高導(dǎo)熱低黏度新能源汽車用灌封膠的制備及性能研究

研究背景

　　新能源汽車近幾年在市場(chǎng)上所占份額逐年上升，對(duì)新能源汽車的研究也日益成熟。新能源汽車包括純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池電動(dòng)汽車、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車及其他新能源汽車等，可以有效減少對(duì)石油等非可再生能源的依賴，因此近年來發(fā)展新能源汽車成為汽車行業(yè)的新趨勢(shì)。作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)汽車電機(jī)繞組端部進(jìn)行灌封保護(hù)以提高電機(jī)的可靠性和工作效率一直是技術(shù)工作者的關(guān)注重點(diǎn)?？紤]到電機(jī)的實(shí)際工況條件，所用的灌封膠應(yīng)具有高導(dǎo)熱、流動(dòng)性好、耐開裂、粘結(jié)力強(qiáng)等性能。然而，關(guān)于新能源汽車電機(jī)用高導(dǎo)熱低黏度灌封膠的研究目前較少見相關(guān)報(bào)道，市場(chǎng)上針對(duì)降低黏度提高導(dǎo)熱性的灌封膠產(chǎn)品也十分稀少。國(guó)內(nèi)外雖有不少關(guān)于導(dǎo)熱型灌封膠的研究，但主要是側(cè)重于小尺寸電子元器件的灌封，這類常規(guī)的高導(dǎo)熱灌封膠普遍黏度較高、流動(dòng)性差、密度大，若用于汽車電機(jī)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；國(guó)內(nèi)外也有一些低黏度型灌封硅膠的研究，但導(dǎo)熱性并沒有很好地兼顧。

1、論文重點(diǎn)內(nèi)容

       1.1 灌封膠的制備

　　將一定配比的環(huán)氧樹脂、剛性鏈阻燃稀釋劑、氧化鋁、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硅烷偶聯(lián)劑在強(qiáng)力攪拌機(jī)的作用下攪拌均勻并真空脫泡，即得A組分，冷卻待用。將聚氧化丙烯基二胺、氨基乙基哌嗪等固化劑在常溫下按一定比例混合均勻，即得B組分。將A組分升溫至60 ℃，再加入一定比例的B組分，在80 ℃下固化2 h，再緩慢降溫，即得灌封膠固化物。

2、結(jié)果與討論

       2.1 填料對(duì)灌封膠耐開裂性能的影響

　　表1 為向100 份環(huán)氧樹脂中加入填料后灌封膠的性能。由表1 可見，不加填料的純樹脂灌封膠固化收縮率達(dá)到5.1%，隨著填料的加入，灌封膠的固化收縮率顯著降低，當(dāng)加入量達(dá)到260 份時(shí)，灌封膠的固化收縮率保持在1%以下，雖然加入更多的填料可以繼續(xù)降低灌封膠的固化收縮率，但是隨著填料的增加，灌封膠的黏度也在大幅增長(zhǎng)，所以為了保證灌封膠良好的流動(dòng)性及較低的固化收縮率，暫定填料加入量為260份。

  2.2 填料對(duì)灌封膠導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能的影響

　　眾所周知，普通環(huán)氧樹脂固化物的熱導(dǎo)率一般為0.2～0.3 W/(m·K)，為使灌封膠具有較高的導(dǎo)熱性能，一般需要往灌封膠中混入導(dǎo)熱填料。表2為在100 份環(huán)氧樹脂中加入260 份導(dǎo)熱填料后的狀態(tài)、熱導(dǎo)率及力學(xué)性能。由表2 可見，氮化硼的導(dǎo)熱能力雖然好，但是添加后灌封膠的狀態(tài)已呈膏體，無法滿足灌注的基本要求；而使用單一粒徑的氧化鋁雖能提高灌封膠的熱導(dǎo)率，但是與使用不同粒徑復(fù)配的氧化鋁配制的灌封膠相比，其導(dǎo)熱能力較差。在力學(xué)性能方面，經(jīng)過不同粒徑復(fù)配后的填料對(duì)灌封膠的彎曲強(qiáng)度有較好的提升作用，而對(duì)拉伸強(qiáng)度影響不大；在硬度方面，小粒徑氧化鋁的加入可以提升灌封膠的部分性能。此外，不同粒徑復(fù)配的氧化鋁填料可以更好低降地灌封膠的黏度。

        2.3 阻燃劑用量對(duì)灌封膠性能的影響

　 　表3 為阻燃劑用量對(duì)灌封膠阻燃性能的影響。由表3可見，當(dāng)使用單一的氫氧化鋁或者氫氧化鎂作為阻燃劑時(shí)，用量需要達(dá)到50 份時(shí)才能滿足V-0 的阻燃要求，而采用阻燃劑復(fù)配手段，可以將阻燃劑的添加量減少到30 份就能達(dá)到V-0 的阻燃等級(jí)，而且采用復(fù)配過的阻燃劑，可以使灌封膠的黏度更低。

2.4 偶聯(lián)劑對(duì)灌封膠性能的影響

　　圖1 為幾種硅烷偶聯(lián)劑的加入量對(duì)灌封膠黏度的影響，表4 為幾種硅烷偶聯(lián)劑（偶聯(lián)劑加入量為5 份）對(duì)灌封膠性能的影響。由圖1、表4可見，在樹脂與填料混合的過程中，隨著硅烷偶聯(lián)劑加入量的增加，樹脂的黏度逐漸降低，當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑用量為主體樹脂質(zhì)量的5%時(shí)，樹脂黏度趨于穩(wěn)定。而在KH560 體系中隨著填料添加量的增加，灌封膠的黏度下降最快并趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定后的黏度最低。此外，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，KH560 對(duì)灌封膠在儲(chǔ)存防沉方面的作用更加明顯，這對(duì)樹脂體系黏度的降低非常有幫助。而不同類型硅烷偶聯(lián)劑對(duì)灌封膠的力學(xué)性能影響不大。

2.5 制備工藝對(duì)灌封膠性能的影響

　　圖2 為在不同溫度下不同保溫時(shí)間對(duì)灌封膠黏度的影響，表5為不同工藝對(duì)灌封膠性能的影響。由圖2、表5可見，灌封膠的黏度在不同溫度下均隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，并最后趨于穩(wěn)定，達(dá)到相對(duì)一致的黏度；灌封膠的導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能隨著灌封膠的黏度趨于穩(wěn)定而穩(wěn)定，這是因?yàn)樵诟邷丨h(huán)境下可以加快填料與基體樹脂的浸潤(rùn)速度。雖然在140 ℃下可以較快地使填料與樹脂達(dá)到完全浸潤(rùn)，但是保溫溫度高能耗大，而在80 ℃下需要保溫6 h 才能使填料與樹脂達(dá)到完全浸潤(rùn)，工藝耗時(shí)過長(zhǎng)，而在110 ℃下保溫3 h 則很好地平衡了兩者的矛盾。

4、結(jié)論

　 　向100 份環(huán)氧樹脂中加入按質(zhì)量比2.5∶7.5 復(fù)配的粒徑分別為5 μm和20 μm的氧化鋁230 份，氫氧化鋁和氫氧化鎂按質(zhì)量比1∶1 復(fù)配的阻燃劑30份，KH560 硅烷偶聯(lián)劑5 份，同時(shí)對(duì)混合后的基料在110 ℃下保溫3 h，并對(duì)其抽真空至-0.095 MPa以下保持30 min，制得了新型高導(dǎo)熱低黏度灌封膠。此時(shí)灌封膠的性能最佳，熱導(dǎo)率達(dá)到1.4 W/(m·K)，黏度為1 000 mPa·s(60 ℃)，阻燃等級(jí)達(dá)到UL94 V-0級(jí)，密度為1.8 g/cm3。對(duì)新能源汽車電機(jī)定子具有優(yōu)良的粘結(jié)性、耐開裂性，可滿足新能源汽車電機(jī)工裝的要求。