CN108165015A - 一种耐火阻燃型导热系数可变材料、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐火阻燃型导热系数可变材料、制备方法及应用，可变材料按重量份包括：基体材料100份；补强填料30‑60份；结构化填料10‑50份；陶瓷填料30‑40份；热导填料20‑40份；阻燃剂30‑40份；偶联剂1‑5份；其他助剂0‑5份。本发明耐火阻燃型导热系数可变材料能够同时具备导热性能、隔热性能和耐火性能，能够应用于隔热板和新能源电池组中。

Description

一种耐火阻燃型导热系数可变材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种耐火阻燃型导热系数可变材料、制备方法，及其在相关 新能源及可变热导系数场合的应用方案。
背景技术
近年来，随着综合国力的提升，国家及国民对环境污染的关注度一再提 高，尤其是对水污染、废气、噪声污染的容忍度一再降低；大家对环境的改 善的呼吁空前严重，同时汽车污染和能源枯竭问题越来越受关注。
随着互联网和科技的发展，使大家环境改善的愿望更加切实，更可能的 变成现实。目前国家在大力推动新能源产业发展，无论是核能、太阳能、风 能还是其它自然能源都在蓬勃发展，近期最爱国民关注的非新能源电池莫属。
新能源汽车行业，电池作为新能源汽车最重要的一个组成部分，其安全 可靠性一直备受关注。安全一直是新能源汽车的最大威胁，新能源汽车电池 局部失效高温引发整组甚至整套汽车电池失效高温将是一件非常可拍的事 情，故怎样提高电池的安全可靠性，怎样提高新能源汽车的安全性是新能源 行业的一大难题。
新能源电池作为为新能源发展的基石，安全要求极高，除了严格的配方 材料还有严格的管理控制***，同时也不能忽略使用环境及使用稳定性。
使用稳定性体现的因素较大，与耐火阻燃型导热系数可变材料密切相关 的就是导热性能和隔热性能、耐火性能。
由于材料行业的限制，目前市场上的新能源电池使用的隔离材料更多的 考虑隔热处理，仅仅能够实现电池破坏时隔热处理，还没有使用同时实现导 热、隔热、耐火三个性能综合材料。
现在市场上普遍存在的隔热材料要么在高温情况下隔热效果差，要么在 高温情况下容易变形，要么产品很硬，重量很大与电池轻量化的趋势不符。 目前采用最多的是气凝胶隔热片和云母隔热产品。
气凝胶隔热片对新能源汽车电隔热效果很好，但是其多个缺陷制约了大 规模使用；一是气凝胶产品难以弯折、韧性差而不适应异形件产品隔热；二 是工艺操作难度大而难以实现超薄产品的量产；三是气凝胶很难均匀分散， 做到每一个位置的性能一致性较好，四是气凝胶隔热片价格昂贵。
云母隔热产品要么产品很硬，使用很不方便；同时重量密度很大与电池 轻量化的趋势不符。
以上情况都限制了其在新能源电池隔热方面的大规模使用，而如果放任 电池高温失效不管则大大提高了新能源汽车驾驶者和乘客的危险系数，威胁 生命财产安全。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种能够同时具备导热性能、隔热性能和耐火 性能的耐火阻燃型导热系数可变材料。
为实现上述目的，本发明提出一种耐火阻燃型导热系数可变材料，按重 量份包括：基体材料100份；补强填料30-60份；结构化填料10-50份；陶瓷填 料30-40份；热导填料20-40份；阻燃剂30-40份；偶联剂1-5份；其他助剂0-5 份。
优选地，所述基体材料为橡胶、塑料或者弹性体，所述橡胶为硅橡胶、 乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、苯基橡胶中的一种或若干种。
优选地，所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、 苯乙烯、碳酸酯、酚醛树脂、ABS中的一种或若干种，所述弹性体为热塑性 弹性体、热塑性聚氨酯、氯化聚乙烯、弹性体SEBS、中的一种或若干种。
优选地，所述补强填料为炭黑、白炭黑、高岭土、陶土、滑石粉、硅微 粉、硅灰石、硅藻土中的一种或若干种。
优选地，所述热导填料为玻璃纤维、硅酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁、玻 璃微珠、氧化镁、蛭石粉、膨胀珍珠岩、云母粉、包覆石墨、碳化硅粉、氮 化硅粉中的一种或若干种。
优选地，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸盐复合阻燃剂、MCA、 磷腈类阻燃剂、氧化铁复合阻燃剂、铂复合阻燃剂、铈氧化物复合阻燃剂中 的一种或若干种。
优选地，所述陶瓷填料为玻璃纤维、陶瓷粉、高温玻璃粉、低温玻璃粉、 硅酸铝、硅酸镁、玻璃微珠、碳化硅粉、氮化硅粉中的一种或若干种。
优选地，所述结构化填料为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢 硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅 油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰 硅油、石蜡油等中的一种或若干种。
优选地，所述偶联剂为硅油、硅烷、硅氮烷、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联 剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或若干种，所述硫化剂为有机过 氧化物、DCP、双组份氢铂硫化剂。
优选地，所述所补强填料、结构化填料、陶瓷填料和热导填料的粒径小 于或等于20微米。
本发明还提供一种耐火阻燃型导热系数可变材料的制备方法，包括以下 步骤：
1)将基体材料100份在密炼炼机或者捏合机上塑炼10-15min；
2)将补强填料逐次加入到塑炼的基体材料中，均匀混炼成混炼胶，总共 捏合30min左右；
3)将结构化填料逐次加入到基体材料中，均匀混炼成混炼胶，总共捏合 30min左右；
4)将3中的混炼胶在密炼炼机或者捏合机继续混炼，同时通入氮气保护， 保持混炼温度100-125℃左右；抽真空，真空度-0.5MPa左右；混炼30min左右； 得混炼胶A；
5)将混炼得的混炼胶A取一定量，将陶瓷填料、热导填料和阻燃剂、偶 联剂和其他助剂逐步加入到混炼胶A中，混炼均匀，捏合30min左右，得到耐 火阻燃型导热系数可变材料，称为混炼胶B；
6)将混炼得的混炼胶B取一定量，加入硫化剂，在开炼机上均匀混合， 得到耐火阻燃型导热系数可变材料，称为混炼胶C；
7)将制备好的耐火阻燃型导热系数可变材料，混炼胶C，使用挤出、注 塑、模压、压延工艺制成高温抗压变的耐火阻燃隔热产品。
本发明还提供一种隔热板，该隔热板由上述的耐火阻燃型导热系数可变 材料制成。
本发明还提供一种电池组，包括若干排列在一起的电池，所述电池组的 相邻电池之间通过上述的隔热板隔开。
如上所述，本发明耐火阻燃型导热系数可变材料能够同时具备高阻燃性 能、高温陶瓷化、高温隔热、常温导热、常温弹性等优异性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域 普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现 时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明耐火阻燃型导热系数可变材料按重量份包括：基体材料100份；补 强填料30-60份；结构化填料10-50份；陶瓷填料30-40份；热导填料20-40份； 阻燃剂30-40份；偶联剂1-5份；其他助剂0-5份。
优选地，所述基体材料为橡胶、塑料或者弹性体，所述橡胶为硅橡胶、 乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、苯基橡胶中的一种或若干种。
优选地，所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、 苯乙烯、碳酸酯、酚醛树脂、ABS中的一种或若干种，所述弹性体为热塑性 弹性体、热塑性聚氨酯、氯化聚乙烯、弹性体SEBS、中的一种或若干种。
优选地，所述补强填料为炭黑、白炭黑、高岭土、陶土、滑石粉、硅微 粉、硅灰石、硅藻土中的一种或若干种。
优选地，所述热导填料为玻璃纤维、硅酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁、玻 璃微珠、氧化镁、蛭石粉、膨胀珍珠岩、云母粉、包覆石墨、碳化硅粉、氮 化硅粉中的一种或若干种。
优选地，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸盐复合阻燃剂、MCA、 磷腈类阻燃剂、氧化铁复合阻燃剂、铂复合阻燃剂、铈氧化物复合阻燃剂中 的一种或若干种。
优选地，所述陶瓷填料为玻璃纤维、陶瓷粉、高温玻璃粉、低温玻璃粉、 硅酸铝、硅酸镁、玻璃微珠、碳化硅粉、氮化硅粉中的一种或若干种。
优选地，所述结构化填料为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢 硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅 油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰 硅油、石蜡油等中的一种或若干种。
优选地，所述偶联剂为硅油、硅烷、硅氮烷、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联 剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或若干种，所述硫化剂为有机过 氧化物、DCP、双组份氢铂硫化剂。
优选地，所述所补强填料、结构化填料、陶瓷填料和热导填料的粒径小 于或等于20微米。
本发明耐火阻燃型导热系数可变材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将基体材料100份在密炼炼机或者捏合机上塑炼10-15min；
2)将补强填料逐次加入到塑炼的基体材料中，均匀混炼成混炼胶，总共 捏合30min左右；
3)将结构化填料逐次加入到基体材料中，均匀混炼成混炼胶，总共捏合 30min左右；
4)将3中的混炼胶在密炼炼机或者捏合机继续混炼，同时通入氮气保护， 保持混炼温度100-125℃左右；抽真空，真空度-0.5MPa左右；混炼30min左右； 得混炼胶A；
5)将混炼得的混炼胶A取一定量，将陶瓷填料、热导填料和阻燃剂、偶 联剂和其他助剂逐步加入到混炼胶A中，混炼均匀，捏合30min左右，得到耐 火阻燃型导热系数可变材料，称为混炼胶B；
6)将混炼得的混炼胶B取一定量，加入硫化剂，在开炼机上均匀混合， 得到耐火阻燃型导热系数可变材料，称为混炼胶C；
7)将制备好的耐火阻燃型导热系数可变材料，得混炼胶C，使用挤出、 注塑、模压、压延等工艺制成特定规格的高温抗压变的耐火阻燃隔热产品。
下面将结合具体实施例，详细说明本发明的具体实施方式：
实施例1
按照耐火阻燃型导热系数可变材料的制备方法，经过密炼均匀成混炼胶， 再开炼机上加1.5份硫化剂2,5-二甲基-2,5-2二叔丁基过氧化已烷，开炼均匀出 片，即得到高温抗压变的耐火阻燃隔热材料。
实施例2
按照耐火阻燃型导热系数可变材料的制备方法，经过密炼均匀成混炼胶， 再开炼机上加1.5份硫化剂2,4-二甲基-2,4-2二叔丁基过氧化已烷，开炼均匀出 片，即得到高温抗压变的耐火阻燃隔热材料。
实施例3
按照耐火阻燃型导热系数可变材料的制备方法，经过密炼均匀成混炼胶， 再开炼机上加1.5份DCP，开炼均匀出片，即得到高温抗压变的耐火阻燃隔热 材料。
上述耐火阻燃型导热系数可变材料可以经过挤出、模压、注射等方面制 成异形橡胶制品，统称为隔热板产品。
隔热板可应用于电池组中，电池组包括若干排列在一起的电池，所述电 池组的相邻电池之间通过上述的隔热板隔开。
正常使用时，耐火阻燃型导热系数可变材料隔热板材料具有较高的导热 性能，其导热系数可以在1-3W/(m.K)，协助电池散热***散热。
在具有隔热板的电池组中，在预定的压紧力作用下，隔热板将电池组中 每一个电池都隔开。当被保护电池组产品受外力破坏时，会形成电极短路， 瞬间高温或者形成大火，该产品能名迅速结成陶瓷状的壳体，导热系数迅速 降低至0.1W/(m.K)以下；形成隔离，不仅阻止火焰漫延，同时能够隔离温度 的传导，防止灾害的进一步扩散。
综上所述，本发明耐火阻燃型导热系数可变材料不仅具有优异的常温使 用性能，还具有普通高分子材料不具有的高温下的结在陶瓷状壳体等特殊性 能。
本发明耐火阻燃型导热系数可变材料常温呈橡胶态，具有优异的弹性能、 绝缘性能、耐老化性能、机械性能、防水性能、导热等性能；在500度以上 高温或火焰条件下能够迅速变成高温陶瓷，具有高温隔热，高温隔离等优异 性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换， 或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述可变材料按重量份包括：
基体材料100份；
补强填料30-60份；
结构化填料10-50份；
陶瓷填料30-40份；
热导填料20-40份；
阻燃剂30-40份；
偶联剂1-5份；
其他助剂0-5份。
2.根据权利要求1所述的耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述基体材料为橡胶、塑料或者弹性体，所述橡胶为硅橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、苯基橡胶中的一种或若干种，所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、苯乙烯、碳酸酯、酚醛树脂、ABS中的一种或若干种，所述弹性体为热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、氯化聚乙烯、弹性体SEBS、中的一种或若干种。
3.根据权利要求1所述的耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述补强填料为炭黑、白炭黑、高岭土、陶土、滑石粉、硅微粉、硅灰石、硅藻土中的一种或若干种。
4.根据权利要求1所述的耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述热导填料为玻璃纤维、硅酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁、玻璃微珠、氧化镁、蛭石粉、膨胀珍珠岩、云母粉、包覆石墨、碳化硅粉、氮化硅粉中的一种或若干种，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸盐复合阻燃剂、MCA、磷腈类阻燃剂、氧化铁复合阻燃剂、铂复合阻燃剂、铈氧化物复合阻燃剂中的一种或若干种。
5.根据权利要求1所述的耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述陶瓷填料为玻璃纤维、陶瓷粉、高温玻璃粉、低温玻璃粉、硅酸铝、硅酸镁、玻璃微珠、碳化硅粉、氮化硅粉中的一种或若干种，所述结构化填料为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油、石蜡油等中的一种或若干种。
6.根据权利要求1所述的耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述偶联剂为硅油、硅烷、硅氮烷、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或若干种，所述硫化剂为有机过氧化物、DCP、双组份氢铂硫化剂。
7.根据权利要求1所述的耐火阻燃型导热系数可变材料，其特征在于，所述所补强填料、结构化填料、陶瓷填料和热导填料的粒径小于或等于20微米。
8.一种耐火阻燃型导热系数可变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将基体材料100份在密炼炼机或者捏合机上塑炼10-15min；
2)将补强填料逐次加入到塑炼的基体材料中，均匀混炼成混炼胶，总共捏合30min左右；
3)将结构化填料逐次加入到基体材料中，均匀混炼成混炼胶，总共捏合30min左右；
4)将3中的混炼胶在密炼炼机或者捏合机继续混炼，同时通入氮气保护，保持混炼温度100-125℃左右；抽真空，真空度-0.5MPa左右；混炼30min左右；得混炼胶A；
5)将混炼得的混炼胶A取一定量，将陶瓷填料、热导填料和阻燃剂、偶联剂和其他助剂逐步加入到混炼胶A中，混炼均匀，捏合30min左右，得到耐火阻燃型导热系数可变材料，称为混炼胶B；
6)将混炼得的混炼胶B取一定量，加入硫化剂，在开炼机上均匀混合，得到耐火阻燃型导热系数可变材料，称为混炼胶C；
7)将制备好的耐火阻燃型导热系数可变材料，混炼胶C，使用挤出、注塑、模压、压延工艺制成高温抗压变的耐火阻燃隔热产品。
9.一种隔热板，其特征在于：该隔热板由权利要求1至7任一项所述的耐火阻燃型导热系数可变材料制成。
10.一种电池组，包括若干排列在一起的电池，其特征在于：所述电池组的相邻电池之间通过权利要求9所述的隔热板隔开。
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