CN111050896A - 用于混合散热材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于混合散热材料的方法，并且根据本发明的一个方面，提供了用于用静态混合器混合包含室温固化填料的散热材料的方法，其中用于混合散热材料的方法包括以下步骤：基于每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出静态混合器的散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定静态混合器的容量(V)，其中当用静态混合器将散热材料依次注入第一外部设备和第二外部设备中时，过程单位时间为散热材料开始被注入第二外部设备的时间与散热材料开始被注入第一外部设备的时间之差。
Description
技术领域
本发明涉及用于混合散热材料的方法。
本申请要求基于在2017年8月22日提交的韩国专利申请第10-2017-0105933号和在2018年8月22日提交的韩国专利申请第10-2018-0097733号的优先权的权益，它们的公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术
电池、电视、录像机、计算机、医疗仪器、办公机器或通信设备等在运行期间产生热，并且归因于热的温度升高导致运行失败或破坏等，因此提出了用于抑制温度升高的散热方法或用于该方法的散热构件等。
例如，已知存在如下方法：其中将热转移至冷却介质例如冷却水，或者使用具有高热导率的金属板等(例如铝或铜)通过热传导至散热器来抑制温度升高。
为了有效地将热从热源转移至冷却介质或散热器，有利的是使热源尽可能紧密地附着至冷却介质或散热器或者与其热连接，并且可以将散热材料用于该目的。
对于散热材料中的双组分室温固化高粘度流体，应根据混合效率或反应速率优化混合器的容量。
例如，如果混合器的数量过大或者长度长，则分配速度受到不利影响，而如果数量或长度不足，则混合效率降低，从而导致归因于不均匀的固化产物的物理特性的劣化。
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供用于混合散热材料的方法，所述方法可以根据散热材料优化静态混合器的容量。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了用于用静态混合器混合包含室温固化填料的散热材料的方法，其中用于混合散热材料的方法包括以下步骤：基于每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出静态混合器的散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定静态混合器的容量(V)，其中当用静态混合器将散热材料依次注入第一外部设备和第二外部设备中时，过程单位时间为散热材料开始被注入第二外部设备的时间与散热材料开始被注入第一外部设备的时间之差。
静态混合器的容量(V)可以通过以下方程式1来确定。
[方程式1]
V＜(t2/td)*Q
在方程式1中，静态混合器的容量的单位可以为ml，注入量(Q)的单位可以为ml，以及过程单位时间(td)和粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)的单位可以为分钟。
混合方法还可以包括以10至1000的雷诺数(Re)进行混合散热材料的步骤。
此外，静态混合器的单元数可以为5至25。
粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)可以为1分钟至10分钟。另一方面，粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)可以以以下方法测量。例如，使用作为流变特性测量设备的ARES(advanced rheometric expansion system，高级流变膨胀系统)以扫频模式在一分钟内测量流出静态混合器的散热材料，但测量在2.5/秒的剪切速率下的混合粘度，并且随着时间测量混合粘度三次或更多次，然后可以基于所测量的混合粘度通过绘图获得与初始粘度相比粘度加倍的时间。
此外，散热材料的热导率可以为1.0W/mK或更大。
此外，散热材料的粘度可以为10cP至300,000cP。
第一外部设备和第二外部设备各自可以为电池模块。
此外，当将散热材料用复数个静态混合器注入第一外部设备中时，可以基于各静态混合器的每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出静态混合器的散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定各静态混合器的容量。
此外，当用复数个静态混合器注入散热材料时，可以确定各个静态混合器具有相同的容量。
有益效果
如上所述，与本发明的一个实例有关的散热材料的混合方法具有以下效果。
可以基于各静态混合器的每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定静态混合器的容量(V)，由此可以优化静态混合器的容量。
附图说明
图1是示出在与本发明的一个实例有关的散热材料的混合方法中使用的分配装置的示意图。
图2是示出分配装置的另一个实施方案的示意图。
图3和4是示出其中将散热材料注入第一外部设备中的实施方案的示意图。
图5是图1所示的静态混合器的示意图。
图6是构成电池模块的模块壳体的示意图。
图7是示出电池模块的示意图。
图8是用于说明模块壳体的注入孔的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的一个实例的用于混合散热材料的方法。
此外，无论附图标记如何，给予相同或相应的组件相同或相似的附图标记，其冗余的说明将被省略，并且为了便于说明，所示的各个组成构件的尺寸和形状可以被放大或缩小。
图1是示出在与本发明的一个实例有关的散热材料的混合方法中使用的分配装置(10)的示意图，图2是示出分配装置(10’)的另一个实施方案的示意图，以及图3和4是示出其中将散热材料注入第一外部设备(200)中的实施方案的示意图。
此外，图5是图1所示的静态混合器(100)的示意图。
与本发明的一个实例有关的散热材料的混合方法是用于将包含室温固化填料的散热材料用复数个静态混合器混合的方法。
参照图1，可以通过分配装置(10)将与本发明有关的散热材料注入外部设备(200、300)中。分配装置(10)包括分配部(20)和与分配部(20)连接的一个或更多个静态混合器(100)。
外部设备可以是电池模块。
在本文中，第一外部设备是指第一电池模块，第二外部设备是指第二电池模块。第一电池模块和第二电池模块仅仅是为了依次说明处理单元而单独陈述的术语，并且具有相同的结构。
电池模块的生产方法可以包括提供电池模块，混合散热材料并注入散热材料的步骤。此时，通过静态混合器来进行散热材料的混合和注入。此外，散热材料的混合可以在各个静态混合器(100)中进行，并且用于一个电池模块的散热材料的注入可以通过复数个静态混合器(100)进行。
图6是构成电池模块的模块壳体(210)的示意图，图7是示出电池模块(200)的示意图，以及图8是用于说明模块壳体的注入孔(230)的示意图。
电池模块(200)包括模块壳体(210)和配置在模块壳体(210)中的复数个电池单元(220)。电池单元(220)可以是袋型二次电池。电池单元(200)通常可以包括电极组合件、电解质和袋外部材料。散热材料被注入到模块壳体中的电池单元之间的空间中并且起耗散电池单元(220)中产生的热的作用。
模块壳体(210)可以具有例如立方体形状并且可以具有底表面(211)、侧表面(212)和顶表面(213)。此时，可以在顶表面(213)上形成一个或更多个注入孔(230)。此时，将一个静态混合器(100)与一个注入孔(230)连接，使得流出静态混合器(100)的散热材料可以通过注入孔(230)被注入到电池模块(200)中。
此外，散热材料的步骤可以在复数个电池模块上依次进行注入。例如，参照图1，在将散热材料完全注入第一电池模块(200)中之后，可以将散热材料注入第二电池模块(300)中。第一电池模块(200)和第二电池模块(300)通过转移部(例如，带式输送机)转移并依次通过分配装置(100)，由此可以注入散热材料。
在注入散热材料的步骤中，参照图3，还可以通过一个静态混合器将散热材料注入一个电池模块(例如，第一电池模块200)中，并且参照图4，可以通过复数个静态混合器(100)将散热材料注入一个电池模块(例如，第一电池模块200)中。
与本发明有关的用于混合和注入散热材料的分配装置(100)包括分配部(20)和与分配部(20)连接的一个或更多个静态混合器(100)。
此外，通过静态混合器混合并注入电池模块中的散热材料涉及导热树脂组合物。该树脂组合物可以包含树脂组分和导热填料。
分配部(20)包括第一供给盒部分(21)和第二供给盒部分(22)。此时，第一供给盒部分(21)和第二供给盒部分(22)单独地与静态混合器(100)连接。第一供给盒部分(21)向静态混合器(100)供给用于形成树脂组合物的主要树脂和导热填料，第二供给盒部分(22)向静态混合器(100)供给固化剂和导热填料。
参照图5，静态混合器(100)具有流入部(101)和流出部(102)。如上所述，流入部(101)设置成与第一供给盒部分(21)和第二供给盒部分(22)分别连接，流出部(102)设置成与设置在电池模块(200)的模块壳体(210)处的注入孔(230)连接。
静态混合器(100)包括用于混合和转移的螺杆部(120)。螺杆部(120)由复数个单元(121)构成，并且一个单元(121)形成一级(B)，其中单元(121)的数量(单元数)可以称为级数。
此时，静态混合器(100)的单元(121)的数量(单元数)可以为5至25。如果单元(121)的数量(单元数)不足，则混合效率降低，这可能影响固化速度、粘合力、绝缘特性等，或者引起可靠性问题。或者，如果单元(121)的数量(单元数)过大，则使用具有小直径和长长度的混合器保持相同的混合器容量，并因此过程速度降低。
在一个实施方案中，静态混合器(100)的混合器内径(D)为约9mm，其中设置有螺杆部(120)，螺杆部(120)宽度为5mm，流出部(102)直径(A)为3mm，混合器长度(L)为225mm，以及级数为24。
本发明的一个实例提供了用静态混合器混合包含室温固化填料的散热材料和注入的方法。
当用静态混合器将散热材料依次注入第一外部设备和第二外部设备时，过程单位时间为散热材料开始被注入第二外部设备的时间与散热材料开始被注入第一外部设备的时间之差。例如，散热材料被注入第一外部设备(第一电池模块，200)的时间为0:00，以及在注入第一外部设备之后散热材料被注入第二外部设备(第一电池模块，200)的时间为3:30，其中过程单位时间为3分钟。
此时，散热材料的混合方法包括以下步骤：基于每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出静态混合器(100)的散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定静态混合器的容量(V)。
即，静态混合器(100)的容量(V)可以根据如下来确定：其中用静态混合器将散热材料注入电池模块中的每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出静态混合器(100)的散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)。
静态混合器的容量(V)可以通过以下方程式1来确定。
[方程式1]
V＜(t2/td)*Q
在方程式1中，静态混合器的容量的单位可以为ml，注入量(Q)的单位可以为ml，以及过程单位时间(td)和初始混合粘度加倍的时间(t2)的单位可以为分钟。
混合方法还可以包括以10至1000的雷诺数(Re)进行混合散热材料的步骤。
此外，如上所述，静态混合器可以具有5至25个单元。
散热材料可以具有1.0W/mK或更大的热导率，并且热辐射材料也可以具有10cP至300,000cP的粘度。
此外，如图4所示，当将散热材料用复数个静态混合器(100)注入第一外部设备(第一电池模块，200)中时，可以基于各静态混合器(100)的每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出静态混合器(100)的散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定各静态混合器(100)的容量(V)
此外，在用复数个静态混合器注入时，可以确定各个静态混合器具有相同的容量。
各静态混合器的容量(V)可以通过以下方程式1来确定。
[方程式1]
V＜(t2/td)*Q
在方程式1中，静态混合器的容量的单位可以为ml，注入量(Q)的单位可以为ml，以及过程单位时间(td)和初始混合粘度加倍的时间(t2)的单位可以为分钟。
另一方面，当静态混合器的容量(V)大于满足方程式1的容量时，容量(V)超过每单位过程使用量，由此散热材料停留在静态混合器中的时间增加，并且过程速度减慢，或者在严重的情况下，存在静态混合器(100)被堵塞的可能性。
另一方面，散热材料涉及导热树脂组合物。该树脂组合物可以包含树脂组分和导热填料。
在一个实例中，树脂组合物可以为粘合剂组合物，例如，能够通过固化反应等形成粘合剂的组合物。这样的树脂组合物可以为溶剂型树脂组合物、基于水的树脂组合物或无溶剂型树脂组合物。例如，树脂组合物可以通过将下面描述的导热填料配混到能够形成已知的丙烯酸类粘合剂、环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、烯烃粘合剂、EVA(乙烯乙酸乙烯酯)粘合剂或有机硅粘合剂中来制备。
术语树脂组分通常被用作包含被称为树脂的组分以及可以通过固化反应或聚合反应转化为树脂的组分的含义。
在一个实例中，作为树脂组分，可以应用粘合剂树脂或能够形成粘合树脂的前体。这样的树脂组分的实例包括丙烯酸类树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、烯烃树脂、EVA(乙烯乙酸乙烯酯)树脂或有机硅树脂等，或者诸如多元醇或异氰酸酯化合物的前体等，但不限于此。
树脂组合物可以包含导热填料以及树脂组分。术语导热填料意指热导率为约1W/mK或更大、约5W/mK或更大、约10W/mK或更大、或者约15W/mK或更大的材料。导热填料的热导率可以为约400W/mK或更小、约350W/mK或更小、或者约300W/mK或更小。导热填料的种类没有特别限制，但考虑到绝缘性等可以应用陶瓷填料。例如，可以使用陶瓷颗粒例如氧化铝、AlN(氮化铝)、BN(氮化硼)、氮化硅、SiC或BeO。如果可以确保绝缘特性，则也可以考虑应用碳填料，例如石墨。
相对于100重量份的树脂组分，树脂组合物可以包含约600重量份或更多的导热填料。在另一个实例中，相对于100重量份的树脂组分，填料的比例可以为650重量份或更大、或者700重量份或更大。相对于100重量份的树脂组分，该比例可以为约2,000重量份或更小、约1,500重量份或更小、或者约1,100重量份或更小。在填料的比例范围内，可以确保期望的物理特性，例如导热性和绝缘性。
如果为了确保导热性和绝缘性而应用过量的如上填料，则树脂组合物的粘度大大增加，并因此，处理特性降低，并且甚至在形成树脂材料之后，其包含气泡或空隙，因此导热性可能劣化。
因此，可以以预定比例将具有至少三个不同直径的填料施加至树脂组合物。
填料的形状没有特别限制，其可以考虑树脂组合物的粘度和触变性、在组合物中沉降性、目标热阻或热导率、绝缘性、填充效果或分散性等来选择。例如，考虑到待填充的量，使用球形填料是有利的，但是考虑到网络结构的形成、导电性、触变性等，还可以使用非球形填料，例如具有诸如针状或板状的形状的填料。
树脂组合物基本上包含以上组分，即树脂组分和导热填料，并且如有必要，其还可以包含其他组分。例如，树脂组合物还可以包含用于控制粘度的粘度控制剂例如触变剂、稀释剂、分散剂、表面处理剂或偶联剂，例如，以增加或降低粘度，或者以根据剪切力控制粘度。
触变剂可以根据树脂组合物的剪切力控制粘度，因此可以有效地进行电池模块的制造过程。可用的触变剂可以例举热解法二氧化硅等。
稀释剂或分散剂通常用于降低树脂组合物的粘度，并且可以没有限制地使用本领域中已知的各种种类中的任一种，只要其可以表现出以上作用即可。
表面处理剂用于对引入到树脂组合物中的填料进行表面处理，并且可以没有限制地使用本领域中已知的各种种类中的任一种，只要其可以表现出以上作用即可。
偶联剂可以用于例如改善导热填料例如氧化铝的分散性，并且可以没有限制地使用本领域中已知的各种种类中的任一种，只要其可以表现出以上作用即可。
树脂组合物还可以包含阻燃剂或阻燃助剂等。这样的树脂组合物可以形成阻燃树脂组合物。作为阻燃剂，可以没有特别限制地应用各种已知的阻燃剂，并且例如，可以应用固体填料状的阻燃剂或液体阻燃剂等。阻燃剂包括例如有机阻燃剂(如三聚氰胺氰尿酸酯)或无机阻燃剂(如氢氧化镁)等，但不限于此。
当待填充在树脂组合物中的填料的量大时，还可以使用液体型阻燃材料(TEP，磷酸三乙酯；或TCPP，三(1,3-氯-2-丙基)磷酸酯；等等)。此外，还可以添加能够用作阻燃增效剂的硅烷偶联剂。
实施例
散热材料可以为散热填料高粘度双组分室温固化氨基甲酸酯。此外，散热材料的热导率可以为1.0W/mK或更大，并且散热材料的粘度可以为10cP至300,000cP。此外，比重可以为3g/cm3，混合器直径可以为10mm，以及流量可以为0.25cm3/秒。
此外，当计算粘度为100,000时，雷诺数(Re)可以为58，并且单元数可以为12。此时，粘度越低，所需的单元数越少。例如，当粘度为100,000至1,000,000时，单元数可以为12至25。
此外，初始混合粘度加倍的时间(t2)可以为1分钟至10分钟，过程单位时间(td)可以为3分钟，并且各静态混合器的注入量(Q)可以为30ml。此时，如果初始混合粘度加倍的时间(t2)为3分钟，则在通过方程式1计算时，静态混合器最大容量(V)为30ml。
在目标混合比(例如，双组分型1:1)下，将固化速度设定为100作为正常固化速度，其中在此基础上，在相同的固化条件下根据固化时间的速度可以是相对化的。此外，当将实际过程单位时间与目标过程时间进行比较时，如果实际过程单位时间等于或快于目标过程时间，则可加工性归类为“O”；而如果实际过程单位时间慢于目标过程时间，则可加工性归类为“X”。
根据单元数、固化速度、t2、td、Q和V的可加工性示于下表1中。
[表1]
通过上表1，可以确定通过满足方程式1可以确保可加工性。
如上所述的本发明的优选实例是出于示例性目的而公开的，其中具有本发明的普通知识的本领域技术人员可以在本发明的思想和范围内进行各种修正、修改和添加，并且这样的修正、修改和添加都应被认为落入以下权利要求的范围内。
工业实用性
根据与本发明的一个实例有关的散热材料的混合方法，可以根据散热材料优化静态混合器的容量。
Claims (10)
1.一种用于混合散热材料的方法，所述方法用静态混合器混合包含室温固化填料的散热材料，
其中所述用于混合散热材料的方法包括以下步骤：基于每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出所述静态混合器的所述散热材料的粘度变为初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定所述静态混合器的容量(V)，其中当用所述静态混合器将所述散热材料依次注入第一外部设备和第二外部设备中时，所述过程单位时间为所述散热材料开始被注入所述第二外部设备的时间与所述散热材料开始被注入所述第一外部设备的时间之差。
2.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中所述静态混合器的容量(V)通过以下方程式1来确定：
[方程式1]
V＜(t2/td)*Q。
3.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
还包括以10至1000的雷诺数(Re)进行混合所述散热材料的步骤。
4.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中所述静态混合器的单元数为5至25。
5.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中所述初始混合粘度加倍的时间(t2)为1分钟至10分钟。
6.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中所述散热材料的热导率为1.0W/mK或更大。
7.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中所述散热材料的粘度为10cP至300,000cP。
8.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中所述第一外部设备和所述第二外部设备各自为电池模块。
9.根据权利要求1所述的用于混合散热材料的方法，
其中当将所述散热材料用复数个静态混合器注入所述第一外部设备中时，基于各静态混合器的每过程单位时间的注入量(Q)、过程单位时间(td)和流出所述静态混合器的所述散热材料的粘度变为所述初始混合粘度的两倍的时间(t2)确定各静态混合器的容量。
10.根据权利要求9所述的用于混合散热材料的方法，
其中当用复数个静态混合器注入所述散热材料时，确定各个静态混合器具有相同的容量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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