CN105273360A

CN105273360A - 改性环氧基封装材料及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN105273360A
Application number: CN201410340214.3A
Authority: CN
Inventors: 邹湘坪; 李晓强; 王全胜
Original assignee: HEFU NEW MATERIAL TECHNOLOGY (WUXI) Co Ltd
Current assignee: HEFU NEW MATERIAL TECHNOLOGY (WUXI) Co Ltd
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: CN105273360B

Abstract

本发明公开了一种改性环氧基封装材料，其组分及其质量百分比分别为：环氧树脂9～18％；固化剂4.5～8.5％；改性硅微粉填料70-75％；导热剂1～5％；阻燃剂2～8％。本发明以环氧树脂为基体，通过添加无机导热和阻燃成分，具有优异的导热性能(>2.5W/m·℃)和电绝缘性能(>5000V)，同时，该材料的阻燃级别可达到0.8mm以上。通过传统低温注塑成型方法，能够将该材料应用于制备高充放电效率的电池箱体。本发明改性环氧基封装材料具有高效导热、高电绝缘和阻燃的特点，可在电池充放电所产生的高温环境下长期使用，通过传统低温注塑成型方法，能够将本发明改性环氧基封装材料应用于制备高充放电效率的电池箱体，构成电动(汽)车电池组封装材料。

Description

改性环氧基封装材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种改性环氧基封装材料，此外，本发明还涉及该材料的制备方法和用途。

背景技术

一直以来电动汽车的电池箱体都采用易于成型的金属箱体，但金属箱体过于笨重且耐腐蚀程度不高，给实际应用带来很大问题。随着注塑成型技术的不断发展，人们开始把目光转移到树脂材料上。例如，德国法兰克福(2011年12月20日)电动车(EV)的电池箱体过去由金属制成，如今，热塑性塑料和热固性塑料的电池箱体正在开发中，而热塑性塑料材质的电池模块框架已经正式投入生产。

然而，电动汽车最大的安全隐患是锂电池，提高电池本身的安全水平，是提升电动汽车安全性的核心。电池系统易燃易爆的特点使得电动汽车的安全性成为世界汽车产业面临的难题。而电池箱体作为电池组的载体，对电池组的安全工作和防护起着关键作用。

电动汽车蓄电池组的电压，一般都远远大于安全电压36V，有的电动汽车的标称工作电压甚至可以高达400～500V，这就对电池箱体的电绝缘性提出了要求。而且，电动汽车启动或加速时电池的瞬间电流很大，电池温度会随之提高，如果不将电池充放电所产生的热量及时导走，电池将无法正常运转甚至发生自燃和爆炸。因此，在满足箱体材料绝缘和机械性能的基础上，同时对电池箱体的导热和阻燃性能提出了要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，根据本发明的实施例，希望提供一种高效导热、高电绝缘、环保阻燃，可在电池充放电所产生的高温环境下长期使用的改性环氧基封装材料，并提出该材料的制备方法和用途。

根据实施例，本发明的提供的改性环氧基封装材料，其组分及其质量百分比分别为：

环氧树脂9～18％；

固化剂4.5～8.5％；

改性硅微粉填料70-75％；

导热剂1～5％；

阻燃剂2～8％，其中：

前述环氧树脂为ECN型环氧树脂、联苯型环氧树脂，或二者的混合物，混合物中ECN型环氧树脂和联苯型环氧树脂的质量比为(0.5～2):1；ECN型环氧树脂的结构式如式(1)，联苯型环氧树脂的结构式如式(2)：

式(1)和(2)中，n为1～400的整数；

前述固化剂为线性酚醛树脂；

前述导热剂为氧化铝(Al₂O₃)、氢氧化铝[Al(OH)₃]、氧化镁(MgO)和陶瓷晶须组成的混合物，该混合物各组分之间的质量比为Al₂O₃：[Al(OH)₃]：MgO：陶瓷晶须＝1:1:1:2，并由卧式无重力混合机进行充分混合；

前述阻燃剂为可膨胀石墨和不燃性纤维混合物，该混合物中可膨胀石墨和不燃性纤维的质量比为(2～5):5，并由卧式无重力混合机进行充分混合。

根据一个实施例，本发明前述改性环氧基封装材料中，线性酚醛树脂为丙烯基线性酚醛树脂或双酚A线性酚醛树脂。

根据一个实施例，本发明前述改性环氧基封装材料中，改性硅微粉填料为改性角形结晶硅微粉、改性球形熔融硅微粉、改性角形熔融硅微粉或改性低α-射线硅微粉。

本发明中，改性硅微粉填料是通过表面化学方法改性后的硅微粉，表面改性剂可为偶联剂、高级脂肪酸及其盐、不饱和有机酸和有机硅等。硅微粉的改性工艺如下：

将硅微粉加入到三口烧瓶中，预热，加入氨水使pH＝8，控制温度于120℃预热2h脱除水分，待温度降至90℃后加入硅微粉质量的0.5～1.5％的偶联剂进行表面改性，高速搅拌90min后，105℃干燥。

本发明利用导热剂中不同填料体系的尺寸和热流子耦合效应，达到填料间的导热协同效应。

本发明利用阻燃剂的膨化阻燃和无滴落性能，使得电池箱体材料达到薄壁阻燃和高导热的完美平衡。

本发明前述改性环氧基封装材料的制备工艺如下：

(1)各组分按照质量百分比加入到高速混合机，待混合均匀后，将混合物料加入到热料筒的加料装置中；

(2)通过螺杆将混合物料送到热料筒的加热区，加热至150～160℃，混合物料逐渐软化成熔融态；

(3)螺杆继续将塑化的熔融物料向喷口推动，并用150～250MPa的螺旋压力将熔融物料推入闭合的模具中，充模时间为8～15秒；

(4)给闭合的模具施加70～100MPa的压力，施压时间为50～100秒，熔融物料在高温高压下，迅速进行化学反应，然后固化成型；

(5)冷却50～150秒，开模，取出成型制品。

本发明采用一类环氧预聚体作为基础树脂，以具有阻燃特征的无机陶瓷粉体和高导热特性陶瓷为主要添加剂，通过控制树脂和无机粉体的界面强度和导热性能匹配(Bruggeman规则)、无机粉体的亚微观尺寸匹配(Horsfield原理)和官能团化的树脂材料和表面改性的无机粉料(化学改性)，通过物理混合、材料恒温增粘等工艺，制备出具有高效导热、高电绝缘和环保阻燃的可注塑级改性环氧基封装材料。

随后的实施例将证明，本发明改性环氧基封装材料具有优异的导热性能(>2.5W/m·℃)和电绝缘性能(>5000V)，同时，本发明改性环氧基封装材料的阻燃级别可达到0.8mm以上。亦即本发明改性环氧基封装材料具有高效导热、高电绝缘和阻燃的特点，可在电池充放电所产生的高温环境下(＞130℃)长期使用，通过传统低温注塑成型方法，能够将本发明改性环氧基封装材料应用于制备高充放电效率的电池箱体，构成电动(汽)车电池组封装材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

本发明以下实施例1-8中，改性角形结晶硅微粉、改性球形熔融硅微粉、改性角形熔融硅微粉和改性低α-射线硅微粉的改性工艺如下：将硅微粉(角形结晶硅微粉、球形熔融硅微粉、角形熔融硅微粉和低α-射线硅微粉)加入到三口烧瓶中，预热，加入氨水使pH＝8，控制温度于120℃预热2h脱除水分，待温度降至90℃后加入硅微粉质量的0.5～1.5％的偶联剂(或高级脂肪酸及其盐、不饱和有机酸和有机硅)进行表面改性，高速搅拌90min后，在105℃下干燥，即分别制得改性角形结晶硅微粉、改性球形熔融硅微粉、改性角形熔融硅微粉和改性低α-射线硅微粉。

本发明以下实施例1-8中，改性环氧基封装材料的制备工艺如下：

1、将材料所需的各组分按照对应的百分比加入到高速混合机，待混合均匀后，加入到热料筒的加料装置中；

2、由螺杆将物料送到热料筒的加热区，加热至150～160℃，混合物逐渐软化成熔融态。

3、螺杆继续把塑化的熔融料向喷口推动，同时产生的螺旋压力(150～250MPa)将塑料推入闭合的模具中。充模时间控制在8～15秒之间。

4、此时给锁模系统加以一定的压力(70～100MPa)，时间控制在50～100秒之间。物料在高温高压下，迅速进行化学反应，然后固化成型。

5、为防止塑料制品因受到外力而产生变形，脱模之前要先冷却50～150秒。

6、启动开模程序，取出成型制品。其中：

实施例1中，步骤2热料筒的加热区的温度为150℃；步骤3螺旋压力为150MPa，充模时间为8秒；步骤4给锁模系统施加的压力为70MPa，施压时间为50秒；步骤5脱模之前的冷却时间为50秒。

实施例2中，步骤2热料筒的加热区的温度为160℃；步骤3螺旋压力为250MPa，充模时间为15秒；步骤4给锁模系统施加的压力为100MPa，施压时间为100秒；步骤5脱模之前的冷却时间为150秒。

实施例3中，步骤2热料筒的加热区的温度为155℃；步骤3螺旋压力为200MPa，充模时间为12秒；步骤4给锁模系统施加的压力为85MPa，施压时间为75秒；步骤5脱模之前的冷却时间为100秒。

实施例4中，步骤2热料筒的加热区的温度为150℃；步骤3螺旋压力为250MPa，充模时间为8秒之间；步骤4给锁模系统施加的压力为100MPa，施压时间为50秒；步骤5脱模之前的冷却时间为150秒。

实施例5中，步骤2热料筒的加热区的温度为160℃；步骤3螺旋压力为150MPa，充模时间为15秒；步骤4给锁模系统施加的压力为70MPa，施压时间为100秒；步骤5脱模之前的冷却时间为50秒。

实施例6中，步骤2热料筒的加热区的温度为150℃；步骤3螺旋压力为200MPa，充模时间为10秒；步骤4给锁模系统施加的压力为90MPa，施压时间为60秒；步骤5脱模之前的冷却时间为60秒。

实施例7中，步骤2热料筒的加热区的温度为155℃；步骤3螺旋压力为180MPa，充模时间为14秒；步骤4给锁模系统施加的压力为80MPa，施压时间为90秒；步骤5脱模之前的冷却时间为140秒。

实施例8中，步骤2热料筒的加热区的温度为158℃；步骤3螺旋压力为230MPa，充模时间为13秒；步骤4给锁模系统施加的压力为90MPa，施压时间为90秒；步骤5脱模之前的冷却时间为80秒。

实施例1-8

*1、邻甲酚醛环氧树脂(ENC型)

*2、联苯型环氧树脂

*3、丙烯基线性酚醛树脂

*4、双酚A线性酚醛树脂

*5、改性角形结晶硅微粉

*6、改性球形熔融硅微粉

*7、改性角形熔融硅微粉

*8、改性低α-射线硅微粉

*9、氧化铝

*10、氢氧化铝

*11、氧化镁

*12、陶瓷晶须

*13、可膨胀石墨

*14、不燃纤维

(一)改性环氧基封装材料的配制及用于电动(汽)车电池组材料。

根据前述改性环氧基封装材料的制备工艺，分别制备出下表2中不同配方的改性环氧基封装材料。最后按照电动汽车电池组的大小和外形打制成所需的规格。表2中所示的各原料的配合量的单位均为重量份。

(二)本发明实施例1-8制得的改性环氧基封装材料的性能评价。

检验项目和检验标准如表1，检测结果如表2。

如表2所示，实施例1-8制得的改性环氧基封装材料可低温成型(加工温度<160℃)，具有优异的导热性能(>2.5W/m·℃)和电绝缘性能(>5000V)，同时，该材料的阻燃级别可达到在0.8mm以上。通过传统低温注塑成型方法，能够将该材料应用于制备高充放电效率的电池箱体。

本发明实施例1-8制得的低温可注塑级改性环氧基材料具有高效导热、高电绝缘和阻燃的特点，可在电池充放电所产生的高温环境下长期使用。

表1.低温可注塑级改性环氧基封装材料的评价项目、检验标准

序号	检验项目	检验标准	单位	要求
					1	热变形温度,3.2mm	GB1634	℃	>170
2	燃烧性,UL94V0(如需)	GB2408	mm	<1.0
					3	导热性能,传导面/透过面	ASTM E1530	W/m·℃	>2.5
4	介电强度(空气),1.2mm	ASTM D149	伏	4000

表2.改性环氧基封装材料的性能评价

Claims

1.一种改性环氧基封装材料，其特征在于：其组分及其质量百分比分别为

环氧树脂9～18％；

固化剂4.5～8.5％；

改性硅微粉填料70-75％；

导热剂1～5％；

阻燃剂2～8％；其中：

环氧树脂为ECN型环氧树脂、联苯型环氧树脂，或二者的混合物，混合物中ECN型环氧树脂和联苯型环氧树脂的质量比为(0.5～2):1；ECN型环氧树脂的结构式如式(1)，联苯型环氧树脂的结构式如式(2)：

式(1)和(2)中，n为1～400的整数；

固化剂为线性酚醛树脂；

导热剂为Al₂O₃、Al(OH)₃、MgO和陶瓷晶须组成的混合物，该混合物各组分之间的质量比为Al₂O₃：[Al(OH)₃]：MgO：陶瓷晶须＝1:1:1:2，由卧式无重力混合机进行充分混合；

阻燃剂为可膨胀石墨和不燃性纤维混合物，该混合物中可膨胀石墨和不燃性纤维的质量比为(2～5):5，由卧式无重力混合机进行充分混合。

2.根据权利要求1所述的改性环氧基封装材料，其特征是，线性酚醛树脂为丙烯基线性酚醛树脂或双酚A线性酚醛树脂。

3.根据权利要求1所述的改性环氧基封装材料，其特征是，改性硅微粉填料为改性角形结晶硅微粉、改性球形熔融硅微粉、改性角形熔融硅微粉或改性低α-射线硅微粉；前述改性硅微粉填料改性工艺如下：将硅微粉加入到三口烧瓶中，预热，加入氨水使pH＝8，在120℃下预热2h脱除水分，待温度降至90℃后加入硅微粉质量的0.5～1.5％的偶联剂进行表面改性，高速搅拌90min后，105℃下干燥。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的改性环氧基封装材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

(5)冷却50～150秒，开模，取出成型制品。

5.权利要求1-3任一项所述的改性环氧基封装材料作为电动车或电动汽车的电池组封装材料的用途。