維護性大功率鉛酸蓄電池改性瀝青封口劑的研制

李暉，吳林君，郭麗，岳四安

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢430064）

0 引言

傳統(tǒng)瀝青封口劑主要應用于干電池和維護性鉛酸蓄電池的密封，隨著各種新型電池的出現(xiàn)，符合SH 0421-2005性能標準的瀝青封口劑已不能滿足一些新型電池密封的技術要求。例如，目前電池行業(yè)標準中，瀝青封口劑沒有延度的要求，導致瀝青的粘韌性差，在傾斜搖擺時，電池槽蓋如果有相對運動，瀝青就會有裂縫，導致電池漏液，不僅損害了電池的性能而且它的酸液會污染周圍的環(huán)境甚至危害他人；此外，需要提高封口劑的粘韌性以及耐候性，其相應的指標是延度和老化后延度。在SH 0421-2005標準中，針入度是隨耐寒溫度的降低而逐步增大，當瀝青封口劑的使用溫度范圍變大，最低溫度如果到達-30℃時，在常溫下這種封口劑就太軟，所以需要研制一種耐低溫-30℃，但針入度（25℃）不能大于55 1/10mm，而不是標準所要求的僅僅只要大于50 1/10mm的瀝青封口劑。針對上述問題，參照道路瀝青行業(yè)標準設定了維護性大功率鉛酸蓄電池的瀝青封口劑產品的研制技術指標，如表1所示，并運用正交試驗方法進行研制。

表1 蓄電池瀝青封口劑產品的研制技術指標

1 研制方案與原材料的選型

改性瀝青是摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細的橡膠粉或者其他材料等外摻劑（改性劑），使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青復合體系。SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）接枝嵌斷共聚物加入瀝青中，既能改善加工性又能顯著改善瀝青的抗高、低溫性能和回彈性能，成為聚合物改性瀝青最佳的改性劑[1～3]。因此，我們采用SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）接枝嵌斷共聚物做為主要改性劑，參照SBS橡膠瀝青防水涂料的生產工藝[4]，在基質瀝青中加入與電池殼材料類似的SBS彈性體樹脂，其具體流程圖見圖1，其中基質瀝青、SBS和其它輔助改性劑的選型說明如下：

圖1 研制方案流程圖

1.1 基質瀝青的選型。我國蓄電池行業(yè)廣泛使用的封口劑都采用瀝青加礦油、橡膠、煤粉、松香等自行配制，無統(tǒng)一標準，由于原材料石油瀝青供貨不穩(wěn)定，存在質量差、成本高、污染環(huán)境，封口劑質量差異大。本文探討改用牌號為70#的道路石油瀝青作為基質瀝青，確保主要原材料的性能穩(wěn)定性[5]。

1.2 主要改性劑SBS的選型。SBS是改性添加劑中的重要組成部分，它是用陰離子聚合法制得的苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。其分子鏈的中段是聚丁二烯，兩端是聚苯乙烯，SBS具有兩相結構，橡膠相PB連續(xù)相，PS形成微區(qū)分散在橡膠相中，起物理交聯(lián)作用[6]。根據(jù)SBS中S與B的比例不同和分子結構的差異，SBS分為線型結構和星型結構兩種。星型結構的SBS有較高的抗流淌溫度，線型結構有較好的低溫柔性，它們都與瀝青有良好的互溶性[6]。由于我們的封口劑對低溫性能要求高，故選擇線型結構。為了混合均勻，我們又選用了最新產品“接枝SBS”[7]。

1.3 其它輔助改性劑的選型。①溶劑：用于改性瀝青的溶劑一般為汽油、機油，作用為適當溶解瀝青，有助于瀝青混合均勻[4]。我們選用油份含量高，雜質少的X型機油。②填充劑：由于瀝青加入SBS橡膠后會變軟，太軟容易變形，需要加入填充劑定型。這種填充劑應耐酸，顆粒越小越好[4]。③穩(wěn)定劑：穩(wěn)定劑可以改變改性瀝青的微觀結構，改性劑粒子由互不相連的球形分布或“互穿網(wǎng)絡”結構變?yōu)榉稚?、均勻分布甚至成為和瀝青之間沒有明顯相界面的均相結構，改善改性劑和瀝青之間的相容性，提高了SBS改性瀝青的軟化點，提高了SBS改性瀝青的熱儲存性能[8]，還可以使?jié)沧⒊鰜淼臑r青質地均勻、光滑。④防老劑：SBS分子鏈中存在著不飽合的C=C雙鍵，在加工過程中及應用中易因光、熱、氧等因素發(fā)生老化，影響其使用性能。采用受阻酚和亞磷酸酯的配合使用是抗氧化劑配合使用效應最成功的例子[9～13]，故我們選用了該種防老劑。

2 配方及主要工藝參數(shù)的確定

雖然瀝青的組分很復雜，但是瀝青封口劑封合后要達到電池不漏液，即在于它粘韌性強、耐老化，其關鍵指標在于瀝青的軟化點和針入度。此類問題可以采用正交試驗設計法確定配方及主要參數(shù)。根據(jù)新型封口劑的性能要求，主要考察軟化點和針入度。根據(jù)其工藝流程，確定本試驗需考察SBS用量、溶劑用量、填充劑用量、穩(wěn)定劑用量、防老劑用量、剪切速度、發(fā)育時間。

表2 因素位級表

把以上的討論，綜合成一張因素位級表，如表2所示。設計試驗方案采用正交試驗表L8（27），能安排7個2位的因素?？疾斓闹饕笜耸欠饪趧┑能浕c和針入度，實驗方案的實施見表3，獲得八個試驗的結果。直觀比較八個試驗結果，容易看出：針入度，都在指標要求范圍內；但是軟化點有的不滿足指標要求，其中第8號試驗的軟化點最高。接下來進行簡單極差計算找出最佳的各種改性劑的質量百分含量及工藝參數(shù)。在表3每一列的下方，分別列出了軟化點位級Ⅰ（簡稱Ⅰ）、軟化點位級Ⅱ（簡稱Ⅱ）與極差R，它們進行如下計算：Ⅰ=①+③+⑤+⑦=88+68+80+85=321（軟化點值之和），同樣，Ⅱ=②+④+⑥+⑧=372,是由第1列中四個位級2（A2）的軟化點加在一起得出。其它六列計算Ⅰ、Ⅱ的方法跟第1列相同。為了檢查計算是否正確，對每列計算得的Ⅰ和Ⅱ進行驗證：Ⅰ+Ⅱ=693（即8次試驗軟化點的總和）。至于各列的極差R，由各列Ⅰ、Ⅱ兩數(shù)中大數(shù)減去小數(shù)即得。如：第1列SBS用量的R=372-321=51?，F(xiàn)在按照R的大小，把因素的大致主次順序，以及選用的位級安排如表4所示。根據(jù)表4，可以看出SBS用量、發(fā)育時間以及填充劑用量是主要因素，其次是防老化劑、攪拌速度、溶劑用量，穩(wěn)定劑用量為最次要因素，所以，本著節(jié)約成本的原則，對穩(wěn)定劑用量選擇1位級即理論值用量，得出的配方及工藝參數(shù)如表4所示。

3 綜合性能測試

利用正交試驗法，我們得出了封口劑配方及工藝參數(shù)，并按此配方和工藝參數(shù)分別做了三個樣品，參照各標準進行了研制技術指標測試，試驗結果見表5，滿足表1的要求。接下來，通過做模擬封合試驗進行效果檢查，將已封好的電池槽與蓋用行吊拉開分離，現(xiàn)場觀察。

表3 實施試驗方案和測試結果表

表4 因素從主到次順序表

表5 綜合性能測試實施效果表

在試驗過程中，為防止瀝青封口劑通過槽蓋之間的小縫隙流入電池內部，設計了專用密封圈；在電池槽蓋澆注過程中，摸索出最佳灌注溫度為210℃－220℃，能使?jié)沧⒊鰜淼臑r青表面光滑，質地均勻。在電池槽和蓋封口過程中改性瀝青流動性好，易操作。在灌注封口劑過程前后沒有溢流現(xiàn)象，滿足裝配要求。在模擬封口試驗中發(fā)現(xiàn)三種瀝青粘附性好，粘結力強，不容易分離。

4 結論

本文介紹了一種維護性大功率鉛酸蓄電池瀝青封口劑新產品的研制，其技術指標和綜合性能應用滿足了新型電池封口劑的使用要求。采用了正交試驗方法，獲得了封口劑最佳配方。以SBS作為主要改性劑，輔以適量的溶劑、填充劑、防老劑和穩(wěn)定劑，加入到基質瀝青中，能大幅度改善瀝青的軟化點、耐候性以及粘韌性，生產工藝簡單。在電池配有密封圈的情況下，封口劑仍需要進一步探索調整配方，增加填充劑用量，從而降低運動粘度，減少施工難度。

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