مس{0}}شینه آلومینیومی در-روش پوشش پلیمری: تجزیه و تحلیل کاربرد فرآیند، مواد و صنعت

مس-شینه آلومینیومی در-روکش پلیمری به فرآیند پوشاندن یکنواخت سطح شینه مسی-آلومینیوم با ژل مایع-مانند مواد عایق از طریق یک تکنیک خاص اشاره دارد که یک لایه محافظ عایق را تشکیل می‌دهد. اساساً، همچنین فرآیندی از پوشش سطح شینه مس-آلومینیوم با یک لایه عایق با ذوب پلاستیک و اعمال آن است و هدف اصلی آن دستیابی به عایق قابل اعتماد، انطباق با شرایط کاری پیچیده و در عین حال متعادل کردن هزینه و عملکرد است. شینه مسی غوطه ور پلاستیک یکی از اجزای اصلی ساخته شده بر اساس این فرآیند است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فرآیند پوشش پلیمری با کیفیت-بالا{{1} باید سه الزام اصلی را برآورده کند: اول، قابلیت اطمینان عایق. ضخامت پوشش باید بین 0.5-2 میلی متر کنترل شود، با استحکام عایق 20-28 کیلوولت بر میلی متر، قادر به مقاومت در برابر تست مقاومت 4380 ولت DC باشد. این همچنین نشانگر عملکرد اصلی شینه عایق بندی شده PVC است. دوم، سازگاری محیطی. پس از غوطه ور شدن در محلول NaCl 5% در دمای 35 درجه به مدت 192 ساعت، باید مقاومت عالی در برابر خوردگی مه نمکی داشته باشد، بدون خوردگی. سوم، مقرون به صرفه بودن{13}. در مقایسه با فرآیند پوشش‌دهی فیلم PI، هزینه مواد پوشش‌دهنده پلیمری را می‌توان تا 30% کاهش داد و آن را برای تولید دسته‌ای{17}در مقیاس بزرگ مناسب کرد.

 

با این حال، این فرآیند دارای محدودیت‌های خاصی در کاربرد میدان‌های باتری قدرت است. برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، نیازهای عایق بر سبک‌وزن اولویت دارند و میزان نفوذ نسبتاً بالاست. در مقابل، یک باتری قدرت توسط حساسیت فضا و تناقضات اتلاف گرما محدود می شود - افزایش ضخامت پوشش باعث افزایش 20-31٪ در مقاومت حرارتی می شود. بنابراین کاربرد آن نسبتاً محدود است.

فرآیند پوشش دهی پلیمری پیچیده است و کنترل دقیق هر مرحله از فرآیند به طور مستقیم کیفیت محصول را تعیین می کند. فرآیند کامل را می توان به چهار مرحله تقسیم کرد: پیش{2}}تصفیه، پوشش غوطه وری، پلاستیک سازی، و تصفیه-. مرحله قبل از درمان، کلید تعیین چسبندگی پوشش است.

 

ابتدا، روغن و کثیفی روی سطح شینه آلومینیومی مسی با استفاده از محلول قلیایی با pH 10 تا 12 به مدت 5 تا 8 دقیقه پاک می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که باقیمانده روغن و کثیفی روی سطح شینه آلومینیومی مسی کمتر یا برابر با 0.1 میلی‌گرم در متر مربع است. سپس، سطح با پاشش 120 مش ذرات آلومینا برای کنترل زبری سطح Ra در 1.6-3.2μm زبر می شود و چسبندگی لایه پوشش را افزایش می دهد. در نهایت، پیش گرم کردن و فعال سازی انجام می شود، با دمای پیش گرمایش شینه مسی 180-220 درجه و شینه آلومینیومی 150-180 درجه. زمان پیش گرمایش با توجه به ضخامت شینه مسی آلومینیومی تنظیم می شود، مانند 120 ثانیه برای یک شینه مسی ضخامت 2 میلی متر. اختلاف دمای کلی باید در ± 5 درجه کنترل شود.

مرحله پوشش غوطه ور هسته ای برای اطمینان از یکنواختی پوشش است. این نیاز به کنترل دقیق پارامترها و مشخصات عملکرد مایع پوشش دارد. مایع پوشش، حلال پلاستیک PVC است و ویسکوزیته آن در 25 درجه باید در محدوده 1500-2500cP حفظ شود. هر گونه انحراف بیش از 10٪ نیاز به دفع دارد. پارامترهای غوطه وری شامل سرعت غوطه وری کمتر یا مساوی 10 میلی متر بر ثانیه است که برای ایجاد حباب بسیار سریع است، سرعت بالا بردن کمتر از یا مساوی 5 میلی متر بر ثانیه است که برای ایجاد افتادگی پوشش بسیار کند است و زمان غوطه وری بر اساس ضخامت پوشش تنظیم می شود، مانند ضخامت 15±15 میلی متر برای یک ضخامت پوشش. در عین حال، مخزن غوطه وری باید مجهز به یک همزن مغناطیسی با سرعت چرخشی 200 دور در دقیقه باشد تا از رسوب پرکننده جلوگیری کند و از یکنواختی ترکیب مایع پوشش اطمینان حاصل کند، که همچنین کلید اطمینان از کیفیت پوشش شینه عایق شیب دار است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مرحله پلاستیک سازی هسته پیوند متقابل مواد پلیمری-است. منحنی دمایی سه مرحله‌ای را اتخاذ می‌کند: مرحله اول از 80 درجه به 120 درجه برای 10 دقیقه افزایش می‌یابد، عمدتاً برای رسیدن به تبخیر حلال. مرحله دوم از 120 درجه به 200 درجه به مدت 15 دقیقه افزایش می یابد و ذوب و پخش مایع پوشش کامل می شود. مرحله سوم در 200 درجه به مدت 20 دقیقه برای رسیدن به پیوند متقاطع مولکولی بالا{11}}و پخت است. در طول کل فرآیند پلاستیک سازی، اختلاف دمای داخل جعبه باید کمتر یا مساوی 8 درجه باشد. گرمای بیش از حد موضعی بیش از 220 درجه باعث تجزیه و زرد شدن پی وی سی می شود که بر عملکرد عایق باسبار عایق تأثیر می گذارد.

مرحله بعد{0}}درمان عمدتاً برای از بین بردن عیوب پوشش و اطمینان از قابلیت اطمینان محصول استفاده می شود. پارامترهای کنترل کلیدی فرآیند پوشش غوطه وری مستقیماً بر میزان صلاحیت محصول تأثیر می گذارد. باید روی چهار مورد اصلی تمرکز کرد: ویسکوزیته چسب باید در cP 500 ± 2000 کنترل شود، با انحراف بیش از این محدوده باعث ریزش{5}}پوشش یا پوشش ناقص شود، و نمونه برداری و آزمایش باید هر 2 ساعت با استفاده از ویسکومتر چرخشی انجام شود. دمای پیش گرم کردن باید در 200 درجه برای میله های مسی و 170 درجه برای میله های آلومینیومی کنترل شود، با انحرافات منجر به چسبندگی پوشش و نیروی لایه برداری <4N/cm، و نظارت بر زمان واقعی باید با استفاده از تصویرگر حرارتی مادون قرمز انجام شود. دمای ثابت پلاستیک سازی باید در 200 ± 5 درجه کنترل شود، با انحرافات دما که منجر به اتصال عرضی ناکافی و متعاقب آن شکست عایق می شود، و تشخیص باید با استفاده از کالریمتری اسکن تفاضلی DSC انجام شود. سرعت خنک‌سازی باید کمتر یا برابر با 5 درجه بر ثانیه باشد، با سرعت بسیار سریع که باعث ایجاد ترک‌های ریز در پوشش می‌شود و تغییر شکل خنک‌کننده باید با استفاده از یک دوربین سرعت بالا ثبت شود. در یک مورد معمولی، یک پروژه ذخیره انرژی پس از آزمایش اسپری نمک به دلیل دمای ناهموار پلاستیک سازی (15 درجه پایین تر در لبه جعبه) تاول و پوسته شدن پوشش را تجربه کرد و مشکل با افزایش فن گردش هوای حرارتی برای بهینه سازی یکنواختی دما حل شد.

تفاوت‌های عملیاتی بین باتری‌های نیرو و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، استراتژی‌های کاربردی متفاوت برای فرآیند پوشش غوطه‌وری را تعیین می‌کند. در سناریوی باتری قدرت، یک راه حل مصالحه مورد نیاز است. یکی از گزینه‌ها پوشش موضعی است که در آن تنها انتهای اتصال میله مسی با ولتاژ بالا BDU (جعبه توزیع باتری) پوشش داده می‌شود و ضخامت لایه عایق را به 0.8 میلی‌متر کاهش می‌دهد که می‌تواند تأثیر کلی اتلاف گرما را تا 40% کاهش دهد. گزینه دیگر یک فرآیند کامپوزیت است که در آن بدنه اصلی از یک فیلم PI ضخامت 0.15 میلی‌متر برای کپسوله‌سازی استفاده می‌کند، و قطعات خمشی از پوشش شیب‌دار برای تقویت، متعادل کردن عملکرد عایق و الزامات انعطاف‌پذیری استفاده می‌کنند، که برای سناریوهای استفاده از میله اتوبوس منعطف عایق‌شده برای بسته باتری قدرت مناسب است.

 

برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، سازگاری جهانی را می‌توان با ضخامت یک طرفه-1.5 تا 2 میلی‌متر، مناسب برای محیط‌های پیچیده مانند گرد و غبار و رطوبت به دست آورد. از منظر هزینه، میلگردهای مسی با روکش شیب دار 35% هزینه کمتری نسبت به محلول لایه PI جوش داده شده لیزری دارند، 35 درصد، نیازهای محدودیت فضا و جهت گیری هزینه سیستم های ذخیره انرژی را برآورده می کنند.

انتخاب مواد برای پوشش غوطه وری میله های مسی بسته باتری قدرت، نیازمند در نظر گرفتن جامع عایق، مقاومت در برابر دما، اتلاف حرارت، هزینه فرآیند و سازگاری با محیط است. در حال حاضر، مواد اصلی شامل سه نوع است. پی وی سی (پلی وینیل کلراید) پرمصرف ترین ماده است، با عملکرد عایق عالی، ولتاژ تحمل 3500 ولت AC/DC، مقاومت عایق 20 تا 28 کیلو ولت بر میلی متر، مطابق با استاندارد UL94{10}}V0 مقاوم در برابر شعله، هزینه پاشش نمک خوب، عملکرد پاشش نمک 4 درجه تا بلوغ، محدوده دمای کاری پایین 5 درجه تا بلوغ. این فرآیند برای تولید دسته ای مناسب است و ماده اصلی میله های اتوبوس با روکش PVC است، اما محدودیت های آن آشکار است، با رسانایی حرارتی تنها 0.2 W/(m·K)، ضخیم شدن پوشش مقاومت حرارتی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، و دارای چقرمگی ضعیف در دمای پایین، مستعد ترک خوردن است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

رزین اپوکسی برای سناریوهایی که نیاز به عایق سبک و نازک دارند-لایه بالا، با ضخامت پوشش قابل کنترل در ۰.۳ تا ۰.۸ میلی‌متر، تحمل ولتاژ تا ۴۵۰۰ ولت DC (جریان نشتی < 1 میلی‌آمپر)، مقاومت عایق، مقاومت چسبندگی بسیار قوی > 800M مناسب است. (بدون لایه برداری)، کاهش وزن تا 40 درصد در مقایسه با پوشش PVC، مناسب برای سناریوهای حساس فضای باتری است، اما هزینه آن 30 درصد بیشتر از PVC است و دمای پخت باید دقیقاً کنترل شود (5± درجه)، در غیر این صورت، ترک های ریز مستعد ایجاد ترک هستند. PPA مبتنی بر نایلون (پلی (2-فنوکسی استامید)) برای محیط‌های با لرزش بالا و دمای بالا مناسب است.

 

دمای کار مداوم آن می تواند به بالای 150 درجه برسد و می تواند گرمای کوتاه مدت تا 180 درجه را تحمل کند. از نظر مقاومت در برابر حرارت و مقاومت شیمیایی بهتر از PVC و رزین اپوکسی است. این دارای استحکام مکانیکی بالا، با استحکام کششی بیش از 70 مگاپاسکال است و در برابر خستگی لرزش مقاوم است. برای محیط های ارتعاشی مکرر در وسایل نقلیه مناسب است. با این حال، هزینه مواد اولیه بالاتر است و دو برابر PVC است. دمای پردازش باید در 300 درجه ± 10 درجه کنترل شود. این فرآیند ممکن است منجر به اکسیداسیون باس میله مسی شود.

بر اساس سناریوهای مختلف، طرح کاربرد مواد باید دقیقاً مطابقت داده شود: برای طراحی با تراکم انرژی بالا برای باتری‌های نیرو، رزین اپوکسی توصیه می‌شود، با ضخامت پوشش کمتر یا مساوی 0.8 میلی‌متر، تنها انتهای اتصال BDU را پوشش می‌دهد و بدنه اصلی با لایه PI ضخامت 0.15 میلی‌متر پوشانده شده است. برای محیط‌های{3}}با ارتعاش بالا، PPA (مبتنی بر-نایلون) توصیه می‌شود. برای افزایش مقاومت در برابر خستگی، پوشش غوطه‌وری جزئی در قسمت خمشی توصیه می‌شود. برای طرح‌های حساس به هزینه، PVC اصلاح‌شده توصیه می‌شود، با افزایش رسانایی حرارتی تا 0.45 W/(m·K) با افزودن 5% نانو-Al2O3، و ضخامت پوشش به 1.0 میلی‌متر کاهش می‌یابد. برای مقاومت در برابر آب و هوای بالا در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، PVC با پوشش ضخیم (1.5 تا 2.0 میلی‌متر) برای سازگاری با محیط‌های پیچیده توصیه می‌شود. بهینه‌سازی هزینه‌های بلندمدت{16}} PVC را نیز توصیه می‌کند که مزیت هزینه آن قابل توجه است.

تفاوت های قابل توجهی در اولویت پارامترهای کلیدی بین دو سناریو وجود دارد: در سناریوی منبع تغذیه باتری، اتلاف گرما (λ > 0.4 W/(m·K)) مهمتر از سبک وزن (پوشش <0.8 میلی متر) و هزینه است. در سناریوی سیستم ذخیره انرژی، عایق کاری (در مقابل ولتاژ بیش از 4500 ولت) مهمتر از مقاومت در برابر خوردگی و هزینه است. از نظر کنترل فرآیند، دمای پیش گرمایش باید به دقت کنترل شود، با میله های مسی در 200 ± 5 درجه و باس میله های آلومینیومی در 5 ± 170 درجه، برای جلوگیری از چسبندگی ناکافی پوشش. برای رزین اپوکسی، یک منحنی پخت سه مرحله ای (80 درجه → 120 درجه → 200 درجه) توصیه می شود تا از ترک های ریز جلوگیری شود و از قابلیت اطمینان عایق اطمینان حاصل شود.بار اتوبوس باتری.

به طور کلی، استفاده از فرآیند پوشش غوطه ور در بسته های باتری قدرت بر دستیابی به تعادل بین قابلیت اطمینان عایق، سازش در اتلاف گرما و نیازهای سبک وزن تمرکز دارد. کلید در اصلاح مراحل فرآیند، سفارشی سازی سناریوها و نوآوری مواد نهفته است. پالایش مراحل فرآیند نیاز به مدیریت دقت ± 5% در جنبه هایی مانند فعال سازی پیش گرمایش، کنترل ویسکوزیته و پلاستیک سازی گرادیان دارد. سفارشی‌سازی سناریو به استراتژی‌های متفاوتی برای پوشش محلی باطری‌های قدرت و پوشش ضخیم در سراسر سیستم ذخیره‌سازی انرژی نیاز دارد. نوآوری مواد مستلزم توسعه نانو{3}}پرکننده‌ها و فرمول‌های ژل-در دمای پایین است تا از محدودیت‌های عملکرد مواد سنتی عبور کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در آینده، با گسترش بیشتر باتری‌های-حالت جامد با پلت‌فرم‌های ولتاژ بالا (800V+)، فرآیند پوشش‌دهی به سمت پوشش‌های بسیار نازک ({3}}<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.