低比重有機硅灌封膠助力汽車輕量化

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發表時間：2017-03-28 10:44來源：金戈新材料

序言

　　汽車的輕量化是降低排放、節約能源的有效途徑。據悉，車重每減小10%，油耗可降低6%-8%，排放量可降低5%-6%。特別對于新能源汽車來講，龐大的電池系統增加了整體重量，嚴重影響續航里程。車身輕量化，無外乎這三個方面：材料的應用，車身結構設計的不斷優化，由于新結構、新材料的應用引入致先進制造工藝的使用。對此國內相關政策要求，到2017年新能源汽車通過應用新材料實現車身減重25%、到2020年實現車身減重30%的目標。

　　提到新材料的應用，大家首先想到的是碳纖維、以塑代鋼、使用輕質合金等，今天，金戈新材帶大家看看，新材料是如何從電池系統上來實現汽車輕量化呢？

　　一、有機硅灌封膠在新能源汽車電池中的作用

　　有機硅灌封膠固化后具有較好的彈性，并且與其他材料比，硅膠具有更多的極性官能團，能與電池外殼塑料、電池外殼鋁件表面的極性材質形成化學鍵合，從而有效形成粘接、固定，來滿足減震要求。

　　另外，有機硅灌封膠通過添加阻燃劑和導熱劑，獲得良好的導熱和阻燃性能，能有效為電池組及電芯散熱，改善電池工作溫度，很好地保護電池內部關鍵電子器件、電芯和母線，進而避免電涌和電池起火的危險，妥善解決了散熱和阻燃防火問題。

　　二、有機硅灌封膠如何助力汽車輕量化

　　有人可能會問，這類有機硅導熱灌封膠的使用跟汽車輕量化有什么關系呢？據統計，一輛家庭乘用車的新能源汽車中電池板的重量約150-400kg，有機硅導熱灌封膠的使用量大約在20-50kg，其性能要求是：導熱系數0.4-0.8W/m*K，阻燃達到UL94V-0或V-1，并具有良好的流動性。現階段各廠家生產的有機硅灌封膠均采用氧化鋁、硅微粉等導熱填料來生產，滿足新能源電池板要求的膠比重通常在1.8-2.2g/cm3。如果將膠的比重降至1.6g/cm3以下，則同等體積填充下，膠的重量減少10-30%。以50kg灌封膠用量計算，則可降低5-15kg。

　　“5-15kg”相比于一般家用汽車的重量1-2噸顯得微不足道，但是從新材料的使用及結構設計、工藝方面來說，這個數字對汽車輕量化具有重要意義。我們可以從奧迪TT的發展來獲得初步認識。奧迪TT二代比一代減重30多kg，三代又在二代基礎上繼續減了17kg，其減重是依賴于鋁合金的材質的使用：鋁合金占了35.8%，鋼21.6%。但是鎂鋁合金的使用每減重1公斤大約增加130元，采用碳纖維增強復合材料則每減重一公斤成本增加180元以上。并且突破鋼和鋁的連接，需要引入了很多先進的連接工藝支持鋼鋁混合車身的制造，還有各方面的性能要求，在此不作贅述。而降低硅膠的比重則基本不需要帶來成本的上升。由此可見，通過降低有機硅灌封膠的比重對汽車輕量化的發展非常重要的作用。

　　三、如何降低有機硅灌封膠的比重

　　有機硅導熱灌封膠是將導熱填料添加到有機硅（乙烯基硅油或107硅膠）中，通過攪拌混合制得的。導熱填料的種類、比重及添加份數決定了有機硅灌封膠的導熱系數、密度、阻燃性以及流動性。常用的導熱填料有氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、硅微粉等，這些材料比重較高，通常需要添加200份導熱填料，才能制備0.8W/m*K導熱率的有機硅灌封膠，而這時膠的密度達到1.8-2.2g/cm3，同時不具有阻燃性能。

　　為此，佛山市三水金戈新型材料有限公司推出GD系列低比重環保導熱粉，該系列導熱粉通過挑選具有低比重和良好導熱性能的硅鋁酸鹽（xAl2O3·ySiO2·zH2O）進行復合，并通過特殊處理工藝進行表面包覆改性。硅鋁酸鹽與普通的氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅相比，除了具有良好的導熱率外，由于富含HO根，因此單一粉體的比重要更小些，并且在燃燒過程中，可以通過釋放結晶水，從而來達到阻燃性。

　　下表是GD系列低比重導熱粉GD-S081A、GD-S082A、GDS083A與氧化鋁系列、硅微粉系列和氫氧化鋁系列制備的灌封膠性能參數對比，其中乙烯基硅油粘度為450cps。

　　表1：GD-S081A、GD-S082A與氧化鋁、硅微粉制備的灌封膠各項性能對比。

　　 GD-S081A導熱粉體

　　由表1數據可看出，同樣添加份數下，使用GD系列低比重導熱粉GD-S081A、GD-S082A制備的灌封膠比重均低于氧化鋁、硅微粉，綜合性能更優，在保證導熱性能的同時，阻燃性能可達到UL94V-0。