天堂网www,免费追剧大全在线观看电视剧,97久久精品无码一区二区欧美人 ,日本丰满少妇高潮呻吟

摘要

多功能防火涂料可以涂覆在多種金屬基材表面，在鋰離子電池發生熱失控時，有效隔絕熱量傳遞、控制火勢走向、延緩熱擴散，保護基材的同時也為鋰離子電池的安全應用保駕護航。設計開發了一系列由納米填料，如石墨烯、碳納米管及無機硅酸鹽納米管，改性的多功能防火涂料。實驗結果表明：無機硅酸鹽納米管改性的防火涂料，可以在降低體系顏基比的同時，提高涂層的耐沖擊性、絕緣性能（直流6 000 V，通電60 s，漏電流<1 mA）和防火隔熱性能（1 000~1 300 ℃火焰灼燒30 min，非涂層面最高溫度為349 ℃）。

關鍵詞

鋰離子電池；熱失控；絕緣；防火涂料；隔熱；納米填料；多功能

以鋰離子電池作為動力的新能源汽車是我國目前發展最為快速的新能源車型。據統計，2022年我國新能源汽車的市場占有率達到了25.6%。2023年1—8月份，中國新能源乘用車占世界新能源乘用車的比例高達61%，這充分顯示了中國新能源汽車產業強大的實力和廣闊的應用前景。為了提高新能源汽車的續航里程，高能量密度和輕量化設計成為新能源汽車發展的主要目標。與此同時，鋰離子電池在外部撞擊或者過充過放等情況下容易發生熱失控，這給新能源汽車的發展帶來了極大的安全隱患。因此，為新能源汽車用鋰離子電池包開發具有優異絕緣、防火和隔熱等性能的輕量化多功能防火涂料，延緩鋰離子電池熱失控蔓延速率，對提升新能源汽車的安全性至關重要。

目前市面上的多功能防火涂料主要以傳統的鋼結構膨脹防火涂料為主，膨脹型防火涂料由于具有優異的防火隔熱效果，是現有技術中應用最廣泛的產品。該產品在明火或者高溫作用下，涂層受熱膨脹，迅速形成多孔的膨脹炭層，該炭層可以有效降低熱傳導系數，隔絕氧氣、保護基材。然而，現有技術生產的膨脹型涂料，涂層的干膜厚度在0.5 mm以上才能達到較好的防火隔熱效果，涂料膨脹后形成的炭層為多孔結構，由于受熱不均勻及空間限制等原因，易產生機械強度差、不同區域炭層性能差異大等問題。同時，由于動力電池的熱失控是從負極的固體電解質界面膜（SEI膜）分解開始，繼而產生隔膜熔化、電極和電解液分解等問題，極易產生大量高壓氣體。膨脹涂層由于機械強度較差，在高溫和高氣壓的條件下易從基材迅速脫落而失去防護功能，且炭層絕緣性能較差，脫落后可能引起電池系統的短路，造成二次傷害。鑒于以上原因，亟需開發一款具有優異電絕緣性能、防火隔熱性能且燃燒前后涂層機械強度穩定的輕量化多功能防火涂料，以便更好地保護基材，減緩電池包的熱失控蔓延速率，為新能源汽車的安全應用保駕護航。

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1~100 nm）的材料。納米防火技術是從1976年日本學者Fujiwara申請的關于納米黏土防火尼龍開啟的。納米防火填料在添加量極少的情況下，可以不同程度地提高防火材料的力學性能，顯著降低防火材料燃燒時的熱釋放速率，延緩燃燒過程。20世紀90年代以來，納米防火技術以其具有傳統膨脹體系所不具備的顯著優點而得到了蓬勃發展。其中，碳納米管和石墨烯都是由碳原子構成的具有納米結構的碳材料，具有優異的尺寸穩定性和熱穩定性，可以提高防火涂料的耐火極限，同時納米結構的引入還可以提高涂層燃燒過程中的機械穩定性和強度。無機硅酸鹽納米管材料，除了具有優異的熱穩定性和納米結構外，還能夠通過吸收熱量和產生水蒸氣等方式改善涂層的防火性能，是一種有效的協效防火助劑，可以大大提高涂層燃燒后的強度和隔熱性能。

本研究將具有納米結構的無機硅酸鹽納米管、多壁碳納米管和石墨烯等填料引入非膨脹環氧樹脂防火涂料體系，以期通過納米填料的耐高溫性能、高比表面積、納米結構、防火隔熱等特性提高涂層燃燒過程的抗開裂性能和強度，改善涂層的防火隔熱及絕緣等性能。

1、 實驗部分

1.1 主要實驗原料

環氧樹脂SM815CA：工業級，三木；改性多聚磷酸銨APP104MF：工業級，杭州捷爾思阻燃化工有限公司；氧化石墨烯（GRO）：工業級，純度>98%，廈門凱納石墨烯技術股份有限公司；碳納米管（CNTs）：工業級，純度>98%，江蘇天奈科技股份有限公司；無機硅酸鹽納米管（ISNTs）：工業級，純度>98%，廣東暨納新材料；耐高溫隔熱粉HTC：工業級，純度>98%，炬瓷新材料；分散劑BYK-170、消泡劑BYK-077、流平劑BYK-3550：BYK。

表1　多功能防火涂料配方

Table 1　Formula of multifunctional flire retardantcoatings

1.2 多功能防火涂料的制備

按照表1配方，將環氧樹脂、改性多聚磷酸銨、耐高溫隔熱粉HTC、氧化石墨烯/碳納米管/無機硅酸鹽納米管、分散劑、消泡劑、流平劑按照顏基比2∶1，分批緩慢加入高速分散機中分散均勻，隨后轉移至砂磨機中處理20~60 min，過濾后得到細度在50 μm左右有一定流動性的漿料，待用。其余操作不變，不添加氧化石墨烯/碳納米管/無機硅酸鹽納米管，增加體系中耐高溫隔熱粉HTC的用量，將體系的顏基比提高，得高顏基比樣品。

1.3 多功能防火涂層的制備

目前鋰離子電池包用基材以電鍍/環氧電泳處理的碳鋼板或者鋁合金板（6061和6063）為主，本研究的產品性能測試都基于電鍍處理的鋼板進行。噴涂前可以選用酯類溶劑對基材進行清洗，保證基材表面清潔無污染。采用空氣噴涂對多功能防火涂料進行噴涂，根據需要選擇特定的稀釋劑調節體系黏度至可施工范圍。通過控制噴涂工藝參數和干燥工藝，制得具有平整外觀和厚度均一[干膜厚度（200±50） μm]的樣品。

1.4 性能測試

按照GB/T 9286—2021 測試涂層附著力；按照GB/T 1732—2020測試涂層耐沖擊性，高度20 cm，觀察試板上涂層有無裂紋、皺紋及剝落現象；按照GB/T 1408.1—2016《絕緣材料 電氣強度試驗方法 第1部分：工頻下試驗》對涂層進行絕緣耐壓測試，得熱失控前絕緣耐壓測試數據；鋰離子電池發生熱失控時，火焰溫度最高可達1 000~1 300 ℃，采用丁烷噴槍可達到此溫度，參考GB 38031—2020進行耐火性能測試，燃燒測試的過程中，將熱電偶黏附于基材背面，測試并記錄燃燒30 min過程的非涂層面溫度，燃燒30 min再對涂層進行絕緣耐壓測試，得熱失控后絕緣耐壓測試數據；根據GB/T 2423.18—2021 和客戶要求測試涂層的耐中性鹽霧性能；根據GB 38031—2020對樣品進行濕熱循環及溫度沖擊試驗，濕熱循環條件為85 ℃/85%相對濕度，溫度沖擊試驗溫度范圍為−40~85 ℃。

2、 結果與討論

2.1 耐火性能

不同樣品耐火測試后照片和測試中非涂層面溫度分別如圖1和圖2所示。

圖1　不同樣品耐火測試后照片

Fig.1　The picture of different coatings after fire resistant test

圖2　不同樣品耐火測試中非涂層面溫升曲線

Fig.2　The temperature curve of uncoated side of different samples under fire resistant test

從圖1 可以看出，當體系的顏基比較低為2∶1時，涂層在耐火測試中發生了一定程度的開裂，冷卻后有小部分樣品從基材脫落。同時從圖2也可以看出，該樣品非涂層面的溫度變化較快，當測試時間為5 min時，非涂層面的溫度達到了最高約536 ℃，隨后基本保持不變。雖然基材沒有被破壞，但是非涂層面的溫度超過500 ℃，不滿足鋰電池行業對涂層的耐火隔熱測試要求（1 000~1 300 ℃，30 min，基材不被破壞，非涂層面溫度<500 ℃）。為了提高樣品的耐火隔熱性能，需要改善涂層的抗開裂性能和隔熱性能。第一個方法是增加體系中耐高溫隔熱填料HTC的用量，將體系的顏基比提高。從圖1可以看出，提高顏基比后的樣品在耐火測試過程中，表現出優異的阻燃性能和抗開裂性能。從圖2也可以看出，該涂層的機械強度提高后，涂層的隔熱性能也有改善，非涂層面的溫升變緩，當測試時間為10 min時，非涂層面的溫度達到最高約413 ℃。與低顏基比樣品相比，最高隔熱溫度下降了123 ℃。滿足鋰電池行業對于多功能防火涂料防火隔熱的要求。

根據文獻報道，納米結構的填料可以提高涂層的耐高溫性能，同時納米管狀結構或者片狀結構可以提高涂層的機械強度，改善涂層炭化過程由于內應力不足而產生的開裂問題。基于此，本研究分別把氧化石墨烯、碳納米管和無機硅酸鹽納米管加入到較低顏基比的體系中，以期改善樣品的耐火隔熱性能。從圖1可以看出，當將氧化石墨烯加入到體系中時，在一定程度上提高了涂層的抗開裂性能，燃燒后裂紋減少。從溫升曲線也可以看出，非涂層面的溫升情況與高顏基比樣品相似，測試時間為10 min左右時達到最高溫度403 ℃。為了進一步提高涂層燃燒后的機械強度，又分別將具有納米管狀結構的碳納米管和無機硅酸鹽納米管加入到體系中，從測試后的樣品圖片可以看出，當將納米管狀填料加入到體系中時，涂層燃燒后幾乎無裂紋，也沒有任何脫落，提高了樣品的耐火性能和機械強度。此外，從圖2的溫升曲線中可以看出，加入碳納米管后的樣品在耐火測試過程中，溫升情況與高顏基比體系接近，當測試時間在10 min左右時，達到最高溫度424 ℃。而加入無機硅酸鹽納米管的樣品與其他樣品比，溫升較快，大約5 min左右就升到了較高的溫度339 ℃，隨著測試時間的延長，非涂層面的溫度基本維持在這個溫度區間，最高溫為349 ℃。從測試結果可以看出，加入無機硅酸鹽納米管的樣品不僅可以在較低顏基比的條件下，提高涂層的耐火性能，還能提高燃燒后涂層的抗開裂性能和隔熱性能。這是因為無機硅酸鹽納米管不僅具有穩定的納米管狀結構，可以降低涂層燃燒時的熱傳導速率，同時在燃燒過程中可以吸收熱量，提高涂層的防火性能，可以更好地保護基材，延緩鋰離子電池包的熱失控蔓延速率，保護電池包及其周邊設備。

2.2 基本性能

對于新能源汽車，電池包用多功能防火涂料在延緩電池包熱失控的基礎上，還需要具備一定的基本性能，比如附著力、電絕緣性和耐久性能。表2為不同樣品的基本性能測試結果。

表2　不同樣品的基本性能測試結果

Table 2　The basic physical properties of different coatings

由表2 可知，低顏基比樣品具有優異的附著力（0級），同時涂層具有優異的絕緣耐壓性能和耐久性能。隨著體系顏基比的提高，樣品的附著力和絕緣性能下降，這主要是因為顏基比的提高，影響樣品與基材之間的黏結性能，而耐高溫隔熱填料用量的增加也在一定程度上降低了體系的內聚力，降低了樣品的絕緣性能。而在加入氧化石墨烯和碳納米管之后，由于這2款納米材料具有一定的導電性能，因此樣品的耐火測試前后的絕緣性能都有所下降，不能滿足鋰離子電池包對于涂料絕緣耐壓的要求。但是當將無機硅酸鹽納米管引入到體系中時，不僅提高了樣品的耐火隔熱性能，且在很大程度上提高了樣品的耐沖擊性。這是由于管狀無機硅酸鹽作為納米增強材料引入到體系中，可以改變沖擊過程中產生的微裂紋的擴展行為，吸收斷裂功，提高斷裂過程的勢壘，最終改善涂層的機械強度和韌性。由于樣品燃燒后的機械強度較高，耐火測試后的涂層仍然具有較高的絕緣性能，大大降低了鋰離子電池包熱失控時引起的漏電風險。此外，樣品的耐久性測試結果也表明，無機硅酸鹽納米管改性的樣品具有較優異的應用前景，可以在較長時間內為新能源汽車的安全應用保駕護航。

3、 結　語

設計開發了一系列在金屬基材上具有優異附著力，同時具備優異機械性能、絕緣性能、防火和隔熱等性能的納米填料改性的多功能防火涂料。其中，無機硅酸鹽納米管改性的防火涂料，可以降低體系的顏基比，增強涂料的耐沖擊性、絕緣性和防火隔熱性，是一款非常有應用前景的多功能防火涂料。