Thanh cái bằng nhôm đồng-trong-Quy trình phủ polyme: Phân tích ứng dụng quy trình, vật liệu và công nghiệp

Đồng-Thanh cái nhôm trong-Lớp phủ polymer đề cập đến quá trình phủ đồng đều lên bề mặt của thanh cái nhôm đồng-bằng một loại vật liệu cách điện dạng gel lỏng-thông qua một kỹ thuật cụ thể, tạo thành lớp bảo vệ cách điện. Về cơ bản, đây cũng là một quá trình phủ lên bề mặt của thanh cái nhôm-đồng một lớp cách điện bằng cách nấu chảy nhựa và phủ nó. Mục tiêu cốt lõi của nó là đạt được khả năng cách nhiệt đáng tin cậy, thích ứng với các điều kiện làm việc phức tạp, đồng thời cân bằng giữa chi phí và hiệu suất. Thanh cái bằng đồng nhúng nhựa là một trong những thành phần cốt lõi được chế tạo dựa trên quy trình này.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quy trình phủ polyme-chất lượng cao-phải đáp ứng ba yêu cầu cốt lõi: Thứ nhất, độ tin cậy cách nhiệt. Độ dày lớp phủ phải được kiểm soát trong khoảng 0,5–2mm, với cường độ cách điện 20–28kV/mm, có khả năng chịu được thử nghiệm chịu đựng 4380V DC. Đây cũng là chỉ số hoạt động cốt lõi của Thanh cái cách điện nhúng PVC; Thứ hai, khả năng thích ứng với môi trường. Nó phải có khả năng chống ăn mòn sương muối tuyệt vời, không bị ăn mòn sau khi ngâm trong dung dịch NaCl 5% ở 35 độ trong 192 giờ; Thứ ba, hiệu quả về mặt chi phí. So với quy trình phủ màng PI, chi phí của vật liệu{15}lớp phủ polymer có thể giảm 30%, khiến quy trình này phù hợp cho{17}sản xuất hàng loạt quy mô lớn.

 

Tuy nhiên, quá trình này có những hạn chế nhất định trong việc ứng dụng các trường pin điện. Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng, yêu cầu cách nhiệt được ưu tiên hơn trọng lượng nhẹ và tỷ lệ thâm nhập tương đối cao. Ngược lại, pin nguồn bị hạn chế bởi mâu thuẫn về độ nhạy không gian và khả năng tản nhiệt - việc tăng độ dày lớp phủ sẽ khiến khả năng chịu nhiệt tăng 20–31%. Vì vậy, ứng dụng của nó tương đối hạn chế.

Quy trình phủ-polyme rất phức tạp và việc kiểm soát chính xác từng bước của quy trình sẽ trực tiếp xác định chất lượng của sản phẩm. Quá trình hoàn chỉnh có thể được chia thành bốn bước:-xử lý trước, phủ nhúng, làm dẻo và-sau xử lý. Bước-xử lý sơ bộ là chìa khóa để xác định độ bám dính của lớp phủ.

 

Đầu tiên, dầu và chất bẩn trên bề mặt thanh cái nhôm đồng{0}}được loại bỏ bằng dung dịch kiềm có độ pH 10–12 trong 5–8 phút để đảm bảo rằng lượng dầu và chất bẩn còn sót lại trên bề mặt thanh cái nhôm đồng-nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 mg/m2; sau đó, bề mặt được làm nhám bằng cách phun 120{15}}hạt alumina dạng lưới để kiểm soát độ nhám bề mặt Ra trong khoảng 1,6–3,2μm, tăng cường độ bám dính của lớp phủ; cuối cùng, quá trình gia nhiệt trước và kích hoạt được thực hiện, với nhiệt độ gia nhiệt trước của thanh cái đồng là 180–220 độ và nhiệt độ gia nhiệt trước của thanh cái nhôm là 150–180 độ. Thời gian làm nóng trước được điều chỉnh theo độ dày của thanh cái đồng-nhôm, chẳng hạn như 120 giây đối với thanh cái đồng dày 2 mm. Sự chênh lệch nhiệt độ tổng thể phải được kiểm soát trong phạm vi ± 5 độ.

Bước phủ nhúng là bước cốt lõi để đảm bảo tính đồng nhất của lớp phủ. Nó đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ các thông số và thông số kỹ thuật vận hành của chất lỏng phủ. Chất lỏng phủ là dung môi nhựa PVC và độ nhớt của nó ở 25 độ phải được duy trì trong khoảng 1500–2500cP. Bất kỳ sai lệch nào vượt quá 10% đều phải được xử lý. Các thông số ngâm bao gồm tốc độ ngâm Nhỏ hơn hoặc bằng 10mm/s, quá nhanh để gây ra bong bóng, tốc độ nâng Nhỏ hơn hoặc bằng 5mm/s, quá chậm để gây ra độ võng của lớp phủ và thời gian ngâm được đặt theo độ dày lớp phủ, chẳng hạn như 15 ± 3 giây đối với lớp phủ dày 1mm. Đồng thời, bể ngâm cần trang bị máy khuấy từ có tốc độ quay 200 vòng/phút để ngăn chặn sự lắng đọng chất độn và đảm bảo tính đồng nhất của thành phần chất lỏng phủ, đây cũng là chìa khóa đảm bảo chất lượng của lớp phủ Thanh cái cách nhiệt nhúng.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bước làm dẻo là cốt lõi của liên kết ngang{0}}của vật liệu polyme. Nó sử dụng đường cong nhiệt độ ba-giai đoạn: giai đoạn đầu tiên tăng từ 80 độ lên 120 độ trong 10 phút, chủ yếu để đạt được sự bay hơi dung môi; giai đoạn thứ hai tăng từ 120 độ lên 200 độ trong 15 phút, hoàn thành quá trình tan chảy và lan rộng của chất lỏng phủ; giai đoạn thứ ba là ở nhiệt độ 200 độ trong 20 phút để đạt được liên kết ngang và{11}phân tử cao. Trong toàn bộ quá trình làm dẻo, chênh lệch nhiệt độ bên trong hộp phải nhỏ hơn hoặc bằng 8 độ. Quá nhiệt cục bộ vượt quá 220 độ sẽ khiến PVC bị phân hủy và ố vàng, ảnh hưởng đến hiệu suất cách nhiệt của Thanh cái cách điện.

Bước-xử lý sau chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các khuyết tật của lớp phủ và đảm bảo độ tin cậy của sản phẩm. Các thông số kiểm soát chính của quá trình phủ nhúng ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ chất lượng sản phẩm. Cần tập trung vào bốn mục cốt lõi: độ nhớt của chất kết dính phải được kiểm soát ở mức 2000 ± 500 cP, với độ lệch vượt quá phạm vi này sẽ gây ra hiện tượng chảy-lớp phủ hoặc độ che phủ không hoàn toàn, đồng thời phải tiến hành lấy mẫu và kiểm tra 2 giờ một lần bằng cách sử dụng nhớt kế quay; nhiệt độ làm nóng trước phải được kiểm soát ở 200 độ đối với thanh đồng và 170 độ đối với thanh nhôm, với độ lệch dẫn đến lực bám dính và bong tróc lớp phủ < 4N/cm, đồng thời phải thực hiện giám sát thời gian thực bằng thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại; nhiệt độ không đổi dẻo phải được kiểm soát ở 200 ± 5 độ, với độ lệch nhiệt độ dẫn đến liên kết ngang không đủ và hỏng cách điện sau đó, và việc phát hiện phải được tiến hành bằng cách sử dụng phép đo nhiệt lượng quét vi sai DSC; tốc độ làm mát phải được kiểm soát ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 5 độ/giây, với tốc độ quá nhanh sẽ khiến các vết nứt vi mô trên lớp phủ mở rộng và biến dạng làm mát phải được ghi lại bằng camera tốc độ cao. Trong trường hợp điển hình, một dự án lưu trữ năng lượng gặp phải hiện tượng phồng rộp và bong tróc lớp phủ sau khi thử nghiệm phun muối do nhiệt độ dẻo hóa không đồng đều (thấp hơn 15 độ ở mép hộp) và vấn đề đã được giải quyết bằng cách tăng quạt lưu thông không khí nhiệt để tối ưu hóa độ đồng đều nhiệt độ.

Sự khác biệt về vận hành giữa pin điện và hệ thống lưu trữ năng lượng quyết định các chiến lược ứng dụng khác biệt cho quy trình phủ nhúng. Trong trường hợp pin nguồn, cần có một giải pháp thỏa hiệp. Một tùy chọn là lớp phủ nhúng cục bộ, trong đó chỉ có-đầu kết nối thanh đồng điện áp cao của BDU (hộp phân phối pin) được phủ, giúp giảm độ dày lớp cách điện xuống 0,8 mm, có thể giảm 40% tác động tản nhiệt tổng thể; lựa chọn còn lại là quy trình tổng hợp, trong đó phần thân chính sử dụng màng PI dày 0,15 mm để đóng gói và các bộ phận uốn sử dụng lớp phủ nhúng để gia cố, cân bằng hiệu suất cách điện và các yêu cầu về độ linh hoạt, phù hợp với các tình huống sử dụng Thanh cái bằng đồng linh hoạt cách điện cho Bộ pin điện.

 

Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng, có thể đạt được sự thích ứng toàn diện với-độ dày một mặt là 1,5–2 mm, phù hợp với môi trường phức tạp như bụi và độ ẩm; từ góc độ chi phí, các thanh đồng-được phủ nhúng có chi phí thấp hơn 35% so với giải pháp màng PI hàn-bằng laser, đáp ứng các yêu cầu về hạn chế về không gian và định hướng chi phí của hệ thống lưu trữ năng lượng.

Việc lựa chọn vật liệu cho lớp phủ nhúng của các thanh đồng của bộ pin điện đòi hỏi phải xem xét toàn diện về khả năng cách nhiệt, khả năng chịu nhiệt độ, tản nhiệt, chi phí xử lý và khả năng thích ứng với môi trường. Hiện nay, các vật liệu chính bao gồm ba loại. PVC (polyvinyl clorua) là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất, có hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời, điện áp chịu được 3500V AC/DC, cường độ cách điện 20–28 kV/mm, đáp ứng tiêu chuẩn chống cháy UL94-V0, hiệu suất phun muối tốt, phạm vi nhiệt độ làm việc từ -40 độ đến 125 độ, chi phí vật liệu thấp nhất, quy trình hoàn thiện, phù hợp cho sản xuất hàng loạt và là vật liệu cốt lõi của Thanh cái bọc nhựa PVC, nhưng nó hạn chế là rõ ràng, với độ dẫn nhiệt chỉ 0,2 W/(m·K), việc làm dày lớp phủ sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu nhiệt và có độ bền nhiệt độ thấp kém, dễ bị nứt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nhựa epoxy phù hợp với các tình huống cần lớp cách nhiệt cao,{0}}mỏng, nhẹ, với độ dày lớp phủ có thể kiểm soát ở mức 0,3–0,8mm, điện áp chịu được lên đến 4500V DC (dòng rò < 1mA), điện trở cách điện > 800MΩ, độ bám dính cực mạnh, mức độ bám dính khi kiểm tra vết xước là 0 (không bong tróc), giảm trọng lượng 40% so với lớp phủ PVC, phù hợp với các tình huống không gian pin nhạy cảm nhưng chi phí cao hơn 30% hơn PVC và nhiệt độ đóng rắn cần phải được kiểm soát chính xác (± 5 độ), nếu không, các vết nứt nhỏ rất dễ xảy ra. PPA gốc nylon{11}}(Poly(2-Phenoxyacetamide)) phù hợp với môi trường có độ rung cao và nhiệt độ cao.

 

Nhiệt độ hoạt động liên tục của nó có thể lên tới trên 150 độ và có thể chịu được nhiệt độ-ngắn hạn lên tới 180 độ . Nó vượt trội hơn nhựa PVC và nhựa epoxy về khả năng chịu nhiệt và kháng hóa chất. Nó có độ bền cơ học cao, độ bền kéo trên 70MPa và có khả năng chống rung mỏi. Nó phù hợp với môi trường rung động thường xuyên trong xe. Tuy nhiên, giá nguyên liệu thô cao hơn, gấp đôi so với PVC. Nhiệt độ xử lý phải được kiểm soát trong khoảng 300 độ ± 10 độ. Quá trình này có thể dẫn đến hiện tượng oxy hóa thanh cái đồng.

Dựa trên các tình huống khác nhau, kế hoạch ứng dụng vật liệu cần phải được khớp chính xác: Đối với thiết kế mật độ năng lượng cao của pin điện, nên sử dụng nhựa epoxy với độ dày lớp phủ Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 mm, chỉ bao phủ đầu kết nối BDU và thân chính được phủ một lớp màng PI dày 0,15 mm; Đối với môi trường có độ rung-cao, bạn nên sử dụng PPA (dựa trên nylon-). Nên sơn nhúng một phần ở phần uốn để tăng cường khả năng chống mỏi. Đối với các thiết kế-nhạy cảm về chi phí, nên sử dụng PVC biến tính với khả năng cải thiện độ dẫn nhiệt lên 0,45 W/(m·K) bằng cách thêm 5% nano-Al₂O₃ và độ dày lớp phủ giảm xuống 1,0mm. Đối với các yêu cầu cao về khả năng chống chịu thời tiết-của hệ thống lưu trữ năng lượng, nên sử dụng PVC có lớp phủ dày (1,5–2,0mm) để thích ứng với môi trường phức tạp; Việc tối ưu hóa chi phí dài hạn{16}}cũng khuyến khích sử dụng PVC, với lợi thế đáng kể về chi phí.

Có sự khác biệt đáng kể về mức độ ưu tiên của các tham số chính giữa hai kịch bản: Trong kịch bản cung cấp năng lượng cho pin, khả năng tản nhiệt (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) quan trọng hơn trọng lượng nhẹ (lớp phủ < 0,8mm) và chi phí; Trong kịch bản hệ thống lưu trữ năng lượng, cách điện (chịu được điện áp > 4500V) quan trọng hơn khả năng chống ăn mòn và chi phí. Về mặt kiểm soát quá trình, nhiệt độ gia nhiệt trước cần được kiểm soát cẩn thận, với thanh cái bằng đồng ở 200 độ ± 5 độ và thanh cái bằng nhôm ở 170 độ ± 5 độ, để tránh độ bám dính của lớp phủ không đủ. Đối với nhựa epoxy, nên sử dụng đường cong bảo dưỡng ba{9}}giai đoạn (80 độ → 120 độ → 200 độ ) để tránh các vết nứt-vi mô và đảm bảo độ tin cậy cách nhiệt củaThanh dẫn pin.

Nhìn chung, việc áp dụng quy trình phủ nhúng trong bộ pin điện tập trung vào việc đạt được sự cân bằng giữa độ tin cậy cách điện, khả năng tản nhiệt và yêu cầu về trọng lượng nhẹ. Chìa khóa nằm ở việc sàng lọc các bước quy trình, tùy chỉnh các kịch bản và đổi mới vật liệu. Việc sàng lọc các bước quy trình yêu cầu quản lý độ chính xác ±5% ở các khía cạnh như kích hoạt gia nhiệt trước, kiểm soát độ nhớt và độ dẻo hóa gradient; Việc tùy chỉnh kịch bản đòi hỏi các chiến lược khác biệt đối với lớp phủ nhúng cục bộ của pin điện và lớp phủ dày trên toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng; Sự đổi mới về vật liệu đòi hỏi phải phát triển các chất độn-nano và công thức gel nhiệt độ-thấp để vượt qua những hạn chế về hiệu suất của vật liệu truyền thống.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Trong tương lai, khi pin trạng thái rắn-có nền điện áp cao (800V+) trở nên phổ biến hơn, quy trình phủ nhúng sẽ phát triển thành lớp phủ siêu mỏng (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.