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新能源汽車用導熱灌封膠的專題報道

2022/6/15 16:04:54??????點擊：
   新能源汽車，是解決能源、環(huán)境、城市交通等問題的一個主流趨勢，也是未來汽車產業(yè)發(fā)展的一個主要方向。然而中國的新能源汽車能走多遠，取決于動力電池能走多遠。動力電池作為新能源汽車的核心，是提高續(xù)航里程和改善整車性能的關鍵。目前動力電池大多數(shù)是鋰離子電池，然而鋰離子電池在充電、碰撞等情況下易引起連鎖放熱反應造成熱失控，導致汽車冒煙、失火、甚至炸掉等嚴重事故。且動力鋰電池組的性能包括能密度、使用壽命、放電倍率等受溫度影響很大，很多部件都需要嚴格的熱治理，如：電池、電控、電機、娛樂系統(tǒng)等等，需要將熱量及時導出，避免部件的損壞以及電池過熱引發(fā)起火的風險，所以動力電池熱管理技術是新能源汽車的核心技術之一。

導熱灌封膠為何能更好散熱？目前應用在整車熱治理系統(tǒng)的導熱材料有：導熱硅膠片、導熱絕緣材料、導熱灌封膠和導熱填縫材料。其中，導熱灌封膠是目前新能源電動汽車應用較為廣泛的一種有機硅導熱灌封膠材料，能在室溫條件下通過加成固化反應形成一種柔軟、有彈性、表面具有粘附性的有機硅彈性體，同時還具有優(yōu)異的電氣絕緣性能。在傳統(tǒng)汽車領域，導熱硅膠灌封膠已廣泛應用于電子電源模塊、高頻變壓器、連接器、傳感器等，提供導熱性能的同時又具有絕緣、填充、保護等作用。


導熱灌封膠之所以可以作為散熱材料是因為它比空氣擁有更高的導熱系數(shù)，20℃下空氣的導熱系數(shù)為0.0267W/(m.K)，而導熱灌封膠可以通過配方優(yōu)化而得到更高的導熱系數(shù)，從而可以把電器件產生的熱量以更快的速度傳遞出去。這就好比在炎熱的夏天，直接跳進水里泡著顯然要比風扇吹風更快速降溫，因為水完全包圍著人體，相較于導熱系數(shù)非常小的空氣，熱量能夠更快的從身體中傳遞出去——而灌封膠就是用液體聚合物體系（通常是兩個組分）填滿電子器件周圍空氣空間的過程（如下圖深藍色部分）。

灰色及黑色代表兩個不同表面，淺藍色代表空氣，深藍色代表熱界面材料。當兩個物體表面接觸在一起的時候，不可能完全緊密地接觸在一起，因為物體表面都會有粗糙度，總會有一些空氣隙夾雜在其中，而空氣的導熱系數(shù)非常之小，因此就造成了比較大的接觸熱阻。而使用柔軟可塑的熱界面材料就可以盡量填充這個空氣隙，降低接觸熱阻，提高散熱性能。

灌封膠用于動力電池Pack封裝


影響導熱灌封膠的因素考慮到電機的實際工況條件，所用的灌封膠需具有高導熱、流動性好、耐開裂、粘結力強等性能，否則在用于汽車電機時會有灌封困難，增加汽車整重造成汽車能耗比過高的問題。適用于電動車里給電子元器件和動力電池模組的灌封膠材料可分為：環(huán)氧樹脂灌封膠；硅橡膠灌封膠（有機硅灌封膠）；聚氨酯灌封膠。下面以環(huán)氧樹脂灌封膠為例，看看影響灌封膠性能的因素有哪些。

 

填料對灌封膠耐開裂性能的影響


  環(huán)氧樹脂在固化過程中會產生一定的收縮，若使用單純的環(huán)氧樹脂用作電機灌封，當灌封膠固化收縮產生的應力大于灌封膠與機殼間的粘結力時，會造成脫殼現(xiàn)象；而當灌封膠固化收縮產生的應力小于灌封膠與機殼間的粘結力且灌封膠強度較差時，會造成灌封膠開裂現(xiàn)象。所以，為了避免這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，需要降低灌封膠的固化收縮率，增加灌封膠的強度，而往灌封膠中加入一定量的填料可以有效降低灌封膠的固化收縮率。但是填料的添加量不可過多也不可太少。填料用量太少灌封膠的固化收縮率高，加多了雖然可以繼續(xù)降低灌封膠的固化收縮率，但是隨著填料的增加，灌封膠的黏度也會大幅增長。

填料對灌封膠導熱性能及力學性能的影響

一般導熱材料使用至多的導熱填料是Al2O3；而高導熱性能的多采用金屬氮化物，如：SiN、AlN較為常用。導熱材料的熱導率不僅與導熱填料本身有關，而且與導熱填料的粒徑分布、形態(tài)、界面接觸、分子內部的結合程度等密切相關。

一般而言，纖維狀或箔片狀的導熱填料的導熱效果更好。另外，使用不同粒徑復配的填料配制的灌封膠的導熱能力也會較好。這是因為單一粒徑的填料顆粒不能很好地在灌封膠內部形成連續(xù)的導熱通道，顆粒與顆粒之間存在間隙，而不同粒徑的填料顆粒之間，小粒徑的填料可以很好地彌補大顆粒填料之間產生的間隙，形成完整的導熱通道，達到更好的傳熱效果。


阻燃劑用量對灌封膠性能的影響

阻燃劑的加入可以提高灌封膠的阻燃性能，目前主要以氫氧化鋁及氫氧化鎂的使用為主。不過當使用單一的氫氧化鋁或者氫氧化鎂作為阻燃劑時，阻燃效果不如采用阻燃劑復配手段。而且采用復配過的阻燃劑，可以使灌封膠的黏度更低。之所以復配使用時阻燃效果更好，可能是因為氫氧化鋁的分解溫度約為250℃，吸收熱量為1965J/g，氫氧化鎂的分解溫度在300℃以上，它們都具有很好的阻燃性能，其阻燃機理主要是脫水、吸收熱量。當溫度達到氫氧化鋁的分解溫度時，首先氫氧化鋁會吸收大量的熱量起到阻燃的效果，當溫度進一步升高，氫氧化鎂脫除水分也會起到一定的阻燃效果，因此二者1:1復配使用可降低阻燃填料的用量，這也保證了汽車電機在運行中出現(xiàn)異常情況時膠體不助燃。

偶聯(lián)劑對灌封膠性能的影響

合適的黏度不僅可以增加灌封膠的流動性，提高消泡能力，還能提高灌封膠中填料的抗沉降能力，從而保證產品的穩(wěn)定性，偶聯(lián)劑的加入就能有效解決以上問題。據(jù)研究，在樹脂與填料混合的過程中，在一定范圍內樹脂的黏度會隨著硅烷偶聯(lián)劑加入量的增加而降低，直到趨于穩(wěn)定。

此外，對導熱填料進行表面處理也可以提高填料的導熱性能，利用其與基膠的相容性，增加填充量，就可以實現(xiàn)灌封膠導熱性能大幅度提高。如：采用經硅烷偶聯(lián)劑KH-550、A-151、六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷表面處理的剛玉粉填充RTV 導熱硅橡膠，材料的熱導率就可從1.16w/(m.K)提高2.10w/(m·K)，導熱性能提高近一倍

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