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超高分子量聚乙烯在铅酸蓄电池隔板中的应用及其生产工艺特点_图文

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超 高分 子量 聚 乙烯 在铅 酸 蓄 电池 隔板 中 的应用 及 其生 产 工艺 特点 

交流 与探 讨 

超 高分 子 量 聚 乙烯 在 铅 酸 蓄 电池 隔板 中  的 应 用 及 其 生 产 工 艺 特 点 
杨德 山 ,高俊 刚 ,宋欣茹     

( .河北大学化 学与环境 科 学学院,河北 1

保定 0 10 ;2 702 .河北康达化工有 限公 司,河 北 保 定 0 15 ) 70 1  

摘 要 :介绍 了超 高分子量聚 乙烯的发展 及其在铅 酸蓄 电池 隔板 制造 中的应 用 ,同时介绍 了超 高分 

子 量聚 乙烯 隔板 的工艺流程 、原料 功用和工 艺特 点。  
关键词 :超 高分子 量聚 乙烯 ;P E隔板 ;工艺特 点   中图分 类号 :T 929 文献标识 码 :A 文章编 号 :10 — 87(04 2 0 8 — 3 M 1. 0 6 04 20 )0 — 0 1 0 

Th   p l a in o   e a p i t   fUHM W P t  e d a i   a t r   e a a o s a d c o E o la — cd b te y s p r t r   n   t e p o e sc a a t rsis h   r c s   h r c e itc  
YANG Des a   G   u — a g , S   —h h , AO J n g n   ONG  i —u  Xnr2

( .Dp r etfC e ir adE vom n ,I bi n e i ,B oi ,H bi 7 0 1 h a  1 ea m n o  msy n  ni n et t e U i  ̄t t   h t  r e   v y ad g ee 0 15 ,C i ; n   n
2 t bi oc  hmcl n i ei  o ,Ld , B oi ,H bi 70 1 C i ) . t e K nl C i   gn rgC . t. adn e   a e aE e n g ee 0 15 , h n     a
Ab ta t T i  a e nrd c ste d v lp n  f sr c : hsp p rit u e    e eo me t   o h o UHMW P   di  p l ain i e d a i atr e aa· E a  t a pi t  n la · cdb t y sp r· n s c o · e   tr .Attes met , terw mae a ,po esa dtc n lgc  h rceit so  os    a  i h me h  a   tr l rc s    h oo ia c aa tr i  f i n e l sc UHMW P s p rtr r  E—e aaosae l o pe e td. as  rsne   Ke   r s UHMW P y wo d : E; P —e aao ;p oe sc a ce i is E s p rtr rc s  h r tr t   a sc

1 前 言   

并不 断 扩 大 应用 领 域 ,用 量 也 在 不断 的增 加 。美 

国 、德 国和 E本 既 是 超 高 分子 量 聚 乙烯 的 生产 大  t
国 ,也是消费 大国 ,仅此三个 国家的消费就 占世界 

随着科学技术进 步和石油 、化学工业 以及材料  科学 的发展 ,塑料 的应用越来越广泛 ,已经成 为各  行各业不 可缺少 的 “ 世纪 材料 ” 。随着 科学 技术 的  不断进 步 ,新产 品 、新材 料不断涌现 ,超高分子量 
聚乙烯 ( H WP )就 是 一 种 具 有 优 良机 械 、物  UM E

总产量 的 9 0%左右 。 目前 ,超 高分 子量 聚 乙烯 由  
于其在生产加工 方面的困难 ,在 中国的应用并不广  泛 ,尚处于起步 阶段 ,中国国家经 贸委 已经将超高  分子量 聚 乙烯 管 材列 为 “ 五 ”期 间重 点 推广 项  十 目。在其他应用 领域 ,随着 中国经济建设 的发展及 

理 、化学性 能 的新 型材料 。超高分子量 聚乙烯最早  由德 国赫斯特 ( heht H ocs)公 司于 15 98年研制 成功 

引进技术 的进行 ,超高分子量 聚乙烯 的应用也在不  断的增长 ,超 高分子量 聚乙烯 蓄电池隔板 的引进生 
产 就是其 中一例 。   蓄 电池 隔板 ,是一种多孔绝缘 的物质 ,放在 蓄 

并实 现工业 化生产 。一般 情况下 ,超 高分子量 聚乙  烯指 相对分子量在 10 以上 的聚乙烯 。 目前 随着  5万

合成工 艺的进步 , E本 、德 国的超高分 子量聚 乙烯  t 的分子 量 早 已 高达 60万 以上 ,德 国则 可合 成 到  0
10 万 的分 子 量 。 由于超 高分 子 量 聚 乙烯 具有 优  00 异 的物化性能 ,因此 在世界范 围内很 快得到 了认 可 
收 稿 日期 :20 —0 —2   14 4 0 3

电池正负极板之 间 ,使 正负极板 隔离 ,起到绝缘 的 
作用 ,避免 蓄电池短路 ,同时在蓄电池充放 电过程  中允许 反应 离子 通过 ,对 于密 闭免维护 电池还需要 

使正极 析 出 的氧 气通 过 隔 板 到达 负 极 完 成 氧 化 吸 
收 。 目前 国内 比较 常用 的传 统 型隔 板有橡 胶 隔板 、  
8  1

《 电池》20 年 蓄 14 3

第2 期 

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交 流 与探 讨 

超高 分子 量 聚 乙烯 在铅 酸蓄 电池 隔 板 中的应 用 及其 生产 工 艺特 点 

P C隔 板 、P V P隔 板 、玻 纤 隔 板 。随着 电池 技 术 的 

广泛 应用 。部分 国内大厂生产 的起动 电池 已经 全部  或部 分 采 用 P E隔 板 。但 在 P E隔 板 的 生 产 方 面 ,  
由于超高分子量 聚乙烯 在生产加工 上的 困难 ,而核  心 的生产 技术则一直掌 握在欧美大 厂手 中,因此在 

不断创新 以及 隔板成型技术 的成 熟 , 目前 超高分子  量聚乙烯隔板 已经 成为主流 隔板。超高分子量 聚乙 
烯 隔板 ( 以下简称 P E隔板 ) ,最 早 由美 国 G ae r 公  c 司研制 发 明 ,由 于 P E隔板 具 有 电 阻低 、韧 性 好 、  

国内一直 处 于空 白状 态 。直 至 19 年 以后 ,随着  96
国内成功 引进 P E隔 板生 产技术 之后 ,才揭 开其 神 
秘 的面纱 ,实现 了国 内 P E隔板 生产 零 的突破 。 以   下 ,就 P E隔板 的生产过程及工 艺特点进行介绍 。  
2 工 艺 流 程 

不易磨 损 、抗氧化 、耐腐蚀 、孔径 小 、可包封等优 
点 ,因此在 国际上得 到 了广泛 的应用 ,成 了其他 传 

统 隔板的替代 品。 目前在欧洲 、美 洲及 澳洲 ,几乎  10%的汽车蓄 电池生 产 采用 P 0 E隔板 。无 疑 ,P   E 隔板 的使用将对世 界范 围内蓄电池 的生产产生强 大  的推 动作用 。中国在使用 P E隔板方 面 自 9 0年代初 
期开 始 ,至今 已有 十 几年 的时 间 , 目前 在 国 内 P   E
隔板 已经得到大部分 蓄 电池生产 厂家的认可并开 始 

P E隔板 的工 艺 流程 由 于其 引 进 技 术 的不 同 ,   在流程 设计 上 稍 有 不 同 ,但 总 的设计 原 则 大 同小 
异 ,基本 生产过程见下 图 :  

抽油
: 涂剂 I   

卜  _ _

气提 r—— 
检 洞  卷取 

干燥 

干燥 

P F隔板 工艺 流程 图 

各生产流 程简要介绍 如下 :  

由于油 含量 的有效控制 ,此 时 已经变成灰 色 ,鉴于  蓄 电池对 隔板润湿性 的要求 ,因此在涂剂工序对 隔 
板涂敷 阴离子 表面活性剂 以增 加隔板 的亲水性 。再  经干燥处理合理 控制隔板 的含水 量 。此工序关键是  控 制好表 面活性 剂的涂量 ,涂量 小达不到润湿 的效  果 ,涂量过大则会 造成 隔板在 电池中起 泡 ,严重 的  可能造成整 只电池的报废 。 目前 国 内生产厂家 已经 

( )混料 :将各种 原材*凑丈 产配方的要求  1 混合均 匀使用 。由于在 P E隔 板 的生产 中,有 大量 
的二 氧化硅及原料 油的加入 ,因此 应特别注意混料 

时间及 加料顺序 的控 制 ,以确保原料 符合要求 。   ( )挤 出成型 :将混好 的原料利用 高精 度 的喂  2
料器 喂送 到挤 出机 中 ,通过特制 的双螺杆挤 出机挤  出片材 ,后经成 型机 压制成型 。在此 工序 ,在挤 出 

有 此方面 的严 重教训 。一般情况 下 ,表面活性剂 的 
涂敷量应控制 在 5 m 。   2   ( )检洞 、卷绕工 序 :经涂剂后 的隔板 ,经光  5

过程 中有一二 次加 油处理 。由于 超高分子量聚 乙烯  及二氧 化硅本身并不具 备流动性 ,因此 要靠 挤 出机 
强制挤 出才能连续成 型 ,加油主要 目的为降低在成  型过程 中原料与机械之 间的摩擦 ,改善熔 融物 的流  动性 。隔板成 型后经测厚 仪测厚后进 入抽 油处理 。   ( )抽 油气提 及 干燥 工序 :成 型后 的 P 3 E隔板  由于含有 大量 的原料 油 而呈 黑 色 ,进 入抽 油机后 ,  

学 检洞仪进行检洞处 理并做标记后 按照规定长度卷 
绕成 卷 。   ( )后加工工序 :根据 客户不 同尺寸及 加工要  6

求 ,将 P E隔板进行分条 和裁切处理 。  
3 生产 原 料 及 其 作 用 

利用化学 溶剂 ( 己烷 或三氯 乙烯 ,国内一般使用  正 三氯乙烯 )对 隔板进 行抽 油处理 ,将 原料 油溶 出 ,  
从而形成 产品所需 的孑 率 。再 经气 提及 干燥 处理 , L   将化学溶 剂 回收利用 。   ( )涂剂 、干燥 处 理 :经过抽 油 处 理 的隔 板 , 4  
8  2

( )超高分 子 量 聚 乙烯 ( H WP ) 目前 国  1 U M E:
际上 超高分子量 聚乙烯生产规模最 大生产 厂为德 国  赫斯 特集 团下属 的迪 科 纳 ( i n )公 司。年 产约  Tc a o 4 吨。大部分 的 P 万 E隔板 生产 厂家 均 采用 该 公 司 
C i e e I B   n No 2.2 0   h n s   A AT Ma   . 04

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超 高分子 量 聚 乙烯 在铅 酸 蓄 电池 隔板 巾 的应用 及其 生 产  艺 特点 

交 流与探 讨 

的 G R系列 的 P U E粉进行生 产 ,分 子量在 60万左  8 右 。在 P E隔板 中 ,由 P E粉 将 隔板 中的二 氧化 硅 

5 6%左右 甚 至更 多 ,其 在 挤 出成 型 过程 中起 到 了  
很 好 的润滑作 用 ,由于原 料油 的加入 ,使 融体 的挤 
出成为可能 。  

及其他助 剂有机 的地连 接在一起 ,成 为一 体 。又 由  
于 U MW E的优 异 的物 理 、机 械 、化 学性 能 ,确  H P 保隔板在使用 过程 中满 足电池要求 。   ( )二氧化 硅 ( i2 :在隔 板 中起 骨架 作用 , 2 S ) O   其 在隔板 中的 比例接* 6 0% ~6 5% ,同时又是 隔 

4 2 挤 出机械的特点  . 由于超高 分子量聚 乙烯 的流动性特点 ,对于一  般 的成 型机械很难 对其 进行成 型加工 ,由于物 料在  螺杆 中的状态为 “ 粉料一 半 固体一 高粘 弹性体 ”的  变化 过程 ,为典 型的 “ 塞流”机理 ,实际为强制挤  出的过 程 ,普 通 的 单 螺 杆挤 出机 根 本 无法 挤 出成  型 。 目前 国际上通常采用 的是特殊设计 的双螺杆挤  出机 。双螺 杆 挤 出 机 由 于两 根 螺 杆互 相 啮合 在 一  起 ,具有 自洁的功能 ,并将 物料强制挤 出。一 般情  况下 ,采用 同向双螺杆挤 出机 ,这样有效地 降低了  物料在挤 出机 中所 受的剪切力 ,避免了超高分子量  聚乙烯 在 螺 杆 中 的 降解 。 目前 就 世 界 范 围来 讲 ,   P E隔板 生产用挤 出机 均为特殊设 计 的专用 挤 出机 ,  

板的成孔剂 ,利用 二氧化硅 的高吸附性 ,吸 附一 定 
比例的原料 油 ,挤 出成型后 ,再将 原料油利用化学 

溶剂 萃 取 出来 ,从 而 形 成 一 定 空 隙。P G 和 D — P E 
G SA两个公 司生产隔板级 的二 氧化硅 。 US   ( )原料油 :在 隔板 生产过程 中与二 氧化硅 配  3

合 ,起成孔作用 ,同时 由于超高分 子量 聚乙烯 的流  动性极 差 ,熔融指数 几乎为零 ,二 氧化硅 又为无机  产 品 ,在成型过程 中不具 备流动性 ,因此 在成型过 

程 中存 在极大的 困难 。实际为强制挤 出的过程 ,因  
此原料 油在成 型过程 中起 一定 的润滑作用 ,避 免螺  杆与原料之 间过 分 的摩擦 。在 隔板 的最 终制 品 中 ,   尚含有一部分 约为 l 5%左 右 的油 ,在 实际 使用 的  过程 中 ,此 部 分 原 料 油 尚起 一 部 分 的抗 氧化 应 作 
用。  

其对 螺杆的排布及 材质 的要求非常严格 。此项技术 
仅掌握 在少 数 的挤 出机 制造 厂家 和 P E隔 板生产 厂  家手 中 。据 了解 ,其 螺 杆 的长 径 比可 达 3 ,这 在  6


般 的双螺杆挤 出机 中是 不常见 的。  

( )氧化剂 :起抗氧 化 的作 用 ,防止 P 3 E粉 在  加工过程或使用 过程 中断链或 老化 。   ( )色母粒 :在隔板 中起着色作用 ,同时 与抗  4 氧剂起协 同抗 氧化的作用 。  
4 E隔板的成型 工艺特点   P
4 1 油 的 加 入  .

5 P   E隔 板 的发 展 

随着 P E板生 产技术 的不断成 熟 , 目前 中国 已  

经填补了在 生产 上 的空 白,P E隔板 正迅 速 地在 蓄 

电池制造业 中普及应用 ,逐渐 成为传统 隔板 的替代  品 。国内的知名大厂均在积极 的有计划 的逐 步取代 
传统隔板而 以 P E隔板代 之 。据 保守 估计 ,20 02年  中国的 P E隔板使用量 已经超过 10 00万* 米 ,而 这  在 国内的隔板总需求 中仅 占很小 的一部分 。 目前欧  美发 达国家 ,汽车蓄 电池 制造业几乎 10%采用 了 0   P E隔板 ,据估计 ,整个 亚洲至 20 05年 ,P E隔板 的  需求量将 达到 l * 米 。P 亿 E隔 板作 为 中国 的高新  技术 产业 ,必将迎 来光明 的未来 。  
参考文献 :  
[]景 志坤 ,王 衡 主编 .高分 子 材 料 加 工 助 剂 [ .河 北  1 M]
科技 大 学 出版社 ,19 . 93 

超 高分子 量 聚乙烯 具有极 高 的相对 分子质 量 ,  
流动性 极 差 ,具 有很 大 的加 工 难 度 ,也 正 由于 如  此 ,在一定程度 上 限制 了其 在世 界 范 围 内的应用 。   超高分子 量聚乙烯与普通 聚乙烯相 比 ,其融 体特性  完全不 同 ,主要表现 为融体流动性极差 ,其 熔融指  数几乎 为零 。据有关报道 ,即使融指测定 仪的压力 

增大 l 倍 ( 2 . g O 即 16k )的情 况下 ,仍然 测不 到熔  融指数 ,也正是 由于超高分子量 聚乙烯 的流动性特 
点 ,给其成型加工带来极 大 的困难 ,何况 隔板 的另 


种原 料二氧化硅 的 比例 比 P E粉更 大 ,将 * 占到 

[]强信 然 主编 .塑料 工程 师 手 册 [ .江苏 科 学 技 术 出  2 M]
版社 .  

隔板 总质量的 6 l%,其更不 具备流 动性 ,因此 P   E 隔板 的成 型难度可想 而知 。原料油作为一 种主要 的  原材料在成 型过 程 中起着 极 其重 要 的作 用 。在 P   E 隔板的 混 料过 程 中 ,油 的 比例将 占到 物 料 总重 的 
《 蓄电池 》20 04年 第 2 期 

[]刘广 建 编著 .超 高分 子 量 聚 乙烯 [ .化 学 工 业 出 版  3 M]
社 .  

[]陈 红雨 ,段 淑 贞 .P 4 E隔板在 铅 酸 蓄电池 中的应 用 [] J.  
电源技 术 ,1 6 0 () 9 ,2 5 . 9  

8  3




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