絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料的研究

郭劍橋

（江蘇江南絕緣粉末有限公司，江蘇溧陽 213163）

現(xiàn)階段使用的粉末涂料優(yōu)點(diǎn)眾多，在節(jié)能環(huán)保方面較為突出，而且具有較高的裝飾性和安全性。隨著國家科技水平的不斷提升，經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷壯大，現(xiàn)階段的粉末涂料技術(shù)也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，進(jìn)而滿足社會(huì)各個(gè)方面日益增高的需求。中國是汽車大國，汽車行業(yè)也在蓬勃發(fā)展，新能源汽車在節(jié)能環(huán)保、使用舒適度上具有較高的優(yōu)勢，我國也是全球最大的新能源汽車銷售市場。絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料在新能源汽車行業(yè)當(dāng)中也發(fā)揮著重要的作用，逐漸被廣泛應(yīng)用。

1 絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料研究的意義

絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料能夠適用于眾多行業(yè)當(dāng)中，比如在蓬勃發(fā)展的新能源汽車行業(yè)當(dāng)中，薄涂粉末涂料的絕緣性能有著至關(guān)重要的作用。新能源汽車的行駛動(dòng)力主要由車載電池提供，為提升電車?yán)m(xù)航里程，就需要縮減電池間的縫隙，增添串聯(lián)電池，但會(huì)致使電動(dòng)汽車長時(shí)間行駛后，電池組處于高溫環(huán)境下進(jìn)行工作，會(huì)嚴(yán)重影響電池組的使用壽命，甚至?xí)斐呻姵刂鸬劝踩鹿省Ｒ虼?，電池組間的涂料是否具有優(yōu)良的絕緣性能就至關(guān)重要，直接影響著新能源汽車是否能夠正常工作。以往的動(dòng)力電池通常使用絕緣紙作為絕緣防護(hù)，然而無法保障絕緣紙與電池外殼緊密貼合，很難充分發(fā)揮絕緣紙的絕緣效果，會(huì)造成局部放電問題的出現(xiàn)，對電池組進(jìn)行損耗，減低電池組的使用壽命，甚至?xí)绊戨姵亟M的使用安全性，難以確保新能源汽車在行駛時(shí)足夠安全。而絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料的研發(fā)和應(yīng)用，全面解決使用絕緣紙所帶來的弊端，而且粉末涂料的施工操作方便，省時(shí)省力。粉末涂料噴涂到電池外殼之上，能夠確保與電池外殼緊密切合，不會(huì)產(chǎn)生任何縫隙，具有較高的附著力，在高低溫沖擊后，仍可以保證有足夠的絕緣耐壓性能。因?yàn)樾履茉雌囯姵亟M空間有較大的限制，在保證電池外殼的涂層具體足夠絕緣性能的同時(shí)，會(huì)將涂層厚度控制在更低的范圍內(nèi)，現(xiàn)階段控制在100~150μm。借助新型的絕緣粉生產(chǎn)設(shè)備，能夠降低雜質(zhì)對涂料的影響，從而提高涂層的絕緣耐壓性能。對比傳統(tǒng)的絕緣貼膜，絕緣粉末的生產(chǎn)和使用更加簡易，絕緣性能也足夠可靠，因此絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料有著重要的研究意義。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 配方原材料

根據(jù)以往的工藝粉末涂料使用配方，可以制定用于實(shí)驗(yàn)的原材料配方（表1）。該配方的制定要確保有一定的合理性和可行性，以便實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘＿\(yùn)行，保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果有足夠的可信程度。

表1 基礎(chǔ)配方

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備：絕緣耐壓儀、靜電噴槍、烘鹽霧實(shí)驗(yàn)箱、測厚儀等。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)，確保實(shí)驗(yàn)中能夠正常運(yùn)行，且不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。

2.3 樣板制備

根據(jù)原材料配方表，購買符合要求的原材料，進(jìn)行均勻混合后，由雙螺桿擠出機(jī)、高速粉碎機(jī)等設(shè)備制作粉末涂料，通過高壓靜電噴涂，最后進(jìn)行固化處理。完成制作后進(jìn)行各項(xiàng)測試。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)方法見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、方法及指標(biāo)

3 粉末涂料性能影響因素分析

粉末涂料絕緣性的影響因素主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：不同材料的特性、涂層固化溫度和時(shí)間的差異、工件前處理方式的不同。由于新能源汽車電池組空間方面的限制，通常要求電池涂層厚度在0.1~0.15mm。另外，粉末涂料在生產(chǎn)過程中，很容易有其他雜質(zhì)進(jìn)入，從而降低粉末涂料的絕緣性能。

3.1 不同環(huán)氧樹脂對電絕緣性能的影響

粉末涂料成膜階段，主要是依靠其中的環(huán)氧樹脂成分，因此不同環(huán)氧樹脂的性能直接關(guān)系著涂層的絕緣性能是否優(yōu)良。雙酚 A 型環(huán)氧樹脂的各方面性能都較為優(yōu)異，從耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度等方面來考慮，雙酚A型環(huán)氧樹脂都足夠作為絕緣粉末涂料的優(yōu)良原料。選擇不同廠家所制作的一步、二步法環(huán)氧樹脂，并且確定其他材料，來比較不同環(huán)氧樹脂對涂層各方面性能的影響。

3.2 固化劑用量對涂層性能的影響

涂層的各方面性能與固化劑的用量息息相關(guān)，在雙氰胺的用量較低時(shí)，粉末涂層的性能也相對較低，但是，涂層的耐電解液性能高于一步法環(huán)氧樹脂所具有的耐電解液性能，能夠滿足電壓強(qiáng)度方面的需求。在制作環(huán)氧樹脂時(shí)，樹脂的相對分子質(zhì)量分布以及有機(jī)氯的含量都關(guān)系著涂層的固化速度，影響涂層的交點(diǎn)密度，進(jìn)而影響涂層的擊穿電壓的高低。一步法環(huán)氧樹脂涂層的擊穿電壓不高便是由于樹脂相對分子質(zhì)量分布過寬、有機(jī)氯的含量較低。但二步法環(huán)氧樹脂在制作時(shí)呈均相進(jìn)行，因此不會(huì)受相對分子質(zhì)量分布和有機(jī)氯含量的影響，具有良好的耐電壓性能。因此，在制作薄涂絕緣性能優(yōu)異的粉末涂料時(shí)，優(yōu)先選擇二步法環(huán)氧樹脂，以保障涂層的耐電壓性能良好。不同環(huán)氧樹脂通過合理搭配使用，可以得到性能更加優(yōu)異的涂料。比如，黏度不同的兩種環(huán)氧樹脂，按照一定比例進(jìn)行混合，可以提高對工件的包裹性以及涂料的絕緣性能，有利于形成穩(wěn)定、光滑平整的優(yōu)良涂層?？梢砸罁?jù)不同的實(shí)際情況以及客戶的相關(guān)需求，通過不同環(huán)氧當(dāng)量的樹脂來搭配使用，以提高涂層的使用效果。

3.3 催化劑對涂層性能的影響

適量的咪唑類催化劑能夠加速涂料固化，并且可以控制涂料成膜所處的溫度。在粉末涂料中摻入適量的涂料，能夠降低其交聯(lián)反應(yīng)溫度，改善涂層的交聯(lián)密度，降低涂層固化時(shí)間，提升涂層固化效果。催化劑用量與反應(yīng)速度、交聯(lián)密度成正比，但催化劑用量的上升，也會(huì)造成涂層的外觀逐漸變差。催化劑的加入，能夠提升涂層的電絕緣性。由于催化劑對涂層外觀的影響，同時(shí)考慮涂層的性能以及成本，一般建議咪唑類促進(jìn)劑用量在 0.3%~0.6%。

3.4 填料對涂層性能的影響

硫酸鋇會(huì)嚴(yán)重影響涂層的電絕緣性能，而氧化鋁和輕質(zhì)碳酸鈣可以提升涂層的絕緣性能，但由于兩者都具有較高的吸油量，氧化鋁的莫氏硬度較高，會(huì)存在金屬顆粒殘留，而輕質(zhì)碳酸鈣沒有足夠的耐酸性能，會(huì)導(dǎo)致有部分導(dǎo)電性雜質(zhì)殘留，兩者的雜質(zhì)的混入，都會(huì)影響涂層的電絕緣性能。而硅微粉具有較高的介電常數(shù)，并且能夠保障有足夠的電絕緣性能，因此硅微粉是使用最為廣泛絕緣粉末

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段的新能源汽車行業(yè)當(dāng)中，所需的粉末涂料要求較高，尤其是在絕緣耐壓性方面要求更高。為滿足日益升高的要求，應(yīng)該嚴(yán)格把控生產(chǎn)和使用的每一個(gè)環(huán)節(jié)，原材料購買環(huán)節(jié)應(yīng)該嚴(yán)格篩選和核查，確保原材料的質(zhì)量符合制作需求；配方制定環(huán)節(jié)要通過多次實(shí)驗(yàn)，來滿足客戶需求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；生產(chǎn)過程進(jìn)行精確控制，杜絕有雜質(zhì)混入其中；才能夠確保制作出各方面性能優(yōu)異的粉末涂料。另外，要注意絕緣修補(bǔ)漆的配套準(zhǔn)備。

為確保涂層的各方面性能足夠優(yōu)異，需要做好以下幾個(gè)方面：①使用二步法生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂，并且根據(jù)實(shí)際情況，匹配不同環(huán)氧當(dāng)量的樹脂，借助咪唑類催化劑，確保涂層的交聯(lián)密度足夠高，有利于制作出質(zhì)地緊密、完整均勻的優(yōu)良涂層。②嚴(yán)格把控材料的選擇，比如選擇填料時(shí)，要確保其介電常數(shù)低、電阻系數(shù)高，進(jìn)而保障涂層具有優(yōu)異的電絕緣性和耐熱性能。③生產(chǎn)過程當(dāng)中，采用專用的生產(chǎn)設(shè)施，杜絕有其他雜質(zhì)混入，減少雜質(zhì)和金屬顆粒對電絕緣性能的影響。