CN114605837A - 一种用于电池包的一体成型防火pcm复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料技术领域,具体涉及一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料及其制备方法。本发明通过将在防火硅胶中添加羟基硅油和环氧树脂PCM预浸料一体成型,得到的防火PCM复合材料能够抵御高达1300±200℃的高温火焰冲击,同时形成隔热层,背面的PCM在整个火烧过程中不产生明火,从使复合材料具有优异的防火、隔热能力;本发明整体制备方法简单,原料及工艺成本低,适用于大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域,具体涉及一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料及其制备方法。
背景技术
热固性预浸料模压成型 (Propreg Compression Molding,PCM) 指是采用编织的连续玻璃纤维布,在纤维布上均匀喷涂树脂基体,使两者充分浸润并在一定温度下获取预制件,再将预制件置入预热后的模具进行合模加压获得制件。PCM常采用速固化预浸料(树脂+玻璃纤维编织物),树脂可分为环氧树脂、环氧乙烯基树脂或者酚醛乙烯基树脂。PCM板凭借其力学性能好、密度小、比强度高的优点广泛应用于新能源电池箱盖,这也要求PCM具有优异的的阻燃、防火性。特别是目前新能源汽车领域,PCM作为轻质复合材料,是电池包上盖的主流材料之一。
现有的阻燃PCM在火烧试验时,虽然离火自熄,但是火烧过程中仍然有明火产生,材料本身抵御火焰冲击能力差,在火烧过程中材料塌陷,没有抵挡高温火焰的冲击的能力。目前的电池包上盖材料的防火解决方案主要是在上盖内层贴附云母板、陶瓷纤维、耐火硅胶材料等,依然存在安装过程需要人工操作,工艺复杂,随型性差,大折角包覆困难等缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足,本发明提供一种具有优异物理性能和隔热性能的用于电池包的一体成型防火PCM复合材料。
本发明的上述目的通过如下方案方式实现:一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,复合材料包括防火硅胶层、PCM层,所述防火硅胶层包括如下质量份数的原料:80-100份甲基乙烯基硅橡胶、80-120份羟基硅油、130-160份成瓷粉、3-8份填充剂、1-2份交联剂。
本发明通过PCM层中环氧基团能高温下与羟基硅油的羟基进行交联反应,形成稳定的结构,大大强化PCM层与防火硅胶层粘接强度,从而使得硅胶面和PCM结合牢固。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料中,羟基硅油为甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、羟基含氢硅油、乙烯基羟基硅油中的一种或多种。本发明在防火硅胶层中添加羟基硅油可以直接与环氧树脂PCM预浸料一起模压,因为环氧树脂能和硅胶层中的羟基在固化时相互反应,从而树脂和硅胶可以很好的结合在一起。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料中,PCM层的原料为环氧树脂PCM预浸料。
作为优选,复合材料中PCM层层数为1-5层。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料中,填充剂为空心微球、膨胀石墨、膨胀蛭石中的一种或多种。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料中,交联剂为过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷、铂金硫化剂中的一种或多种。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料中,复合材料还包括骨架层。本发明中添加骨架层不仅可以作为硅胶卷材的支撑物,还能够增强复合材料整体的防火性能。
作为优选,骨架层经涂覆剂涂覆处理。
作为优选,骨架层为无机纤维材料、无机纤维毡和无机纤维气凝胶毡中的一种或多种。
作为优选,涂覆剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、羟基含氢硅油、乙烯基羟基硅油中的一种或多种。
本发明还提供了一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料的制备方法,所述方法包括如下步骤:
S1、配置上述原料;
S2、将防火硅胶层原料中除交联剂以外原料捏合成胶泥,然后在室温下进行开炼处理并加入交联剂,然后进行延压得胶泥卷材;
S3、将胶泥卷材与环氧树脂PCM预浸料进行贴合,最后放入模具中热压成型得防火PCM复合材料。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料的制备方法中,步骤S3中胶泥卷材与环氧树脂PCM预浸料为等面积贴合。
在上述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料的制备方法中,步骤S3热压温度为120-180℃,压力为5-20MPa,时间为2-8min。本发明需要控制热压温度及时间来确保硅胶层和PCM层充分固化,能够完全复合,不出现鼓包起翘等缺陷。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明通过将在防火硅胶中添加羟基硅油和环氧树脂PCM预浸料一体成型,得到的防火PCM复合材料能够抵御高达1300±200℃的高温火焰冲击,同时形成隔热层,背面的PCM在整个火烧过程中不产生明火,从使复合材料具有优异的防火、隔热能力;本发明整体制备方法简单,原料及工艺成本低,适用于大规模工业生产。
附图说明
图1为实施例1-3防火PCM复合材料结构示意图。
图2为实施例4防火PCM复合材料结构示意图。
图3为实施例5防火PCM复合材料结构示意图。
图4为实施例6防火PCM复合材料结构示意图。
图5为实施例7防火PCM复合材料结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1:
S1、分别配置如下防火硅胶层原料和环氧树脂PCM预浸料;
防火硅胶层包括如下质量份数的原料:100份甲基乙烯基硅橡胶、80份乙烯基羟基硅油、150份成瓷粉、5份陶瓷空心微球、1.2份过氧化二叔丁基;
S2、将防火硅胶层原料中除过氧化二叔丁基以外原料捏合成胶泥,然后在室温下开练并加入过氧化二叔丁基,最后进行延压得胶泥卷材;
S3、将胶泥卷材与3层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合,最后放入模具中在压力为10Mpa,温度为160℃下进行热压5min成型得防火PCM复合材料;
所述防火PCM复合材料结构如图1所示,从上至下依次设置为1层防火层、3层PCM层。
实施例2:
S1、分别配置如下防火硅胶层原料和环氧树脂PCM预浸料;
防火硅胶层包括如下质量份数的原料:100份甲基乙烯基硅橡胶、90份乙烯基羟基硅油、130份成瓷粉、3份陶瓷空心微球、1份过氧化苯甲酰;
S2、将防火硅胶层原料中除过氧化苯甲酰以外原料捏合成胶泥,然后在室温下开练并加入过氧化苯甲酰,最后进行延压得胶泥卷材;
S3、将胶泥卷材与3层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合,最后放入模具中在压力为5Mpa,温度为120℃下进行热压2min成型得防火PCM复合材料;
所述防火PCM复合材料结构如图1所示,从上至下依次设置为1层防火层、3层PCM层。
实施例3:
S1、分别配置如下防火硅胶层原料和环氧树脂PCM预浸料;
防火硅胶层包括如下质量份数的原料:100份甲基乙烯基硅橡胶、120份乙烯基羟基硅油、160份成瓷粉、8份陶瓷空心微球、2份5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷;
S2、将防火硅胶层原料中除5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷以外原料捏合成胶泥,然后在室温下开练并加入5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷,最后进行延压得胶泥卷材;
S3、将胶泥卷材与3层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合,最后放入模具中在压力为20Mpa,温度为180℃下进行热压8min成型得防火PCM复合材料;
所述防火PCM复合材料结构如图1所示,从上至下依次设置为1层防火层、3层PCM层。
实施例4:
与实施例1的区别,仅在于,步骤3将胶泥卷材与1层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合;
制备的防火PCM复合材料结构如图2所示,从上至下依次设置为1层防火层、1层PCM层。
实施例5:
与实施例1的区别,仅在于,步骤3将胶泥卷材与5层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合;
制备的防火PCM复合材料结构如图3所示,从上至下依次设置为1层防火层、5层PCM层。
实施例6:
S1、分别配置如下防火硅胶层原料和环氧树脂PCM预浸料;
防火硅胶层包括如下质量份数的原料:100份甲基乙烯基硅橡胶、80份乙烯基羟基硅油、150份成瓷粉、5份陶瓷空心微球、1.2份过氧化二叔丁基;
S2、将防火硅胶层原料中除过氧化二叔丁基以外原料捏合成胶泥,然后在室温下开练并加入过氧化二叔丁基,最后进行延压得胶泥卷材;
S3、利用甲基乙烯基硅油涂覆玻璃纤维制备骨架层;
S4、从上至下依次将胶泥卷材、骨架层、3层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合,最后放入模具中在压力为10Mpa,温度为160℃下进行热压5min成型得防火PCM复合材料;
所述防火PCM复合材料结构如图4所示,从上至下依次设置为1层防火层、1层骨架层、3层PCM层。
实施例7:
S1、分别配置如下防火硅胶层原料和环氧树脂PCM预浸料;
防火硅胶层包括如下质量份数的原料:100份甲基乙烯基硅橡胶、80份乙烯基羟基硅油、150份成瓷粉、5份陶瓷空心微球、1.2份过氧化二叔丁基;
S2、将防火硅胶层原料中除过氧化二叔丁基以外原料捏合成胶泥,然后在室温下开练并加入过氧化二叔丁基,最后进行延压得胶泥卷材;
S3、利用甲基乙烯基硅油涂覆玻璃纤维制备骨架层;
S4、从上至下依次将骨架层、胶泥卷材、3层环氧树脂PCM预浸料进行等面积贴合,最后放入模具中在压力为10Mpa,温度为160℃下进行热压5min成型得防火PCM复合材料;
所述防火PCM复合材料结构如图5所示,从上至下依次设置为1层骨架层、1层防火层、3层PCM层。
对比例1:
与实施例1的区别,仅在于,对比例1防火硅胶层原料中未添加羟基硅油。
对比例2:
与实施例1的区别,仅在于,防火硅胶层原料中未添加交联剂。
对比例3:
与实施例1的区别,仅在于,防火硅胶层原料中未添加瓷粉。
测试方法:
剥离力测试方法:裁取50*110mm大小的PCM材料,作为基板;再裁取25*180mm大小的实施例1-7、对比例1-3制备的防火PCM复合材料,按照以上结构进行复合热压。制得试样,在90°方向上进行剥离力测试。
耐火性能测试方法:用1500 ℃火焰持续灼烧实施例1-7、对比例1-3制备的防火PCM复合材料表面,记录材料耐火焰时间。
表1:实施例1-7、对比例1-3复合材料性能检测结果
本发明将防火硅胶和阻燃PCM复合,防火硅胶能够抵御高达1300±200℃的高温火焰冲击,同时形成隔热层,背面的PCM在整个火烧过程中不产生明火,从使复合材料具有优异的防火、隔热能力。
综上所述,本发明通过将防火硅胶和PCM制备的一体成型防火PCM复合材料制备方法简单,原料及工艺成本低,适用于大规模工业生产,本发明的复合PCM用作电池包上盖时,具备隔热和抗火焰冲击性优异,并且不存在随型性问题,解决了现有方案需要人工安缺点,便于自动化,大大降低了工艺成本。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例,但是对本领域熟练技术人员来说,只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (9)
1.一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,复合材料包括防火硅胶层、PCM层,所述防火硅胶层包括如下质量份数的原料:80-100份甲基乙烯基硅橡胶、80-120份羟基硅油、130-160份成瓷粉、3-8份填充剂、1-2份交联剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,羟基硅油为甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、羟基含氢硅油、乙烯基羟基硅油中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,PCM层的原料为环氧树脂PCM预浸料。
4.根据权利要求1所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,复合材料中PCM层层数为1-5层。
5.根据权利要求1所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,填充剂为空心微球、膨胀石墨、膨胀蛭石中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,交联剂为过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷、铂金硫化剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料,其特征在于,复合材料还包括骨架层。
8.一种如权利要求1所述的用于电池包的一体成型防火PCM复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
S1、配置权利要求1所述原料;
S2、将防火硅胶层原料中除交联剂以外原料捏合成胶泥,然后在室温下进行开炼处理并加入交联剂,然后进行延压得胶泥卷材;
S3、将胶泥卷材与环氧树脂PCM预浸料进行贴合,最后放入模具中热压成型得防火PCM复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种用于电池包的一体成型防火PCM复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S3热压温度为120-180℃,压力为5-20MPa,时间为2-8min。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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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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