Процес на нанасяне на мед-алуминиева шина в-полимерно покритие: анализ на процеса, материалите и промишленото приложение

Мед-алуминиева шина в-полимерно покритие се отнася до процеса на равномерно покриване на повърхността на медната-алуминиева шина с течен гел-изолационен материал чрез специфична техника, образувайки изолационен защитен слой. По същество това също е процес на покриване на повърхността на мед-алуминиева шина с изолационен слой чрез разтопяване на пластмаса и нанасянето й, като основната му цел е да се постигне надеждна изолация, адаптиране към сложни работни условия, като същевременно се балансират разходите и производителността. Пластмасовата потапяща медна шина е един от основните компоненти, направени въз основа на този процес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Високо{0}}качественият-процес на полимерно покритие трябва да отговаря на три основни изисквания: Първо, надеждност на изолацията. Дебелината на покритието трябва да се контролира в рамките на 0,5–2 mm, с изолационна якост 20–28 kV/mm, способна да издържи тест за издръжливост на 4380 V DC. Това е и основният показател за ефективност на PVC шина с потопяема изолация; Второ, адаптивност към околната среда. Трябва да има отлична устойчивост на корозия от солена мъгла, без корозия след потапяне в 5% разтвор на NaCl при 35 градуса за 192 часа; Трето, ценова-ефективност. В сравнение с процеса на нанасяне на PI филмово покритие, цената на в-материалите за полимерно покритие може да бъде намалена с 30%, което го прави подходящо за-серийно производство в голям мащаб.

 

Въпреки това, този процес има определени ограничения при прилагането на полетата на захранващата батерия. За системите за съхранение на енергия изискванията за изолация имат предимство пред лекото тегло и степента на проникване е относително висока. За разлика от това, захранващата батерия е ограничена от чувствителността към пространството и противоречията на разсейването на топлина - увеличаването на дебелината на покритието ще доведе до 20–31% увеличение на топлинното съпротивление. Следователно приложението му е относително ограничено.

Процесът на в-полимерно покритие е сложен и прецизният контрол на всяка стъпка от процеса директно определя качеството на продукта. Пълният процес може да бъде разделен на четири стъпки: предварителна-обработка, потапяне на покритие, пластификация и последваща-обработка. Стъпката на -предварителната обработка е ключът към определяне на адхезията на покритието.

 

Първо, маслото и мръсотията по повърхността на мед-алуминиевата шина се отстраняват с помощта на алкален разтвор с pH 10–12 за 5–8 минути, за да се гарантира, че остатъчното масло и мръсотия по повърхността на мед-алуминиевата шина е по-малко или равно на 0,1 mg/m²; след това повърхността се грапави чрез пръскане на частици от алуминиев оксид с размери 120-мрежа, за да се контролира грапавостта на повърхността Ra в рамките на 1,6–3,2 μm, подобрявайки адхезията на покриващия слой; накрая се извършва предварително нагряване и активиране, като температурата на предварително нагряване на медната шина е 180–220 градуса, а тази на алуминиевата шина е 150–180 градуса. Времето за предварително загряване се регулира според дебелината на медно-алуминиевата шина, като например 120 секунди за медна шина с дебелина 2 mm. Общата температурна разлика трябва да се контролира в рамките на ±5 градуса.

Стъпката на нанасяне на покритие с потапяне е основната за осигуряване на еднородност на покритието. Изисква строг контрол на параметрите и работните спецификации на покриващата течност. Покриващата течност е PVC пластмасов разтворител и неговият вискозитет при 25 градуса трябва да се поддържа в рамките на 1500–2500cP. Всяко отклонение над 10% изисква изхвърляне. Параметрите на потапяне включват скорост на потапяне, по-малка или равна на 10 mm/s, която е твърде висока, за да причини мехурчета, скорост на повдигане, по-малка или равна на 5 mm/s, която е твърде бавна, за да причини увисване на покритието, и времето на потапяне се задава според дебелината на покритието, като например 15±3 секунди за покритие с дебелина 1 mm. В същото време резервоарът за потапяне трябва да бъде оборудван с магнитна бъркалка със скорост на въртене от 200 об./мин., за да се предотврати утаяването на пълнителя и да се осигури еднородност на течния състав на покритието, което също е ключът към осигуряване на качеството на покритието на шините с изолирана потапяне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стъпката на пластифициране е в основата на кръстосаното -свързване на полимерния материал. Той приема три-степенна температурна крива: първият етап се повишава от 80 градуса до 120 градуса за 10 минути, главно за постигане на изпаряване на разтворителя; вторият етап се повишава от 120 градуса до 200 градуса за 15 минути, завършвайки топенето и разпространението на покриващата течност; третият етап е при 200 градуса за 20 минути, за да се постигне високо молекулно кръстосано{11}}свързване и втвърдяване. По време на целия процес на пластифициране температурната разлика вътре в кутията трябва да бъде по-малка или равна на 8 градуса. Локалното прегряване над 220 градуса ще причини разлагане на PVC и пожълтяване, което ще повлияе на изолационните характеристики на изолираната шина.

Стъпката на последваща{0}}обработка се използва главно за елиминиране на дефекти на покритието и осигуряване на надеждност на продукта. Ключовите контролни параметри на процеса на нанасяне на покритие чрез потапяне пряко влияят върху степента на квалификация на продукта. Трябва да се съсредоточи върху четири основни елемента: вискозитетът на лепилото трябва да се контролира на 2000 ± 500 cP, като отклонение, надвишаващо този диапазон, причинява-оттичане на покритието или непълно покритие, а вземането на проби и тестването трябва да се провеждат на всеки 2 часа с помощта на ротационен вискозиметър; температурата на предварително загряване трябва да се контролира на 200 градуса за медни пръти и 170 градуса за алуминиеви пръти, с отклонения, водещи до адхезия на покритието и сила на отлепване < 4N/cm, и наблюдението в реално{10}}време трябва да се извършва с помощта на инфрачервен термовизионен апарат; постоянната температура на пластификация трябва да се контролира на 200 ± 5 градуса, като температурните отклонения водят до недостатъчно омрежване и последваща повреда на изолацията, а откриването трябва да се извърши с помощта на DSC диференциална сканираща калориметрия; скоростта на охлаждане трябва да се контролира на по-малка или равна на 5 градуса/s, като твърде бързата скорост причинява разширяване на микропукнатини в покритието, а деформацията на охлаждане трябва да се записва с помощта на високо-скоростна камера. В типичен случай проект за съхранение на енергия претърпя образуване на мехури и лющене на покритието след тестване със солен спрей поради неравномерна температура на пластификация (15 градуса по-ниска в ръба на кутията) и проблемът беше разрешен чрез увеличаване на вентилатора за термична циркулация на въздуха, за да се оптимизира равномерността на температурата.

Оперативните разлики между захранващите батерии и системите за съхранение на енергия определят диференцираните стратегии за приложение на процеса на нанасяне на покритие чрез потапяне. В сценария на захранващата батерия е необходимо компромисно решение. Единият вариант е локално покритие с потапяне, при което се покрива само-свързващият край на медна шина с високо напрежение на BDU (кутия за разпределение на батерията), което намалява дебелината на изолационния слой до 0,8 mm, което може да намали общото въздействие на разсейване на топлината с 40%; другият вариант е композитен процес, при който основното тяло използва PI филм с дебелина 0,15 mm за капсулиране, а огъващите части използват покритие с потапяне за подсилване, балансиране на изискванията за изолация и гъвкавост, подходящи за сценариите на използване на изолирана гъвкава медна шина за захранваща батерия.

 

За системите за съхранение на енергия може да се постигне универсална адаптация с едностранна-дебелина от 1,5–2 mm, подходяща за сложни среди като прах и влажност; от гледна точка на разходите медните пръти с -покритие с потапяне имат по-ниска цена от лазерно{4}}завареното PI фолио с 35%, отговаряйки на изискванията за пространствени ограничения и ориентация на разходите на системите за съхранение на енергия.

Изборът на материал за покритие чрез потапяне на медни пръти за батерии изисква цялостно разглеждане на изолацията, температурната устойчивост, разсейването на топлината, разходите за процеса и адаптивността към околната среда. В момента основните материали включват три вида. PVC (поливинилхлорид) е най-широко използваният материал, с отлични изолационни характеристики, издържащо напрежение от 3500 V AC/DC, изолационна якост от 20–28 kV/mm, отговарящо на стандарта за забавяне на горенето UL94-V0, добра производителност на солен спрей, работен температурен диапазон от -40 градуса до 125 градуса, най-ниска цена на материала, зрял процес, подходящ за партида производство и това е основният материал на шините с PVC покритие, но неговите ограничения са очевидни, с топлопроводимост от само 0,2 W/(m·K), удебеляването на покритието ще увеличи значително термичната устойчивост и има слаба издръжливост при ниски температури, склонна към напукване.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Епоксидната смола е подходяща за сценарии, изискващи лека, тънко{0}}слойна висока изолация, с дебелина на покритието, която може да се контролира на 0,3–0,8 mm, издържащо напрежение до 4500 V DC (ток на утечка < 1 mA), изолационно съпротивление > 800 MΩ, изключително силна адхезия, ниво на адхезия при тест за надраскване 0 (без отлепване), намаляване на теглото с 40% в сравнение с PVC покритие, подходящо за сценарии с чувствително пространство на батериите, но цената е с 30% по-висока от PVC и температурата на втвърдяване трябва да бъде прецизно контролирана (±5 градуса), в противен случай са склонни да се появят микропукнатини. PPA (поли(2-феноксиацетамид)) на базата на найлон- е подходящ за среда с висока-вибрация и висока температура.

 

Неговата продължителна работна температура може да достигне над 150 градуса и може да издържи на краткотрайна-нагряване до 180 градуса. Той превъзхожда PVC и епоксидна смола по отношение на топлоустойчивост и химическа устойчивост. Има висока механична якост, с якост на опън над 70MPa и е устойчив на умора от вибрации. Подходящ е за среда с чести вибрации в превозни средства. Въпреки това цената на суровината е по-висока, като е два пъти по-висока от PVC. Температурата на обработка трябва да се контролира в рамките на 300 градуса ± 10 градуса. Този процес може да доведе до окисляване на медната шина.

Въз основа на различни сценарии планът за нанасяне на материала трябва да бъде точно съгласуван: За дизайн с висока-енергийна плътност на захранващи батерии се препоръчва епоксидна смола с дебелина на покритието по-малка или равна на 0,8 mm, покриваща само края на връзката на BDU и основното тяло, покрито с PI филм с дебелина 0,15 mm; За среда с висока-вибрация се препоръчва PPA (базиран-найлон). Препоръчва се покритие с частично потапяне на огъващата се част за подобряване на устойчивостта на умора. За чувствителни към разходите дизайни се препоръчва модифициран PVC с подобрение на топлопроводимостта до 0,45 W/(m·K) чрез добавяне на 5% нано-Al₂O₃, а дебелината на покритието е намалена до 1,0 mm. За високи-изисквания за устойчивост на атмосферни влияния на системите за съхранение на енергия се препоръчва PVC с дебело покритие (1,5–2,0 mm), за да се адаптира към сложни среди; Дългосрочната -оптимизация на разходите също препоръчва PVC, като неговото предимство в цените е значително.

Има значителни разлики в приоритета на ключовите параметри между двата сценария: В сценария на захранване от батерии разсейването на топлината (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) е по-важно от лекото тегло (покритие < 0,8 mm) и цената; В сценария на системата за съхранение на енергия изолацията (издържаща напрежение > 4500V) е по-важна от устойчивостта на корозия и цената. По отношение на контрола на процеса, температурата на предварително загряване трябва да се контролира внимателно, с медни шини при 200 градуса ± 5 градуса и алуминиеви шини при 170 градуса ± 5 градуса, за да се предотврати недостатъчна адхезия на покритието. За епоксидна смола се препоръчва три-етапна крива на втвърдяване (80 градуса → 120 градуса → 200 градуса), за да се избегнат микро-пукнатини и да се гарантира надеждността на изолацията наБатерийна шина.

Като цяло, прилагането на процеса на нанасяне на покритие с потапяне в захранващи батерийни пакети се фокусира върху постигането на баланс между надеждността на изолацията, компромиса в разсейването на топлината и изискванията за леко тегло. Ключът се крие в усъвършенстването на стъпките на процеса, персонализирането на сценариите и иновациите на материалите. Усъвършенстването на стъпките на процеса изисква ±5% прецизно управление в аспекти като активиране на предварително нагряване, контрол на вискозитета и градиентна пластификация; Персонализирането на сценария изисква диференцирани стратегии за локално потапяне на покритие на захранващи батерии и дебело покритие в цялата система за съхранение на енергия; Иновациите в материалите изискват разработването на нано-пълнители и ниско{4}}температурни гел формули, за да се преодолеят ограниченията на ефективността на традиционните материали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В бъдеще, тъй като твърдо{0}}батериите с високоволтови платформи (800V+) стават все по-разпространени, процесът на нанасяне на покритие с потапяне ще се развие към ултра-тънки покрития (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.