低比重有機(jī)硅灌封膠助力汽車輕量化

序言

　　汽車的輕量化是降低排放、節(jié)約能源的有效途徑。據(jù)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(tǒng)增加了整體重量，嚴(yán)重影響續(xù)航里程。車身輕量化，無外乎這三個(gè)方面：材料的應(yīng)用，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，由于新結(jié)構(gòu)、新材料的應(yīng)用引入致先進(jìn)制造工藝的使用。對此國內(nèi)相關(guān)政策要求，到2017年新能源汽車通過應(yīng)用新材料實(shí)現(xiàn)車身減重25%、到2020年實(shí)現(xiàn)車身減重30%的目標(biāo)。

　　提到新材料的應(yīng)用，大家首先想到的是碳纖維、以塑代鋼、使用輕質(zhì)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(tǒng)上來實(shí)現(xiàn)汽車輕量化呢？

　　一、有機(jī)硅灌封膠在新能源汽車電池中的作用

　　有機(jī)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(tuán)，能與電池外殼塑料、電池外殼鋁件表面的極性材質(zhì)形成化學(xué)鍵合，從而有效形成粘接、固定，來滿足減震要求。

　　另外，有機(jī)硅灌封膠通過添加阻燃劑和導(dǎo)熱劑，獲得良好的導(dǎo)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(hù)電池內(nèi)部關(guān)鍵電子器件、電芯和母線，進(jìn)而避免電涌和電池起火的危險(xiǎn)，妥善解決了散熱和阻燃防火問題。

　　二、有機(jī)硅灌封膠如何助力汽車輕量化

　　有人可能會(huì)問，這類有機(jī)硅導(dǎo)熱灌封膠的使用跟汽車輕量化有什么關(guān)系呢？據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)硅導(dǎo)熱灌封膠的使用量大約在20-50kg，其性能要求是：導(dǎo)熱系數(shù)0.4-0.8W/m*K，阻燃達(dá)到UL94V-0或V-1，并具有良好的流動(dòng)性?，F(xiàn)階段各廠家生產(chǎn)的有機(jī)硅灌封膠均采用氧化鋁、硅微粉等導(dǎo)熱填料來生產(chǎn)，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(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝方面來說，這個(gè)數(shù)字對汽車輕量化具有重要意義。我們可以從奧迪TT的發(fā)展來獲得初步認(rèn)識。奧迪TT二代比一代減重30多kg，三代又在二代基礎(chǔ)上繼續(xù)減了17kg，其減重是依賴于鋁合金的材質(zhì)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(qiáng)復(fù)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(jìn)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(jī)硅灌封膠的比重對汽車輕量化的發(fā)展非常重要的作用。

　　三、如何降低有機(jī)硅灌封膠的比重

　　有機(jī)硅導(dǎo)熱灌封膠是將導(dǎo)熱填料添加到有機(jī)硅（乙烯基硅油或107硅膠）中，通過攪拌混合制得的。導(dǎo)熱填料的種類、比重及添加份數(shù)決定了有機(jī)硅灌封膠的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、阻燃性以及流動(dòng)性。常用的導(dǎo)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(dǎo)熱填料，才能制備0.8W/m*K導(dǎo)熱率的有機(jī)硅灌封膠，而這時(shí)膠的密度達(dá)到1.8-2.2g/cm3，同時(shí)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(huán)保導(dǎo)熱粉，該系列導(dǎo)熱粉通過挑選具有低比重和良好導(dǎo)熱性能的硅鋁酸鹽（xAl2O3·ySiO2·zH2O）進(jìn)行復(fù)合，并通過特殊處理工藝進(jìn)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(dǎo)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(jié)晶水，從而來達(dá)到阻燃性。

　　下表是GD系列低比重導(dǎo)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(shù)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(xiàng)性能對比。

　　由表1數(shù)據(jù)可看出，同樣添加份數(shù)下，使用GD系列低比重導(dǎo)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(yōu)，在保證導(dǎo)熱性能的同時(shí)，阻燃性能可達(dá)到UL94V-0。

　　表2：GD-S083A與氫氧化鋁、硅微粉制備的灌封膠各項(xiàng)性能對比

　　由表2數(shù)據(jù)可看出，使用GD系列低比重導(dǎo)熱粉GD-S083A制備的灌封膠比重最低，阻燃也能達(dá)到UL94V-0。

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