-
鄒小姐：13326633089 -
-
cac_sales@sina.com 
在節能減排的大趨勢下，新能源汽車行業迎來了前所未有的發展機遇。其中，新能源電動汽車使用電池、電機和能源轉換系統取代了過去燃油發動機、變速箱等傳統驅動裝置，因此可有效減少對石油等非可再生能源的依賴，成為了它這幾年發展特別猛的主要原因。
在電動汽車領域，由于核心部件組成及設計與傳統汽車有很大不同，相對應的材料需求也大不一樣，尤其在一些新的核心部件，產生了良多新的需求，如：新型粘結劑、密封膠、導熱材料等等。尤其是導熱材料，因為新能源電動汽車的設計，使得很多部件都需要嚴格的熱治理，如：電池、電控、電機、娛樂系統等等，需要將熱量及時導出，避免部件的損壞以及電池過熱引發起火的風險。
特斯拉電池發熱自燃
在這樣的需求驅動下，也難怪有行業機構認為熱管理是新能源汽車領域的新藍海，并斷言其價值量將近傳統熱管理的三倍。
導熱灌封膠的優勢
目前應用在整車熱治理系統的導熱材料有：導熱硅膠片、導熱絕緣材料、導熱灌封膠和導熱填縫材料。其中導熱灌封膠主要用于電池組、磁芯和其他元器件的灌封導熱，具有低粘度、密度低、高滲透滲出性等特點。由于它在未固化前屬于液體狀，具有流動性，因此相對空氣能提供更好的散熱效果。
舉個例子，在炎熱的夏天，直接跳進水里泡著顯然要比用風扇來降溫來得降暑效果更明顯，因為水完全包圍著人體，相較于導熱系數非常小的空氣（20℃下空氣的導熱系數為0.0267W/(m.K)），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）。
深藍色代表熱界面材料，淺藍色代表空氣，灰色及黑色代表兩個不同表面。凡是表面都會有粗糙度，所以當兩個表面接觸在一起的時候，不可能完全接觸在一起，總會有一些空氣隙夾雜在其中，而空氣的導熱系數非常之小，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。
但與泳池案例中水作為熱傳遞介質一直保持液態不同，聚合物體系在灌入后會發生固化，與發熱的電子元件和散熱器保持密切接觸，同時起到防水防潮、導熱、保密、防腐蝕、防塵、絕緣、耐溫、防震的作用。如此一來，導熱灌封膠就能更有效地保護電池和磁芯，大大的增加電子產品在惡劣環境下作業的穩定性，防護性還有抗震功能，避免濕氣，有更好的耐受熱沖擊能力，鹽霧對電路的腐蝕，增加產品的運用壽命。同時電子產品能夠在高功率下運行，而且溫度比原來更低。
灌封膠用于動力電池Pack封裝
另外，為了在灌封電子元器件時達到最佳效果，材料的正確應用是關鍵。混合或攪拌可將氣泡引入灌封材料中，而空氣是傳熱的大忌，即使是困在灌封材料中的微小氣泡也會影響灌封材料傳熱能力的有效性。充分的混合以消除氣泡以及確保使用正確的混合比率是需要特別注意的關鍵步驟。
適用于電車的灌封膠的制備
作為新能源汽車產業化的關鍵技術，對汽車電機繞組端部進行灌封保護一直是技術工作者的關注重點。考慮到電機的實際工況條件，所用的灌封膠應具有高導熱、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：環氧樹脂灌封膠；硅橡膠灌封膠（有機硅灌封膠）；聚氨酯灌封膠。但無論是以何種高分子材料為基材制備的灌封膠，要制備出兼顧高導熱與低黏度的新能源汽車電機用灌封膠，填料種類、填料用量、阻燃填料、硅烷偶聯劑改性等都必須要到位。下面就以環氧樹脂灌封膠為例，分項列舉一下各個因素對灌封膠性能的影響。
1.填料對灌封膠耐開裂性能的影響
環氧樹脂在固化過程中會產生一定的收縮，若使用單純的環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象。所以，為了避免這些現象的出現，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。
2.填料對灌封膠導熱性能及力學性能的影響
普通環氧樹脂固化物的熱導率一般只有0.2～0.3W/(m·K)，為使灌封膠具有較高的導熱性能，一般需要往灌封膠中混入導熱填料，常用的導熱填料有氧化鋁、氮化硼、硅微粉等。但氮化硼導熱能力雖好，可添加后灌封膠的狀態會呈膏體，無法滿足灌注的基本要求，因此目前使用氧化鋁和硅微粉為主。
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。
在力學性能方面，經過不同粒徑復配后的填料對灌封膠的彎曲強度有較好的提升作用，而對拉伸強度影響不大；在硬度方面，小粒徑填料的加入可以提升灌封膠的部分性能。此外，不同粒徑復配的填料可以更好低降地灌封膠的黏度。
3.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異常情況時膠體不助燃。
4.偶聯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，從而保證產品的穩定性，偶聯劑的加入就能有效解決以上問題。據研究，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劑加入量的增加而降低，直到趨于穩定。
資料來源：
高導熱低黏度新能源汽車用灌封膠的制備及性能研究，楊李懿，鄔國明，李利坤，黃靜。
粉體圈NANA整理
本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。