鏈至東莞亞海網(wǎng)站

新能源汽車中導(dǎo)熱灌封膠起到什么作用亞海新材料科技(山東)有限公司

發(fā)表時(shí)間：2023-03-03 21:55作者：幟帆

新能源汽車，是解決能源、環(huán)境、城市交通等問題的一個(gè)主流趨勢(shì)，也是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要方向。然而中國(guó)的新能源汽車能走多遠(yuǎn)，取決于動(dòng)力電池能走多遠(yuǎn)。動(dòng)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(guān)鍵。

目前動(dòng)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(yīng)造成熱失控，導(dǎo)致汽車冒煙、失火、甚至炸掉等嚴(yán)重事故。且動(dòng)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(yán)格的熱治理，如：電池、電控、電機(jī)、娛樂系統(tǒng)等等，需要將熱量及時(shí)導(dǎo)出，避免部件的損壞以及電池過熱引發(fā)起火的風(fēng)險(xiǎn)，所以動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)是新能源汽車的核心技術(shù)之一。

目前應(yīng)用在整車熱治理系統(tǒng)的導(dǎo)熱材料有：導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱灌封膠和導(dǎo)熱填縫材料。

其中，導(dǎo)熱灌封膠是目前新能源電動(dòng)汽車應(yīng)用較為廣泛的一種有機(jī)硅導(dǎo)熱灌封膠材料，能在室溫條件下通過加成固化反應(yīng)形成一種柔軟、有彈性、表面具有粘附性的有機(jī)硅彈性體，同時(shí)還具有優(yōu)異的電氣絕緣性能。在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，導(dǎo)熱硅膠灌封膠已廣泛應(yīng)用于電子電源模塊、高頻變壓器、連接器、傳感器等，提供導(dǎo)熱性能的同時(shí)又具有絕緣、填充、保護(hù)等作用。

導(dǎo)熱灌封膠之所以可以作為散熱材料是因?yàn)樗瓤諝鈸碛懈叩膶?dǎo)熱系數(shù)，20℃下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0267W/(m.K)，而導(dǎo)熱灌封膠可以通過配方優(yōu)化而得到更高的導(dǎo)熱系數(shù)，從而可以把電器件產(chǎn)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(jìn)水里泡著顯然要比風(fēng)扇吹風(fēng)更快速降溫，因?yàn)樗耆鼑梭w，相較于導(dǎo)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(gè)組分）填滿電子器件周圍空氣空間的過程（如下圖深藍(lán)色部分）。

灰色及黑色代表兩個(gè)不同表面，淺藍(lán)色代表空氣，深藍(lán)色代表熱界面材料。當(dāng)兩個(gè)物體表面接觸在一起的時(shí)候，不可能完全緊密地接觸在一起，因?yàn)槲矬w表面都會(huì)有粗糙度，總會(huì)有一些空氣隙夾雜在其中，而空氣的導(dǎo)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(gè)空氣隙，降低接觸熱阻，提高散熱性能。

考慮到電機(jī)的實(shí)際工況條件，所用的灌封膠需具有高導(dǎo)熱、流動(dòng)性好、耐開裂、粘結(jié)力強(qiáng)等性能，否則在用于汽車電機(jī)時(shí)會(huì)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(dòng)車?yán)锝o電子元器件和動(dòng)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(jī)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(duì)灌封膠耐開裂性能的影響

環(huán)氧樹脂在固化過程中會(huì)產(chǎn)生一定的收縮，若使用單純的環(huán)氧樹脂用作電機(jī)灌封，當(dāng)灌封膠固化收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于灌封膠與機(jī)殼間的粘結(jié)力時(shí)，會(huì)造成脫殼現(xiàn)象；而當(dāng)灌封膠固化收縮產(chǎn)生的應(yīng)力小于灌封膠與機(jī)殼間的粘結(jié)力且灌封膠強(qiáng)度較差時(shí)，會(huì)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(qiáng)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(huì)大幅增長(zhǎng)。

填料對(duì)灌封膠導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能的影響

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

一般而言，纖維狀或箔片狀的導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱效果更好。另外，使用不同粒徑復(fù)配的填料配制的灌封膠的導(dǎo)熱能力也會(huì)較好。這是因?yàn)閱我涣降奶盍项w粒不能很好地在灌封膠內(nèi)部形成連續(xù)的導(dǎo)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(bǔ)大顆粒填料之間產(chǎn)生的間隙，形成完整的導(dǎo)熱通道，達(dá)到更好的傳熱效果。

阻燃劑用量對(duì)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(dāng)使用單一的氫氧化鋁或者氫氧化鎂作為阻燃劑時(shí)，阻燃效果不如采用阻燃劑復(fù)配手段。而且采用復(fù)配過的阻燃劑，可以使灌封膠的黏度更低。

之所以復(fù)配使用時(shí)阻燃效果更好，可能是因?yàn)闅溲趸X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(jī)理主要是脫水、吸收熱量。當(dāng)溫度達(dá)到氫氧化鋁的分解溫度時(shí)，首先氫氧化鋁會(huì)吸收大量的熱量起到阻燃的效果，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，氫氧化鎂脫除水分也會(huì)起到一定的阻燃效果，因此二者1:1復(fù)配使用可降低阻燃填料的用量，這也保證了汽車電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況時(shí)膠體不助燃。

偶聯(lián)劑對(duì)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(dòng)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(chǎn)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(nèi)樹脂的黏度會(huì)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(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面處理也可以提高填料的導(dǎo)熱性能，利用其與基膠的相容性，增加填充量，就可以實(shí)現(xiàn)灌封膠導(dǎo)熱性能大幅度提高。如：采用經(jīng)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(dǎo)熱硅橡膠，材料的熱導(dǎo)率就可從1.16w/(m.K)提高2.10w/(m·K)，導(dǎo)熱性能提高近一倍。

500