瞬时可润湿的聚合物纤维片制造技术

聚合物纤维片在“湿润”和“干燥”状态下都展现高孔隙率和良好的拉伸性能。纤维改性剂被合并到聚合物挤出和纤维形成工艺中以生产可被含水介质瞬时润湿的高度多孔的聚合物纤维片。纤维改性剂起到(1)在处理期间减小聚合物挤出物熔体粘度并且允许形成细小纤维的增塑剂和(2)促进各个聚合物纤维和由它们形成的多孔纤维片的瞬时和可持续可润湿性的表面改性剂的一种或两种作用。甚至在重复的洗涤和干燥循环之后聚合物纤维片维持其可润湿性。所得的纤维片可以被致密化并压纹以提供期望的厚度和孔隙率，而同时也可以在纤维片上形成具有期望图案的纵向肋条。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2013年8月9日提交的美国专利申请号61/864,317的权益。版权声明2016AmtekResearchInternationalLLC。本专利文件的公开的一部分含有受版权保护的材料。版权拥有者不反对由专利文件或专利公开的任一种传真印刷，如其在专利和商标局的专利文档或记录中出现的，但在其他方面保留其任何的版权权利。37CFR§1.71(d)。
本公开涉及纤维改性剂的整合，该纤维改性剂优选地在可被含水介质瞬时润湿的高度多孔的、聚合物纤维片的生产中所实施的挤出和纤维形成过程中起到增塑剂和表面改性剂的作用。在多个洗涤和干燥步骤之后维持片的可润湿性。如生产的或在进一步致密化并压纹以在片的表面上形成肋条图案之后，所得的片可以被用在铅酸电池中。
技术介绍
铅酸蓄电池通常被发现具有两种设计模式，阀控式重组(阀控式铅酸(VRLA))电池和溢流式电池。两种模式包括被多孔电池隔膜彼此分离的正极和负极。多孔隔膜防止电极进行物理接触并且提供用于电解液驻留的空间。这种隔膜由耐受硫酸电解液的、在硫酸中容易地可润湿的并且充分多孔以允许电解液驻留在隔膜材料的孔中的材料形成，从而允许相邻的正极板和负极板之间低电阻的离子电流。最近，已经研发了增强的满溢电池(EFB)以满足“启动-停止”或“微混合”运载工具应用中的高循环需求。在这种应用中，当运载工具停止时(例如，在交通灯处)发动机被关闭并且然后在之后重新启动。“启动-停止”运载工具设计的优势是其导致减小的CO2排放以及更好的总体燃料效率。“启动-停止”运载工具中的主要挑战是电池必须在停止阶段期间继续供应所有的电功能同时能够供应充足的电流以在需要时重新启动发动机。在这种情况下，与传统的满溢铅酸电池设计相比，对于循环和再充电能力，电池必须展现较高的性能。在“启动-停止”应用的情况下，阀控式铅酸(VRLA)电池已经在该领域表现出良好的循环性能，但是它们经受相对高成本和其他问题。随着技术的发展，用于铅酸蓄电池的隔膜由不同的材料形成。随着时间，木材、纸、橡胶、PVC、玻璃纤维和二氧化硅填充的聚乙烯的片都已经被发现使用。目前，二氧化硅填充的聚乙烯隔膜被用在汽车的启动-照明-点火(SLI)电池中，而吸收性玻璃垫(AGM)隔膜被用在VRLA电池中。在后一隔膜中，玻璃纤维的尺寸和分布控制隔膜性能，包括孔隙率，在电池制造过程期间在压缩和电解液填充之前该孔隙率通常大于90％。在一些情况下，合成的聚合物纤维与玻璃垫混合用于改进机械性能(例如，压缩恢复)，但是对于电池制造商这些材料仍然难以以期望的速率整合到它们的生产过程中。因此，仍然存在对于机械坚固、耐酸、高孔隙率纤维垫的需要，该纤维垫是瞬时可润湿的并且可以在“启动-停止”应用中使用的铅酸蓄电池的整个生命周期使用。对于在满溢铅酸电池中使用的二氧化硅填充的聚乙烯隔膜，传统的制造过程包括挤出、提取，接着是干燥、纵切和卷绕步骤。沉淀的二氧化硅通常与聚烯烃、工艺油和各种微量成分组合以形成隔膜混合物，其在高温下通过片模挤出以形成充油片。充油片被压延至其期望的厚度和轮廓，并且大部分工艺油被提取。片被干燥以形成微孔聚烯烃隔膜并且被纵切为用于特定电池设计的适当宽度。在此制造过程期间，工艺油的提取和提取溶剂的干燥是限制步骤。生产线的输出量依赖于工艺油可以被多么快速地移除以及溶剂可以被多么迅速地干燥，其二者依赖于隔膜产品的厚度。三氯乙烯(TCE)和己烷通常用作用于工艺油的提取溶剂并且它们存在关于健康、安全和有效回收的挑战。因此，还继续存在对于不使用有害和/或易燃溶剂制造的满溢铅酸型电池隔膜的需要。隔膜应当展现与满溢铅酸电池有关的期望的性能比如良好的可润湿性、高孔隙率、小孔尺寸、低电阻、高穿刺强度和良好的抗氧化性。
技术实现思路
在“湿润”状态和“干燥”状态二者中，聚合物纤维片展现高孔隙率和良好的拉伸性能。纤维改性剂被合并到聚合物挤出和纤维形成过程以生产高度多孔的聚合物纤维片，其是可被含水介质瞬时湿润的。纤维改性剂有两个主要目的或功能。纤维改性剂作为以下任一种或二者起作用：(1)在处理期间减小聚合物挤出熔体粘度并且允许形成细小纤维的增塑剂和(2)促进单个聚合物纤维和由它们形成的多孔纤维片的瞬时和持续的可润湿性的表面改性剂。纤维改性剂可以是可实现至少一种所述功能的单个的化合物、低聚物、聚合物或它们的混合物。在挤出期间纤维改性剂是稳定的并且是耐热降解的。甚至在重复的洗涤和干燥循环之后，聚合物纤维片保持它的可润湿性。所得的纤维片可以是致密和压纹的以提供期望的厚度和孔隙率，而同时也可以在纤维片上形成带有期望图案的肋条。可以起到聚合物比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或其他硫酸稳定的聚合物的增塑剂作用的优选的纤维改性剂包括邻苯二甲酸二正丁酯，双十一烷基邻苯二甲酸酯、二-2-乙基己基邻苯二甲酸酯、正己基月桂酸酯、二-2-乙基己基癸二酸酯、二-2-乙基己基己二酸酯和二-2-乙基己基壬二酸酯。可以起到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)或其他硫酸稳定的聚合物的表面改性剂作用的优选的纤维改性剂包括十二烷基苯磺酸钠、二丁基萘磺酸钠(Solvay，BX-78)、二异丙基萘磺酸钠(Cytec，AerosolOS)和二辛基磺基琥珀酸钠(Cytec，AerosolOT-B)。最优选的纤维改性剂可以起到增塑剂和表面改性剂二者的作用，其包括二丁氧基己二酸乙酯、三甘醇2-乙基己酸酯、三甘醇二苯甲酸酯、Plasthall7050(戊二酸二烷基二醚，HallstarCompany)、Plasthall7071(聚乙二醇酯，HallstarCompany)、Uniplex810(二月桂酸聚乙二醇-600，UnitexChemicalCorporation)、809(二-2-乙基己酸聚乙二醇-400，HallstarCompany)、810(聚乙二醇酯，HallstarCompany)和812(聚乙二醇酯，HallstarCompany)。从以下通过参考附图进行的优选实施方式的详细描述，另外的方面和优势将变得明显。附图说明图1是纯聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维片的扫描电子显微照片。图2是显示在致密化之前和之后测量的PBT纤维片的孔隙率的图表。图3是显示在对于PBT纤维片和两种商业等级的吸收性玻璃垫的压缩结果后的比较恢复的图表。图4是带有纵向肋条的压延PBT纤维片的照片。图5显示了展示涂布有MA-80I表面活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可被含水介质瞬时润湿的高孔隙率聚合物纤维片，其包括：聚合物纤维的三维基体，所述基体具有厚度和遍及所述基体的厚度连通的相互连接的孔；遍及所述基体分布的纤维改性剂，所述纤维改性剂锚定至所述基体的聚合物纤维并且提供瞬时和持续可润湿性至所述高孔隙率聚合物纤维片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.09 US 61/864,3171.一种可被含水介质瞬时润湿的高孔隙率聚合物纤维片，其包括：
聚合物纤维的三维基体，所述基体具有厚度和遍及所述基体的厚度连通的相互连接的
孔；
遍及所述基体分布的纤维改性剂，所述纤维改性剂锚定至所述基体的聚合物纤维并且
提供瞬时和持续可润湿性至所述高孔隙率聚合物纤维片。
2.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维由具有熔体粘度的热塑
性树脂形成，并且其中所述纤维改性剂起到增塑剂和表面改性剂二者的作用，所述增塑剂
在聚合物纤维形成期间降低所述热塑性树脂的熔体粘度，所述表面改性剂促进所述高孔隙
率聚合物纤维片的瞬时和持续可润湿性。
3.根据权利要求2所述的聚合物纤维片，其中所述纤维改性剂选自：二丁氧基己二酸乙
酯、三甘醇2-乙基己酸酯、三甘醇二苯甲酸酯、戊二酸二烷基二醚和聚乙二醇酯家族的成
员。
4.根据权利要求2所述的聚合物纤维片，其中所述纤维改性剂是所述聚乙二醇酯家族
的成员。
5.根据权利要求4所述的聚合物纤维片，其中所述聚乙二醇酯家族中的聚合物是二月
桂酸聚乙二醇-600或二-2-乙基己酸聚乙二醇-400。
6.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维由具有熔体粘度的热塑
性树脂形成，并且其中所述纤维改性剂是增塑剂和表面改性剂的混合物，所述增塑剂在聚
合物纤维形成期间降低所述热塑性树脂的熔体粘度，并且所述表面改性剂促进所述高孔隙
率聚合物纤维片的瞬时和持续可润湿性。
7.根据权利要求6所述的聚合物纤维片，其中所述增塑剂选自邻苯二甲酸二正丁酯、双
十一烷基邻苯二甲酸酯、二-2-乙基己基邻苯二甲酸酯、正己基月桂酸酯、二-2-乙基己基癸
二酸酯、二-2-乙基己基己二酸酯和二-2-乙基己基壬二酸酯。
8.根据权利要求6所述的聚合物纤维片，其中所述表面改性剂选自十二烷基苯磺酸钠、
二丁基萘磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠和二辛基磺基琥珀酸钠。
9.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维在硫酸中是稳定的。
10.根据权利要求9所述的聚合物纤维片，其中在硫酸中稳定的所述聚合物纤维包括聚
酯、聚苯乙烯、聚烯烃或聚丙烯酸酯。
11.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中所述聚合物纤维的基体具有表面，并且
进一步包括二氧化硅填充的聚乙烯隔膜，其结合至所述聚合物纤维的基体的所述表面以形
成二氧化硅填充的隔膜-聚合物纤维片复合材料。
12.根据权利要求11所述的聚合物纤维片，其中所述二氧化硅填充的聚乙烯隔膜具有
在其上形成间隔开的肋条并且所述聚合物纤维的基体的所述表面与其共形的表面。
13.根据权利要求1所述的聚合物纤维片，其中在所述基体的一个或多个表面上所述聚
合物纤维的基体具有非平面表面形态。
14.根据权利要求13所述的聚合物纤维片，其中所述非平面表面形态的特征为通过压
纹、压延或致密化所述聚合物纤维片形成的图案。
15.根据权利要求13所述的聚合物纤维片，其中所述非平面表面形态的特征为通过挤<...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·TL·洛，M·A·沃伦，J·伊曼纽尔，R·W·佩卡拉，
申请(专利权)人：阿姆泰克研究国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US