Сепарационная ткань

 

Использование: в качестве сепаратора в щелочных герметичных аккумуляторах. Сущность: ткань выполнена переплетением атлас или саржа 2/2, имеет ворсовую поверхность, в основе и утке ткань выполнена из комплексных нитей и пряжи на основе хлорсодержащих полимеров и комбинированных нитей, состоящих из этих комплексных нитей и пряжи. Соотношение комплексных нитей и пряжи в ткани составляет 30 - 40% : 70 - 60%. Плотность нитей в ткани составляет в основе 14 - 40, в утке 9 - 40 нитей на 1 см. Величина опорной поверхности ткани составляет 55 - 80%, коэффициент связи ткани 2,5/6,5. Поверхностная пористость 40 - 45%. Изобретение позволяет увеличить электрическую емкость аккумулятора и улучшить электрические характеристики аккумуляторных батарей, увеличить срок службы. 1з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к текстильным материалам, применяемым в качестве сепаратора разделительной перегородки между отрицательно и положительно заряженными электродами в щелочных герметичных аккумуляторах.

Работа герметичных аккумуляторных батарей отличается от других видов батарей тем, что электролит заливается не до верху бачка, поэтому требуется сепарационный материал, который способен доставлять электролит до верха электродов за счет капиллярности и способности удерживать электролит.

Для этого сепарационный материал должен плотно прилегать к электродам, представляющим собой металлические пластины.

Величина контакта поверхности сепарационного материала с поверхностью пластин электродов прямо пропорциональна величине смачивания электродов электролитом, а следовательно, величине электрических характеристик длительность разряда, сила тока, устойчивость работы батареи.

Одновременно, в герметичных аккумуляторах при работе источника тока в замкнутом герметически сосуде выделяющиеся при работе аккумулятора газы должны равномерно циркулировать в растворе электролита без образования газовых пробок, приводящих к разгерметизации и выходу из строя элемента питания аккумулятора.

В указанных условиях работы аккумуляторных батарей к сепарационным материалам предъявляется комплекс требований: хемостойкость к концентрированным растворам щелочей, высокое щелочеудержание, высокая смачиваемость и капиллярность, прочность и эластичность материала, рыхлость и пористость материала, отсутствие усадки, надежность защиты от короткого замыкания, низкое электрическое сопротивление, увеличение емкости аккумулятора,
длительный срок службы.

Исходя из указанных необходимых свойств наилучшим сепарационным материалом является ткань, полученная из синтетических волокон на основе хлорсодержащих полимеров, которые обладают наибольшей устойчивостью в концентрированных растворах щелочи. Но обладая высокой хемостойкостью, эти синтетические волокна и материалы на их основе гидрофобны, они не могут обеспечить удержание и передачу влаги по поверхности материала к пластинам электродов и тем самым не могут обеспечить смачиваемость пластин батареи, т.е. имеют низкую капиллярность, характеризующуюся высотой, на которую поднимается через определенное время смачивающая жидкость.

Что касается электрических свойств волокон, то исследованиями установлена взаимосвязь вида волокнистых материалов с электростатической склонностью к заряду и его полярностью. Трибоэлектрический ряд напряжений по Грюнеру позволяет установить однозначные взаимосвязи волокнистых материалов, электростатической склонностью к заряду и его полярностью. Волокнистые материалы, расположенные в крайних группах ряда напряжений, имеют ярко выраженную способность заряжаться положительно или отрицательно. Хлорсодержащие волокна (хлорин, пвх) по величине и полярности знака заряда, располагаясь в конце трибоэлектрического ряда, отрицательно полярны, а это значит, что они имеют способность нести в основном отрицательные заряды.

Свойства хлоринового и пвх волокна имеют только отрицательный заряд позволило использовать указанное свойство при составлении "электрических пар" в аккумуляторной батарее (сепаратор, электролит, электродная пластина).

Постоянно заряженные отрицательные частицы сепаратора (хлорин, пвх), взаимодействуя с положительно заряженными частицами электролита (КОН), притягивают их по всей поверхности, препятствуют их стеканию. Это обеспечивает постоянное увлажнение сепаратора, т.е. смачивание пластин батареи ввиду контакта поверхностей пластин с сепаратором, и образует за счет химической диссоциации ионов электрический ток на всей площади электродов снизу до верху пластин батареи.

Известен 2-компонентный сепарационный материал для щелочных электрических батарей на основе полиамидных и полипропиленовых полых волокон [1]
Этот материал имеет приемлемое значение щелочеудержания при определенном соотношении волокон.

Однако он имеет существенные недостатки: низкая стойкость и постепенное разрушение полиамидного компонента в растворах щелочей, низкая капиллярность, малая величина разрядного тока и небольшой срок службы.

Известна также сепарационная ткань, содержащая переплетенные между собой систем основных и уточных нитей, включающие комплексные синтетические нити, и выполненная главным образом переплетением [2]
Данная ткань также не отвечает требованиям, предъявляемым к герметичным аккумуляторам, в виде гидрофобности материала ткани, недостаточной стойкости в растворах щелочи КОН. Наличие в структуре больших пор, вызывающих опасность короткого замыкания в виду прорастания дендритов (солей электролита) через поры сепарационного материала, из-за этого ткань кладется в 3 слоя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение капиллярности и щелочеудержания, снижение электросопротивления за счет увеличения пористости и газопроницаемости, обеспечение высоких разрядных токов и надежной защиты от короткого замыкания, увеличение срока службы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в сепарационной ткани, содержащей переплетенные между собой системы основных и уточных нитей, включающих комплексные синтетические нити, и выполненной главным переплетением, переплетение представляет собой атлас или саржу 2/2, системы основных и уточных нитей дополнительно включает синтетическую пряжу, при этом комплексные нити и пряжа выполнены на основе хлорсодержащих полимеров, а соотношение комплексных нитей и пряжи в ткани составляет 30-40% 70-60% плотность ткани составляет по основе 14-40 нитей на 1 см, по утку 9-40 нитей на 1 см, величина опорной поверхности ткани равна 55-80% причем коэффициент связности равен 2,5-6,5, поверхностная пористость ткани составляет 40-45% а одна из ее поверхностей с длинными уточными настилами выполнена ворсованной.

Одна из систем нитей выполнена из комбинированных нитей, включающих комплексные нити и пряжу на основе хлорсодержащих полимеров.

Подробное описание сущности изобретения заключается в следующем.

В качестве исходного сырья использованы комплексные нити 16,6, 50 текс, пряжа 50 текс, 50х2 текс, на основе хлорсодержащих полимеров и комбинированные нити из этих комплексных нитей и пряжи 100-150 текс.

Ткань может быть выработана на любом ткацком станке (механическом, бесчелночном, челночном) с плотностью расположения основных и уточных нитей на 1 см 14-40 и 9-40 соответственно. Полученную таким образом суровую ткань подвергали процессу отделки, отварки и сушки.

После этого, в том же отделочном производстве изнаночную сторону ткани с длинными уточными настилами, как с атласным переплетением, так и с переплетением саржи 2/2 подвергали процессу ворсования начесывания гарнитурой вращающегося барабана на ворсовальных машинах.

При сборке герметичных аккумуляторов, ворсованная ткань используется в один слой.

В таблице приведены свойства типичных примеров образцов заявляемой ткани.

Использование комплексных нитей, пряжи и комбинированных нитей в основе и утке, а также выбранная плотность нитей по основе 14-40 и по утку 9-40 нитей на 1 см позволяет сформировать структуру ткани высокой поверхностной пористости равной 40-45% Такая пористость создает значительный резерв электролита в порах ткани, т.е. увеличивает щелочеудержание тканью.

За счет применения атласного и саржевого 2/2 переплетения нитей ткань формируется длинными перекрытиями в направлении основы и утка.

Применение атласного переплетения с раппортом 5,8 нитей формирует по разному лицевую и изнаночную стороны ткани. На лицевой стороне образуются длинные продольные перекрытия нитей основы (в зависимости от раппорта 5,8 нитей), эти перекрытия служат направляющими движения газов, возникающих в аккумуляторе и циркулирующих во время работы аккумуляторной батареи.

На изнаночной стороне ткани формируются длинные поперечные перекрытия утка (в зависимости от раппорта 5 и 8 нитей).

Уточные настилы, создающие рыхлость поверхности, ее равномерное заполнение волокнистым материалом, обеспечивающее равномерные поры, создают беспрепятственную проницаемость электролита к электродам за сепараторное пространство, надежное разделение разноименно заряженных пластин электродов предохраняют от опасности короткого замыкания
Атласное переплетение в ткани обеспечит наименьшее число связей нитей основы с утком (коэффициент связи), что необходимо для получения мягкой рыхлой структуры ткани, позволяющей обеспечить максимальный контакт поверхности ткани с поверхностью пластин электродов, т.е. получения большей величины опорной поверхности.

Применение саржевого переплетения 2/2 также дает возможность для создания длинных настилов нитей, обеспечивает хорошую эластичность ткани. Эти ткани спроектированы с "основным эффектом", т.е. имеют плотность по основе значительно большую, чем по утку.

Саржевое переплетение обеспечивает меньшее число связей нитей основы с утком по сравнению с саржей 1/2, что создает достаточную эластичность ткани, рыхлость, хороший контакт с поверхностью электродов, большую величину опорной поверхности.

Атласное и саржевое 2/2 переплетение в ткани обеспечивает меньшее число пересечек нитей основы с утком, т.е. меньший коэффициент связи ткани, что очень важно для создания большей мягкости, рыхлости и опорной поверхности и меньшей жесткости. Коэффициент связи в нашей ткани равен 2,5-6,5.

Принятое нами строение ткани позволяет получить ворсовую поверхность с необходимой плотностью и высотой ворса, без нарушения целостности структуры ткани, т.е. избежать короткого замыкания при эксплуатации.

Использование комбинированных нитей, содержащих комплексные нити и пряжу в соотношении 30-40% 70-60% позволяет при ворсовании ткани получать хорошее качество начеса. Снижение содержания пряжи ниже нижнего предела приводит к недостаточно равномерной ворсовой поверхности, а увеличение содержания пряжи приводит к снижению целостности и прочности поверхности ткани в процессе ворсования и раскроя.

Использование комбинированных нитей в структуре ткани снижает усадку ткани, сохраняет равномерный размер пор, способствующих лучшим электрохимическим процессам.

Ворсование ткани необходимо для лучшего контакта ткани с пластиной. Поверхность соприкосновения ткани с плоскостью электрода есть опорная поверхность ткани. Наибольшая опорная поверхность у атласного или саржевого переплетения.

Процесс ворсования дополнительно способствует увеличению опорной поверхности нашей ткани до 80% т.е. увеличению электрической емкости аккумулятора.

Ворсование ткани обеспечивает равномерное продольное распределение элементарных волокон пряжи утка по поверхности ткани, а именно создание мягкой, рыхлой поверхности ткани с одинаковыми порами, тем самым увеличивая капиллярный подъем электролита, проникновение электролита к электродным пластинам и лучшую их смачиваемость, надежное разделение разноименно заряженных пластин электродов.

Кроме того при сборке блока пластин за счет способности ворсовой поверхности к сжимаемости нивелируются дефекты сборки и увеличивается надежность защиты от короткого замыкания.

Изготовление ткани возможно на любых типах ткацких станков. Сформированная структура ткани сохраняется при различных методах прокладывания уточной нити, а также в процессе ее отделки.

Полученная ткань имеет мягкую компактную структуру, хорошо сжимается при сборке пакета электродов (смятие ткани за счет ворсовой поверхности), выбранные переплетения позволяет нивелировать все неровности поверхности электродных пластин, обеспечивая максимальные показатели ее работы а, следовательно, электрические характеристики аккумуляторных батарей.

Формула изобретения

1. СЕПАРАЦИОННАЯ ТКАНЬ, содержащая переплетенные между собой системы основных и уточных нитей, включающие комплексные синтетические нити, и выполненная главным переплетением, отличающаяся тем, что она выполнена переплетением атлас или саржа 2 / 2, системы основных и уточных нитей дополнительно включают синтетическую пряжу, при этом комплексные нити и пряжа выполнены на основе хлорсодержащих полимеров и соотношение комплексных нитей и пряжи составляет (30 - 40) : (70 - 60), плотность ткани составляет по основе 14 - 40 нитей на 1 см, по утку 9 - 40 нитей на 1 см, величина опорной поверхности ткани равна 55 - 80%, причем коэффициент связности равен 2,5 - 6,5, поверхностная пористость ткани составляет 40 - 45%, а одна из ее поверхностей с длинными уточными настилами выполнена ворсованной.

2. Ткань по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из систем нитей выполнена из комбинированных нитей, включающих комплексные нити и пряжу на основе хлорсодержащих полимеров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2