CN115011100B - 一种新型冷板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型冷板，属于电动汽车动力电池冷却技术领域，由以下步骤制成：准备以下重量份原料：聚苯醚40‑60份、聚苯乙烯10‑15份、导热填料5‑8份、苯乙烯‑马来酸酐无规共聚物2‑3份、润滑剂0.3‑0.6份和抗氧剂0.2‑0.5份；将原料熔融挤出造粒，吹塑成型，修边后安装水嘴，得到新型冷板；本发明以聚苯醚为主料，通过加入导热填料，复配其他助剂，得到新型冷板，该新型冷板使用时，仅需向其内部通入循环冷却液，即可达到制冷效果，相比于比传统的铝合金冷板，采用绝缘导热塑料作为冷板的材质，减少喷涂、贴膜等辅助工艺，并且降低了系统因静电喷涂带来的自身重量的增加，对环境友好。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车动力电池冷却技术领域，具体地，涉及一种新型冷板。
背景技术
新能源汽车，特别是纯电动汽车作为战略发展方向，越来越受到民众的认可，动力电池是必不可少的动力输出来源，它对温度十分敏感，需要对其进行温度控制，确保在发挥出其最大的容量同时还能保持长循环寿命。
目前电动汽车冷却(电池包、电驱动)系统的冷板，主流的材质选型为铝合金辅以静电喷涂、电泳、贴膜(PET、硅胶垫)等表面处理，内部通入循环冷却液得到，虽然铝合金具有优良的导热导电性能，但是在高导热的同时需要其他辅助手段(如喷涂绝缘涂层)解决其高导电性与电池包散热系统需要绝缘的矛盾，这些辅助手段并非完美，加工周期长，不仅增加系统额外重量，生产工艺也容易产生环境污染，因此，提供一种加工方便、质轻的制冷板是目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种新型冷板。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新型冷板，由以下步骤制成：
第一步，准备以下重量份原料：聚苯醚40-60份、聚苯乙烯10-15份、导热填料5-8份、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物2-3份、润滑剂0.3-0.6份和抗氧剂0.2-0.5份；
第二步，将聚苯醚、聚苯乙烯、导热填料、润滑剂、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物和抗氧剂混合均匀后，转移至螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，得到塑料颗粒，挤出工艺中温度为240-280℃，螺杆转速为200-300rpm；
第三步、将塑料颗粒在220-260℃下经吹塑机吹塑成型，经过修边后安装水嘴，得到新型冷板。
进一步地，导热填料由以下步骤制成：
步骤X1、将酸化碳纳米管加入无水乙醇中超声分散后，加入氮化硼纳米片乙醇溶液，升温至回流搅拌反应12-14h，离心，沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，干燥，得到杂化粒子，酸化碳纳米管、无水乙醇和氮化硼纳米片乙醇溶液的用量比为1.2-1.5g：50-60mL：10mL，氮化硼纳米片乙醇溶液中氮化硼纳米片和无水乙醇的用量比为0.3-0.5g：10mL；
步骤X2、将杂化粒子置于单口烧瓶中，加入Tris缓冲溶液(pH＝8.5)，在20kHz、200W条件下超声搅拌1h，加入盐酸多巴胺于60℃水浴条件下搅拌反应6-8h，反应结束后，冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次后，于70℃烘箱中干燥，得到导热填料，杂化粒子、Tris缓冲溶液和盐酸多巴胺的用量比为0.2-0.5g：200mL：0.4-0.6g。
基于六方氮化硼、碳纳米管优异的导热性能，本发明采用十六烷基三甲基溴化铵对六方氮化硼进行超声剥离，得到表面带有正电荷的六方氮化硼，然后利用强酸氧化多壁碳纳米管，得到羧基化的碳纳米管，再通过静电自组装将二者结合杂化粒子，然后利用多巴胺包覆杂化粒子，使杂化粒子表面富含氨基，得到导热填料。
进一步地，氮化硼纳米片由以下步骤制成：
将六方氮化硼、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水加入烧杯中，搅拌5min后将烧杯密封后超声处理1h，然后置于超声波细胞粉碎机中，剥离8-10h，再以5000r/min条件下离心10-20min后取上清液，冷冻干燥，得到氮化硼纳米片，六方氮化硼、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水的用量比为1g：0.3-0.4g：150-200mL。
进一步地，酸化碳纳米管由以下步骤制成：
将多壁碳纳米管加入至含有浓硫酸和过氧化氢的三口烧瓶中超声分散3-4h，然后冰水浴下滴加浓硝酸，滴加结束后，室温下超声2-3h后，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，100℃下干燥至恒重，得到酸化碳纳米管，多壁碳纳米管、浓硫酸、过氧化氢和浓硝酸的用量比为100-120mg：7-9mL：2-3mL：6-8mL，浓硫酸的质量分数为95％，浓硝酸的质量分数为65％。
进一步地，润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种按照任意比例混合。
进一步地，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种或多种按照任意比例混合。
本发明的有益效果：
1.本发明提供一种新型冷板，基于聚苯醚优异的耐高温、耐水以及机械性能，本发明以聚苯醚为主料，通过加入导热填料，复配其他助剂，得到一种新型冷板，该新型冷板使用时，仅需向其内部通入循环冷却液，即可达到制冷效果，相比于比传统的铝合金冷板，采用绝缘导热塑料作为冷板的材质，减少喷涂、贴膜等辅助工艺，并且降低了系统因静电喷涂带来的自身重量的增加，对环境友好。
2.本发明在新型冷板中加入了导热填料，其为多巴胺改性的氮化硼和碳纳米管杂化粒子，能够均匀地分散于基体树脂，在聚苯醚基质中搭建导热网络提高复合材料的导热性能，该导热填料表面的氨基能够与苯乙烯-马来酸酐无规共聚物中的酸酐基团反应，在杂化粒子表面形成一个化学键连接过渡层，更好地将杂化粒子“锚定”于聚苯醚材料中，进而使杂化粒子作为填充物，当复合材料受到外力作用时，能够分散应力，提高复合材料的机械性能，并且杂化粒子中的氮化硼纳米片具有优异的阻隔性能、化学惰性和电气绝缘线，在基体中的良好分散有助于增加腐蚀介质进入的曲折路径、呈现迷宫效应，提高复合材料的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种导热填料，由以下步骤制成：
步骤X1、将1.2g酸化碳纳米管加入50mL无水乙醇中超声分散后，加入氮化硼纳米片乙醇溶液，升温至回流搅拌反应12h，离心，沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，干燥，得到杂化粒子，氮化硼纳米片乙醇溶液由氮化硼纳米片和无水乙醇按照0.3g：10mL混合而成；
步骤X2、将0.2g杂化粒子置于单口烧瓶中，加入200mL Tris缓冲溶液(pH＝8.5)，在20kHz、200W条件下超声搅拌1h，加入0.4g盐酸多巴胺于60℃水浴条件下搅拌反应6h，反应结束后，冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3次后，于70℃烘箱中干燥，得到导热填料。
所述氮化硼纳米片由以下步骤制成：
将1g六方氮化硼、0.3g十六烷基三甲基溴化铵和150mL去离子水加入烧杯中，搅拌5min后将烧杯密封后超声处理1h，然后置于超声波细胞粉碎机中，剥离8h，再以5000r/min条件下离心10min后取上清液，冷冻干燥，得到氮化硼纳米片。
所述酸化碳纳米管由以下步骤制成：
将100mg多壁碳纳米管加入至含有7mL浓硫酸和2mL过氧化氢的三口烧瓶中超声分散3h，然后冰水浴下滴加6mL浓硝酸，滴加结束后，室温下超声2h后，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，100℃下干燥至恒重，得到酸化碳纳米管，浓硫酸的质量分数为95％，浓硝酸的质量分数为65％。
实施例2
本实施例提供一种导热填料，由以下步骤制成：
步骤X1、将1.5g酸化碳纳米管加入60mL无水乙醇中超声分散后，加入氮化硼纳米片乙醇溶液，升温至回流搅拌反应14h，离心，沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，干燥，得到杂化粒子，氮化硼纳米片乙醇溶液由氮化硼纳米片和无水乙醇按照0.5g：10mL混合而成；
步骤X2、将0.5g杂化粒子置于单口烧瓶中，加入200mL Tris缓冲溶液(pH＝8.5)，在20kHz、200W条件下超声搅拌1h，加入0.6g盐酸多巴胺于60℃水浴条件下搅拌反应8h，反应结束后，冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤5次后，于70℃烘箱中干燥，得到导热填料。
所述氮化硼纳米片由以下步骤制成：
将1g六方氮化硼、0.4g十六烷基三甲基溴化铵和200mL去离子水加入烧杯中，搅拌5min后将烧杯密封后超声处理1h，然后置于超声波细胞粉碎机中，剥离10h，再以5000r/min条件下离心20min后取上清液，冷冻干燥，得到氮化硼纳米片。
所述酸化碳纳米管由以下步骤制成：
将120mg多壁碳纳米管加入至含有9mL浓硫酸和3mL过氧化氢的三口烧瓶中超声分散4h，然后冰水浴下滴加8mL浓硝酸，滴加结束后，室温下超声3h后，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，100℃下干燥至恒重，得到酸化碳纳米管，浓硫酸的质量分数为95％，浓硝酸的质量分数为65％。
对比例1
本实施例提供一种导热填料，由以下步骤制成：
将0.5g酸化碳纳米管置于单口烧瓶中，加入200mL Tris缓冲溶液(pH＝8.5)，在20kHz、200W条件下超声搅拌1h，加入0.6g盐酸多巴胺于60℃水浴条件下搅拌反应8h，反应结束后，冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤5次后，于70℃烘箱中干燥，得到导热填料，酸化碳纳米管与实施例1中的酸化碳纳米管制备方法相同。
对比例2
本实施例提供一种导热填料，由以下步骤制成：
将0.5g氮化硼纳米片置于单口烧瓶中，加入200mL Tris缓冲溶液(pH＝8.5)，在20kHz、200W条件下超声搅拌1h，加入0.6g盐酸多巴胺于60℃水浴条件下搅拌反应8h，反应结束后，冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤5次后，于70℃烘箱中干燥，得到导热填料，氮化硼纳米片与实施例2中的氮化硼纳米片制备方法相同。
实施例3
一种新型冷板，由以下步骤制成：
第一步，准备以下重量份原料：聚苯醚40份、聚苯乙烯10份、实施例1的导热填料5份、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物2份、润滑剂0.3份和抗氧剂0.2份；
第二步，将聚苯醚、聚苯乙烯、导热填料、润滑剂、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物和抗氧剂混合均匀后，转移至螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，得到塑料颗粒，挤出工艺中温度为240-280℃，螺杆转速为200rpm；
第三步、将塑料颗粒在220-260℃下经吹塑机吹塑成型，经过修边后安装水嘴，得到新型冷板。
所述润滑剂为石蜡，抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例4
一种新型冷板，由以下步骤制成：
第一步，准备以下重量份原料：聚苯醚60份、聚苯乙烯10份、实施例2的导热填料8份、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物2份、润滑剂0.6份和抗氧剂0.2份；
第二步，将聚苯醚、聚苯乙烯、导热填料、润滑剂、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物和抗氧剂混合均匀后，转移至螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，得到塑料颗粒，挤出工艺中温度为240-280℃，螺杆转速为300rpm；
第三步、将塑料颗粒在220-260℃下经吹塑机吹塑成型，经过修边后安装水嘴，得到新型冷板。
所述润滑剂为聚乙烯蜡，抗氧剂为抗氧剂1076。
实施例5
一种新型冷板，由以下步骤制成：
第一步，准备以下重量份原料：聚苯醚50份、聚苯乙烯12份、实施例1的导热填料7份、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物2.5份、润滑剂0.4份和抗氧剂0.4份；
第二步，将聚苯醚、聚苯乙烯、导热填料、润滑剂、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物和抗氧剂混合均匀后，转移至螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，得到塑料颗粒，挤出工艺中温度为270℃，螺杆转速为250rpm；
第三步、将塑料颗粒在220-260℃下经吹塑机吹塑成型，经过修边后安装水嘴，得到新型冷板。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯，抗氧剂为抗氧剂168。
对比例3
将实施例4中的导热填料替换成对比例1中物质，其余原料及制备方法同实施例4。
对比例4
将实施例5中的导热填料替换成对比例2中物质，其余原料及制备方法同实施例5。
将实施例3-5和对比例3-4制备的物质进行测试，力学性能采用美特斯UTW4504型万能试验机测试，导热系数测试采用C-THERM TCi热传导分析仪，拉伸强度参考标准GB/T1040.1-2006(横梁位移)，缺口冲击强度参考标准GB/T1043.1测试，摆锤类型：简支梁4J，测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，相比于对比例3-5，实施例3-5所制备的材料具有更高的导热性能和力学性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种新型冷板，其特征在于，由以下步骤制成：
第一步，准备以下重量份原料：聚苯醚40-60份、聚苯乙烯10-15份、导热填料5-8份、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物2-3份、润滑剂0.3-0.6份和抗氧剂0.2-0.5份；
第二步，将第一步中原料混合均匀，转移至螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，得到塑料颗粒，将塑料颗粒在220-260℃下经吹塑机吹塑成型，经过修边后安装水嘴，得到新型冷板；
所述导热填料由以下步骤制成：
将杂化粒子和Tris缓冲溶液混合，超声搅拌1h后加入盐酸多巴胺于60℃水浴条件下搅拌反应6-8h，抽滤，滤饼洗涤、干燥，得到导热填料；
杂化粒子由以下步骤制成：
将酸化碳纳米管加入无水乙醇中超声分散后，加入氮化硼纳米片乙醇溶液，回流搅拌反应12-14h，离心，沉淀洗涤、干燥，得到杂化粒子；
氮化硼纳米片由以下步骤制成：
将六方氮化硼、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水混合，搅拌后超声处理1h，然后置于超声波细胞粉碎机中，剥离8-10h，再离心后取上清液，冷冻干燥，得到氮化硼纳米片；
酸化碳纳米管由以下步骤制成：
将多壁碳纳米管加入浓硫酸和过氧化氢中超声分散3-4h，冰水浴下滴加浓硝酸，滴加结束后，室温下超声2-3h后，抽滤，滤饼洗涤、干燥，得到酸化碳纳米管，浓硫酸的质量分数为95％，浓硝酸的质量分数为65％。
2.根据权利要求1所述的一种新型冷板，其特征在于，杂化粒子、Tris缓冲溶液和盐酸多巴胺的用量比为0.2-0.5g：200mL：0.4-0.6g，Tri s缓冲溶液的pH为8.5。
3.根据权利要求1所述的一种新型冷板，其特征在于，酸化碳纳米管、无水乙醇和氮化硼纳米片乙醇溶液的用量比为1.2-1.5g：50-60mL：10mL，氮化硼纳米片乙醇溶液中氮化硼纳米片和无水乙醇的用量比为0.3-0.5g：10mL。
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| "Mussel inspired interfacial modif ication of boron nitride/carbon nanotubes hybrid fillers for epoxy composites with improved thermal conductivity and electrical insulation properties";Bingqiang Ji et al.;《Journal of Polymer Research》;第27卷(第239期);1-12 * |
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