CN116200137A - 一种导热排气胶带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车用胶带技术领域，具体涉及一种导热排气胶带及其制备方法。包括依次层叠设置的第一网格离型层、第一胶黏剂层、基材层、第二胶黏剂层和第二网格离型层；所述基材层采用耐水解绝缘材料。本发明采用耐水解绝缘材料基材，赋予胶带优异的耐水解性能；胶黏剂层以高分子树脂为载体，复配导热、阻燃等材料，赋予胶带较高的导热性能和良好的阻燃性能；通过结构化处理的网格膜赋予胶黏剂层结构化排气通道，有利于胶带在贴合时快速排气，解决贴合界面产生的气泡孔对胶带粘结强度和导热效果的影响；所制备的胶带具有优异的粘结性能、电气绝缘性能、耐水解性能，良好的导热性能和阻燃性能，贴合后可快速排泡，使用方便。
Description
技术领域
本发明属于车用胶带技术领域，具体涉及一种导热排气胶带及其制备方法。
背景技术
新能源汽车在近十年来高速发展，逐渐形成了一个庞大且完善的新能源材料产业链。新能源汽车的快速发展离不开锂电池性能上的日益提升，进而带动了锂电池相关配套产品产业链的同步发展。
目前，困扰新能源汽车最大的几个难题包括续航、热失控管理、自燃、使用寿命等。提高续航里程可通过提高电芯数量、增加能量密度等方式实现，但电芯数量的增加必然带来焊接点数的增加、散热难度系数增大等问题，提高了电池包热失控管理的难度。新能源汽车的使用寿命需求已逐渐从8年延长至15年，因而对各材料的耐候性、耐水解性、耐疲劳性等都提出了较大的挑战。因此，新能源电池配套材料对导热、绝缘、阻燃、耐候等性能的要求日趋迫切，一般材料已很难满足设计和应用要求。胶黏带作为电池包内部用量较大的一款材料，不仅需要承担粘接功能，还需要同时满足导热、阻燃、绝缘、耐水解等功能。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种导热排气胶带及其制备方法，在承担粘接功能的同时，满足导热、阻燃、绝缘、耐水解等功能要求。
按照本发明的技术方案，所述导热排气胶带，包括依次层叠设置的第一网格离型层、第一胶黏剂层、基材层、第二胶黏剂层和第二网格离型层；
所述基材层采用耐水解绝缘材料；
所述第一胶黏剂层和第二胶黏剂层，按重量份数计，由以下组分制备得到：
本发明采用耐水解绝缘材料作为基材，赋予胶带优异的耐水解性能；涂布导热、阻燃、高粘接性能的压敏胶(胶黏剂层)，赋予胶带较高的导热性能和良好的阻燃性能；通过结构化网格离型材赋予压敏胶面结构化排气通道，可快速消除因贴合施工造成的气泡，消除了空气层对电池包内器件间散热的不利影响。
进一步的，所述基材层的厚度为0.002～0.1mm，其材质选自PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)或PI(聚酰亚胺)膜。
优选的，所述基材层的厚度为0.012～0.075mm，优选为0.03～0.075mm，如36μm、50μm、75μm；其材质为PET膜。
进一步的，所述第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度均为0.01～0.15mm，其中，第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度相同或不同。
优选的，所述所述第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度均为0.02～0.085mm，优选为0.05～0.085mm，如82μm、75μm、62.5μm。
进一步的，所述第一网格离型层的离型力为2～8g/25mm，厚度为30～70μm；所述第二网格离型层的离型力为10～30g/25mm，厚度为80～130μm。
进一步的，所述第一网格离型层和第二网格离型层均为多层结构，包括依次层叠设置的离型膜基材层、微结构淋膜层和离型剂层。其中，离型剂层贴合胶黏剂层，具体的，第一网格离型层的离型剂层贴合第一胶黏剂层，第二网格离型层的离型剂层贴合第二胶黏剂层。
进一步的，所述离型膜基材层选自PET基膜、格拉辛纸或牛皮纸。
进一步的，所述微结构淋膜层采用热塑性树脂，所述热塑性树脂选自PE(热塑性树脂)、PP、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)；优选的，所述微结构淋膜层为PE树脂。
进一步的，所述微结构淋膜层的加工方式为：在离型膜基材上淋膜一层热塑性树脂，再通过雕刻固定纹路的网纹辊压合在淋膜层上。
具体的，在280～320℃条件下淋膜热塑性树脂，网纹辊压的温度为280～320℃。
进一步的，所述微结构淋膜层的压纹选自菱形、方形、五边形、六边形、七边形、八边形等；优选的，所述微结构淋膜层的压纹为菱形或方形。
进一步的，所述离型剂层采用加成型硅油离型剂。
进一步的，所述高分子树脂选自丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、天然橡胶或合成橡胶。优选的，所述高分子树脂为丙烯酸树脂。
进一步的，所述增粘树脂选自石油树脂、二环戊二烯树脂、松香及松香衍生物树脂、萜烯树脂、古马隆-茚树脂、烷基酚醛树脂、苯乙烯系列树脂和二甲苯树脂中的一种或多种。
优选的，所述增粘树脂选自松香及松香衍生物树脂、萜烯树脂和石油树脂中一种或多种。
进一步的，所述阻燃剂选自磷酸酯类化合物、有机氮类化合物、卤系化合物、磷氮类化合物、双环戊二烯类化合物、硼系、锑系和铝系无机化合物中的一种或多种。
具体的，所述卤系化合物包括四溴双酚A、三溴苯酚、五溴联苯醚、十溴联苯醚、十溴二苯乙烷、氯化石蜡、全氯环癸烷等；
磷酸酯类化合物包括磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯、磷酸三(2，3-二溴丙基)酯、Pyrol99、磷酸甲苯-二苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸(2-乙基己基)-二苯酯、磷酸三(二溴丙基)酯、次磷酸酯等；
磷氮类化合物包括三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺多聚磷酸盐、聚磷酸铵等；
硼系、锑系和铝系无机化合物包括氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化锆、有机膦酸锆、氟锆酸盐、硼酸、硼酸锌、硼酸铝、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡、三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠等。
优选的，所述阻燃剂选自部分磷酸酯类化合物等可溶性有机化合物，以及粒径为0.3～5μm的不溶性无机化合物。
进一步的，所述导热粉为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼和碳化硅中的一种或多种。
进一步的，所述导热粉的粒径为0.01～5μm。
具体的，所述导热粉由粒径10-600nm的颗粒与粒径1-15μm的颗粒按质量比1:4～5:1复配而成，通过不同粒径的导热粉复配，形成微纳结构的致密导热通道，从而提升导热效率。
进一步的，所述分散剂选自吡啶鎓盐、油酸盐、胺盐、季胺盐、硫酸酯盐、磺酸盐、羧酸盐、脂肪酸、脂肪族酰胺、高级脂肪酸金属盐、改性聚烯烃盐、低分子蜡和非离子型高分子共聚物中的一种或多种。
进一步的，所述偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨甲基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
进一步的，所述有机溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、环己酮、异佛尔酮、甲苯、二甲苯、碳酸二甲酯、丙二醇单甲醚和二丙二醇甲醚中的一种或多种；优选的，所述有机溶剂为乙酸乙酯。
本发明的另一方面提供了上述导热排气胶带的制备方法，包括以下步骤，
S1：按重量份数计，将50～100份高分子树脂、0.3～2.5份分散剂、0.3～1.5份偶联剂加入30～100份有机溶剂中，混匀，再加入5～25份增粘树脂、10～30份阻燃剂和20～100份导热粉，混匀得到组合液；
S2：对所述组合液进行研磨、过滤后，加入0.05～2份固化剂，得到胶黏剂组合物；
S3：将所述胶黏剂组合物涂布在基材层的一侧表面，经烘干后贴合第一网格离型层，得到半成品；
S4：将所述胶黏剂组合物涂布在第二网格离型层上，经烘干后贴合在所述半成品的基材层表面，得到所述导热排气胶带。
具体的，所述步骤S1中，第一次混匀是在转速700-1000r/min条件下搅拌8-15min进行；第二次混匀是在转速700-1000r/min条件下搅拌100-180min进行；
所述步骤S2中，研磨次数为3-5次，采用400目滤布过滤；加入固化剂后在700-1000r/min转速条件下搅拌35-60min后消泡，得到所述胶黏剂组合物。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所制备的胶带具有优异的粘结性能、电气绝缘性能、耐水解性能，良好的导热性能和阻燃性能，贴合后可快速排泡，使用方便；
(2)通过特定形状网格离型膜与胶黏剂层贴合，在胶黏剂层形成结构化排气通道，赋予胶黏剂层优异的排泡性能，利于胶带在贴合时快速排气，解决贴合界面产生的气泡孔对胶带粘结强度和导热效果的影响；
(3)通过在丙烯酸树脂中引入阻燃剂，赋予胶层优异的阻燃性能；通过纳米-微米级尺寸的导热粉复配使用，在胶黏剂中形成微纳结构的导热通道，大大提高了胶黏剂层的导热性能；
(4)通过定制化耐水解PET材料，一方面提供了胶带优异的绝缘性能，另一方面还赋予了胶带更好的耐水解性和更长的使用寿命；
(5)通过对基材层和胶黏剂层厚度选型搭配，同时保证了胶黏带优异的粘接性能和导热、阻燃性能。
附图说明
图1为本发明导热排气胶带的结构示意图。
附图标记说明：11-第一网格离型层；12-第一胶黏剂层；13-基材层；14-第二胶黏剂层；15-第二网格离型层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例中检测标准和仪器如下：
(1)厚度：参照GB/T 13541-92，测试设备为三丰547-400S数显侧厚仪；
(2)剥离力：参照GB/T 2792-1998标准，测试设备为科健KJ-1065A拉力机；
(3)剪切强度：参照GB/T 7124-2008标准，测试设备为岛津万能试验机；
(4)导热系数：参照SATM D5470标准，测试设备为瑞领的LW-9389试验机；
(5)阻燃等级；参照UL94-2021标准测试；
(6)拉伸强度：参照GB/T 13542.2-2009标准，测试设备为岛津万能试验机；
(7)老化剥离力：将胶带产品贴合在标准钢板上，投入双85老化箱中，放置2000H后取出测试剥离力；
(8)老化拉伸强度：将胶带产品投入双85老化箱中，放置2000H后取出测试拉伸强度。
本发明实施例中其他未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，本发明导热排气胶带，包括自上而下依次层叠设置的第一网格离型层11、第一胶黏剂层12、基材层13、第二胶黏剂层14和第二网格离型层15。
其中，基材层13采用耐水解绝缘材料，其厚度为0.002～0.1mm；第一胶黏剂层12和第二胶黏剂层14的厚度均为0.01～0.15mm；第一网格离型层11的离型力为2～8g/25mm，厚度为30～70μm；第二网格离型层14的离型力为10～30g/25mm，厚度为80～130μm。
实施例1
本实施例的导热排气胶带，包括自上而下依次层叠设置的第一网格离型层11、第一胶黏剂层12、基材层13、第二胶黏剂层14、第二网格离型层15。
其中，基材层为36μm PET(耐水解PET，东材，D269-UV)，第一网格离型层为德固赛诺7327网格离型膜，第二网格离型层为德固赛诺7309网格离型膜，第一胶黏剂层和第二胶黏剂层由胶黏剂组合物制备得到，厚度为82μm。
胶黏剂组合物按重量份计，包含以下组分：100份丙烯酸树脂(昆山石梅，PS-8541)，5份松香树脂(科茂化工，138)，10份萜烯树脂(荒川化学，T-85)，12份有机磷酸盐(岭星新材，RSF-11C)，20份粒径30nm氧化铝(德科岛金，DK410-1)，20份粒径3μm氧化铝(茂腾，AC-102G)，0.5份分散剂(毅克化学，YCK-2440)，0.6份偶联剂(辰工有机硅，CG-560)，0.6份环氧固化剂(绿田，L-70)、70份乙酸乙酯。
本实施例导热排气胶带的制备方法为：
S1：称取100份丙烯酸树脂PS-8541、0.5份YCK-2440分散剂、0.6份CG-560偶联剂和70份乙酸乙酯，以800r/min高速搅拌10min。分别逐步加入5份138树脂和10份T-85树脂，以800r/min高速搅拌30min。保持高速搅拌下，依次逐步加入12份RSF-11C、20份DK410-1和20份AC-102G。全部加完后，组合液以800r/min转速下高速分散120min。
S2：将S1制备的组合液通过砂磨机研磨3次，然后用400目滤布过滤得到研磨组合液。
S3：将0.6份L-70固化剂加入S2制得的研磨组合液中，以300r/min转速搅拌45min，得到胶黏剂组合物。
S4：将S3制得胶黏剂组合物，涂布于PET基材上，经过烘箱系统风干后，贴合7327网格离型膜，收卷制得半成品。
S5：将S3制得胶黏剂组合物，涂布于7309网格离型膜上，经过烘箱系统风干后，贴合S4制得一工程半成品PET面，收卷制得导热排气胶带。
实施例2
本实施例的导热排气胶带结构、胶黏剂组合物的组成和胶带制备方法同实施例1。区别在于，基材层厚度为50μm，第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度均为82μm。
实施例3
本实施例的导热排气胶带结构、胶黏剂组合物的组成和胶带制备方法同实施例1。区别在于，基材层厚度为75μm，第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度均为62.5μm。
实施例4
本实施例的导热排气胶带结构和各层次厚度同实施例1，区别在于，胶黏剂组合物按重量份计，包含以下组分：100份丙烯酸树脂(昆山石梅，PS-8541)，5份松香树脂(科茂化工，138)，10份萜烯树脂(荒川化学，T-85)，12份有机磷酸盐(岭星新材，RSF-11C)，28份粒径30nm氧化铝(德科岛金，DK410-1)，12份粒径3μm氧化铝(茂腾，AC-102G)，0.5份分散剂(毅克化学，YCK-2440)，0.6份偶联剂(辰工有机硅，CG-560)，0.6份环氧固化剂(绿田，L-70)、70份乙酸乙酯。胶带制备方法中涉及胶黏剂组合物组分的替换为上述用量。
对比例1
本对比例的导热排气胶带结构、各层次厚度、胶黏剂组合物的组成和胶带制备方法同实施例1。区别在于，基材层材质选用普通PET(翔宇，PD-xy)。
对比例2
本对比例的导热排气胶带结构和各层次厚度同实施例1，区别在于，胶黏剂组合物按重量份计，包含以下组分：100份丙烯酸树脂(昆山石梅，PS-8541)，5份松香树脂(科茂化工，138)，10份萜烯树脂(荒川化学，T-85)，12份有机磷酸盐(岭星新材，RSF-11C)，0.2份分散剂(毅克化学，YCK-2440)，0.36份偶联剂(辰工有机硅，CG-560)，0.6份环氧固化剂(绿田，L-70)、35份乙酸乙酯。胶带制备方法中涉及胶黏剂组合物组分的替换为上述用量。
对比例3
本对比例的导热排气胶带结构、各层次厚度、胶黏剂组合物的组成和胶带制备方法同实施例1。区别在于离型层的材料不同：第一离型层为华美HMX36T10离型膜，第二离型层为华美HMX50T30离型膜。
对比例4
本对比例的导热排气胶带结构、胶黏剂组合物的组成和胶带制备方法同实施例1。区别在于，基材层厚度为125μm，第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度均为37.5μm。
对比例5
本对比例的导热排气胶带结构和各层次厚度同实施例1，区别在于，胶黏剂组合物按重量份计，包含以下组分：100份丙烯酸树脂(昆山石梅，PS-8541)，5份松香树脂(科茂化工，138)，10份萜烯树脂(荒川化学，T-85)，12份有机磷酸盐(岭星新材，RSF-11C)，40份粒径3μm氧化铝(茂腾，AC-102G)，0.5份分散剂(毅克化学，YCK-2440)，0.6份偶联剂(辰工有机硅，CG-560)，0.6份环氧固化剂(绿田，L-70)、70份乙酸乙酯。胶带制备方法中涉及胶黏剂组合物组分的替换为上述用量。
结果分析
对实施例1-4和对比例1-5中的导热排气胶带的性能进行检测，包括胶带的厚度、剥离力、动态剪切强度、导热系数、阻燃等级、机械强度和老化机械强度，其结果如表1所示。
表1实施例与对比例导热排气胶带性能对比
从上表中可知，本发明通过引入耐水解PET，可以确保胶带在双85老化2000H后，拉伸强度保持率＞60％，而常规PET基材则直接断裂。结构上设计网格离型膜，赋予胶层结构化排气通道，不仅有利于排泡后粘接界面的平整和美观，一定程度上还可以提高胶带导热系数。通过胶带基材与胶层厚度的合理设计，可以较大幅度改善因塑料薄膜导热系数偏低导致的短板效应。同时，通过纳米级和微米级导热材料形成的微纳结构，在材料内部形成一个致密的导热通道，一定程度上可提高胶带的导热系数。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种导热排气胶带，其特征在于，包括依次层叠设置的第一网格离型层、第一胶黏剂层、基材层、第二胶黏剂层和第二网格离型层；
所述基材层采用耐水解绝缘材料；
所述第一胶黏剂层和第二胶黏剂层，按重量份数计，由以下组分制备得到：
2.如权利要求1所述的导热排气胶带，其特征在于，所述基材层的厚度为0.002～0.1mm；所述第一胶黏剂层和第二胶黏剂层的厚度均为0.01～0.15mm。
3.如权利要求1所述的导热排气胶带，其特征在于，所述第一网格离型层的离型力为2～8g/25mm，厚度为30～70μm；所述第二网格离型层的离型力为10～30g/25mm，厚度为80～130μm。
4.如权利要求1或3所述的导热排气胶带，其特征在于，所述第一网格离型层和第二网格离型层均包括依次层叠设置的离型膜基材层、微结构淋膜层和离型剂层。
5.如权利要求1所述的导热排气胶带，其特征在于，所述高分子树脂选自丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、天然橡胶或合成橡胶。
6.如权利要求1所述的导热排气胶带，其特征在于，所述增粘树脂选自石油树脂、二环戊二烯树脂、松香及松香衍生物树脂、萜烯树脂、古马隆-茚树脂、烷基酚醛树脂、苯乙烯系列树脂和二甲苯树脂中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的导热排气胶带，其特征在于，所述阻燃剂选自磷酸酯类化合物、有机氮类化合物、卤系化合物、磷氮类化合物、双环戊二烯类化合物、硼系、锑系和铝系无机化合物中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的导热排气胶带，其特征在于，所述导热粉为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼和碳化硅中的一种或多种。
9.如权利要求1或8所述的导热排气胶带，其特征在于，所述导热粉的粒径为0.01～5μm。
10.一种权利要求1-9中任一项所述的导热排气胶带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：按重量份数计，将50～100份高分子树脂、0.3～2.5份分散剂、0.3～1.5份偶联剂加入30～100份有机溶剂中，混匀，再加入5～25份增粘树脂、10～30份阻燃剂和20～100份导热粉，混匀得到组合液；
S2：对所述组合液进行研磨、过滤后，加入0.05～2份固化剂，得到胶黏剂组合物；
S3：将所述胶黏剂组合物涂布在基材层的一侧表面，经烘干后贴合第一网格离型层，得到半成品；
S4：将所述胶黏剂组合物涂布在第二网格离型层上，经烘干后贴合在所述半成品的基材层表面，得到所述导热排气胶带。
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