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超高分子量聚乙烯蓄電池隔板
信息來自:超高分子量聚乙烯www.yiesion.cn 發(fā)布日期：2012-12-21 瀏覽次數(shù)：105
導(dǎo)讀：1前言 隨著科學(xué)進(jìn)步和石油、化學(xué)工業(yè)以及材料科學(xué)的發(fā)展，塑料的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為各行各業(yè)不可缺少的“世紀(jì)材料”。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新產(chǎn)品、新材料不斷涌現(xiàn)，超高分子量聚乙烯就是一種具有優(yōu)良機(jī)械、物理、化學(xué)性能的新型材料。超高分子量聚乙烯最早由德國赫斯特公司于1958年研制成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。一般情況下，超高分子量
1前言
隨著科學(xué)進(jìn)步和石油、化學(xué)工業(yè)以及材料科學(xué)的發(fā)展，塑料的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為各行各業(yè)不可缺少的“世紀(jì)材料”。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新產(chǎn)品、新材料不斷涌現(xiàn)，超高分子量聚乙烯就是一種具有優(yōu)良機(jī)械、物理、化學(xué)性能的新型材料。超高分子量聚乙烯最早由德國赫斯特公司于1958年研制成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。一般情況下，超高分子量聚乙烯指相對分子量在150萬以上的聚乙烯。目前隨著合成工藝的進(jìn)步，日本、德國的超高分子量聚乙烯的分子量早已高達(dá)600萬以上，德國則可合成到1000萬的分子量。由于超高分子量聚乙烯具有優(yōu)異的物化性能，因此在世界范圍內(nèi)很快得到了認(rèn)可并不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，用量也在不斷的增加。美國、德國和日本既是超高分子量聚乙烯的生產(chǎn)大國，也是消費(fèi)大國，僅此三個(gè)國家的消費(fèi)就占世界總產(chǎn)量的90%左右。目前，超高分子量聚乙烯由于其再生產(chǎn)加工方面的困難，在中國的應(yīng)用并不廣泛，尚處于起步階段，中國國家經(jīng)貿(mào)委已經(jīng)將超高分子量聚乙烯管材列為“十五”期間重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。在其他應(yīng)用領(lǐng)域，隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展及引進(jìn)技術(shù)的進(jìn)行，超高分子量聚乙烯的應(yīng)用也在不斷的增長，超高分子量聚乙烯蓄電池隔板的引進(jìn)生產(chǎn)就是其中一例。
蓄電池隔板，是一種多孔絕緣的物質(zhì)，放在蓄電池正負(fù)極板之間，使正負(fù)極隔離，起到絕緣的作用，避免蓄電池短路，同時(shí)在蓄電池充放電過程中允許反應(yīng)離子通過，對于密閉免維護(hù)電池還需要使正極析出的氧氣通過隔板到達(dá)伏擊完成氧化吸收。目前國內(nèi)比較常用的傳統(tǒng)型隔板有橡膠隔板、PVC隔板、PP隔板、玻璃纖維隔板。隨著電池技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及隔板成型技術(shù)的成熟，目前超高分子量聚乙烯隔板已經(jīng)成為主流隔板。超高分子量聚乙烯隔板（以下簡稱PE隔板），最早由美國Grace公司研制發(fā)明，由于PE隔板具有電阻低、韌性好、不易磨損、抗氧化、耐腐蝕、孔徑小，可包封等優(yōu)點(diǎn)，因此在國際上得到了廣泛的應(yīng)用，成了其他傳統(tǒng)隔板的替代品。目前在歐洲、美洲及澳洲，幾乎100%的汽車蓄電池生產(chǎn)采用PE隔板。無疑，PE隔板的使用將對世界范圍內(nèi)蓄電池的生產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的推動作用。中國在使用PE隔板方面自90年代初期開始，至今已有十幾年的時(shí)間，目前在國內(nèi)PE隔板已經(jīng)得到大部分蓄電池生產(chǎn)廠家的認(rèn)可并開始廣泛應(yīng)用。部分國內(nèi)大廠生產(chǎn)的起動電池已經(jīng)全部或部分采用PE隔板。但在PE隔板的生產(chǎn)方面，由于超高分子量聚乙烯的生產(chǎn)加工上的困難，而核心的生產(chǎn)技術(shù)則一直掌握在歐美大廠手中，因此國內(nèi)一直處于空白狀態(tài)。直至1996年以后，隨著國內(nèi)成功引進(jìn)PE隔板生產(chǎn)技術(shù)之后，才揭開其神秘的面紗，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)PE隔板生產(chǎn)零的突破。以下，就PE隔板的生產(chǎn)過程及工藝特點(diǎn)進(jìn)行介紹。
2工藝流程
PE隔板的工藝流程由于其引進(jìn)技術(shù)的不同，在流程設(shè)計(jì)上稍有不同，但總的設(shè)計(jì)原則大同小異，基本生產(chǎn)過程見下圖：
各生產(chǎn)流程簡要介紹如下：
（1） 混料：將各種原材料按照生產(chǎn)配方的要求混合均勻使用。由于在PE隔板的生產(chǎn)中，有大量的二氧化硅及原料油加入，因此應(yīng)特別注意混料時(shí)間及加料順序的控制，以確保原料符合要求。
（2） 擠出成型：將混好的原料利用高精度的喂料器喂送到擠出機(jī)中，通過特質(zhì)的雙螺桿擠出機(jī)擠出片材，后經(jīng)成型機(jī)壓制成型。在此工序，在擠出過程中有一二次加油處理。由于超高分子量聚乙烯及二氧化硅本身并不具備流動性，因此要靠擠出機(jī)強(qiáng)制擠出才能連續(xù)成型，加油主要目的為降低在成型過程中原料與機(jī)械之間的摩擦，改善熔融物地流動性。隔板成型后經(jīng)測厚儀測厚后進(jìn)入抽油處理。
（3） 抽油氣提及干燥工序：成型后的PE隔板由于含有大量的原料油而呈黑色，進(jìn)入抽油機(jī)后，利用化學(xué)溶劑（正乙烷或三氯乙烯，國內(nèi)一般使用三氯乙烯）對隔板進(jìn)行抽油處理，將原料油溶出，從而形成產(chǎn)品所需的孔率。再經(jīng)氣提及干燥處理，將化學(xué)溶劑回收利用。
（4） 涂劑、干燥處理：經(jīng)過抽油處理的隔板，由于油含量的有效控制，此時(shí)已經(jīng)變成灰色，鑒于蓄電池對隔板潤濕性的要素，因此在涂劑工序?qū)�(gè)伴涂敷陰離子表面活性劑以增加隔板的親水性。再經(jīng)干燥處理合理控制隔板的含水量。此工序關(guān)鍵是控制好表面活性劑的涂量，涂量小達(dá)不到濕潤的效果，涂量過大則會造成隔板在電池中起泡，嚴(yán)重的可能造成整只電池報(bào)廢。目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家已經(jīng)有此方面的嚴(yán)重教訓(xùn)。一般情況下，表面活性劑的涂敷量應(yīng)控制在5g/㎡。
（5） 檢洞、卷繞工序：經(jīng)涂劑后的隔板，經(jīng)光學(xué)檢洞儀進(jìn)行檢洞處理并做標(biāo)記后按照規(guī)定長度卷繞成卷。
（6） 后加工工序：根據(jù)客戶不同尺寸及加工要求，將PE隔板進(jìn)行分條和裁切處理。
3生產(chǎn)原料及其作用
（1） 超高分子量聚乙烯：目前國際上超高分子量聚乙烯生產(chǎn)規(guī)模最大生產(chǎn)廠為德國赫斯特集團(tuán)下屬的泰科納公司。年產(chǎn)約4萬噸。大部分的PE隔板生產(chǎn)廠家均采用該公司的GUR系列的PE粉進(jìn)行生產(chǎn)，分子量在680萬左右，在PE隔板中，由PE粉將隔板中的二氧化硅及其他助劑有機(jī)的地連接在一起，成為一體。又由于超高分子量聚乙烯的優(yōu)異的物理、機(jī)械、化學(xué)性能，確保隔板在使用過程中滿足電池要求。
（2） 二氧化硅：在隔板中起骨架作用，其在隔板中的比例接近60%—65%，同時(shí)又是隔板的成孔劑，利用二氧化硅的高吸附性，吸附一定比例的原料油，擠出成型后，再將原料油利用化學(xué)溶劑萃取出來，從而形成一定空隙。PPG和DE-GUSSA兩個(gè)公司生產(chǎn)隔板級地二氧化硅。
（3） 原料油：在隔板生產(chǎn)過程中與二氧化硅配合，起成孔作用，同時(shí)由于超高分子量聚乙烯的流動性極差，熔融指數(shù)幾乎為零，二氧化硅又為無機(jī)產(chǎn)品，在成型過程中不具備流動性，因此在成型過程中存在極大的困難。實(shí)際為強(qiáng)制擠出的過程，因此原料油在成型過程中起一定的潤滑作用，避免螺桿與原料之間過分的摩擦。在隔板的最終制品中，尚含有一部分約為15%左右的油，在實(shí)際使用的過程中，此部分原料油尚起一部分的抗氧化應(yīng)作用。
（4） 氧化劑：起抗氧化的作用，防止PE粉在加工過程或使用過程中斷鏈或老化。
（5） 色母粒：在隔板中起著色作用，同時(shí)與抗氧劑起協(xié)同抗氧化的作用。
4超高分子量聚乙烯隔板的成型工藝特點(diǎn)
4.1油的加入超高分子量聚乙烯具有極高的相對分子質(zhì)量，流動性極差，具有很大的加工難度，也正由于如此，在一定程度上限制了其在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用。超高分子量聚乙烯與普通聚乙烯相比，其融體特性完全不同，主要表現(xiàn)在融體流動性極差，其熔融指數(shù)幾乎為零。據(jù)有關(guān)報(bào)道，即使融指測定儀的壓力增大十倍的情況下，仍然測不到熔融指數(shù)，也正是由于超高分子量聚乙烯的流動性特點(diǎn)，給其成型加工帶來極大的困難，何況隔板的另一種原料二氧化硅的比例比超高分子量聚乙烯粉更大，將近占到隔板總質(zhì)量的61%，其更不具備流動性，因此PE隔板的成型難度可想而知。原料油作為一種主要的原材料的成型難度可想而知。原料油作為一種主要的原材料的成型過程中起著極其重要的作用。在PE隔板的混料過程中，油的比例將占到物料總重的56%左右甚至更多，其再擠出成型過程中起到了很好的潤滑作用，由于原料油的加入，使融體的擠出成型成為了可能。
4.2擠出機(jī)械的特點(diǎn)由于超高分子量聚乙烯的流動性特點(diǎn)，對于一般的成型機(jī)械很難對其進(jìn)行成型加工，由于物料在螺桿中的狀態(tài)為“粉料—半固體—高粘彈性體”的變化過程，為典型的“塞流”機(jī)理，實(shí)際為強(qiáng)制擠出的過程，普通的單螺桿擠出機(jī)根本無法擠出成型。目前國際上通常采用的是特殊設(shè)計(jì)的雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)由于兩根螺桿互相咬合在一起，具有自潔的功能，并將物料強(qiáng)制擠出。一般情況下，采用同向雙螺桿擠出機(jī)，這樣有效地降低了物料在擠出機(jī)中所受的剪切力，避免了超高分子量聚乙烯在螺桿中降解。目前就世界范圍內(nèi)來講，PE隔板生產(chǎn)用擠出機(jī)均為特殊設(shè)計(jì)的專用擠出機(jī)，其對螺桿的排布及材質(zhì)要求非常嚴(yán)格。此項(xiàng)技術(shù)僅掌握在少數(shù)的擠出機(jī)制造廠家和PE隔板生產(chǎn)廠家手中。據(jù)了解，其螺桿的長徑比可達(dá)36，這在一般的雙螺桿擠出機(jī)中是不常見的。
5超高分子量聚乙烯隔板的發(fā)展
隨著超高分子量聚乙烯隔板生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟，目前中國已經(jīng)填補(bǔ)了在生產(chǎn)上的空白，PE隔板正迅速的在蓄電池制造業(yè)中普及應(yīng)用，逐漸成為傳統(tǒng)隔板的替代品。國內(nèi)的知名大廠均在積極的有計(jì)劃的逐步取代傳統(tǒng)隔板而以PE隔板代之。據(jù)保守估計(jì)，2002年中國的PE隔板使用量已經(jīng)超過1000萬平方米，而這在國內(nèi)的隔板總需求中僅占很小的一部分。目前歐美發(fā)達(dá)國家，汽車蓄電池制造業(yè)幾乎100%采用了PE隔板，據(jù)估計(jì)，整個(gè)亞洲至2005年，PE隔板的需求量將達(dá)到1億平方米。PE隔板作為中國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，必將迎來光明的未來。
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