 2 Minuten auf eine Temperatur von 160 bis 190° C erhitzt wird.After the paper felt has undergone the molding process to compress the material and to form the ribs, it is removed from the mold and heated to cure and close the resin solidify. The resin then assumes state C, in which it is infusible. This hardening The resin can be achieved by leaving the felt in a curing oven for about 2 minutes a temperature of 160 to 190 ° C is heated.

Wie zuvor erwähnt, geschieht das Formen oder Ausbeulen der Rippen 12 a in dem Filz dann, wenn das Phenolformaldehydharz in seinem Zustand B ist. Es hat sich herausgestellt, daß diese Bedingung für eine richtige Herstellung des fertigen Separators sehr wichtig ist. Infolge der Eigenschaften des Harzes im Zustand B kann es von den hoch liegenden Stellen der Rippen entlang den Seiten der Rippen unter der Hitze und dem Druck des Formvorgangs abfließen,As previously mentioned, the shaping or bulging of the ribs 12 a in the felt happens when the phenol-formaldehyde resin is in its B state. It has been found that this condition applies to correct manufacture of the finished separator is very important. Due to the properties of the resin in the State B can get it from the high places of the ribs along the sides of the ribs under the The heat and pressure of the molding process flow away,

so daß eine maximale Dichte des Materials und eine geringere Dicke des Filzes an allen hoch liegenden Stellen 12 a des Separators erhalten wird. Andererseits ist das Harz im Zustand B in der Lage, die dem Filz erteilte Form beizubehalten, so daß der Separator während der abschließenden Aushärtung seine gewünschte Gestalt beibehält. Es hat sich ferner herausgestellt, daß ein gewisser Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, nämlich 12 bis 15%, in dem Filz nach dem anfänglichen Trocknen und vor dem Form-Vorgang sehr erwünscht ist. Die zuvor erwähnte mechanische Vorbehandlung der Fasern verbessert gleichfalls den fertigen Separator, da sie es ermöglicht, daß sich die Fasern unter dem maximalen Druck an den hoch liegenden Stellen der Rippen strecken können.so that a maximum density of the material and a smaller thickness of the felt at all high lying Places 12 a of the separator is obtained. On the other hand, the resin in state B is capable of the Felt to maintain its shape so that the separator can hold its own during the final curing process Maintains desired shape. It has also been found that a certain amount of volatile Constituents, namely 12 to 15%, in the felt after initial drying and before the forming process is very welcome. The aforementioned mechanical pretreatment of the fibers is improved likewise the finished separator as it allows the fibers to be below the maximum Extend pressure on the high parts of the ribs.

Das seitliche Abfließen des Harzes von den hoch liegenden Stellen 12 a der Rippen während des Formens der Rippen führt zu einer Umschichtung des Harzes im Filz. Jedoch bewirkt der verhältnismäßig starke Druck an den hoch liegenden Stellen 12 a auch ein Strecken und Fließen der Fasern gleichzeitig mit der Verringerung der Dicke des Filzes an diesen Stellen. Obgleich also das Material des fertigen Separators an den hoch liegenden Stellen 12 a sehr viel mehr als an den flachen Stellen 13 a zwischen den Rippen zusammengepreßt ist, enthalten diese hoch liegenden Stellen im wesentlichen den gleichen Anteil an Harz (im Verhältnis zu den Fasern) wie die flachen Stellen 13 α.The lateral drainage of the resin from the high points 12 a of the ribs during molding of the ribs leads to a redeployment of the resin in the felt. However, that works relatively strong pressure at the high points 12 a also stretching and flowing of the fibers at the same time reducing the thickness of the felt in these places. Even though it is the material of the finished separator at the high points 12 a much more than at the flat points 13 a between the Ribs is compressed, these high points contain essentially the same proportion of resin (in relation to the fibers) like the flat spots 13 α.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Liquid-permeable separator for accumulator batteries with a thin, air-permeable paper carrier felt, which is formed at spaced longitudinal points in one piece with ribs which protrude from one side of the felt, and which is impregnated with an acid-resistant resin, characterized in that the high points of the ribs have a greater density and a smaller thickness than the points of the separator lying between the ribs and that the high points of the ribs contain essentially the same proportion of resin in relation to the fibers as the other points.

2. Separator according to claim 1, characterized in that the thickness of the felt of the high points of the ribs to the deeper points and to those between the ribs lying sections gradually increases.

3. A method for producing a liquid-permeable separator according to claim 1 or 2, in which pressure is applied to the separator after impregnation, thereby characterized in that on the high points of the ribs a much greater pressure than on the deeper parts of the ribs and on the sections lying between the ribs of the separator is exercised in such a way that a lateral drainage of the resin from the high lying Making the ribs is effected.

4. The method according to claim 3, wherein the paper backing felt is made from watered α-cellulose fibers is formed, characterized in that the application of the greater pressure to the high lying places of the ribs takes place in such a way that the fibers are simultaneously with the drainage of the resin stretched and partially displaced at the high points.

5. The method according to claim 3 or 4, wherein for impregnating the paper felt Phenol-formaldehyde resin is used, which during the impregnation in condition A and in the finished separator is in a state, characterized in that the resin during the Application of pressure, which leads to the formation of the ribs with simultaneous drainage of the resin the thinner areas is in the thermoplastic state B, and that the pressure is applied takes place in the temperature range from 50 to 80 ° C, so that the resin during the entire duration of the Pressure application is held in this state.

Considered publications:
French patent specification No. 1057 138,
913;
British Patent Nos. 700 666, 715 448.

1 sheet of drawings