ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Назначение микропористых сепараторов и требования, предъявляе­мые к ним. В современных свинцовых аккумуляторах применяют микропористые сепараторы, которые предохраняют пластины раз­ного знака от коротких замыканий, фиксируют расстояние между пластинами для предупреждения их сдвига при тряске аккумулято­ра и создают необходимый запас электролита в междуэлектродном пространстве и у электродов, обеспечивая - высокую электропро­водность.

Качество сепараторов существенно влияет на работу аккумуля­тора. Так, их омическое сопротивление определяет величину емко­сти аккумуляторов при разряде короткими режимами. Сепараторы изменяя условия доступа кислоты к электродам, могут усилить или наоборот, замедлить оплывание активной массы положительных пластин и скорость сульфатации отрицательных пластин, тем самым оказывая заметное влияние на срок службы аккумуляторов:

К микропористым сепараторам предъявляются следующие тре­бования:

Высокая химическая стойкость;

Достаточная механическая прочность и эластичность; возможно малое значение относительного электросопротивления (см. сноску к табл. 30);

Постоянство свойств и минимальная гигроскопичность при дли­тельном хранении;

Способность быстро пропитываться электролитом; доступность и дешевизна исходного сырья и простота изготов­ления.

Если учесть все эти обстоятельства, то нельзя не отметить, что число сепараторов, нашедших практическое применение, относи­тельно невелико. В Советском Сюзе применяют сепараторы из ми - пора, мипласта, пластипора и поровинила.

Технология изготовления сепараторов. Ми пор (микропористый эбонит) для сепараторов в настоящее время выпускают двух видов: из ревертекса и так называемый ПН. Сырьем для обоих типов яв­ляется натуральный каучук.

Ревертекс представляет собой консервированный латекс — млеч­ный сок каучуковых растений. Это дефицитный материал.

Мипор ПН готовят, смешивая натуральный каучук сортов «Креп» или «Смокед-Щит» с силикагелем и серой и подвергая смесь вулканизации.

Ребристый мипор можно изготовить двумя способами. По пер­вому способу сначала готовят гладкий толстый лист, в котором фрезой выбирают канавки между ребрами. Главный недостаток этого способа — большие потери каучука в виде стружки. В резуль­тате ребристый мипор обходится в несколько раз дороже глад­кого.

По второму способу на гладком тонком листе мипора выдавли­ваются штампом круглые или овальные выступы — бугорки, заме­няющие ребра. Этот способ является более рациональным, так как позволяет избежать потерь дефицитного сырья.

Мипор наилучшим образом удовлетворяет большинству из пере­численных выше требований. Он особенно хорош в тех случаях, когда необходима надежная защита от коротких замыканий. Ис­пользование мипора позволило разработать ряд новых конструкций аккумуляторов с уменьшенным расстоянием между электродами и большим сроком службы.

Недостатками мипора являются относительно малая скорость пропитки электролитом, дефицитность сырья, а также то, что вы­пуск очень тонких сепараторов (0,2—0,3 мм) из мипора до настоя­щего времени не освоен.

Мипор применяют для аккумуляторов легковых автомобилей и самолетов.

Мипласт — микропористый полихлорвинил, полученный мето­дом спекания. Этот сепаратор мгновенно пропитывается электро­литом, обладает удовлетворительной механической прочностью, весьма высокой химической стойкостью. Сепараторы из мипласта изготовляют в широком ассортименте, в том числе и толщиной 0,2—0,3 мм; исходное сырье для мипласта (полихлорвиниловая смола) менее дефицитно. Все это делает мипласт наиболее пер­спективным материалом для изготовления сепараторов.

Производство сепараторов из мипласта состоит из следующих операций: сушки смолы, отсева включений, формовки сепараторов, спекания и охлаждения сепараторной полосы, снятия сепараторов с форм, резки полосы на отдельные сепараторы, их промывкн, об­работки поверхностно-активными веществами, сушки, разбраковки исправления брака, упаковки.

Ниже даются краткие пояснения к отдельным операциям меха­низированного потока.

Назначение сушки — придать смоле сыпучесть, удалить влагу и отогнать летучие вещества. Сушка необходима, так как влажная смола плохо укладывается на форму или ленту и при спекании дает трещины. Но чрезмерная сушка вредна, поскольку вызывает спе­кание отдельных частиц смолы, что также затрудняет укладку ее на ленту. Пересушенную смолу необходимо некоторое время выдер­жать, дать ей время набрать влагу и снова приобрести сыпучесть. Оптимальный режим сушки: 90—100° С в течение 1 ч.

Отсев включений производят для удаления случайных приме­сей— соринок. Последние надежно задерживаются на сите № 01Е при просеве через него исходной смолы.

Формовка сепараторов возможна либо вручную в стальных фор­мах, либо на ленточной машине. В последнем случае смолу насти­лают на гладкую никелевую ленту, а ребра выдавливают валиком. Усадка смолы в процессе формовки составляет около 20%. Поэтому глубина форм должна быть на 20% больше заданной толщины сепараторов.

Спекание сепараторов производят при 215—230° С в течение 6— 12 мин в зависимости от толщины листов. При слишком высокой температуре спекания смола с поверхности обугливается, в то вре­мя как внутренний слой ее еще не успевает спечься. Кроме того смола слишком быстро размягчается и иногда вместо пористого сепаратора получается сплошной сплавленный лист. Наконец, при слишком высокой температуре спекания бывает трудно обеспечить равномерность нагрева по всей площади листа. Спекание при чрез­мерно низкой температуре необоснованно удлиняет процесс и сни­жает прочность сепараторов.

Снятие сепараторов с форм должно производиться только после охлаждения последней до 60° С. Для ускорения оборота форм при­меняют искусственное охлаждение — кладут формы на охлаждае­мую стальную плиту. Благодаря этому длительность охлаждения сокращается до 2—3 мин.

При непрерывном изготовлении сепараторов их снятие со сталь­ной ленты значительно облегчается по сравнению с ручными фор­мами.

Промывка сепараторов и обработка их поверхностно-активными веществами. В процессе спекания происходит незначительное раз­ложение полихлорвиниловой смолы, в результате чего в сепарато­рах появляются растворимые соединения хлора. Между тем содер­жание хлора в мипласте по техническим условиям не должно пре­вышать 0,002%- Поэтому изготовленные сепараторы приходится промывать теплой водой в течение 2—4 ч.

Ребристые сепараторы, подлежащие промывке, можно уклады­вать без разделителей, гладкие же надо помещать в специальные каркасы, облегчающие циркуляцию воды.

При промывке одновременно с хлором из сепараторов частично вымывается и эмульгатор, обеспечивающий их хорошее смачивание. Для восполнения этой потери рекомендуется промытые сепараторы погружать на полчаса в раствор сульфанола (0,5 г на 1 л воды)

После чего направлять сепараторы на сушку. Такая обработка со­общает мипласту мгновенную смачиваемость.

Сушку сепараторов производят в сушилках с циркуляцией воз­духа, нагретого до 50—60° С. Выдерживание сухих сепараторов на воздухе показало, что влажность составляет 0,5—1% влаги от мас­сы сепаратора. Такое количество влаги для аккумуляторов совер­шенно безвредно (ми­пор в тех же условиях набирает 1—1,5% вла­ги).

При разбраковке се­параторов определяют: размер сепараторов и соответствие их черте­жам, электрическое со­противление, механиче­скую прочность, нали­чие слишком крупных пор и загрязнений, полноту отмывки от хлора.

Исправлению подле­жат три вида забрако­ванных сепараторов:

У слишком толстых сепараторов наждачной бумагой снимают из­лишнюю толщину;

Недостаточно отмы­тые сепараторы промы­вают повторно;

При наличии отдель­ных мельчайших отвер­стий их заливают мас­тикой, состоящей из ди - битума № 5 и 10 г пер-

10

Хлорэтана (50 мл), бензола (50 мл), хлорвиниловой смолы.

В настоящее время мипластовые сепараторы применяют в стар - терных и некоторых других типах аккумуляторов. Однако следует иметь в виду, что использование очень тонкого мипласта возмож­но только в аккумуляторах с небольшим сроком службы, так как такие тонкие сепараторы не защищают от коротких замыканий.

Внешний вид некоторых микропористых сепараторов показан на рис. 46.

Новый дешевый вид микропористого сепаратора был получен из смеси древесной массы с кислотостойким антифилитовым асбес­том — асбодревесный сепараторный картон. Разработаны два вари­анта проклейки картона (латексом синтетического каучука СКС-30 и фенолформальдегидной смолой С-1) и способ нанесения на асбо-
картон ребер из смолы С-1 с наполнителем. Указанные сепараторы найдут широкое применение в массовых типах аккумуляторов, где сейчас используют более дорогие сорта сепараторов.

Из микропористых сепараторов, разработанных в последние го­ды, следует упомянуть о пластипоре и поровиниле.

Пластипор — новый сепаратор из перхлорвиниловой смолы. Он отличается высокой объемной пористостью, что позволяет уве­личить запас электролита в аккумуляторах, и при использовании в

Аккумуляторах улучшает их показатели по сравнению со сборкой с существующими серийными сепараторами.

Поров и нил — новый сепаратор из микропористого полихлор­винила. Отличается высокой объемной пористостью и большой эластичностью. Может быть получен в различных вариантах, отли­чающихся по диаметру пор и эластичности.

В свинцовом аккумуляторе применяют также сепараторы из во­локнистого перфорированного винипласта, перфорированного и про­резного эбонита и стеклянного войлока. Внешний вид некоторых из этих сепараторов показан на рис. 47.

Первые два используются в комбинации с различными микропо­ристыми сепараторами и служат для фиксирования расстояния между электродами, для облегчения доступа кислоты к положи­тельному электроду. Стекловойлочные сепараторы применяются в основном для предохранения от оплывания положительной актив­ной массы. Одновременно эти сепараторы служат как бы резервуа­ром для электролита. Однако в них легко удерживаются и газовые пузыри, что нежелательно по многим причинам. Физико-химические свойства наиболее распространенных сепараторов приведены в табл. 30.

Для этой цели применяют следующие виды сепараторов: волнис­тый винипласт, гладкие дырчатые планшеты из винипласта с ребра­ми, литые полистироловые рамки.

Волнистый винипласт как сепаратор для щелочных акку­муляторов имеет ряд преимуществ перед эбонитовыми палочками, винипластовые листы прочны и эластичны. Применение сепаратора из волнистого винипласта позволяет механизировать процесс сбор­ки аккумуляторов.

Недостатком этого сепаратора является то, что он несколько больше экранирует поверхность электродных пластин, чем эбони­товые палочки.

Производство волнистого перфорированного винипласта состоит из следующих основных операций: получение каландрированной (прокатка с одновременной калибровкой) винипластовой пленки толщиной 0,2—0,4 мм; перфорация пленки на пробивном штампе непрерывного действия; гофрирование пленки путем пропускания ее между двумя подогреваемыми профилированными валками.

Ниже приведены некоторые показатели гофрированного вини­пласта: толщина пленки — 0,45 мм; высота волны—1,8—2,0 мм, шаг волны — 4—5 мм; степень открытия — 55%; диаметр отвер­стия— 2,8 мм; шаг между центрами отверстий — 3,1 мм; масса 1 мг—277 г.

Гладкие дырчатые планшеты из винипласта с ребрами, нанесенными с одной стороны, применяют в щелочных аккумуляторах некоторых заводов.

Такие сепараторы характеризуются следующими данными: тол­щина пленки — 0,4 мм, толщина с ребром — 0,95 мм, диаметр отвер­стий — 2,5 мм, шаг между центрами отверстий — 3,4 мм, шаг между рядами — 3,0 мм, расстояние между осями ребер — 12 мм, степень открытия — 47—50%.

Электрические характеристики аккумуляторов, собранных с гладкими дырчатыми планшетами, заметно хуже характеристик аккумуляторов, собранных с эбонитовыми палочками или волнистым винипластом.

Литые полистироловые рамки, применяемые в качест­ве сепараторов в некоторых типах щелочных аккумуляторов ламель - ной конструкции, имеют ряд преимуществ перед другими видами сепараторов: рамки мало препятствуют прохождению тока, они легко укладываются в сепараторный зазор при сборке аккумулято­ра и позволяют механизировать сборку, расход материала на рамки меньше, чем на сепараторы из волнистого винипласта. Недостатком рамок из полистирола является их хрупкость.

Принципиально рамочные сепараторы могут быть отлиты из других менее хрупких щелочестойких смол, например полиэтилена, полистирола, полиамидных смол н др.

В аккумуляторах с безламельными электродами в качестве сепа­раторов применяют: капрон, хлориновую ткань, фильтр-материал ФПП-15 (на основе перхлорвинилового волокна), щелочестойкие сорта бумаги (бумага № 4) и другие материалы.

Одной из первых тканей, примененной в щелочных аккумуляторах с безламельными электродами, была полихлорвиниловая ткань, но благодаря большой толщине (0,6—0,9 мм) она не может быть использована в других аккумуляторах. Кроме того, как показали исследования, эти ткани не могут работать при температуре выше 40° С, так как наблюдается большая усадка и увеличение относи­тельного электросопротивления (см. сноску к табл. 30).

Срок службы аккумуляторов с этими тканями и прессованными электродами не превышает 300—350 циклов вследствие значитель­ного размера пор в материале (180—200 мкм). Во время эксплуа­тации аккумуляторов порошок активной массы проходит через поры и происходит вымывание активной массы или замыкание пластин за счет прорастания активной массы.

Большинство этих тканей (в один или два слоя) можно исполь­зовать лишь в аккумуляторах с металлокерамическими электродами (например, капроновые ткани с жилкой, капроновая уплотнен­ная ткань, капроновая ткань с ворсом, хлориновая ткань, хлорино­вая ткань с ворсом). В аккумуляторах с прессованными электро­дами эти ткани применяют лишь в сочетании с другим сепаратором (пленкой, бумагой), обладающим размерами пор не более 2—3 мкм.

Испытания ворсистых тканей в аккумуляторах с металлокера - мическими электродами (например, с железоникелевыми) дали удовлетворительные результаты на стартерных режимах. Но эти ткани очень дорогие и не могут быть использованы для серийного выпуска аккумуляторов промышленностью. Ценным материалом для изготовления микропористых сепараторов химических источни­ков тока является диафрагма ФП. Этот материал, например ФПП-15, прессуют под давлением от 107 до 4-Ю7 Па и обрабаты­вают смачивателем ОП-7, ОП-Ю. В готовом виде микропористый сепаратор ФП представляет собой слоистый сепаратор, состоящий из капроновых или хлориновых тканей, щелочестойких бумаг и гидрофильных щелочестойких пленок.

Сепараторы на основе ФПП-15 испытывались в аккумуляторах и дали положительные результаты. Из щелочестойких бумаг нашла применение Д-4, которая способна впитывать 950—1000% (по мас­се) электролита. Основной недостаток этой бумаги — неравномер­ность по толщине (колебание толщины от 25 до 40 мкм в одном рулоне).