摘要：

從絕緣性能優異的薄涂粉末涂料性能要求出發，在一定噴涂厚度的情況下，選擇合適的材料。

研究了不同種類樹脂、固化劑、填料、催化劑的用量對絕緣耐壓性能的影響，最終得到了優良耐電解液性能、優異絕緣性能和耐濕熱性能穩定的新能源汽車動力電池用粉末涂料。

引言
    

粉末涂料具有節能環保、無VOC排放、裝飾性好、使用安全等特點， 近年來國內粉末涂料技術發展迅速涂料在線coatingol.com。

隨著人民生活水平的提高，在日新月異的汽車行業中，新能源汽車由于產品噪音小，行駛穩定性高，并且實現零排放的綠色環保等特點在各地迅速發展。

而作為綠色出行的新能源汽車， 由于續航里程越來越長、串聯電池組多、相鄰電池的間距小，同時汽車電池組在行駛過程中容易發熱、溫度高，所以電池之間絕緣材料的質量是決定汽車動力電池良好運行的關鍵因素。

必須要有高性能的絕緣材料來提高新能源動力電池的適用性、延長其使用壽命。

由于傳統的動力電池多用絕緣紙來進行電池之間的絕緣防護與包裝使用，絕緣紙具有良好的絕緣性能與柔韌性能。

但由于動力電池生產過程復雜，且絕緣紙與電池外殼中間存在氣隙，容易產生局部放電，影響電池的使用壽命,從而增加了新能源電動汽車行駛過程中的不確定性。

而作為新能源動力汽車用絕緣粉末涂料，不僅施工簡單，而且一次噴涂成型便于安裝和運輸。

但由于汽車電池組空間的限制，鋁電池外殼噴涂厚度為100~150μm（而傳統的噴涂的絕緣粉末都在300μm以上），雜質和金屬顆粒對于涂層的電絕緣性能影響更大，所以需采用專用的絕緣粉生產設備，以保證涂層優異的絕緣耐壓性能。

同時絕緣粉末相對于絕緣貼膜生產簡單，不會產生氣隙，附著力良好，不易刮花，并具有優異的絕緣耐壓性能、防腐蝕性能和優異的耐濕熱穩定性，并在高低溫沖擊后仍具有優異的絕緣耐壓性能。

1 實驗部分

1.1 配方原材料

 基礎配方見表1。

1.2 試驗設備

試驗設備：擠出機、靜電噴槍、烘箱、鹽霧試驗箱、測厚儀、絕緣耐壓儀等。

1.3 樣板制備

按配方稱量原材料，混合均勻，用雙螺桿擠出機擠出，冷卻破碎后用專用高速粉碎機進行粉碎，過180目標準篩，獲得粉末涂料，所得的粉末涂料采用高壓靜電噴涂，固化時間為200℃/10min，控制漆膜厚度0.1~0.15mm，然后進行各項測試。

1.4 試驗方法

試驗項目、方法及指標見表2。

2 研究內容

由于不同原材料、固化溫度和時間、工件前處理方式對鋁電池的粉末涂層絕緣性能影響較大，同時汽車電池組空間有限，限制了新能源汽車動力電池用涂層的厚度（0.1~0.15mm），粉末涂料在生產中帶入的雜質對絕緣性能也有一定的影響。

本文研究了一定厚度情況下，不同種類樹脂、固化劑的用量、催化劑和填料對固化后涂層絕緣耐壓性能、電擊穿強度、電擊穿合格率的影響。

2.1 不同環氧樹脂對電絕緣性能的影響

樹脂是粉末涂料成膜物的最重要組成部分，它的性能必然對涂層的絕緣性能有重大的影響。

雙酚A型環氧樹脂本身具有優良的電性能、耐熱性和機械強度、耐化學性能非常優異，是制造絕緣粉末涂料的極好品種。

本試驗選用不同廠家生產的一步法環氧樹脂、二步法環氧樹脂，同時選用了雙氰胺固化劑，顏料、填料、催化劑等，對比了不同環氧樹脂對涂層電擊穿強度、機械強度、耐熱性等的影響。實驗結果如表3所示。

      從表3可以看出，二步法生產的E-12環氧樹脂的電擊穿強度明顯優于一步法E-12環氧樹脂，均滿足客戶擊穿電壓≥5kV的要求。

一步法合成時，制得的樹脂相對分子質量分布較寬，有機氯含量高，影響了涂層的固化速度，涂層的交聯密度不高，所以涂層擊穿電壓不高；

二步法合成反應呈均相進行，鏈增長比較平穩，制得的樹脂相對分子質量分布較窄，有機氯含量低，固化涂層的交聯密度高，耐電壓性能良好。

所以在薄涂絕緣性能優異電池外殼粉末的制備過程中，推薦使用二步法合成的雙酚A 型環氧樹脂，且含氯量要低，相對分子質量分布要窄。

在不同環氧當量樹脂的搭配中，由于2種樹脂的黏度不同，對工件的包裹性均大于單一的環氧樹脂，且絕緣性能更加優異，容易形成致密性良好、穩定、連續、光滑平整的涂層。

在一定厚度的絕緣粉末生產過程中，可選擇不同環氧當量的樹脂進行匹配，根據實際情況的不同，搭配適合客戶要求的產品。

2.2 固化劑的用量對涂層性能的影響

      從表4看出，當潛伏性雙氰胺用量比較少時，涂層的耐壓性能和物理性能相對較差，且耐電解液性能不佳，這是由體系固化不完全造成的。

涂層沖擊性能與其他性能不佳。但是當固化劑用量在超過一定程度的時候，不但會增加配方成本，還會因為膠化速度加快而影響涂層的耐沖擊效果。

另外不同廠商生產的E-12環氧樹脂環氧值的范圍各有差異，所以在設計配方時，應當根據所選用雙酚A型環氧樹脂環氧值的具體情況，首先計算固化劑的理論用量，然后在此理論基礎上通過具體試驗進行驗證，并最終確定實際固化劑用量。

2.3 催化劑對涂層性能的影響

咪唑類能夠明顯地降低純環氧粉末涂料成膜溫度或縮短涂料固化時間。在粉末涂料中可以大大降低粉末涂料的交聯反應溫度，同時可以提高涂層的交聯密度，節約反應時間，使涂層固化更加充分。

      由表5可以看出，隨著催化劑用量的增加，反應速度逐漸增加，交聯密度逐漸增大，但涂層的外觀逐漸變差。涂層耐腐蝕性能逐漸變好，涂層的電絕緣性能不斷變好，到一定程度之后涂層的電絕緣沖擊性能變差。

綜合考慮性能、成本和客戶現場要求的外觀、擊穿強度，咪唑類促進劑的推薦用量為0.3%~0.6%。

2.4 填料對涂層性能的影響

由表6可知，加入硫酸鋇之后電絕緣性能變低，雖然加入氧化鋁和輕質碳酸鈣之后絕緣性能優異，但是涂層有橘皮，因為輕質碳酸鈣和氧化鋁的吸油量較大且輕質碳酸鈣的耐酸性能不好。

而且輕質碳酸鈣在制作的過程中，會殘余少量的導電性雜質。用氧化鋁做填料時，涂膜具有優異的導熱性能和良好的耐擊穿性能，不過氧化鋁的莫氏硬度高，在生產過程中對設備的損耗大且容易帶入金屬雜質，從而影響涂層的電絕緣性能。

所以絕緣粉末最常用的是硅微粉，較高的介電常數使其在絕緣粉中應用廣泛。碳酸鈣介電常數高，但是耐酸性不好，所以絕緣粉末制備過程中，只能加入少量碳酸鈣提高涂層的粉碎性和上粉率。

2.5 不同廠家固化劑的影響

環氧樹脂與雙氰胺的反應如式（1）：

      從表7可以看出，雙氰胺H效果最佳，J次之，I效果最差，不同廠家生產的雙氰胺的工藝、固化速度、純度不一樣，與E-12環氧樹脂的交聯密度不一樣，雙氰胺H與環氧樹脂固化效果最好。

雙氰胺I、J和環氧樹脂搭配固化后效果不佳，絕緣耐壓效果要稍差于H，可能是在雙氰胺I和J制備的過程中帶入其他雜質，所以造成涂層的電絕緣不佳。

對于一定厚度(0.1~0.15mm)的電絕緣粉末涂料，要選擇純度高、與其他材料相容性效果好、固化后絕緣性能優異的雙氰胺，以保證涂層的絕緣耐壓性能。

    
      將批量生產的粉末在客戶現場進行噴涂，同時進行絕緣耐壓測試，結果如表8所示，合格率為97%。

在噴涂施工時，嚴格控制噴涂環境，由于噴涂線是全新安裝，所以在安裝時難免會殘留金屬顆粒和其他雜質，靜電噴涂的粉末經過回收之后，會將管道中和噴涂房中的金屬顆粒和雜質帶入，從而影響涂層的電絕緣性能；

對于絕緣粉的噴涂環境，同時注意保護好施工環境，同時要提供性能優異的絕緣修補漆對擊穿涂層進行修補，以提高客戶鋁電池外殼噴涂的成品率。

此外，粉末涂料在生產過程中，難免會混入一些金屬顆粒和雜質，很難得到完全純凈的粉末涂料，從而影響粉末的絕緣性能。

對于絕緣粉末的生產來講，盡量使用專用的絕緣粉末生產設備，盡量進行簡單有效的金屬顆?？刂坪碗s質處理，減少對絕緣粉末性能的影響。同時要控制好烘烤時間，避免涂層沒有完全固化而造成涂層的絕緣耐壓性能不佳。

3 結語

在一定厚度（0.1~0.15mm）要求下的新能源汽車用絕緣粉末涂料，同時對涂層的絕緣耐壓要求較高，所以必須嚴格篩選各種原材料。

按照客戶的標準來確定合適的配方，控制生產過程中雜質的混入，獲得優良耐熱性、優異防腐性能和電絕緣性能優異的粉末涂料，同時要配套好性能優異的絕緣修補漆，主要有以下幾點建議：

(1)選擇二步法生產的環氧樹脂，同時選擇環氧當量不同的樹脂進行匹配，加入適量的咪唑類催化劑，提高涂層的交聯密度，同時保證涂料外觀光滑平整且保證工件的邊角覆蓋率，形成均勻、完整、連續性好、質地緊密的涂層；

(2)選擇介電常數小、電阻系數大的填料，同時保證涂層的電絕緣性能良好，保證涂層在相對溫度較高情況下的耐熱性能和絕緣性能；

(3)嚴格篩選各種原材料，同時隔絕生產過程中雜質的混入，使用專用的絕緣粉末生產設備，避免雜質和金屬顆粒的帶入而影響涂層的電絕緣性能。