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  動力電池模組內部,傳熱、減震、密封、焊點保護等等,應用膠的地方不止一兩處,今天從導熱灌封膠的角度,整理環氧樹脂膠、矽橡膠、聚氨酯三種主要基材對應的導熱膠性質和工藝方法。
  1本征導熱和填料導熱
  將導熱填料填充在高分子材料基體中製成導熱膠粘劑,其導熱性能主要取決於填料的種類,還與填料在基體中的分布等有關。因此,填料的用量、粒徑、表麵處理等均將影響環氧樹脂導熱膠粘劑的導熱性能。當填料可以均勻分布在環氧樹脂基體中並且可以使填料在合適的用量下形成導熱通路時,導熱性能最佳。通常粒徑越大,越容易形成導熱通路,導熱性能就越好。對於填充型導熱膠粘劑,界麵是熱阻形成的主要原因,通過對填料表麵進行改性,增強界麵作用力,可以在一定程度上提高導熱性能。
  本征型導熱膠粘劑
  不使用導熱填料,僅僅依靠聚合物在成型加工過程中通過改變分子鏈結構,進而改變結晶度,從而增強導熱性能。高聚物由於相對分子質量的多分散性,很難形成完整的晶格。目前,通過化學合成法製備的具有高熱導率的結構聚合物主要有聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等,它們主要依靠分子內共軛Ⅱ鍵進行電子導熱,這類材料通常也具有優良的導電性能.本征型導熱膠粘劑由於生產工藝過於複雜、可實施性差,而不為人們所選擇。
  填充型導熱膠粘劑
  通過控製填料在基體中的分布,形成連續的導熱網絡,進而增強膠粘劑的導熱性能。常用的導熱填料有金屬材料(Fe、Mg、Al、Cu、Ag)、碳基材料(碳納米管、石墨烯、石墨)、氧化物(Al2O3、ZnO、BeO、SiO2)、氮化物(AlN、BN、Si3N4)。其中金屬材料與碳基材料多為非絕緣材料,金屬氧化物、氮化物多為絕緣材料。作為導熱填料,應該具備以下基本要求:高導熱係數、不與聚合物基體發生反應、化學和熱穩定性良好等。導熱填料與聚合物形成的複合材料導熱性能的好壞取決於填料本身的導熱率、填料在基體樹脂中的填充情況、填料與基體之間的相互作用。根據填充無機材料的不同,填充型導熱膠粘劑分為導熱絕緣膠粘劑和導熱非絕緣膠粘劑。常用的絕緣填料有Al2O3、AlN、SiO2等,非絕緣填料有Ag、Cu、石墨、碳納米管等。
  氧化物絕緣材料中氧化鈹熱導率最高,但由於毒性較大而不被人們所使用。氧化矽、氧化鋁具有優良的電絕緣性能,而且價格低廉,得到了廣泛使用。氮化物絕緣材料中氮化矽、氮化硼由於熱導率高、熱膨脹係數低等優點,成為人們研究的熱點,但其價格昂貴,從而限製了其應用於工業生產。對於非絕緣填料來說,碳基材料主要有石墨烯,其熱導率高、導電性好,適用於導熱非絕緣膠粘劑。也可以將石墨烯與電絕緣性能優良的聚合物複合,得到導熱絕緣膠粘劑。目前,市場上主要導熱膠粘劑都屬於填充型導熱膠粘劑。
  灌封膠是一個廣泛的稱呼,原來主要用於電子元器件的粘接,、密封、灌封和塗覆保護,當前提到他們,則主要是因為灌封膠尤其矽膠越來越多的在動力電池係統中的應用。
  灌封膠材料可分為:
  環氧樹脂灌封膠:單組分環氧樹脂灌封膠,雙組分環氧樹脂灌封膠;
  矽橡膠灌封膠:室溫硫化矽橡膠,雙組分加成形矽橡膠灌封膠,雙組分縮合型矽橡膠灌封膠;
  聚氨酯灌封膠:雙組分聚氨酯灌封膠;
  1)環氧樹脂
  優點:環氧樹脂灌封膠多為硬性,也有極少部分改性環氧樹脂稍軟。該材質的較大優點在於對材質的粘接力較好以及較好的絕緣性,固化物耐酸堿性能好。環氧樹脂一般耐溫100℃。材質可作為透明性材料,具有較好的透光性。價格相對便宜。
  缺點:抗冷熱變化能力弱,受到冷熱衝擊後容易產生裂縫,導致水汽從裂縫中滲人到電子元器件內,防潮能力差;固化後膠體硬度較高且較脆,較高的機械應力易拉傷電子元器件;環氧樹脂一經灌封固化後由於較高的硬度無法打開,因此產品為“終身”產品,無法實現元器件的更換;透明用環氧樹脂材料一般耐候性較差,光照或高溫條件下易產生黃變。
  應用範圍:一般用於LED、變壓器、調節器、工業電子、繼電器、控製器、電源模塊等非精密電子器件的灌封。
  2)聚氨酯
  優點:聚氨酯灌封膠具有較為優異的耐低溫性能,材質稍軟,對一般灌封材質均具備較好的粘接性,粘接力介於環氧樹脂及有機矽之間。具備較好的防水防潮、絕緣性。
  缺點:耐高溫能力差且容易起泡,必須采用真空脫泡;固化後膠體表麵不平滑且韌性較差,抗老化能力、抗震和紫外線都很弱、膠體容易變色。
  應用範圍:一般應用於發熱量不高的電子元器件的灌封。變壓器、抗流圈、轉換器、電容器、線圈、電感器、變阻器、線形發動機、固定轉子、電路板、LED、泵等。
  3)有機矽橡膠
  優點:有機矽灌封膠固化後材質較軟,有固體橡膠和矽凝膠兩種形態,能夠消除大多數的機械應力並起到減震保護效果。物理化學性質穩定,具備較好的耐高低溫性,可在-50~200℃範圍內長期工作。優異的耐候性,在室外長達20年以上仍能起到較好的保護作用,而且不易黃變。具有優異的電氣性能和絕緣能力,灌封後有效提高內部元件以及線路之間的絕緣,提高電子元器件的使用穩定性。具有的返修能力,可快捷方便的將密封後的元器件取出修理和更換。
  缺點:粘接性能稍差。
  應用範圍:適合灌封各種在惡劣環境下工作以及高端精密/敏感電子器件。如LED、顯示屏、光伏材料、二極管、半導體器件、繼電器、傳感器、汽車安定器HIV、車載電腦ECU等,主要起絕緣、防潮、防塵、減震作用。
  隨著電子科技的大跨步式發展,由於具備諸多優異性能,有機矽橡膠將無疑成為敏感電路和電子器件灌封保護的較佳灌封材料。
  成本:有機矽樹脂>環氧樹脂>聚氨酯;
  注:在有機矽樹脂中縮合型的成本接近了環氧樹脂,而改性後的環氧樹脂也接近了PU;
  工藝性:環氧樹脂>有機矽樹脂>聚氨酯;
  注:PU因為其親水性,必須有真空幹燥才能得到比較好的固化物,如無需真空和幹燥的成本又實在太高,所以熱溶膠雖然是加熱溶解澆注,但總體來看其可操作性還是比PU的簡單的多;
  電氣性能:環氧樹脂樹脂>有機矽樹脂>聚氨酯;
  注:加成型的有機矽或者是石蠟等類型的熱溶膠,有的電氣特性甚至比環氧的還要高,例如表麵電阻率;
  耐熱性:有機矽樹脂>環氧樹脂>聚氨酯;
  注:低廉價格的PU其耐熱比熱溶膠好不了多少;
  耐寒性:有機矽樹脂>聚氨酯>環氧樹脂;
  注:很多熱溶膠的低溫特性其實也是非常不錯的,所以在很多時候,環氧是要排在最後的了;
  3環氧樹脂膠
  環氧樹脂灌封工藝
  環氧樹脂灌封有常態和真空兩種工藝。下圖為手工真空灌封工藝流程。
  1)要灌封的產品需要保持幹燥、清潔。
  2)混合前,首先把A組分和B組分在各自的容器內充分攪拌均勻。
  3)按重量配比準確稱量,配比混合後需充分攪拌均勻,以避免固化不完全。
  4)一般而言,20mm以下的模壓可以模壓後自然脫泡,因為溫度高造成固化速度加快或模壓深度較深,所以可根據需要進行脫泡。這時為了除去模壓後表麵和內部產生的氣泡,應把混合液放入真空容器中,在0.8MPa下至少脫泡5分鍾。
  5)應在固化前後技術參數表中給出的溫度之上,保持相應的固化時間,如果應用厚度較厚,固化時間可能會超過。室溫或加熱固化均可。膠的固化速度受固化溫度的影響,在冬季需很長時間才能固化,建議采用加熱方式固化,80~100℃下固化15分鍾,室溫條件下一般需8小時左右固化。
  6)固化過程中,請保持環境幹淨,以免雜質或塵土落入未固化的膠液表麵。
  

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