2.5. Сепараторы для свинцово-кислотных аккумуляторов
Сепараторы применяются для предупреждения металлического соединения между пластинами различной полярности и в то же время сохранить электролитическую проводимость. В настоящее время применяются следующие типы сепараторов: деревянные фанеры, эбонитовые перфорированные и гофрированные сепараторы, сепараторы из пористой резины, сепараторы из стекловойлока, из хлорвинила и другие разнообразные типы сепараторов.
а) Деревянные сепараторы. Для производства сепараторов применяются определенные древесные породы, а именно: кедр, ольха, тополь, некоторые виды сосны, кипарис.
Сепараторный шпон готовится двумя способами - лущением и радиальной резкой.
Лущение обеспечивает большую производительность и несколько меньше отходов, радиальная резка позволяет получать шпон с параллельными волокнами, более прочный и с несколько лучшей электропроводностью.
Браковка производится по средним пробам, проверяются размеры, механическая обработка, наличие плесени, сучков и влажность.
Для того чтобы шпон превратился в сепаратор, он должен быть обработан для удаления из древесины инкрустирующих веществ, которые увеличивают электрическое сопротивление сепаратора и, разлагаясь в серной кислоте, образуют уксусную кислоту, вызывающую коррозию свинца. Для выщелачивания шпон погружается в раствор каустической соды, выдерживается в нем в течение нескольких часов при температурах от 50 до 1000C, в зависимости от принятой технологии и породы древесины. При варке в щелочи из древесины удаляются главным образом лигнин, смолы, терпены, белковые вещества и жиры. Целлюлоза должна, по возможности, сохраниться, чтобы сохранилась структура древесины и достаточная ее прочность.
После выщелачивания шпон промывают в холодной воде для удаления щелочи и придания ему жесткости. Для оберегания от плесени при длительном хранении, обрабатывают слабым раствором серной кислоты.
Сепараторы имеют решающее значение для батарей плотной сборки, рассчитанных на. отдачу больших токов при коротких режимах. Особенно отчетливо сказывается качество сепарации при низких температурах. В этом отношении, а также с точки зрения срока службы, деревянный сепаратор нельзя считать удовлетворительным. Поэтому, несмотря на малую стоимость шпона, для улучшения электрических характеристик и повышения срока службы батарей применяются другие виды сепарации. Следует, однако, учесть, что древесина благоприятно действует на отрицательные пластины, уменьшая усадку активной массы. Поэтому, применяя другие сепараторы, необходимо вводить древесную муку или древесные экстракты в состав губчатого свинца отрицательной пластины в качестве расширителя.
б) Эбонитовые и резиновые сепараторы. Перфорированные и прорезные эбонитовые сепараторы нашли широкое применение во всевозможных типах аккумуляторов.
Они удерживают активную массу положительных пластин от оползания и защищают применяющиеся в комбинации с ними сепараторы других типов от непосредственного окисляющего действия двуокиси свинца.
Перфорированные эбонитовые сепараторы вообще употребляются в комбинации с деревянными сепараторами, сепараторами из пористой резины со стекловойлоком. Перфорированные сепараторы во всех случаях, исключая комбинацию с сепараторами из стекловойлока, помещаются в непосредственном соприкосновении с положительными пластинами. Сепараторы из стекловойлока помещаются между положительной пластиной и перфорированным сепаратором. Толщина листов эбонита примерно 0,4 мм. Перфорация применяется круглая, в виде удлиненных прорезей и специальной формы.
Предпочтение отдается перфорации в виде прорезей, так как узкие длинные прорези эффективно предупреждают выпадение активной массы положительных пластин, сохраняя одновременно достаточную проводимость.
Некоторые из специальных форм перфорации предусматривают более легкое удаление пузырьков газа.
Достоинство любой формы и типа перфорации может быть оценено по так называемому коэффициенту открытия, под которым понимается средний процент площади сепаратора, занятой отверстиями. Сепараторы с круглой перфорацией при числе отверстий от 3 до 35 на 1 см2имеют открытую поверхность от 13 до 46%. Узкие прорези при ширине 0,3–0,5 мми длине 4,5 – 6,5 мми числе прорезей на 1 см2от 12 до 20 обеспечивают открытую поверхность сепаратора до 40%. Разные типы перфорированных сепараторов показаны на рис. 2.1. Поскольку открытие поверхности в перфорированных сепараторах достигается за счет потери материала при штамповке, величина открытия имеет важное значение при определении характеристики аккумулятора. Слишком большое открытие, а, следовательно, и большая потеря материала обусловят малую механическую прочность сепаратора и склонность к поломкам. Слишком малое открытие заметно повышает внутреннее сопротивление аккумулятора.
Рис.2.1. Типы перфорации резиновых сепараторов.
1, 2 -круглая перфорация; 3 - специальная форма перфорации; 4, 5, б - щелевая перфорация.
Хлорвиниловые сепараторы. Отличными свойствами обладают сепараторы из перфорированных и гофрированных листов хлорвинила. Благодаря прочности и вязкости этого материала коэффициент открытия может быть доведен до 60 – 70%, Волнистая поверхность хорошо сохраняется до температуры 70 – 80°. Химическая стойкость хлорвинила, особенно по отношению к кислотам, выше, чем у эбонита и других сепараторных материалов, кроме стекла.
Сепараторы из пористой резины (мипоровые). Эти сепараторы в соответствии с исходным сырьем, применяющимся для их изготовления, делятся на несколько категорий: сепараторы из латекса, сепараторы из пульверизованной резины и т. д.
Латекс, содержащий около 40% каучука, смешивается с необходимым количеством серы и слабым раствором сернокислого магния. Добавляются также фенол или древесный экстракт для повышения срока службы отрицательных пластин, материалы, повышающие пористость, предупреждающие слишком быстрое створаживание, например, казеин, и т. д.
Вулканизация проводится с сохранением воды, содержащейся в порах коагулированного латекса. Пористость готового продукта после сушки регулируется количеством воды к латексе перед вулканизацией и может быть получена в пределах 15 - 80%. Количество пор на 1 см2площади сепаратора при пористости в 50% оценивается приблизительно в 500000000.
Мипор-сепараторы готовятся также из синтетического каучука, причем исходным продуктом служит искусственный латекс.
Волокнисто-резиновые сепараторы ранее изготовлялись в виде тонких листов вулканизированной резины, пронизанных сотнями тысяч нитей, которые играли роль маленьких фитильков, теперь они изготовляются в виде латексных сепараторов, содержащих ткань в сочетании с латексом.
Сепараторы из пористого эбонита по ряду известных способов приготовляются из пульверизованного, частично или полностью вулканизированного каучука, к которому добавляется небольшое количество невулканизированного каучука. Материал формуется и прессуется, чтобы получить требующуюся форму. Готовые изделия укрепляются повторной вулканизацией. Иногда каучуку добавляют древесную муку, абсорбирующие коллоиды и т. д. Готовые сепараторы часто пропитывают силикагелем. Поры таких сепараторов значительно большего размера, чем у сепараторов из микропористой резины. Пористость лежит в пределах 20–60%. Другие виды пористых сепараторов изготовляются прессовкой нагретой смеси измельченной резины и силикагеля.
в) Сепараторы из стеклянного волокна.За последние годы нашли широкое применение сепараторы из стеклянного волокна (стекловойлочные). Для лучшей защиты положительной активной массы от выпадения в аккумуляторе они устанавливаются непосредственно у положительных пластин. Одновременно эти сепараторы служат как бы резервуаром для электролита. Стекловойлочные сепараторы употребляются всегда в комбинации с другими типами сепараторов: перфорированными эбонитовыми микропористыми резиновыми или деревянными. Толщина стеклянного волокна 8 – 16 микрон. Стеклянный войлок поставляется в виде листов толщиной до 1,6 мм нескольких сортов.
г) Гладкие сепараторы. При сборке некоторых типов аккумуляторов в стеклянных сосудах, где размещение пластин более свободное, чем в компактных портативных аккумуляторах, применяются гладкие микропористые резиновые или деревянные сепараторы. Они обычно усиливаются деревянными разрезанными вдоль палочками или резиновыми полосками.
Панцирные аккумуляторы снабжаются гладкими сепараторами из микропористой резины. Необходимый объем электролита в положительных пластинах этих аккумуляторов обеспечивается соответственной конструкцией. Вертикальные эбонитовые трубки служат двум целям: защите активной массы от выпадения и как дополнительные сепараторы.
Для лучшего доступа электролита трубки по длине снабжены узкими прорезями.
Сепараторы всегда устанавливаются ребристой стороной к положительной пластине. Это делается по нескольким причинам. Поверхность соприкосновения сепаратора с энергично окисляющей двуокисью свинца сводится к минимуму. Обеспечивается больший объем электролита около пластины, используемый во время разряда. При разрядах короткими режимами максимальная емкость положительных пластин может быть использована только при достаточно высоких концентрациях кислоты. Поэтому для поддержания концентрации необходимо, чтобы около положительной пластины имелся запас электролита.
Отрицательные пластины могут отдавать максимальные емкости при сравнительно низких концентрациях кислоты. Гладкая сторона сепаратора, обращенная к отрицательной пластине, защищает активную массу пластин от выпадения.
Надлежащая толщина сепаратора определяется назначением аккумулятора. Стартерные и осветительные аккумуляторы, разряжаемые большими токами, по необходимости должны иметь малое внутреннее сопротивление. Для них поэтому требуются тонкие сепараторы, обычно до 2 ммтолщиной.
Аккумуляторы для целей сигнализации, разряжаемые малыми токами, собираются из толстых пластин и, толстых сепараторов. Сепараторы для таких аккумуляторов могут иметь толщину от 6 до 10 мм.
