高导热低黏度新能源汽车用灌封胶的制备及性能研究

研究背景

　　新能源汽车近几年在市场上所占份额逐年上升，对新能源汽车的研究也日益成熟。新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车及其他新能源汽车等，可以有效减少对石油等非可再生能源的依赖，因此近年来发展新能源汽车成为汽车行业的新趋势。作为新能源汽车产业化的关键技术，对汽车电机绕组端部进行灌封保护以提高电机的可靠性和工作效率一直是技术工作者的关注重点。考虑到电机的实际工况条件，所用的灌封胶应具有高导热、流动性好、耐开裂、粘结力强等性能。然而，关于新能源汽车电机用高导热低黏度灌封胶的研究目前较少见相关报道，市场上针对降低黏度提高导热性的灌封胶产品也十分稀少。国内外虽有不少关于导热型灌封胶的研究，但主要是侧重于小尺寸电子元器件的灌封，这类常规的高导热灌封胶普遍黏度较高、流动性差、密度大，若用于汽车电机会有灌封困难，增加汽车整重造成汽车能耗比过高的问题；国内外也有一些低黏度型灌封硅胶的研究，但导热性并没有很好地兼顾。

1、论文重点内容

       1.1 灌封胶的制备

　　将一定配比的环氧树脂、刚性链阻燃稀释剂、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、硅烷偶联剂在强力搅拌机的作用下搅拌均匀并真空脱泡，即得A组分，冷却待用。将聚氧化丙烯基二胺、氨基乙基哌嗪等固化剂在常温下按一定比例混合均匀，即得B组分。将A组分升温至60 ℃，再加入一定比例的B组分，在80 ℃下固化2 h，再缓慢降温，即得灌封胶固化物。

2、结果与讨论

       2.1 填料对灌封胶耐开裂性能的影响

　　表1 为向100 份环氧树脂中加入填料后灌封胶的性能。由表1 可见，不加填料的纯树脂灌封胶固化收缩率达到5.1%，随着填料的加入，灌封胶的固化收缩率显著降低，当加入量达到260 份时，灌封胶的固化收缩率保持在1%以下，虽然加入更多的填料可以继续降低灌封胶的固化收缩率，但是随着填料的增加，灌封胶的黏度也在大幅增长，所以为了保证灌封胶良好的流动性及较低的固化收缩率，暂定填料加入量为260份。

  2.2 填料对灌封胶导热性能及力学性能的影响

　　众所周知，普通环氧树脂固化物的热导率一般为0.2～0.3 W/(m·K)，为使灌封胶具有较高的导热性能，一般需要往灌封胶中混入导热填料。表2为在100 份环氧树脂中加入260 份导热填料后的状态、热导率及力学性能。由表2 可见，氮化硼的导热能力虽然好，但是添加后灌封胶的状态已呈膏体，无法满足灌注的基本要求；而使用单一粒径的氧化铝虽能提高灌封胶的热导率，但是与使用不同粒径复配的氧化铝配制的灌封胶相比，其导热能力较差。在力学性能方面，经过不同粒径复配后的填料对灌封胶的弯曲强度有较好的提升作用，而对拉伸强度影响不大；在硬度方面，小粒径氧化铝的加入可以提升灌封胶的部分性能。此外，不同粒径复配的氧化铝填料可以更好低降地灌封胶的黏度。

        2.3 阻燃剂用量对灌封胶性能的影响

　 　表3 为阻燃剂用量对灌封胶阻燃性能的影响。由表3可见，当使用单一的氢氧化铝或者氢氧化镁作为阻燃剂时，用量需要达到50 份时才能满足V-0 的阻燃要求，而采用阻燃剂复配手段，可以将阻燃剂的添加量减少到30 份就能达到V-0 的阻燃等级，而且采用复配过的阻燃剂，可以使灌封胶的黏度更低。

2.4 偶联剂对灌封胶性能的影响

　　图1 为几种硅烷偶联剂的加入量对灌封胶黏度的影响，表4 为几种硅烷偶联剂（偶联剂加入量为5 份）对灌封胶性能的影响。由图1、表4可见，在树脂与填料混合的过程中，随着硅烷偶联剂加入量的增加，树脂的黏度逐渐降低，当硅烷偶联剂用量为主体树脂质量的5%时，树脂黏度趋于稳定。而在KH560 体系中随着填料添加量的增加，灌封胶的黏度下降最快并趋于稳定，且稳定后的黏度最低。此外，对比发现，KH560 对灌封胶在储存防沉方面的作用更加明显，这对树脂体系黏度的降低非常有帮助。而不同类型硅烷偶联剂对灌封胶的力学性能影响不大。

2.5 制备工艺对灌封胶性能的影响

　　图2 为在不同温度下不同保温时间对灌封胶黏度的影响，表5为不同工艺对灌封胶性能的影响。由图2、表5可见，灌封胶的黏度在不同温度下均随着保温时间的延长而逐渐降低，并最后趋于稳定，达到相对一致的黏度；灌封胶的导热性能及力学性能随着灌封胶的黏度趋于稳定而稳定，这是因为在高温环境下可以加快填料与基体树脂的浸润速度。虽然在140 ℃下可以较快地使填料与树脂达到完全浸润，但是保温温度高能耗大，而在80 ℃下需要保温6 h 才能使填料与树脂达到完全浸润，工艺耗时过长，而在110 ℃下保温3 h 则很好地平衡了两者的矛盾。

4、结论

　 　向100 份环氧树脂中加入按质量比2.5∶7.5 复配的粒径分别为5 μm和20 μm的氧化铝230 份，氢氧化铝和氢氧化镁按质量比1∶1 复配的阻燃剂30份，KH560 硅烷偶联剂5 份，同时对混合后的基料在110 ℃下保温3 h，并对其抽真空至-0.095 MPa以下保持30 min，制得了新型高导热低黏度灌封胶。此时灌封胶的性能最佳，热导率达到1.4 W/(m·K)，黏度为1 000 mPa·s(60 ℃)，阻燃等级达到UL94 V-0级，密度为1.8 g/cm3。对新能源汽车电机定子具有优良的粘结性、耐开裂性，可满足新能源汽车电机工装的要求。