CN116004082A - 一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法，该涂料由A组份和B组份构成；A组份由环氧树脂18‑25份、增韧树脂3‑8份、酸源8‑15份、碳源4‑8份、有机阻燃剂8‑15份、无机阻燃剂10‑20份、助熔剂5‑15份、颜填料21‑36份、助剂0.2‑0.6份组成；B组份由固化剂8‑12份、无机阻燃剂8‑15份、助剂0.1‑0.5份组成。本发明还提供了该涂料的制备方法。本发明制备的涂料设计用于电动汽车电池组组件、电池包及各种储能设备，能够解决电池组因热失控引起的安全问题，保护铝及其它底材免受池火和喷射火的影响，为人员和财产安全提供有力的保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种防火涂料领域的适用于新能源汽车动力电池包及各种储能设备的低密度无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法，具体地，涉及一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法。
背景技术
基于能源安全和温室气体减排目标的要求，国家不断出台鼓励新能源汽车的发展政策，传统车企的新能源车型及新能源整车企业如雨后春笋般浮现。2022年1-7月，中国新能源汽车产销分别达到327.9万辆和319.4万辆，市场占有率达到22.1％，累计销量从2012年底的2万辆增长至1227万辆，带动全球累计销量从13.3万辆增加至2376万辆。新能源汽车数量增长的同时，其相应的新的安全问题也日渐突出。2019年至今，国内至少发生几百起新能源汽车起火事件，其中绝大部分事故是由动力蓄电池故障引发。动力蓄电池可能由机械滥用(压碎、刺破、浸入)、热滥用(过热)或电气滥用(短路、过度充电、快速放电)引起。特别是锂离子电池更容易发生“热失控”。锂电池属于电化学电源，发生热失控反应后反应速度快，几乎无法被控制，且伴随有强烈的火焰冲击力，温度高达1600℃。也就是说，现有的新能源汽车动力蓄电池，特别是锂离子电池，由于机械滥用、热滥用或电气滥引起的火灾，已经成为影响乘客安全财产安全的重要问题。所以如何提升电池包的防火安全性能，进而保证新能源车乘客安全，变成首要的安全问题。
目前，各新能源汽车电池包的防火措施主要以铺设防火毡材料为主，如，云母板、超细玻璃棉、高硅氧棉毡等。从实际应用效果来看，虽然上述材料可以部分隔绝热量扩散和控制火势走向、延缓电池热扩散时间，但使用上述材料存在质量增加、防火隔热性能差、设计施工过程中有局限性等问题。
近年来，研究人员提出采用膨胀型防火涂料来解决这个问题，并且有一些关于电池防火保护的膨胀涂料专利被申请。例如，专利CN111100526 A描述了一种铝合金电池包用防火隔热涂料层，内层为非膨胀的气凝胶隔热涂料，外层为防火涂料，该防火隔热涂层具有一定的阻燃效果，但隔热性能不佳；专利CN 112391075A描述了一种单组份水性防火涂料，采用尿素作为发泡剂，该防火涂料的膨胀碳层很难抵挡住锂电池火焰强烈的冲击力；总之，以上专利所描述的防火涂料有的缺乏耐候性功能，不能在户外使用，有的膨胀碳层的强度不够，无法抵御强烈的电化学反应所产生的强大火焰冲击力。专利CN 112592637 B和专利CN 113646954 A均为用于电池包的环氧类双组份防火涂料，前者为有机溶剂体系，涂层虽然具有较好的机械性能和防腐蚀功能，但隔热性能不佳；后者为无溶剂体系，虽具有较好的防火隔热性能，但与上述所有涂料一样，涂层密度较大，增加了电池包的重量，从而降低了续航里，更会影响整车性能且将增加汽车的制造成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度无溶剂环氧膨胀型防火涂料，适合于解决新能源汽车动力电池包及各种储能设备因热失控引起的安全问题，保护金属及其它底材免受池火和喷射火的影响，为人员和财产安全提供有力的保障。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的涂料由A组份和B组份构成；按重量份数计，A组份由环氧树脂18-25份、增韧树脂3-8份、酸源8-15份、碳源4-8份、有机阻燃剂8-15份、无机阻燃剂10-20份、助熔剂5-15份、颜填料21-36份、助剂0.2-0.6份组成；B组份由固化剂8-12份、无机阻燃剂8-15份、助剂0.1-0.5份组成。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂中的任意一种或多种；所述的增韧树脂选自聚氨酯、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯基脂树脂、高氯化聚乙烯树脂、氯醚树脂、氢化蓖麻油、聚乙烯缩丁醛、氯化橡胶、环氧大豆油中的任意一种或多种。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的酸源选自多聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、磷酸三聚氰胺中的任意一种或其混合物，作为催化剂。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的碳源选自季戊四醇及衍生物、环氧树脂、酚醛树脂、纤维素及衍生物、蔗糖中的任意一种或多种。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的固化剂采用低粘度聚酰胺类固化剂，粘度范围为1000-3000mPa·s，胺值范围为300-350mg KOH/g。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的有机阻燃剂采用无卤素阻燃剂，选自磷酸酯及其衍生物、膦酸酯、亚磷酸酯、含磷多元醇及磷-氮化合物、三聚氰胺及其盐中的任意一种或多种；所述的无机阻燃剂选自氢氧化铝、胶体五氧化二锑、氢氧化镁、氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌中的任意一种或多种。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的助熔剂选自水合硼酸、硼酸锌、氧化硼、硼酸铵或硼酸酯中的任意一种或多种。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的颜填料选自二氧化钛、氧化铝、轻质碳酸钙、硅灰石、高领土、沉淀硫酸钡、气相法白炭黑、玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠、膨胀珍珠岩中的任意一种或多种。
上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其中，所述的助剂为流平助剂和消泡助剂。
本发明还提供了一种上述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟；步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟；步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合并通过充分动力搅拌均匀；混合时按重量计，A组份和B组份的比例为(2：1)-(5：1)。
本发明提供的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法具有以下优点：
本发明制备了一种低密度无溶剂环氧膨胀型防火涂料，适用汽车动力电池包及各种储能设备，与其他防火涂料相比，具有如下优点：1)火灾环境中，膨胀碳层具有耐烃类火灾和电化学火灾所产生的高温喷射火焰的性能；2)优异的机械性能和防腐蚀性能，可以在户外严酷的环境中使用；3)涂层密度低，可以降低涂层的重量，从而减少防火材料对汽车续航能力及制造成本的影响。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，A组份由环氧树脂18-25份、增韧树脂3-8份、酸源8-15份、碳源4-8份、有机阻燃剂8-15份、无机阻燃剂10-20份、助熔剂5-15份、颜填料21-36份、助剂0.2-0.6份组成；B组份由固化剂8-12份、无机阻燃剂8-15份、助剂0.1-0.5份组成。如下表1所示。
表1.原料配方表。
优选地，环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂中的任意一种或多种。首选流动性好，粘接力强、韧性高、机械强度高的低粘度环氧树脂。
增韧树脂选自聚氨酯、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯基脂树脂、高氯化聚乙烯树脂、氯醚树脂、氢化蓖麻油、聚乙烯缩丁醛、氯化橡胶、环氧大豆油中的任意一种或多种。环氧树脂虽然具有粘接力强、硬度大的特点，但固化后漆膜脆性较大，所以配方中加入上述一种或几种增韧树脂对环氧树脂进行改性。
酸源选自多聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、磷酸三聚氰胺中的任意一种或其混合物，作为催化剂。所选多聚磷酸铵为高分子量多聚磷酸铵(n>1000)，热分解温度高于275度，水溶性低于0.5克/100mL。酸源在高温环境下(大于250℃)分解形成酸性物质对含羟基的化合物进行脱水，并促进不燃性气体的产生及在高温下稳定的三维结构炭化层的形成。
碳源使用的原料选自季戊四醇及衍生物、环氧树脂、酚醛树脂、纤维素及衍生物、蔗糖中的任意一种或多种。优选热稳定性高的季戊四醇及衍生物为主成炭剂。如季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇等。碳源是一类在高温环境中被酸性物质脱水成碳的化合物，是形成泡沫碳化层的物质基础，对泡沫炭化层起骨架作用。该类物质的碳含量高、分子大，对最终形成的炭化层的强度及致密性有利。
固化剂采用低粘度聚酰胺类固化剂，粘度范围为1000-3000mPa·s(cPs)，胺值范围为300-350mg KOH/g。选用低粘度固化剂，固化后涂膜的有效交联密度高、耐候性好。可以采用的固化剂包括：聚酰胺类、液体酸酐类、酮亚胺化合物、二氨基二苯基甲烷、间苯二甲胺、脂肪族多胺、双酮丙烯酰胺加成物类等。优选为低粘度聚酰胺类固化剂。
有机阻燃剂采用无卤素阻燃剂，选自磷酸酯及其含卤衍生物、膦酸酯、亚磷酸酯、含磷多元醇及磷-氮化合物、三聚氰胺及其盐中的任意一种或多种。磷酸酯阻燃剂包括：磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三丁酯、甲苯基二苯基磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸盐。
无机阻燃剂选自氢氧化铝、胶体五氧化二锑、氢氧化镁、氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌中的任意一种或多种。优选氢氧化铝作为无机阻燃剂。氢氧化铝(ATH)是一种具有阻燃、抑烟、填充作用的环保型阻燃剂。加热温度超过200-220度，氢氧化铝就会吸收环境热量而脱除结晶水，所生成的水蒸气有隔绝及稀释空气的作用而发挥阻燃效能。
助熔剂选自水合硼酸、硼酸锌、氧化硼、硼酸铵或硼酸酯中的任意一种或多种。优选低熔融温度的水合硼酸及硼酸酯。硼酸酯包括三叔丁基硼酸酯和硼酸三苯基酯。在高温环境中助熔剂可以降低涂料的熔融温度，使涂料形成柔性或粘稠状态，延缓产生的氮气、水蒸气、二氧化碳等气体的溢出和磷酸的流失，改善炭化层发泡效果，有利于炭化层和无机稳定材料交融和复合，从而提高防火效果。
颜填料选自二氧化钛、氧化铝、轻质碳酸钙、硅灰石、高领土、沉淀硫酸钡、气相法白炭黑、玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠、膨胀珍珠岩中的任意一种或多种。
为减小涂层的密度，优选轻质颜填料为密度较小的玻璃空心微珠、陶瓷微珠和膨胀珍珠岩。陶瓷空心微珠，粒径为10-100微米，熔点高于1400摄氏度，导热系数低于0.09W/mK。膨胀珍珠岩为闭口膨胀珍珠岩，粒径范围为0.2-1.0mm。该轻质材料的单独使用或混合使用量为2-5％(重量比)时，可以显著降低涂料干膜密度，由1.5-1.6g/cm3降至0.9-1.3g/cm3。
还可以优选气相法白炭黑的粒径小于40nm，比表面积大于100m2/g的产品。如WACKER的
H21，Carbot的TS-720，赢创的
系列等。发明人通过大量实验发现，气相法白炭黑的加入，不但对涂料的抗流挂和防沉降性能有较大提高，对降低涂料密度也有显著作用。实验表明，加入1-2％的气相法白炭黑，高速搅拌(>5000转/分钟)15-30分钟，涂料干膜密度可以下降2.5-10％。
助剂为流平助剂和消泡助剂，采用本领域技术人员已知能产生相应作用的适宜成分或产品。
本发明还提供了该用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料的制备方法，其包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过三辊研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟；轻质填料包括气相法白炭黑，陶瓷空心微珠或膨胀珍珠岩等。加入批次大于或等于3次。步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过三辊研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟；步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合并通过充分动力搅拌均匀；混合时按重量计，A组份和B组份的比例为(2：1)-(5：1)。
下面结合实施例对本发明提供的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：20份环氧树脂E-51，5份高氯化聚乙烯树脂，8份聚磷酸铵，8份季戊四醇，5份磷酸三甲苯酯，5.7份氢氧化铝，4份氢氧化镁，1份钛白粉，10份硼酸三苯基酯，5份轻质碳酸钙，2份气相法白炭黑，4份陶瓷空心微珠，0.3份流平助剂，0.3份消泡助剂。
B组份：10.5份聚酰胺树脂，4份碳酸钙，4份氢氧化镁，3份氢化蓖麻油，0.1份流平助剂，0.1份消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝3：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度1.1g/mL3。
实施例2
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：21份环氧树脂E-54，4份丙烯酸树脂，8.5份聚磷酸铵，8份双季戊四醇，2份磷酸氢二铵，5.9份磷酸三苯酯，10份叔丁基硼酸酯，5份硅酸钙，4份五氧化二锑，4份氢氧化镁，1份二氧化钛，2份气相法白炭黑，2份玻璃空心微珠，2份膨胀珍珠岩，0.2份流平助剂，0.2份消泡助剂。
B组份：9份聚酰胺树脂，硅藻土8份，氢化蓖麻油3份，0.1份流平助剂，0.1份消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝4：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度1.05g/mL3。
实施例3
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：21份聚丁二烯环氧树脂，3份丙烯酸树脂，8份聚磷酸铵，6份季戊四醇，5份三聚氰胺，8份三氧化二锑，5份硼酸锌，7份硼酸丁酯，9.4份碳酸钙，1.6份二氧化钛，3.5份气相法白炭黑，2.8份陶瓷空心微珠，0.3份流平助剂，0.3份消泡助剂。
B组份：9份聚酰胺树脂，3份氢氧化镁，7份碳酸钙，0.1份流平助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝4：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度1.3g/mL3。
实施例4
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：20份环氧树脂E-51，5份氯醚树脂，8份聚磷酸铵，9份季戊四醇，7份甲苯基二苯基磷酸酯，9份三氧化二锑，7份氢氧化镁，5份硼酸锌，4份硅灰石，2份二氧化钛，2.6份气相法白炭黑，2.1份玻璃空心微珠，2.1份陶瓷空心微珠，0.3份流平助剂，0.3份消泡助剂。
B组份：9份聚酰胺树脂，3.6份氢化蓖麻油，5份氢氧化铝，0.1份流平助剂，0.1份消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝5：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度1.2g/mL3。
实施例5
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：21份环氧树脂E-51，5份氢化蓖麻油，10份聚磷酸铵，6份双季戊四醇，4份磷酸三丁酯，11份氢氧化铝，4份氢氧化镁，3份碳酸钙，10.2份水合硼酸，2份二氧化钛，3份玻璃空心微珠，1.8膨胀珍珠岩，0.4份流平助剂，0.4消泡助剂。
B组份：11份聚酰胺树脂，8份氢氧化铝，0.1份流平助剂，0.1份消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝4：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度1.19g/mL3。
实施例6
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：20份环氧树脂E-54，5份丙烯酸树脂，7份聚磷酸铵，8份三季戊四醇，7份磷酸三异丙苯酯，8份氢氧化镁，14.4份滑石粉，1.6份二氧化钛，10份硼酸三苯基酯，2.2份气相法白炭黑，3.1份玻璃空心微珠，0.3份流平助剂，0.3份消泡助剂。
B组份：9份聚酰胺树脂，10份氢氧化铝，0.1份流平助剂；
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝4.5：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度1.05g/mL3。
实施例7
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组份和B组份构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组份：18份环氧树脂E-51，4份乙烯基脂树脂，9份磷酸三丁酯，12份聚磷酸铵，7份季戊四醇，9份氢氧化镁，8份硼酸锌，9.9份硼酸，6份碳酸钙，2份二氧化钛，3.5份气相法白炭黑，2份玻璃空心微珠，0.3份流平助剂，0.1份消泡助剂。
B组份：8份聚酰胺树脂，11份氢氧化铝，0.2份消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合。
A和B组份混合前充分动力搅拌。以A：B＝4.7：1(以重量计)的比例混合。充分搅拌后施工。固化后干膜密度0.94g/mL3。
组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份组份该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组份：将A组份中除颜填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的颜填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合并通过充分动力搅拌均匀；混合时按重量计，A组份和B组份的比例为2.5：1。
实施例8
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组分和B组分构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组分：环氧树脂18份、增韧树脂3份、酸源8份、碳源4份、有机阻燃剂8份、无机阻燃剂10份、助熔剂5份、颜填料21份、助剂0.2份。
B组分：固化剂8份、无机阻燃剂8份、助剂0.1份。
其中，环氧树脂为双酚A型环氧树脂。增韧树脂为聚氨酯。
酸源为多聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、磷酸三聚氰胺中的任意一种，作为催化剂。碳源使用的原料为纤维素及衍生物。
固化剂采用液体酸酐类固化剂。有机阻燃剂采用无卤素阻燃剂，选自三聚氰胺及其盐。无机阻燃剂为胶体五氧化二锑。助熔剂为氧化硼。颜填料为陶瓷空心微珠。助剂为流平助剂和消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组分：将A组分中除颜填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的颜填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组分：将B组分中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组分和B组分储存在25-35℃的环境中，在使用前混合并通过充分动力搅拌均匀；混合时按重量计，A组分和B组分的比例为2：1。
实施例9
一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，由A组分和B组分构成；按重量份数计，具体组成如下：
A组分：环氧树脂25份、增韧树脂8份、酸源15份、碳源8份、有机阻燃剂15份、无机阻燃剂20份、助熔剂15份、颜填料36份、助剂0.6份。
B组分：固化剂12份、无机阻燃剂15份、助剂0.5份。
其中，环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂。增韧树脂为醇酸树脂。
酸源为多聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、磷酸三聚氰胺的混合物，作为催化剂。碳源使用的原料为蔗糖。
固化剂采用酮亚胺化合物类固化剂。有机阻燃剂采用无卤素阻燃剂，选自含磷多元醇及磷-氮化合物。无机阻燃剂为氢氧化镁。助熔剂为硼酸铵。颜填料为气相法白炭黑。助剂为流平助剂和消泡助剂。
该涂料的制备方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备A组分：将A组分中除颜填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的颜填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟。
步骤3，制备B组分：将B组分中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟。
步骤4，将A组分和B组分储存在25-35℃的环境中，在使用前混合并通过充分动力搅拌均匀；混合时按重量计，A组分和B组分的比例为2.5：1。
实施例10
采用实施例1～9中的任意一种配方制备的涂料，进行施工并完成相应测试。
该涂料在使用时的施工操作时间如下表2所示。
表2.施工操作表。
| 温度 | 15℃ | 25℃ | 35℃ |
| 操作时间 | 60分钟 | 30分钟 | 15分钟 |
该涂料可以采用多组份无气喷涂、单组份无气喷涂(通常加入5％体积稀释剂)及刮涂施工。
测试所得的典型性能数据如下表3所示。
表3.典型性能测试结果。
| 典型性能参数 | 测试结果 |
| 膜厚 | 0.5mm |
| 附着力 | 0级 |
| 防火性能 | 合格 |
| 机械冲击 | 合格 |
| 温度冲击 | 合格 |
| 湿热循环 | 合格 |
| 耐水(3.5％NaCl) | 合格 |
注：检测标准按照GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》执行。该产品可用于各种常规基材，包括钢板、铝板及复合材料。涂装前基材表面应清洁、干燥、无污染物。所有表面应按照相应标准进行评估和处理。若选用底漆，应首选厚度不超过75微米的环氧树脂类型底漆。
测试所得的其它性能数据如下表4所示。
表4.其它性能测试结果。
本发明提供的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料及其制备方法，其技术关键在于：1.本发明采用无溶剂环氧树脂作为主要成膜剂，使得该涂料具有较好的机械性能和耐候性能，可以在户外严苛的环境中长期使用。2.该发明采用特殊的配方体系，区别于传统的酸源-碳源-气源的膨胀体系，改用酸源-碳源-助溶剂的膨胀体系，使得膨胀层具有抗喷射火焰的功能。3.该发明采用特殊轻质填料，同时采用一定的加工方法大幅度降低了涂层密度，在保证同样的涂层厚度和防火功能前提下，降低了涂料的重量。
本发明制备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，设计用于电动汽车电池组组件、电池包及各种储能设备，适用于电池组因热失控引起的安全问题，保护铝及其它底材免受池火和喷射火的影响，为人员和财产安全提供有力的保障。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的涂料由A组份和B组份构成；
按重量份数计，A组份由环氧树脂18-25份、增韧树脂3-8份、酸源8-15份、碳源4-8份、有机阻燃剂8-15份、无机阻燃剂10-20份、助熔剂5-15份、颜填料21-36份、助剂0.2-0.6份组成；B组份由固化剂8-12份、无机阻燃剂8-15份、助剂0.1-0.5份组成。
2.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂中的任意一种或多种；所述的增韧树脂选自聚氨酯、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯基脂树脂、高氯化聚乙烯树脂、氯醚树脂、氢化蓖麻油、聚乙烯缩丁醛、氯化橡胶、环氧大豆油中的任意一种或多种。
3.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的酸源选自多聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、磷酸三聚氰胺中的任意一种或其混合物，作为催化剂。
4.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的碳源选自季戊四醇及衍生物、环氧树脂、酚醛树脂、纤维素及衍生物、蔗糖中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的固化剂采用低粘度聚酰胺类固化剂，粘度范围为1000-3000mPa·s，胺值范围为300-350mg KOH/g。
6.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的有机阻燃剂采用无卤素阻燃剂，选自磷酸酯及其衍生物、膦酸酯、亚磷酸酯、含磷多元醇及磷-氮化合物、三聚氰胺及其盐中的任意一种或多种；所述的无机阻燃剂选自氢氧化铝、胶体五氧化二锑、氢氧化镁、氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌中的任意一种或多种。
7.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的助熔剂选自水合硼酸、硼酸锌、氧化硼、硼酸铵或硼酸酯中的任意一种或多种。
8.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的颜填料选自二氧化钛、氧化铝、轻质碳酸钙、硅灰石、高领土、沉淀硫酸钡、气相法白炭黑、玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠、膨胀珍珠岩中的任意一种或多种。
9.如权利要求1所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料，其特征在于，所述的助剂为流平助剂和消泡助剂。
10.一种如权利要求1～9中任意一项所述的用于汽车动力电池包和储能设备的轻质无溶剂环氧膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例称取各原料；
步骤2，制备A组份：将A组份中除轻质填料以外的各原料加入配料罐中，搅拌均匀，然后通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，再将剩余的轻质填料分批次加入，每加入一个批次后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于5000转/分钟，分散时间大于或等于10分钟；
步骤3，制备B组份：将B组份中各原料加入配料罐中，搅拌均匀，再通过研磨机，研磨两遍至细度小于35微米，最后用高速搅拌机分散均匀，分散的转速大于或等于3000转/分钟；
步骤4，将A组份和B组份储存在25-35℃的环境中，在使用前混合并通过充分动力搅拌均匀；混合时按重量计，A组份和B组份的比例为(2：1)-(5：1)。
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