CN110667203A - 一种防火隔热金属板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防火隔热金属板，包括：金属板；贴合在所述金属板两侧表面的隔热层；复合在所述隔热层外表面的防火层；所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成。与现有技术相比，本发明提供的防火隔热金属板包括防火层、隔热层、金属板，并采用特定结构连接而成，其中所述防火层由具有良好相互作用的特定组分的防火涂料制备而成，从而使防火隔热金属板整体具有良好的隔热效果、缓冲及防火效果，从而具有优异的机械强度和防火隔热性能。实验结果表明，本发明提供的防火隔热金属板一侧温度为1200℃时，另一侧温度可以控制在300℃以下，可满足新能源动力电池包的防火隔热要求，值得推广使用。

Description

一种防火隔热金属板及其制备方法
技术领域
本发明涉及防火材料技术领域，更具体地说，是涉及一种防火隔热金属板及其制备方法。
背景技术
锂电池作为新能源汽车领域核心动力近年来得到了大力发展。随着国家政策的快速推动，电动汽车的能量密度和续航里程大幅提升，促进了新能源电动车行业的快速发展；而锂电池作为动力电池展现出了高效的储能效率的同时，安全问题也日益突出，因为锂电池的能量密度提升造成电池结构设计紧凑，随之而来的是充放电过程中产生的温度聚集，特别是目前大力发展的三元锂电池，其热失控风险较磷酸铁锂电池大幅提升，做好相关的安全技术的研发和储备具有必要性。
有部分厂商已经开展电池箱体的耐火防护，可以有效提升电动汽车的安全系数，延长事故后乘客的逃生时间，对电动汽车行业的发展具有积极的意义。而锂电池热失控大多情况下并不是所有电池的起火爆炸，而是由于部分区域的电池充放电过程中热量的聚集造成，加之其他因素如短路及机械碰撞等造成的热失控风险可能引起的局部高温起火；如果能在电池之间的缝隙中引入缓冲材料，在常规调节下增加电池之间的隔热效果，促进热量向外部扩散，阻止热量聚集，而在意外情况下如局部电池起火时有效阻隔火焰向其他区域电池的蔓延，阻止连锁反应的发生，这对进一步提升电动汽车的安全系数，提升电动汽车的安全等级有益。如果将电池拆卸后涂装防火涂料等新型材料势必会造成电池不良或工艺成本的大幅增加，使用独立的防火隔热金属板，填充并固定在电池间的缝隙中的方案更具成本优势，因此开发一种便捷安装、具有一定强度的金属板基础上的防火隔热缓冲材料具有良好的应用前景和积极意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防火隔热金属板及其制备方法，本发明提供的防火隔热金属板同时具有优异的机械强度和防火隔热性能。
本发明提供了一种防火隔热金属板，包括：
金属板；
贴合在所述金属板两侧表面的隔热层；
复合在所述隔热层外表面的防火层；
所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成。
优选的，所述金属板为铝合金板、钣金板或不锈钢板；所述金属板的厚度为0.2mm～2mm。
优选的，所述隔热层为EVA泡棉；所述隔热层的厚度为0.2mm～5mm。
优选的，所述防火层的厚度为0.1mm～0.5mm。
优选的，所述防火涂料包括以下组分：
环氧树脂30重量份～50重量份；
潜伏型固化剂5重量份～15重量份；
活性稀释剂1重量份～10重量份；
阻燃剂30重量份～40重量份；
少层石墨烯1重量份～5重量份。
优选的，所述环氧树脂选自环氧树脂E51、环氧树脂E44和环氧树脂E42中的一种或多种。
优选的，所述活性稀释剂选自AGE稀释剂、692稀释剂和207稀释剂中一种或多种。
优选的，所述少层石墨烯的粒径为10μm～50μm，层数为2层～30层。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的防火隔热金属板的制备方法，包括以下步骤：
在金属板两侧表面粘贴隔热层，然后在所述隔热层外表面涂覆包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料，固化后得到防火隔热金属板。
优选的，所述固化的温度为80℃～120℃，时间为10min～30min。
本发明提供了一种防火隔热金属板，包括：金属板；贴合在所述金属板两侧表面的隔热层；复合在所述隔热层外表面的防火层；所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成。与现有技术相比，本发明提供的防火隔热金属板包括防火层、隔热层、金属板，并采用特定结构连接而成，其中所述防火层由具有良好相互作用的特定组分的防火涂料制备而成，从而使防火隔热金属板整体具有良好的隔热效果、缓冲及防火效果，从而具有优异的机械强度和防火隔热性能。实验结果表明，本发明提供的防火隔热金属板一侧温度为1200℃时，另一侧温度可以控制在300℃以下，可满足新能源动力电池包的防火隔热要求，值得推广使用。
另外，本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的防火隔热金属板的结构示意图；
图2为发明实施例提供的防火隔热金属板在电池包中安装位置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种防火隔热金属板，包括：
金属板；
贴合在所述金属板两侧表面的隔热层；
复合在所述隔热层外表面的防火层；
所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成。
在本发明中，所述防火隔热金属板包括金属板、隔热层和防火层，参见图1所示，图1为本发明实施例提供的防火隔热金属板的结构示意图；其中，所述隔热层贴合在所述金属板两侧表面，形成两侧为隔热层、中间为金属板的夹心结构；所述防火层复合在两侧隔热层的外表面，形成两侧最外层为防火层、两侧次外层为隔热层、中间层为金属板的整体结构。
在本发明中，所述金属板优选为铝合金板、钣金板或不锈钢板，更优选为铝合金板或钣金板。本发明对所述金属板的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述铝合金板、钣金板和不锈钢板的市售商品即可。在本发明中，所述金属板的厚度优选为0.2mm～2mm，更优选为1mm～2mm。
在本发明中，所述隔热层贴合在所述金属板两侧表面。在本发明中，所述隔热层优选为EVA泡棉。本发明对所述EVA泡棉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述EVA泡棉的密度优选为0.10g/cm3～0.50g/cm3，更优选为0.4g/cm3～0.5g/cm3。本发明对所述贴合的方式没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的物理粘贴，如通过胶黏剂粘贴的技术方案即可。在本发明中，所述隔热层的厚度优选为0.2mm～5mm，更优选为0.3mm～0.5mm。
在本发明中，所述防火层复合在所述隔热层外表面。在本发明中，所述防火层的厚度优选为0.1mm～0.5mm，更优选为0.2mm～0.5mm。
在本发明中，所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成，优选包括以下组分：
环氧树脂30重量份～50重量份；
潜伏型固化剂5重量份～15重量份；
活性稀释剂1重量份～10重量份；
阻燃剂30重量份～40重量份；
少层石墨烯1重量份～5重量份。
在本发明中，所述环氧树脂优选选自环氧树脂E51、环氧树脂E44和环氧树脂E42中的一种或多种，更优选为环氧树脂E51、环氧树脂E44或环氧树脂E42。本发明对所述环氧树脂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述环氧树脂E51、环氧树脂E44和环氧树脂E42的市售商品即可。在本发明中，所述防火涂料优选包括30重量份～50重量份的环氧树脂，更优选为40重量份～50重量份。
在本发明中，所述潜伏型固化剂优选选自株式会社EH-3293S、EH-4360S、川井MC120B和川井PA80中的一种或多种，更优选为EH3293S、EH-4360S或川井PA80。本发明对所述潜伏型固化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述株式会社EH-3293S、EH-4360S、川井MC120B和川井PA80的市售商品即可。在本发明中，所述防火涂料优选包括5重量份～15重量份的潜伏型固化剂，更优选为10重量份～15重量份。
在本发明中，所述活性稀释剂优选选自AGE稀释剂、692稀释剂和207稀释剂中一种或多种，更优选为AGE稀释剂、692稀释剂或207稀释剂。本发明对所述活性稀释剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述AGE稀释剂、692稀释剂和207稀释剂的市售商品即可。在本发明中，所述防火涂料优选包括1重量份～10重量份的活性稀释剂，更优选为4重量份～10重量份。
在本发明中，所述阻燃剂优选为氮磷型阻燃剂。本发明对所述阻燃剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述防火涂料优选包括30重量份～40重量份的阻燃剂。
在本发明中，所述少层石墨烯具有优异的阻隔性和疏水性，其片状结构可以显著提升防火涂料的韧性，明显改善膨胀炭层的致密性，提升防火性能，本发明结合少层石墨烯的性质开展了相关的研究和开发工作。在本发明中，所述少层石墨烯的粒径优选为10μm～50μm，更优选为15μm～40μm；所述少层石墨烯的层数优选为2层～30层，更优选为5层～28层。本发明对所述少层石墨烯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的机械剥离法和氧化还原法制得。在本发明中，所述防火涂料优选包括1重量份～5重量份的少层石墨烯。
本发明采用上述高固含、单组份潜伏型(高温固化型)固化方案下的防火涂料，克服了双组份固化型防火涂料操作设备复杂，需要混合使用，操作时间短的弊端；该防火涂料可在室温长期储存，涂覆完成后高温下才能启动固化反应，具有施工灵活、固化快、环保的优点。
本发明对所述防火涂料的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的将上述原料混匀的技术方案即可。
本发明提供的防火隔热金属板包括防火层、隔热层、金属板，并采用特定结构连接而成，其中所述防火层由具有良好相互作用的特定组分的防火涂料制备而成，从而使防火隔热金属板整体具有良好的隔热效果、缓冲及防火效果，从而具有优异的机械强度和防火隔热性能。另外，本发明提供的防火隔热金属板能够通过控制各个技术特征的具体参数实现控制防火隔热效果的目的。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的防火隔热金属板的制备方法，包括以下步骤：
在金属板两侧表面粘贴隔热层，然后在所述隔热层外表面涂覆包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料，固化后得到防火隔热金属板。
在本发明中，所述涂覆的方式优选为丝网印刷、喷涂或刷涂。
在本发明中，所述固化的装置优选为固化炉；所述固化的温度优选为80℃～120℃，更优选为100℃～120℃；所述固化的时间优选为10min～30min。
本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。
本发明提供的防火隔热金属板能够应用在电池包中进行防火隔热，其在电池包中安装位置的示意图参见图2所示，所述防火隔热金属板填充在电池包中锂电池之间的空隙中。
本发明提供了一种防火隔热金属板，包括：金属板；贴合在所述金属板两侧表面的隔热层；复合在所述隔热层外表面的防火层；所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成。与现有技术相比，本发明提供的防火隔热金属板包括防火层、隔热层、金属板，并采用特定结构连接而成，其中所述防火层由具有良好相互作用的特定组分的防火涂料制备而成，从而使防火隔热金属板整体具有良好的隔热效果、缓冲及防火效果，从而具有优异的机械强度和防火隔热性能。实验结果表明，本发明提供的防火隔热金属板一侧温度为1200℃时，另一侧温度可以控制在300℃以下，可满足新能源动力电池包的防火隔热要求，值得推广使用。
另外，本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
金属板为铝合金板，厚度为2mm；
隔热层为EVA泡棉，厚度为0.5mm，密度为0.5g/cm3；并物理粘贴在铝合金板两侧表面；
防火层厚度为0.5mm；通过在EVA泡棉外表面采用高压无气喷涂工艺涂覆由环氧树脂E51(40wt％)、EH3293S(15wt％)、207稀释剂(5wt％)、氮磷型阻燃剂(35wt％)和少层石墨烯(5wt％，粒径为15μm，层数为5层)组成的防火涂料，100℃固化30min后形成，同时得到防火隔热金属板。
实施例2
金属板为铝合金板，厚度为1.5mm；
隔热层为EVA泡棉，厚度为0.3mm，密度为0.4g/cm3；并物理粘贴在铝合金板两侧表面；
防火层厚度为0.3mm；通过在EVA泡棉外表面采用丝网印刷工艺涂覆由环氧树脂E44(50wt％)、EH-4360S(15wt％)、692稀释剂(4wt％)、氮磷型阻燃剂(30wt％)和少层石墨烯(1wt％，粒径为22μm，层数为7层)组成的防火涂料，120℃固化20min后形成，同时得到防火隔热金属板。
实施例3
金属板为钣金板，厚度为1mm；
隔热层为EVA泡棉，厚度为0.3mm，密度为0.4g/cm3；并物理粘贴在铝合金板两侧表面；
防火层厚度为0.2mm；通过在EVA泡棉外表面采用刷涂工艺涂覆由环氧树脂E42(40wt％)、川井PA80(10wt％)、AGE稀释剂(8wt％)、氮磷型阻燃剂(40wt％)和少层石墨烯(2wt％，粒径为40μm，层数为28层)组成的防火涂料，110℃固化10min后形成，同时得到防火隔热金属板。
对照例1
空白组，1mm厚度铝合金板，没有隔热层、防火层。
对实施例1～3提供的防火隔热金属板及对照例1提供的铝合金板进行瞬时冲击测试，使用1200℃火焰枪对准金属板一侧火烧，模拟1200℃的测试温度；间隔30s对金属板进行冲击测试，模拟电池组起火燃烧环境下防火隔热金属板的抗冲击性能，其中冲击测试使用摆锤冲击模拟1～4MPa下的冲击压强，样品被击穿则NG，未被击穿则OK，测试结果如表1，结果显示，防火隔热金属板在1200℃环境下具有较好的抗冲击性能，而对照例中铝合金板在此测试方法下极易被烧穿冲破。
表1瞬时冲击测试结果
Figure BDA0002251337170000081
按实施例1～3提供的防火隔热金属板进行了瞬时冲击测试，使用1200℃火焰枪对准金属板一侧火烧，模拟1200℃的测试温度，记录另一侧表面的温度，随着燃烧过程的持续，基板和环境会达到短暂的热平衡，读取此时金属板背面温度，如下表2为金属板背面温度测试结果。
表2金属板背面温度测试结果
实施例1 实施例2 实施例3
温度/℃ 280℃ 370℃ 500℃
按实施例1～3提供的防火隔热金属板进行了瞬时冲击测试，使用1200℃火焰枪对准金属板一侧火烧，模拟1200℃的测试温度，记录金属板被烧穿所需要的时间，如下表3为金属板耐火时间测试结果，结果表明，防火隔热层能大幅延长金属板的耐火时间，其中钣金因耐温较好，不易被烧穿。
表3金属板耐火时间测试结果
对照例1 实施例1 实施例2 实施例3
时间/min 0.7 40 33 ＞40
从上述数据可以看出，本发明提供的防火隔热金属板具有优异的机械强度和防火隔热性能。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种防火隔热金属板，包括：
金属板；
贴合在所述金属板两侧表面的隔热层；
复合在所述隔热层外表面的防火层；
所述防火层由包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料制备而成。
2.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述金属板为铝合金板、钣金板或不锈钢板；所述金属板的厚度为0.2mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述隔热层为EVA泡棉；所述隔热层的厚度为0.2mm～5mm。
4.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述防火层的厚度为0.1mm～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述防火涂料包括以下组分：
环氧树脂30重量份～50重量份；
潜伏型固化剂5重量份～15重量份；
活性稀释剂1重量份～10重量份；
阻燃剂30重量份～40重量份；
少层石墨烯1重量份～5重量份。
6.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述环氧树脂选自环氧树脂E51、环氧树脂E44和环氧树脂E42中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述活性稀释剂选自AGE稀释剂、692稀释剂和207稀释剂中一种或多种。
8.根据权利要求1所述的防火隔热金属板，其特征在于，所述少层石墨烯的粒径为10μm～50μm，层数为2层～30层。
9.一种权利要求1～8任一项所述的防火隔热金属板的制备方法，包括以下步骤：
在金属板两侧表面粘贴隔热层，然后在所述隔热层外表面涂覆包括环氧树脂、潜伏型固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和少层石墨烯的防火涂料，固化后得到防火隔热金属板。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为80℃～120℃，时间为10min～30min。
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