Una revisión de adhesivos, recubrimientos y resinas funcionales para diseñadores y fabricantes que buscan un rendimiento mecánico óptimo, seguridad, conductividad térmica, reducción de ruido y sostenibilidad.
Si bien la utilidad de los vehículos eléctricos (VE) ha experimentado un progreso sustancial en los últimos diez años, aún queda mucho trabajo por hacer para mejorar su rendimiento y reducir su costo. El núcleo de este desafío reside en el sistema de baterías, donde los diseñadores deben intentar equilibrar factores contrapuestos como el costo, la potencia y el peso para optimizar el rendimiento del vehículo.
Esta discusión se centra en las propiedades, el rendimiento y los beneficios de los adhesivos, recubrimientos y resinas funcionales, con énfasis en los siguientes conceptos fundamentales:
- Adhesivos estructurales y térmicos
- Rellenos y pastas térmicas para huecos
- Recubrimientos conductores para la supresión de EMI/RFI
- Recubrimientos y resinas protectoras
Los expertos del sector teorizan que la capacidad de la batería debe estar entre 100 y 250 dólares/kWh para lograr la paridad de costes con los motores de combustión interna (MCI) actuales, como se estableció hace más de una década (en el artículo de Danish Electronic Business, "Density up, price down"). Los diseñadores han dado pasos más significativos en lo que respecta a la paridad de autonomía, lo que significa que un vehículo eléctrico puede recorrer la misma distancia con una sola carga que un vehículo con MCI, donde vehículos como el Rimac Concept One y el Daihatsu Mira han logrado autonomías con una sola carga de 500 km (aproximadamente 310 millas) y 1000 km (aproximadamente 620 millas), respectivamente.
La vía más prometedora para superar las limitaciones técnicas y económicas reside en la mejora del paquete de baterías; sin embargo, cada iteración de diseño debe considerar las posibles desventajas en la gestión térmica, la susceptibilidad a las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia (EMI/RFI) y la exposición ambiental y física. MG Chemicals cuenta con una amplia gama de soluciones de materiales que cubren los desafíos comunes de los sistemas de baterías, incluyendo recubrimientos dieléctricos, recubrimientos conductores, adhesivos estructurales y materiales de interfaz térmica (TIM), que se describen a continuación con ejemplos de aplicaciones específicas.
Adhesivos funcionales para unión y protección
La función principal de un adhesivo es unir dos superficies, proporcionando una sujeción mecánica suficiente. Sin embargo, los adhesivos especiales con características secundarias, como la resistencia al fuego y la conductividad térmica, ofrecen ventajas adicionales en el ensamblaje de baterías. El sobrecalentamiento y el riesgo de incendio han sido problemas recurrentes en el diseño de baterías, que los adhesivos especiales pueden ayudar a mitigar. Además, estos adhesivos mejoran la estabilidad ante ciclos térmicos y reducen el peso de la batería al eliminar las soldaduras.
Adhesivos estructurales y térmicos
El tipo de batería líder para vehículos eléctricos es la batería de iones de litio, debido principalmente a su alta Densidad de energia y longevidad. Sin embargo, una desventaja de esta batería es el riesgo de incendio si se perfora o se carga incorrectamente. Para reducir este riesgo, los diseñadores utilizan materiales ignífugos como nuestro 9200FR para construir cortafuegos alrededor del paquete de baterías, lo que ayuda a prevenir la propagación del fuego. Este adhesivo es un epoxi estructural ignífugo de dos componentes que proporciona una fuerza de unión excepcional y está certificado por Underwriter Laboratories como UL94 V-0También es un excelente sustituto de las películas de PET utilizadas a lo largo de la bandeja de enfriamiento para adherir módulos para paquetes en una disposición cilíndrica o prismática. (Ver Figura 1 y XNUMX.)
La gestión térmica es un parámetro de diseño crítico para los paquetes de baterías, ya que las celdas individuales que componen los módulos se calientan durante la carga, lo que hace necesaria una disipación de calor rápida y eficaz. Los módulos se unen dentro del conjunto del paquete mediante adhesivos térmicamente conductores como el nuestro. 8329 TFF y 8349TFM que facilita una transferencia de calor lateral eficaz fuera del paquete, regulando la temperatura.
Rellenos y pastas térmicas para huecos
A diferencia de los adhesivos térmicos, que crean uniones permanentes, los rellenos térmicos son materiales que se pueden retirar fácilmente. Su función principal es desplazar el aire en la interfaz entre la unidad generadora de calor y el disipador. Los puntos calientes dentro de los circuitos se colocan en contacto con materiales conductores del calor, como disipadores de aluminio o el chasis metálico, para conducir el calor lejos del circuito y evitar el sobrecalentamiento. Sin embargo, las pequeñas burbujas de aire e irregularidades en la interfaz entre el componente y el disipador pueden actuar como aislantes y atrapar el calor.
Un material de relleno se adapta a la geometría específica de la interfaz, asegurando un flujo continuo de material conductor térmico desde el punto caliente hasta el disipador de calor. Estos materiales poseen una conductividad térmica excepcional, una adhesión firme y se pueden comprimir fácilmente para controlar el grosor de la línea de unión y reducir la resistividad térmica. Además, su bajo módulo los convierte en un material ideal para ciclos térmicos intensos.
MG Chemicals ofrece una amplia gama de materiales de relleno de huecos sin silicona, evitando así problemas comunes como la deformación y la contaminación. Estos productos poseen una conductividad térmica excepcionalmente alta y están disponibles en forma de gel o pasta adhesiva. Tabla 1 resume las propiedades de diferentes materiales de relleno de huecos que se añaden al catálogo de rellenos térmicos y pastas térmicas.
| Conductividad térmica (W/mk) | inflamabilidad | Consistencia | |
| 8327GL3 | 3.5 | UL94 V-0 | Gel |
| 8327GL5 | 5.1 | UL94 V-0 | Gel |
| 8327GL6 | 6 | UL94 V-0 | Gel |
| 8617A | 3 | N/A | Pasta |
| 8618 | 6 | N/A | Pasta |
Tabla 1: Propiedades de los nuevos materiales de relleno térmico y pasta térmica de MG Chemicals
Recubrimientos conductores para la supresión de EMI/RFI
La electrificación de los vehículos plantea un importante desafío de diseño: cómo evitar que las omnipresentes señales de radio interfieran con los circuitos de la batería y provoquen fallos de funcionamiento. Tradicionalmente, la solución para proteger los circuitos consistía en encapsularlos en una carcasa metálica que reflejara los campos electromagnéticos procedentes de dispositivos cercanos, evitando así la diafonía. Sin embargo, estos materiales son prohibitivos en cuanto a coste y peso, lo que ha llevado a los fabricantes a optar por plásticos más baratos y ligeros.
Los plásticos como el ABS se pueden metalizar de forma rápida y económica utilizando recubrimientos conductores de electricidad, que son sistemas de uno o dos componentes que incorporan cargas conductoras como níquel, cobre y plata dispersas dentro de sistemas aglutinantes estándar en la mayoría de las pinturas industriales. Los recubrimientos conductores como nuestro 841AR y 842AR Se puede aplicar en el interior de la tapa y la carcasa de la batería para bloquear las interferencias de campos magnéticos y eléctricos externos, lo que permite a los fabricantes de automóviles pasar de las pesadas carcasas de metal a plásticos ligeros, reduciendo así el peso y el coste.
Un uso secundario de los recubrimientos conductores de electricidad en los sistemas de baterías es la fácil fabricación de pistas eléctricas. Específicamente, estos recubrimientos conductores se aplican a lo largo de la pared de las celdas de la batería para reducir la resistencia eléctrica entre los materiales activos y la lámina de aluminio, lo que mejora el rendimiento de carga y descarga. (Ver Figura 2 y XNUMX.)
Recubrimientos y resinas protectoras
Los componentes del vehículo están expuestos a una gran cantidad de contaminantes, desde los fluidos que circulan dentro del vehículo hasta sales y otros elementos corrosivos del entorno externo. Para garantizar la longevidad de las baterías de los vehículos eléctricos, se aplican recubrimientos y resinas para proteger las secciones contra la corrosión, los golpes físicos y los arcos eléctricos. Los recubrimientos dieléctricos, incluidos nuestros 4223F, 4225, 4200UV y 4226A se utilizan para recubrir componentes eléctricos como PCBA, barras colectoras y placas frías que son propensos a fallar por corrosión o descarga eléctrica (Ver Figura 3).
Si bien los recubrimientos dieléctricos son eficaces para proteger las piezas de contaminantes ambientales externos, no ofrecen ninguna protección contra esfuerzos físicos como impactos o golpes repentinos durante el funcionamiento del vehículo. En su lugar, los conjuntos completos se encapsulan en resinas líquidas que, al curarse, forman un acabado sólido y brindan toda la protección ambiental que ofrecen los recubrimientos dieléctricos, con el beneficio adicional de la protección física.
El epoxi, el poliuretano y la silicona son las tres químicas predominantes utilizadas para el encapsulado eléctrico, y cada material tiene ciertas ventajas y desventajas en comparación con las otras químicas. El diagrama de radar en Figura 4 y XNUMX Muestra cómo se comparan el epoxi, el poliuretano y la silicona en función de indicadores de rendimiento específicos.
Para encontrar un sistema de resina adecuado, es fundamental definir con precisión los requisitos técnicos clave. Para los paquetes de baterías de cualquier configuración, se prefieren materiales duros como el epoxi, ya que poseen un alto módulo de elasticidad y absorben los impactos cinéticos, protegiendo así la integridad física del sistema. Al igual que los adhesivos, los compuestos de encapsulado suelen ser multifuncionales, ya que los rellenos añadidos confieren a las resinas propiedades adicionales como resistencia a la llama y conductividad térmica.
Resinas epoxi como nuestra 834B y 834 HTC Los compuestos de encapsulado se endurecen formando un acabado rígido y pueden utilizarse para rellenar huecos entre las celdas, asegurando que todo permanezca firmemente sujeto. Estos compuestos son conductores térmicos e ignífugos, lo que ayuda a prevenir el sobrecalentamiento y la propagación de incendios en caso de ignición. Nuestro modelo 8329HTC se lanzará a finales de este año y representa un verdadero avance en la industria, con una conductividad térmica de 2.7 W/mk, mientras que otros productos nuevos como el TimCool 1.4 (1.4 W/mk) y el TimCool 2.5 ofrecen propiedades de disipación de calor excepcionales.
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Acerca de MG Chemicals
Fundada en 1955, MG Chemicals es fabricante y mayorista de productos químicos para la industria electrónica. Nuestras instalaciones cuentan con un laboratorio de pruebas de última generación y un talentoso equipo de profesionales que colaboran estrechamente con líderes del sector para desarrollar soluciones innovadoras y a medida. Además, nuestra red de distribución abarca prácticamente todos los continentes, lo que convierte a MG en un socio verdaderamente global.
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