一種水電解槽用隔膜布及其生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種水電解槽用隔膜布及其生產(chǎn)方法，該隔膜布是由聚苯硫醚纖維構(gòu)成的機(jī)織物、非織造布或針織物，該隔膜布的平均孔徑小于10μm，且在壓力為3KPa條件下，該隔膜布的通氣度在2L/cm2/min以下。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布具有氣密性高、親水性好，且離子透過(guò)性?xún)?yōu)良的特點(diǎn)，同時(shí)還具有成本低廉、安全環(huán)保、輕量，且生產(chǎn)方法快速、高效，無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省能源的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種水電解槽用隔膜布及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種水電解槽用隔膜布及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隔膜布是水電解槽的主要核心材料，被置于水電解槽的陽(yáng)極、陰極之間，阻止陽(yáng)極側(cè)氣體和陰極側(cè)氣體的混合，以保證氣體的純度。其性能要求為:能被電解液充分潤(rùn)濕；平均孔徑小、氣密性高；孔隙率大；有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度；不被堿性電解液腐蝕、耐高溫、耐化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)；容易實(shí)施工業(yè)化。
[0003]目前國(guó)內(nèi)主要的堿性水電解制氫設(shè)備廠家仍然使用石棉布作為隔膜。但是，隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步，在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，人們也逐漸認(rèn)識(shí)到石棉隔膜存在一些問(wèn)題。首先，石棉隔膜自身的溶脹性及化學(xué)不穩(wěn)定性，導(dǎo)致純石棉隔膜在特定的運(yùn)行環(huán)境中，特別是高電流負(fù)荷下，具有嚴(yán)重溶脹的缺陷，使隔膜機(jī)械強(qiáng)度下降，使用壽命縮短。而且，由于石棉材料的限制，電解液溫度只能控制在90°C以下，當(dāng)電解液溫度超過(guò)90°C時(shí)，石棉隔膜的腐蝕也會(huì)加劇，從而對(duì)電解液造成污染，影響其使用壽命，所以很難利用提高溶液溫度的方法來(lái)提高電解槽的效率。同時(shí)，目前石棉材料還存在著資源減少、價(jià)格提高和質(zhì)量的不穩(wěn)定性等問(wèn)題。綜合上述原因，能夠代替石棉隔膜的新型隔膜材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已成為行業(yè)內(nèi)非常重要的課題。各水電解制氫設(shè)備制造商也紛紛積極地探索節(jié)能環(huán)保、且工業(yè)化實(shí)現(xiàn)容易的高性能的新型隔膜材料。然而，這些所謂的新型隔膜材料由于仍然存在著如下的各種問(wèn)題，還不能完全取代石棉隔膜。
[0004]如中國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利CN101372752公開(kāi)了一種采用普通聚苯硫醚纖維制成的非制造布，然后通過(guò)70?130°C，90?98%的H2SO4進(jìn)行磺化處理20?40分鐘，再用30%的氫氧化鉀處理，最后得到耐高溫堿性水電解槽隔膜。該發(fā)明由于非織造布的吸液率相對(duì)較強(qiáng)，經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸處理后，在清洗過(guò)程中需要消耗大量寶貴的水資源和化學(xué)藥品，清洗時(shí)間也較長(zhǎng)，且工藝操作復(fù)雜，易對(duì)環(huán)境造成污染。同時(shí)安全性也差，不宜進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]又如中國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利CNlOl 195944公開(kāi)了一種采用聚醚醚酮纖維、聚苯硫醚纖維、聚丙烯纖維中的一種、兩種或三種為原料織造而成的機(jī)織物作為無(wú)石棉環(huán)保節(jié)能型隔膜布，雖然該隔膜布的氣密性滿(mǎn)足了石棉隔膜的標(biāo)準(zhǔn)要求，但由于上述化學(xué)纖維的吸水性差，導(dǎo)致制得的隔膜布親水性差，無(wú)法真正滿(mǎn)足使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種氣密性高、親水性好的水電解槽用隔膜布。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、省能源、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:本發(fā)明的水電解槽用隔膜布是由常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維構(gòu)成的機(jī)織物、非織造布或針織物，該隔膜布的平均孔徑小于10 μ m，且在壓力為3KPa條件下，該隔膜布的通氣度在2L/cm2/min以下。上述隔膜布的平均孔徑及通氣度控制在上述范圍內(nèi)的話(huà)，就能保證水電解槽用隔膜布的氣密性高，這樣氣體分子、氣泡就難于通過(guò)，從而阻止陽(yáng)極側(cè)氣體和陰極側(cè)氣體的混合，以保證氣體的純度且安全性好?？紤]到隔膜織物能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定且優(yōu)越的氣密性，優(yōu)選上述隔膜布的平均孔徑小于5 μ m、通氣度優(yōu)選1.5 L/Cm2/min以下。為了保證本發(fā)明隔膜布的氣密性使用要求，同時(shí)提高氣體的發(fā)生效率，并提高生成氣體的純度，在平均孔徑小于10 μ m的前提下，優(yōu)化織造條件，提高孔徑的均勻性，使孔徑在0.2?IOym之間的孔占全部孔的60%以上，優(yōu)選80%以上。在優(yōu)選的隔膜布的平均孔徑小于5 μ m的前提下，更優(yōu)選0.2?5 μ m之間的孔占全部孔的60%以上。
[0009]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布是由常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維形成的，其是指聚苯硫醚(PPS)纖維、聚四氟乙烯(PTFE)纖維、聚苯并雙噁唑纖維(ΡΒ0)、聚醚醚酮(PEEK)中的至少一種?？紤]到使用性能要求、成本以及親水加工性，優(yōu)選聚苯硫醚(PPS)纖維。這里的常用使用溫度是指某溫度下放置10萬(wàn)小時(shí)(11.4年)時(shí)，強(qiáng)度保持率變?yōu)樵瓬囟鹊?0%的溫度。
[0010]另外，織物的覆蓋系數(shù)是表征織物緊密程度的參數(shù)，覆蓋系數(shù)越高，織物越緊密，通氣度和孔徑就越小。上述機(jī)織物的組織為平紋、斜紋、緞紋及其變化組織、多重組織，其中平紋織物的交織點(diǎn)最多，緊密度最大，為了滿(mǎn)足隔膜布的氣密性要求，上述機(jī)織物優(yōu)選平紋織物。隔膜布為平紋織物時(shí)，覆蓋系數(shù)為2300?3000，更優(yōu)選2500?2900，如果平紋織物的覆蓋系數(shù)低于2300，由于織物緊度不夠，導(dǎo)致織物的氣密性低，這樣隔膜布就難于阻擋陰極側(cè)氣體和陽(yáng)極側(cè)氣體的通過(guò)，從而不能保證氣體的純度以及安全性；如果平紋織物的覆蓋系數(shù)高于3000，對(duì)織機(jī)有較高的要求，織造困難。隔膜布為多重組織時(shí)，例如緯二重、緯三重，或者多層織物時(shí)，可以在織造緊度有限的條件下，進(jìn)一步提高經(jīng)紗或緯紗的密度，從而減小織物的通氣度，提高氣密性。本發(fā)明的隔膜布為針織物時(shí)，針織物的覆蓋系數(shù)為 0.7 ?1.5。
[0011]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的氣密性，在滿(mǎn)足200mm以上H2O壓力下，保持2min不透氣的條件下，可以基本滿(mǎn)足實(shí)際水電解槽中隔膜的氣密性使用要求，且同時(shí)考慮到隔膜布能具有優(yōu)異的氣密性、離子的通過(guò)效率以及隔膜布的加工性，本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的氣密性?xún)?yōu)選250?450mmH20壓力。如果氣密性小于250mmH20壓力，無(wú)法滿(mǎn)足隔膜基本需求,生成的氣體純度受影響；如果氣密性高于450mmH20壓力，一方面織造困難，成本高，另一方面會(huì)提高隔膜的電阻，進(jìn)而提高單位產(chǎn)氣的能源消耗量。
[0012]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布中常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維表面含有親水基團(tuán)，且纖維表面的氧元素含量為12重量％以上。如果氧元素的含量小于12重量％的話(huà)，就會(huì)導(dǎo)致隔膜布的親水性改善效果不佳，隔膜布不能被電解液充分潤(rùn)濕，而且隔膜布的電阻大，電解效率低，能源損失大?？紤]到隔膜布的親水性和加工成本，上述纖維表面的氧兀素含量?jī)?yōu)選15?75重量％,更優(yōu)選15?35重量％。
[0013]上述常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維表面含有的親水基團(tuán)和化學(xué)鍵種類(lèi)是與加工方法和加工用氣體的種類(lèi)有關(guān)的，該親水基團(tuán)包括羧基(C00H)、羰基(C=0)、羥基(C-0H)、醛基(COH)、-SOx中的至少一種，且其含量總數(shù)(mol數(shù))占織物表面基團(tuán)總數(shù)的10?60%，考慮到隔膜布的親水性和加工成本，優(yōu)選20?50%。
[0014]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布，上述聚苯硫醚纖維中含有20重量％以上的異型截面聚苯硫醚纖維。異型截面的聚苯硫醚纖維比圓形截面的比表面積大，利用芯吸作用，可以提高織物的吸水、導(dǎo)水性。如果異型截面聚苯硫醚纖維的含量少于20重量％，紗線(xiàn)內(nèi)纖維的比表面積就會(huì)變少，從而使制得的隔膜布吸水、導(dǎo)水效果改善不明顯，導(dǎo)致隔膜布的親水性不好。
[0015]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布，上述異型截面聚苯硫醚纖維為十字型、田字形、多邊形、葉型、橢圓型或扁平型截面聚苯硫醚纖維?？紤]到能制得優(yōu)異的親水性隔膜布，優(yōu)選十字形、多邊形截面的聚苯硫醚纖維，多邊形截面的聚苯硫醚纖維中優(yōu)選六角形截面的聚苯硫醚纖維。
[0016]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布，上述針織物為經(jīng)編織物。將聚苯硫醚紗線(xiàn)或長(zhǎng)絲利用經(jīng)編設(shè)備和工藝進(jìn)行編織得到經(jīng)編織物，構(gòu)成經(jīng)編織物中紗線(xiàn)的數(shù)量比構(gòu)成機(jī)織物中紗線(xiàn)的數(shù)量少，且紗線(xiàn)的排列呈同一方向，這樣就能提高隔膜布的吸水、導(dǎo)水性。另外，經(jīng)編織物自身具有可收縮性的特點(diǎn)，通過(guò)經(jīng)編織物的收縮性從而使隔膜布達(dá)到高密度、高氣密性的要求。
[0017]經(jīng)過(guò)親水處理后，與處理前的織物相比，本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的吸水率提高15%以上，如果吸水率提高比率小于15%的話(huà)，其親水性改善效果不佳。考慮到隔膜布的親水性和加工性，吸水率的提高比率優(yōu)選15~200%，更優(yōu)選20~100%。
[0018]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法，采用常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維進(jìn)行機(jī)織、非織造或編織，制得耐高溫、耐堿性機(jī)織物、非織造布或針織物，織造后再將機(jī)織物、針織物進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)制得的機(jī)織物、非織造布或針織物的表面進(jìn)行放電改性處理，最終制得成品。
[0019]上述非織造布的原料優(yōu)選聚苯硫醚纖維，聚苯硫醚非織造布的制造方法如下:經(jīng)拉伸的聚苯硫醚纖維與未經(jīng)拉伸的聚苯硫醚纖維以一定重量比在水中混合形成抄紙分散液，按照濕法非織造布工藝制造成聚苯硫醚纖維濕法非織造布，然后進(jìn)行干燥，使用鋼輥和紙輥組成輥式軋光機(jī)進(jìn)行軋光處理，將聚苯硫醚纖維非織造布的表面(正面)與鋼輥接觸，進(jìn)行加熱加壓后，制得單面壓的非織造布，然后再將聚苯硫醚纖維非織造布的里面與鋼輥接觸，加熱.加壓，制得兩面壓的非織造布。然后將兩面壓的非織造布表面進(jìn)行放電改性處理。
[0020]上述放電改性處理屬于物理加工方法，是為了增加織物表面親水性基團(tuán)的數(shù)量，從而進(jìn)一步提高隔膜布的親水性。如果采用親水化學(xué)試劑對(duì)織物進(jìn)行親水處理的話(huà)，不僅對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)擔(dān)，而且親水性化學(xué)試劑一般在堿性環(huán)境下不具有耐久性，在堿性環(huán)境下長(zhǎng)期使用后不能保持親水性。
[0021]上述放電改性處理采用等離子體處理或電熨處理，優(yōu)選采用等離子體處理，因?yàn)榭椢锝?jīng)過(guò)等離子體處理后，一方面使得織物中的纖維表面產(chǎn)生刻蝕，表面積就會(huì)增加，另一方面纖維表面產(chǎn)生活性基，從而引發(fā)具有親水性的單體在材料表面進(jìn)行接枝共聚。因此，應(yīng)用于水電解槽中織物可以被電解液濕潤(rùn)，提高了隔膜布的親水性。
[0022]上述等離子體處理為真空等離子體表面處理或常壓等離子體表面處理。采用真空等離子體表面處理時(shí)，在氧氣或氬氣或氧氣與氬氣同時(shí)或二氧化碳或空氣作用下，真空室壓力為5~lOOPa，處理強(qiáng)度為50~500KW.s/m2。其中如果處理氣體為氧氣，經(jīng)過(guò)等離子體表面處理后，可在纖維表面形成含氧極性基團(tuán)，從而使隔膜布具有優(yōu)異的親水性；如果處理氣體為氬氣，由于氬氣為惰性氣體，其分子能量較高，容易電離，可使織物表面的纖維很容易被活化，充分形成極性基團(tuán)；如果在氧氣與氬氣同時(shí)作用下，經(jīng)過(guò)等離子體電離后的織物表面的纖維先被活化后，再遇到氧成分就更容易接枝。為了提高親水基團(tuán)的形成數(shù)量，并延長(zhǎng)其效果的保持時(shí)間，處理氣體的種類(lèi)優(yōu)選氧氣與氬氣同時(shí)作用。另外，空氣中含有氧氣、氮?dú)?、二氧化碳，在其作用下，?jīng)過(guò)等離子體處理的織物也能達(dá)到優(yōu)異的親水效果。
[0023]采用真空等離子體表面處理時(shí)，真空室壓力為5~lOOPa，考慮到處理效果和能耗,優(yōu)選30~70Pa，處理強(qiáng)度為50~500KW.s/m2,優(yōu)選80~300KW.s/m2。處理強(qiáng)度的計(jì)算公式如下:
處理強(qiáng)度=放電功率(KW) X處理時(shí)間(s)/處理面積(m2)，或者是處理強(qiáng)度=放電功率(KW) /處理速度(m/s) /處理幅寬(m)。 [0024]如果處理強(qiáng)度小于50KW*s/m2的話(huà)，等離子帶電粒子的能量較小，對(duì)纖維表面發(fā)生的交聯(lián)作用較弱，纖維表面親水基團(tuán)的數(shù)量很少，最終導(dǎo)致隔膜布不能被電解液充分潤(rùn)濕；如果處理強(qiáng)度大于500KW.s/m2的話(huà)，處理效果已經(jīng)趨于穩(wěn)定，效果不但得不到進(jìn)一步地改善，而且增加了能耗；考慮到不僅纖維表面親水性基團(tuán)的數(shù)量能達(dá)到飽和，而且不浪費(fèi)能源的情況下，處理強(qiáng)度優(yōu)選80~300KW.s/m2，此時(shí)帶電粒子能量增大，交聯(lián)作用可以充分發(fā)揮。
[0025]采用常壓等離子體表面處理時(shí)，在空氣作用下，處理強(qiáng)度為50~500KW.s/m2，處理強(qiáng)度的計(jì)算公式如下:
處理強(qiáng)度=放電功率(W) /處理速度(m/s) /處理幅寬(m)。
[0026]如果處理強(qiáng)度小于50KW*s/m2的話(huà)，等離子帶電粒子的能量較小，對(duì)纖維表面發(fā)生的交聯(lián)作用較弱，纖維表面親水基團(tuán)的數(shù)量很少，最終導(dǎo)致隔膜布不能被電解液充分潤(rùn)濕；如果處理強(qiáng)度大于500KW.s/m2的話(huà)，處理效果已經(jīng)趨于穩(wěn)定，效果不但得不到進(jìn)一步地改善，而且增加了能耗；考慮到不僅纖維表面親水性基團(tuán)的數(shù)量能達(dá)到飽和，而且不浪費(fèi)能源的情況下，處理強(qiáng)度優(yōu)選80~300KW.s/m2，此時(shí)帶電粒子能量增大，交聯(lián)作用可以充分發(fā)揮。
[0027]另外，在等離子體加工的同時(shí)或加工后，可利用接枝改性化學(xué)試劑，對(duì)織物表面進(jìn)行接枝改性，如可以接枝羧基、丙烯酸基、磺酸基團(tuán)等。
[0028]本發(fā)明的水電解槽用隔膜布具有氣密性高、親水性好的特點(diǎn)，同時(shí)還具有成本低廉、安全環(huán)保、輕量，且生產(chǎn)方法快速、高效，無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省能源的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]通過(guò)以下實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于實(shí)施例，實(shí)施例中的各物性由下面方法測(cè)定。
[0030]【覆蓋系數(shù)】
(I)機(jī)織物的覆蓋系數(shù)的計(jì)算公式如下:
CF=NwX ? + NfX ,
其中:NW:織物的經(jīng)向密度(根/inch)；
Dff:織物中經(jīng)向長(zhǎng)絲的細(xì)度(dtex)；Nf:織物的緯向密度(根/inch)；
Df:織物中緯向長(zhǎng)絲的細(xì)度(dtex)；
(2)針織物的覆蓋系數(shù)的計(jì)算公式如下:
針織物的覆蓋系數(shù)也稱(chēng)緊密系數(shù)(TIGHTNESS FACTOR)，紗線(xiàn)特?cái)?shù)(TEX)的平方根與線(xiàn)圈長(zhǎng)度(L)之比，即K值，K值=@ /L。
[0031]【平均孔徑】
根據(jù)ASTMF316-03標(biāo)準(zhǔn)，采用毛細(xì)管流動(dòng)氣孔計(jì)測(cè)量織物孔徑，將織物樣品放在樣品室中，用表面張力為19.ldynes/cm的斯維克酮液(silwick silicone Fluid)潤(rùn)濕。樣品室的底部夾件具有直徑2.54cm、厚度為3.175mm的多孔金屬盤(pán)插件，樣品室的頂部夾件具有3.175mm直徑的孔洞，織物孔徑的值是兩次測(cè)量的平均值。
[0032]【通氣度】
在高壓法透氣性試驗(yàn)儀上進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試方法如下:沿著織物的幅寬方向依次畫(huà)直徑為IOcm的圓形試樣17個(gè)，然后在3KPa的壓力下測(cè)試每個(gè)試樣的透氣度，最后取中間13個(gè)數(shù)據(jù)的平均值為最后的試驗(yàn)結(jié)果。
[0033]【氣密性】
根據(jù)中國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JCT 211-2009 隔膜石棉布」標(biāo)準(zhǔn)，4.5.2氣密性能測(cè)試。
[0034]【吸水率】
根據(jù)GB/T21655.1-2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試經(jīng)過(guò)親水處理前后的吸水率。
[0035]【吸水速度】
根據(jù)JIS L1907-2010纖維制品的吸水性試驗(yàn)方法中7.1.1滴下法進(jìn)行測(cè)試。
[0036]【親水基團(tuán)成分及其氧元素含量】
利用X射線(xiàn)光電子能譜分析儀(XPS)對(duì)纖維表面化學(xué)成分進(jìn)行定性和定量分析，儀器型號(hào):AXIS ULTRA HSA,廠家:島津/KRATOS公司。
[0037]實(shí)施例1
經(jīng)、緯紗均采用20s/6的聚苯硫醚紗線(xiàn)進(jìn)行織造，制得經(jīng)紗密度為39根/英寸、緯紗密度為27根/英寸的平紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)聚苯硫醚平紋織物的表面進(jìn)行真空等離子體處理，處理?xiàng)l件:在氧氣與氬氣同時(shí)作用下，處理強(qiáng)度為150KW.s/m2，最終制得覆蓋系數(shù)為2777.89、平均孔徑為3 μ m、且其中孔徑在0.2~10 μ m范圍的孔占全部孔的90%，經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為4008 N/5cm、3218 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為25重量％，該親水基團(tuán)包括羰基(C=0)、羥基(C-OH)兩種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的48%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表1。
[0038]實(shí)施例2
經(jīng)、緯紗均采用20s/4的聚苯硫醚紗線(xiàn)進(jìn)行織造，制得經(jīng)紗密度為47根/英寸、緯紗密度為32根/英寸的平紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)聚苯硫醚平紋織物的表面進(jìn)行真空等離子體處理，處理?xiàng)l件:在空氣作用下，處理強(qiáng)度為150KW.s/m2，最終制得覆蓋系數(shù)為2705.82、平均孔徑為4μπκ且其中孔徑在0.2~ΙΟμπι范圍的孔占全部孔的85%，經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為2247 N/5cm,2110 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為30重量％，該親水基團(tuán)包括羰基(C=0)、羥基(C-OH)兩種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的45%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表
1
[0039]實(shí)施例3
將十字形截面聚苯硫醚纖維與圓形截面的聚苯硫醚纖維以重量比為20:80進(jìn)行混合，通過(guò)紡紗工藝制得15s/4的聚苯硫醚紗線(xiàn)，然后將上述制得的聚苯硫醚紗線(xiàn)作為經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行織造，織造成經(jīng)紗密度為39根/英寸、緯紗密度為28根/英寸的平紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)聚苯硫醚平紋織物的表面進(jìn)行常壓等離子體處理，處理?xiàng)l件為:在空氣作用下，處理強(qiáng)度為50KW*s/m2，最終制得覆蓋系數(shù)為2658.70、平均孔徑為5 μ m、孔徑在0.2?10 μ m范圍的孔占全部孔的80%，經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為2600 N/5cm, 2216 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為20重量％，該親水基團(tuán)包括羰基(C=O)、羥基(C-0H)、醛基(C0H)三種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的43%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表I。
[0040]實(shí)施例4
將六角形截面聚苯硫醚纖維與圓形截面的聚苯硫醚纖維以重量比為50:50進(jìn)行混纖，制得220dtex的聚苯硫醚混纖長(zhǎng)絲，然后將上述制得的聚苯硫醚混纖長(zhǎng)絲進(jìn)行經(jīng)編織造，織造成縱向密度為89橫列/英寸、橫向密度為63縱行/英寸的經(jīng)編織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)聚苯硫醚經(jīng)編織物的表面進(jìn)行真空等離子體處理，處理?xiàng)l件為:在氧氣與氬氣同時(shí)作用下，處理強(qiáng)度為150KW.s/m2，最終制得覆蓋系數(shù)為1.3、平均孔徑為7μπκ孔徑在0.2?ΙΟμπι范圍的孔占全部孔的60%，經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為2347 N/5cm、1540 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為25重量％，該親水基團(tuán)包括羰基(C=0)、羥基(C-OH)兩種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的48%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表I。
[0041]實(shí)施例5
將六角形截面聚苯硫醚纖維與圓形截面的聚苯硫醚纖維以重量比為80:20進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)紡紗工藝制得20s/6的聚苯硫醚紗線(xiàn)，然后將上述制得的聚苯硫醚紗線(xiàn)作為經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行織造，織造成經(jīng)紗密度為56根/英寸、緯紗密度為40根/英寸的3/3斜紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)聚苯硫醚3/3斜紋織物的表面進(jìn)行真空等離子體處理，處理?xiàng)l件為:在空氣作用下，處理強(qiáng)度為100KW.8/πι2，最終制得平均孔徑為8 μ m、孔徑在0.2?10 μ m范圍的孔占全部孔的70%，經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為4980 N/5cm、3600 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為26重量％，該親水基團(tuán)包括羰基(C=0)、羥基(C-OH)兩種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的40%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表I。
[0042]實(shí)施例6
經(jīng)、緯紗均采用440dtex-60f的聚四氟乙烯長(zhǎng)絲進(jìn)行織造，制得經(jīng)紗密度為76根/英寸、緯紗密度為62根/英寸的平紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)聚四氟乙烯平紋織物的表面進(jìn)行真空等離子體處理，處理?xiàng)l件:在氧氣與氬氣同時(shí)作用下，處理強(qiáng)度為200KW.s/m2。最終制得覆蓋系數(shù)為2895、平均孔徑為5 μ m、且其中孔徑在0.2~10 μ m范圍的孔占全部孔的75%，經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為4008 N/5cm、3218 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚四氟乙烯纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚四氟乙烯纖維表面含有的氧元素含量為20重量％，該親水基團(tuán)包括羰基(C=0)、羥基(C-OH)兩種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的38%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表1。
[0043]實(shí)施例7
將纖度為1.0dtex (直徑ΙΟμπι)、切斷長(zhǎng)度6mm的牽伸聚苯硫醚纖維(東麗生產(chǎn)的“T0RC0N?”、規(guī)格S301)與纖度為3.0dtex (直徑17 μ m)、切斷長(zhǎng)度為6_的未牽伸聚苯硫醚纖維(東麗生產(chǎn)的“T0RC0N?”、規(guī)格S111)以重量比為60:40在水中分散形成抄紙分散液，在底部設(shè)置140目的手抄紙用抄紙網(wǎng)，尺寸為25cmX25cm、高度40cm的小型抄紙機(jī)(熊谷理機(jī)工業(yè)社製)上將分散液按照80g/m2完成投料，然后加入水，使分散液的總量至20L、用攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛Ｈ缓蠓诺粜⌒统垯C(jī)里面的水，將抄紙網(wǎng)上面殘留的濕紙轉(zhuǎn)移到濾紙上。把所述濕紙與濾紙一起投入到輪轉(zhuǎn)式干燥機(jī)(熊谷理機(jī)工業(yè)製ROTARY DRYER DR-200)中進(jìn)行干燥(溫度100°C、速度0.5m/min、長(zhǎng)1.25m、時(shí)間2.5min)處理I回、得到聚苯硫醚纖維濕式非織造布。這時(shí)，與干燥機(jī)的輥?zhàn)咏佑|的一面作為表面(正面)、干燥機(jī)的輥?zhàn)硬唤佑|的一面作為里面。使用鋼輥和紙輥組成的油壓式3根輥式軋光機(jī)(由利roll製、型式IH式H3RCM)在鋼輥溫度200°C、線(xiàn)壓490N/cm、羅拉回轉(zhuǎn)速度5m/分下軋光處理，將聚苯硫醚纖維非織造布的表面(正面)與鋼輥接觸，進(jìn)行加熱加壓后，制得單面壓的非織造布，然后再將聚苯硫醚纖維非織造布的里面與鋼輥接觸，加熱加壓，制得兩面壓的非織造布，然后將兩面壓的非織造布表面進(jìn)行真空等離子體處理，處理?xiàng)l件:在氧氣與氬氣同時(shí)作用下，處理強(qiáng)度為150KW.s/m2。最終制得體積密度為0.94、平均孔徑為8 μ m、且孔徑在0.2~10 μ m范圍的孔占全體孔的80%，經(jīng)、緯向拉伸強(qiáng)力為151 N/5cmU43 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面的氧元素含量為25重量％，親水基團(tuán)包括羰基C=0、羥基C-OH，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的48%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表1。
[0044]實(shí)施例8
將纖度為1.0dtex (直徑ΙΟμπι)、切斷長(zhǎng)度6mm的牽伸聚苯硫醚纖維(東麗生產(chǎn)的“T0RC0N?”、規(guī)格S301)與纖度為3.0dtex (直徑17 μ m)、切斷長(zhǎng)度為6_的未牽伸聚苯硫醚纖維(東麗生產(chǎn)的“T0RC0N?”、規(guī)格S111)以重量比為60:40在水中分散形成抄紙分散液，在底部設(shè)置140目的手抄紙用抄紙網(wǎng)，尺寸為25cmX 25cm、高度40cm的小型抄紙機(jī)(熊谷理機(jī)工業(yè)社製)上將分散液按照100 /m2完成投料，其他加工條件同實(shí)施例7。最終制得體積密度為0.96、平均孔徑為4 μ m、且孔徑在0.2~10 μ m范圍的孔占全體孔的90%，經(jīng)、緯向拉伸強(qiáng)力為204N/5cm、198N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面的氧元素含量為25重量％，親水基團(tuán)包括羰基C=0、羥基C-OH，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的48%。本發(fā)明的水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表I。
[0045]比較例I
經(jīng)、緯紗均采用20s/6的聚苯硫醚紗線(xiàn)進(jìn)行織造，制得經(jīng)紗密度為36根/英寸、緯紗密度為22根/英寸的平紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥、定型處理，最終制得覆蓋系數(shù)為2441.17、平均孔徑為12 μ m、經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為3800 N/5cm、2120 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為2重量％。該水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表I。
[0046]比較例2
經(jīng)、緯紗均采用20s/4的聚苯硫醚紗線(xiàn)進(jìn)行織造，制得經(jīng)紗密度為42根/英寸、緯紗密度為24根/英寸的平紋織物，織造后再進(jìn)行精煉干燥、定型處理，最終制得覆蓋系數(shù)為2268.13、平均孔徑為15μπκ經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為2100 N/5cm、1980 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為4重量％。該水電解槽用隔膜布的各物性參見(jiàn)下表I。
[0047]比較例3
將纖度為2.2dtex，長(zhǎng)度為51mm的聚苯硫醚纖維經(jīng)過(guò)開(kāi)松、混合、梳理機(jī)梳理、成網(wǎng)、針刺工藝制成一定強(qiáng)度的非織造布，然后將非織造布在80°C、98%的H2SO4中進(jìn)行磺化處理30分鐘，然后用30%的KOH溶液處理。最終制得平均孔徑為13 μ m、經(jīng)緯向強(qiáng)力分別為1180N/5cmU500 N/5cm的水電解槽用隔膜布，將制得的隔膜布經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該隔膜布中聚苯硫醚纖維表面含有親水基團(tuán)，且聚苯硫醚纖維表面含有的氧元素含量為12重量％。在生產(chǎn)該隔膜布時(shí)，由于非織造布的吸液率較強(qiáng)，經(jīng)過(guò)硫酸處理后，在清洗非織造布時(shí)，清洗時(shí)間長(zhǎng)、浪費(fèi)水資源等缺點(diǎn)，且聚苯硫醚纖維由于自身的性質(zhì)，有被氧化的可能性。該水電解槽的各物性參見(jiàn)下表I。
[0048]表 I
【權(quán)利要求】
1.一種水電解槽用隔膜布，其特征在于:該隔膜布是由常用使用溫度在150°c以上的耐高溫、耐堿性纖維構(gòu)成的機(jī)織物、非織造布或針織物，該隔膜布的平均孔徑小于10 μ m，且在壓力為3KPa條件下,該隔膜布的通氣度在2L/cm2/min以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維為聚苯硫醚纖維、聚四氟乙烯纖維、聚苯并雙噁唑纖維、聚醚醚酮纖維中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維為聚苯硫醚纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:該隔膜布中常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維表面含有親水基團(tuán)，且所述纖維表面的氧元素含量為12重量％以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述親水基團(tuán)為羧基、羰基、羥基、醛基、-SOx中的至少一種，且其含量總數(shù)占織物表面基團(tuán)總數(shù)的10?60%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:該隔膜布中孔徑在0.2?IOym之間的孔占全部孔的60%以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述聚苯硫醚纖維中含有20重量％以上的異型截面聚苯硫醚纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述異型截面聚苯硫醚纖維為十字型、田字形、多邊形、葉型、橢圓型或扁平型截面聚苯硫醚纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述機(jī)織物為平紋織物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述平紋織物的覆蓋系數(shù)在2300?3000之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電解槽用隔膜布，其特征在于:所述針織物為經(jīng)編織物。
12.—種權(quán)利要求1所述的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法，其特征在于:采用常用使用溫度在150°C以上的耐高溫、耐堿性纖維進(jìn)行機(jī)織、非織造或編織，制得耐高溫、耐堿性機(jī)織物、非織造布或針織物，織造后再將機(jī)織物、針織物進(jìn)行精煉干燥，然后對(duì)制得的機(jī)織物、非織造布或針織物的表面進(jìn)行放電改性處理，最終制得成品。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述放電改性處理采用等離子體處理或電熨處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述等離子體處理為真空等離子體表面處理或常壓等離子體表面處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述采用真空等離子體表面處理時(shí)，在氧氣或氬氣或氧氣與氬氣同時(shí)或二氧化碳或空氣作用下，真空室壓力為5?lOOPa，處理強(qiáng)度為50?500KW.s/m2。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的水電解槽用隔膜布的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述采用常壓等離子體表面處理時(shí)，在空氣作用下，處理強(qiáng)度為50?500KW.s/m2。
【文檔編號(hào)】D04H3/005GK103938337SQ201310284342
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】楊麗麗, 武田正明, 張尤娟 申請(qǐng)人:東麗纖維研究所（中國(guó)）有限公司