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  動力電(diàn)池模組內(nèi)部,傳熱、減震、密封、焊點保護等等,應用膠的地方不止一兩處,今天從導熱灌封膠的角度,整理(lǐ)環氧樹(shù)脂膠、矽橡膠、聚氨酯三種主要基材對應的導熱膠性質和(hé)工藝方法。
  1本征導熱和(hé)填料導熱
  将導熱填料填充在高(gāo)分子材料基體(tǐ)中制(zhì)成導熱膠粘劑,其導熱性能主要取決于填料的種類,還(hái)與填料在基體(tǐ)中的分布等有(yǒu)關。因此,填料的用量、粒徑、表面處理(lǐ)等均将影(yǐng)響環氧樹(shù)脂導熱膠粘劑的導熱性能。當填料可(kě)以均勻分布在環氧樹(shù)脂基體(tǐ)中并且可(kě)以使填料在合适的用量下形成導熱通(tōng)路時(shí),導熱性能最佳。通(tōng)常粒徑越大(dà),越容易形成導熱通(tōng)路,導熱性能就越好。對于填充型導熱膠粘劑,界面是熱阻形成的主要原因,通(tōng)過對填料表面進行(xíng)改性,增強界面作(zuò)用力,可(kě)以在一定程度上(shàng)提高(gāo)導熱性能。
  本征型導熱膠粘劑
  不使用導熱填料,僅僅依靠聚合物在成型加工過程中通(tōng)過改變分子鏈結構,進而改變結晶度,從而增強導熱性能。高(gāo)聚物由于相對分子質量的多(duō)分散性,很(hěn)難形成完整的晶格。目前,通(tōng)過化學合成法制(zhì)備的具有(yǒu)高(gāo)熱導率的結構聚合物主要有(yǒu)聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等,它們主要依靠分子內(nèi)共轭Ⅱ鍵進行(xíng)電(diàn)子導熱,這類材料通(tōng)常也具有(yǒu)優良的導電(diàn)性能.本征型導熱膠粘劑由于生(shēng)産工藝過于複雜、可(kě)實施性差,而不為(wèi)人(rén)們所選擇。
  填充型導熱膠粘劑
  通(tōng)過控制(zhì)填料在基體(tǐ)中的分布,形成連續的導熱網絡,進而增強膠粘劑的導熱性能。常用的導熱填料有(yǒu)金屬材料(Fe、Mg、Al、Cu、Ag)、碳基材料(碳納米管、石墨烯、石墨)、氧化物(Al2O3、ZnO、BeO、SiO2)、氮化物(AlN、BN、Si3N4)。其中金屬材料與碳基材料多(duō)為(wèi)非絕緣材料,金屬氧化物、氮化物多(duō)為(wèi)絕緣材料。作(zuò)為(wèi)導熱填料,應該具備以下基本要求:高(gāo)導熱系數(shù)、不與聚合物基體(tǐ)發生(shēng)反應、化學和(hé)熱穩定性良好等。導熱填料與聚合物形成的複合材料導熱性能的好壞取決于填料本身的導熱率、填料在基體(tǐ)樹(shù)脂中的填充情況、填料與基體(tǐ)之間(jiān)的相互作(zuò)用。根據填充無機材料的不同,填充型導熱膠粘劑分為(wèi)導熱絕緣膠粘劑和(hé)導熱非絕緣膠粘劑。常用的絕緣填料有(yǒu)Al2O3、AlN、SiO2等,非絕緣填料有(yǒu)Ag、Cu、石墨、碳納米管等。
  氧化物絕緣材料中氧化铍熱導率最高(gāo),但(dàn)由于毒性較大(dà)而不被人(rén)們所使用。氧化矽、氧化鋁具有(yǒu)優良的電(diàn)絕緣性能,而且價格低(dī)廉,得(de)到了廣泛使用。氮化物絕緣材料中氮化矽、氮化硼由于熱導率高(gāo)、熱膨脹系數(shù)低(dī)等優點,成為(wèi)人(rén)們研究的熱點,但(dàn)其價格昂貴,從而限制(zhì)了其應用于工業生(shēng)産。對于非絕緣填料來(lái)說,碳基材料主要有(yǒu)石墨烯,其熱導率高(gāo)、導電(diàn)性好,适用于導熱非絕緣膠粘劑。也可(kě)以将石墨烯與電(diàn)絕緣性能優良的聚合物複合,得(de)到導熱絕緣膠粘劑。目前,市場(chǎng)上(shàng)主要導熱膠粘劑都屬于填充型導熱膠粘劑。
  灌封膠是一個(gè)廣泛的稱呼,原來(lái)主要用于電(diàn)子元器(qì)件的粘接,、密封、灌封和(hé)塗覆保護,當前提到他們,則主要是因為(wèi)灌封膠尤其矽膠越來(lái)越多(duō)的在動力電(diàn)池系統中的應用。
  灌封膠材料可(kě)分為(wèi):
  環氧樹(shù)脂灌封膠:單組分環氧樹(shù)脂灌封膠,雙組分環氧樹(shù)脂灌封膠;
  矽橡膠灌封膠:室溫硫化矽橡膠,雙組分加成形矽橡膠灌封膠,雙組分縮合型矽橡膠灌封膠;
  聚氨酯灌封膠:雙組分聚氨酯灌封膠;
  1)環氧樹(shù)脂
  優點:環氧樹(shù)脂灌封膠多(duō)為(wèi)硬性,也有(yǒu)極少(shǎo)部分改性環氧樹(shù)脂稍軟。該材質的較大(dà)優點在于對材質的粘接力較好以及較好的絕緣性,固化物耐酸堿性能好。環氧樹(shù)脂一般耐溫100℃。材質可(kě)作(zuò)為(wèi)透明(míng)性材料,具有(yǒu)較好的透光性。價格相對便宜。
  缺點:抗冷熱變化能力弱,受到冷熱沖擊後容易産生(shēng)裂縫,導緻水(shuǐ)汽從裂縫中滲人(rén)到電(diàn)子元器(qì)件內(nèi),防潮能力差;固化後膠體(tǐ)硬度較高(gāo)且較脆,較高(gāo)的機械應力易拉傷電(diàn)子元器(qì)件;環氧樹(shù)脂一經灌封固化後由于較高(gāo)的硬度無法打開(kāi),因此産品為(wèi)“終身”産品,無法實現元器(qì)件的更換;透明(míng)用環氧樹(shù)脂材料一般耐候性較差,光照或高(gāo)溫條件下易産生(shēng)黃變。
  應用範圍:一般用于LED、變壓器(qì)、調節器(qì)、工業電(diàn)子、繼電(diàn)器(qì)、控制(zhì)器(qì)、電(diàn)源模塊等非精密電(diàn)子器(qì)件的灌封。
  2)聚氨酯
  優點:聚氨酯灌封膠具有(yǒu)較為(wèi)優異的耐低(dī)溫性能,材質稍軟,對一般灌封材質均具備較好的粘接性,粘接力介于環氧樹(shù)脂及有(yǒu)機矽之間(jiān)。具備較好的防水(shuǐ)防潮、絕緣性。
  缺點:耐高(gāo)溫能力差且容易起泡,必須采用真空(kōng)脫泡;固化後膠體(tǐ)表面不平滑且韌性較差,抗老化能力、抗震和(hé)紫外線都很(hěn)弱、膠體(tǐ)容易變色。
  應用範圍:一般應用于發熱量不高(gāo)的電(diàn)子元器(qì)件的灌封。變壓器(qì)、抗流圈、轉換器(qì)、電(diàn)容器(qì)、線圈、電(diàn)感器(qì)、變阻器(qì)、線形發動機、固定轉子、電(diàn)路闆、LED、泵等。
  3)有(yǒu)機矽橡膠
  優點:有(yǒu)機矽灌封膠固化後材質較軟,有(yǒu)固體(tǐ)橡膠和(hé)矽凝膠兩種形态,能夠消除大(dà)多(duō)數(shù)的機械應力并起到減震保護效果。物理(lǐ)化學性質穩定,具備較好的耐高(gāo)低(dī)溫性,可(kě)在-50~200℃範圍內(nèi)長期工作(zuò)。優異的耐候性,在室外長達20年以上(shàng)仍能起到較好的保護作(zuò)用,而且不易黃變。具有(yǒu)優異的電(diàn)氣性能和(hé)絕緣能力,灌封後有(yǒu)效提高(gāo)內(nèi)部元件以及線路之間(jiān)的絕緣,提高(gāo)電(diàn)子元器(qì)件的使用穩定性。具有(yǒu)的返修能力,可(kě)快捷方便的将密封後的元器(qì)件取出修理(lǐ)和(hé)更換。
  缺點:粘接性能稍差。
  應用範圍:适合灌封各種在惡劣環境下工作(zuò)以及高(gāo)端精密/敏感電(diàn)子器(qì)件。如LED、顯示屏、光伏材料、二極管、半導體(tǐ)器(qì)件、繼電(diàn)器(qì)、傳感器(qì)、汽車(chē)安定器(qì)HIV、車(chē)載電(diàn)腦(nǎo)ECU等,主要起絕緣、防潮、防塵、減震作(zuò)用。
  随着電(diàn)子科技(jì)的大(dà)跨步式發展,由于具備諸多(duō)優異性能,有(yǒu)機矽橡膠将無疑成為(wèi)敏感電(diàn)路和(hé)電(diàn)子器(qì)件灌封保護的較佳灌封材料。
  成本:有(yǒu)機矽樹(shù)脂>環氧樹(shù)脂>聚氨酯;
  注:在有(yǒu)機矽樹(shù)脂中縮合型的成本接近了環氧樹(shù)脂,而改性後的環氧樹(shù)脂也接近了PU;
  工藝性:環氧樹(shù)脂>有(yǒu)機矽樹(shù)脂>聚氨酯;
  注:PU因為(wèi)其親水(shuǐ)性,必須有(yǒu)真空(kōng)幹燥才能得(de)到比較好的固化物,如無需真空(kōng)和(hé)幹燥的成本又實在太高(gāo),所以熱溶膠雖然是加熱溶解澆注,但(dàn)總體(tǐ)來(lái)看其可(kě)操作(zuò)性還(hái)是比PU的簡單的多(duō);
  電(diàn)氣性能:環氧樹(shù)脂樹(shù)脂>有(yǒu)機矽樹(shù)脂>聚氨酯;
  注:加成型的有(yǒu)機矽或者是石蠟等類型的熱溶膠,有(yǒu)的電(diàn)氣特性甚至比環氧的還(hái)要高(gāo),例如表面電(diàn)阻率;
  耐熱性:有(yǒu)機矽樹(shù)脂>環氧樹(shù)脂>聚氨酯;
  注:低(dī)廉價格的PU其耐熱比熱溶膠好不了多(duō)少(shǎo);
  耐寒性:有(yǒu)機矽樹(shù)脂>聚氨酯>環氧樹(shù)脂;
  注:很(hěn)多(duō)熱溶膠的低(dī)溫特性其實也是非常不錯的,所以在很(hěn)多(duō)時(shí)候,環氧是要排在最後的了;
  3環氧樹(shù)脂膠
  環氧樹(shù)脂灌封工藝
  環氧樹(shù)脂灌封有(yǒu)常态和(hé)真空(kōng)兩種工藝。下圖為(wèi)手工真空(kōng)灌封工藝流程。
  1)要灌封的産品需要保持幹燥、清潔。
  2)混合前,首先把A組分和(hé)B組分在各自的容器(qì)內(nèi)充分攪拌均勻。
  3)按重量配比準确稱量,配比混合後需充分攪拌均勻,以避免固化不完全。
  4)一般而言,20mm以下的模壓可(kě)以模壓後自然脫泡,因為(wèi)溫度高(gāo)造成固化速度加快或模壓深度較深,所以可(kě)根據需要進行(xíng)脫泡。這時(shí)為(wèi)了除去模壓後表面和(hé)內(nèi)部産生(shēng)的氣泡,應把混合液放入真空(kōng)容器(qì)中,在0.8MPa下至少(shǎo)脫泡5分鍾。
  5)應在固化前後技(jì)術(shù)參數(shù)表中給出的溫度之上(shàng),保持相應的固化時(shí)間(jiān),如果應用厚度較厚,固化時(shí)間(jiān)可(kě)能會(huì)超過。室溫或加熱固化均可(kě)。膠的固化速度受固化溫度的影(yǐng)響,在冬季需很(hěn)長時(shí)間(jiān)才能固化,建議采用加熱方式固化,80~100℃下固化15分鍾,室溫條件下一般需8小(xiǎo)時(shí)左右固化。
  6)固化過程中,請(qǐng)保持環境幹淨,以免雜質或塵土落入未固化的膠液表面。
  

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