专利名称：氧化锆纤维隔膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及氧化锆纤维布的制备方法，尤其是氧化锆纤维布的成型、烧结及后处理强化。本发明还涉及采用所述方法制备得到的氧化锆纤维布以及所述的氧化锆纤维布作为氢/镍电池隔膜的应用，特别是作为卫星或飞船的氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜的应用。
背景技术：
隔膜技术是卫星氢/镍蓄电池的关键，由于氢/镍蓄电池内密闭有强碱溶液、充放电时产生的温度较高，因此除要求隔膜吸碱率高、吸碱速率大、抗老化程度优异等外，还要求隔膜有较高的强度。传统的电池隔膜主要有尼龙隔膜、石棉隔膜、玻璃纤维隔膜等，材质不同，其隔膜的性能也大不相同，如尼龙隔膜，成本低、但耐温非常低、使用寿命短，无法满足卫星电池要求，石棉隔膜成本虽然也较低，但其吸碱率低，组装后的电池的功率较低，同样不能满足卫星电池的使用要求，玻璃纤维隔膜价格相对较高，但生产成品率非常低，性能不稳定。为适应长寿命卫星电池对隔膜的需求，技术人员对隔膜进行了大量的研究试验，研究表明只有氧化锆纤维隔膜是卫星氢/镍电池理想的隔膜材料，使卫星的寿命达到15年以上。但是目前已有的氧化锆隔膜是利用炒纸工艺制备聚乙烯增强氧化锆短纤维隔膜，其材料的均匀性较差，隔膜的耐温性和吸碱率较低，无法满足卫星电池的高功率和长寿命；US3385915A公开了一种氧化锆纤维隔膜，通过将有机纤维织成纤维布，然后浸渍在无机锆盐溶液中，经过一定的温度和一段时间的浸渍，除去多余的锆盐溶液后烘干，通过高温将有机物、无机盐类分解，再在高温下烧结获得，该种氧化锆纤维隔膜有着极好的隔膜材料特性，但它的机械性能差，不能承受加工、组装电池的应力，在强度、吸碱率、吸碱速率方面距实用化还有一定差距。
由于卫星氢/镍电池对其隔膜有着极高的要求，我国航天卫星电源研制单位在“九五”期间加大了对氢/镍电池的研究力度，我们也对氧化锆纤维隔膜的制备方法和性能及其工程化进行了深入的研究，已成功研究出新的制备方法和工艺条件，由该方法获得的氧化锆纤维隔膜经有关单位测试和用户考核基本达到了氢/镍电池的工程化应用要求。
发明内容
本发明在现有制备方法的工艺条件上作了一些改进并研究出了新的后处理方法大大改善氧化锆纤维布的性能，从而提供一种性能优异的氧化锆纤维布及其制备方法，以及该种氧化锆纤维布作为电池隔膜的应用，尤其是作为卫星及飞船等航天器的氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜。
制备氧化锆纤维隔膜是将有机纤维织成纤维布，然后将有机纤维布浸渍在20～80℃的无机锆盐溶液中2～10小时，除去纤维布上多余的锆盐溶液后烘干，通过高温将有机物、无机盐类分解，再在高温下烧结，温度为800～1200℃，时间为20～60小时，最后经过后处理强化，使获得的氧化锆纤维布具有特定的厚度、较高的气孔率、吸碱率、吸碱速率、较低的面电阻和较高的强度等，从而可用于制备氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜。
后处理强化工艺就是采用有机聚合物经相应的有机溶剂溶解和气体雾化，然后将雾化的有机聚合物溶液喷涂在氧化锆纤维布上，在20～80℃将有机溶剂挥发后有机聚合物固化，得到多孔的有机聚合物，不但可以强化氧化锆纤维布膜，同时由于聚合物的毛细管的作用可使氧化锆纤维布的吸水性及吸水速率得到提高。
附图1为本发明的氧化锆纤维隔膜制备方法的工艺流程。此工艺流程图示出了本发明的氧化锆纤维制备方法的一种最佳实施形式，虽然其对本发明的方法最具有代表意义，但是对于熟悉本领域的人员来说显而易见的是，本发明的方法并不局限于此流程，该方法的范畴由权利要求1-5的表述所函盖。
该发明的工艺及产品主要特点为1)与传统的陶瓷纤维布的生产工艺不同，传统的陶瓷纤维布如石英陶瓷纤维布是将石英颗粒制备出连续的石英纤维，再将连续的单纤维跟石英纤维合股，合股后的石英纤维束可利用纺织机织成石英纤维布。本发明的氧化锆纤维布是利用已纺织成布的有机纤维布和无机盐直接通过分解合成等化学反应制备出氧化锆纤维布。
2)氧化锆纤维布的后处理强化是采用气相渗积原理将低强度的氧化锆纤维布增强，与其它的通过有机物浸渍或与有机纤维复合强化工艺原理不同。
3)该发明的氧化锆纤维布具有极高的吸水性，与其它的陶瓷纤维疏水性有本质的区别。
具体实施例方式
制备氧化锆纤维隔膜是将有机纤维织成纤维布，然后将有机纤维布浸泡在20～80℃的无机锆盐溶液中2～10小时，除去纤维布上多余的锆盐溶液后烘干，通过高温将有机物、无机盐类分解，再在高温下烧结，温度为800～1200℃，时间为20～60小时，最后经过后处理强化，获得的氧化锆纤维布具有特定的厚度、较高的气孔率、吸碱率、吸碱速率、较低的面电阻和较高的强度等，可用于制备性能优异的氧化锆纤维隔膜，尤其是卫星及飞船等航天器的氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜。
其中锆盐优选为氧氯化锆。
后处理强化工艺就是采用有机聚合物经相应的有机溶剂溶解和气体雾化，然后将雾化的有机聚合物溶液喷涂在氧化锆纤维布上，在20～80℃将有机溶剂挥发后有机聚合物固化，得到多孔的有机聚合物，不但可以强化氧化锆纤维布膜，同时由于聚合物的毛细管的作用可使氧化锆纤维布的吸水性及吸水速率得到提高。
其中有机聚合物优选为聚苯、聚乙烯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯炳醚唑或聚砜；有机聚合物的浓度优选为3～15％。
实施例1)将300×300mm有机纤维布浸泡在20～80℃的锆盐溶液中，浸泡时间2～10h；2)除去纤维布上的多余的锆盐溶液；3)在800～1200℃下烧成，时间为20～60h，在室温下取出，得到强度较低的氧化锆纤维布；4)通过后处理强化，将聚乙烯用三氯甲烷溶解成浓度为10％的溶液，经雾化后，将雾化的有机溶液喷涂到氧化锆纤维布上，升温至60℃保温，待有机溶剂挥发后有机聚合物固化，降至室温，得到多孔的有机聚合物，得到强化的氧化锆纤维布，由于聚合物的毛细管的作用使得氧化锆纤维布的吸水性及吸水速率得到提高，可用于制备性能优良的卫星及飞船等航天器的氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜。
权利要求
1.一种氧化锆纤维布的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将有机纤维织成纤维布，然后将有机纤维布浸渍在20～80℃的无机锆盐溶液中2～10小时；2)除去纤维布上多余的锆盐溶液后烘干；3)通过高温将有机物、无机盐类分解，再在800～1200℃下烧结，时间为20～60小时；4)后处理强化工艺采用有机聚合物经相应的有机溶剂溶解和气体雾化，然后将雾化的有机聚合物溶液喷涂在氧化锆纤维布上，在20～80℃将有机溶剂挥发后有机聚合物固化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1)中锆盐为氧氯化锆。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于后处理强化步骤中有机聚合物为聚苯、聚乙烯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯炳醚唑或聚砜。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于后处理强化步骤中有机聚合物的浓度为3～15％。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于后处理强化步骤中有机聚合物的浓度为3～15％。
6.一种采用如权利要求1-5中任一项所述方法制备得到的氧化锆纤维布。
7.如权利要求6所述的氧化锆纤维布用于制备电池隔膜的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于将氧化锆纤维布用作卫星或飞船的氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜。
全文摘要
一种氧化锆纤维布及其制备方法，将有机聚合物纤维布浸泡在20～80℃的无机锆盐溶液中2～10小时，除去纤维布上多余的锆盐溶液后烘干，通过高温将有机物、无机盐类分解，再在高温下烧结，温度为800～1200℃，时间为20～60小时，最后采用雾化的有机聚合物溶液喷涂于纤维布上进行后处理强化，由此方法得到的氧化锆纤维布性能优异，可用作卫星或飞船的氢/镍电池用氧化锆纤维隔膜。
文档编号D06M15/37GK101029451SQ200610150758
公开日2007年9月5日 申请日期2006年10月25日 优先权日2006年10月25日
发明者贾光耀 申请人:贾光耀