נחושת-פס אלומיניום בתהליך ציפוי-פולימר: תהליך, חומרים וניתוח יישומים בתעשייה

נחושת-אלומיניום פס ב-ציפוי פולימר מתייחס לתהליך של כיסוי אחיד של פני השטח של פס הנחושת-אלומיניום בג'ל נוזלי-כמו חומר בידוד באמצעות טכניקה ספציפית, היוצר שכבת הגנה מבודדת. בעיקרו של דבר, זהו גם תהליך של ציפוי פני השטח של פס הנחושת-אלומיניום בשכבת בידוד על ידי התכת פלסטיק והחלתו, ומטרת הליבה שלו היא להשיג בידוד אמין, התאמה לתנאי עבודה מורכבים, תוך איזון עלות וביצועים. פס טבילת נחושת מפלסטיק הוא אחד ממרכיבי הליבה המיוצרים על בסיס תהליך זה.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-איכות גבוהה- בתהליך ציפוי פולימרי חייבת לעמוד בשלוש דרישות ליבה: ראשית, אמינות בידוד. יש לשלוט בעובי הציפוי בתוך 0.5-2 מ"מ, עם חוזק בידוד של 20-28kV/mm, המסוגל לעמוד במבחן עמידה של 4380V DC. זהו גם מחוון ביצועי הליבה של פס מבודד טבילת PVC; שנית, הסתגלות סביבתית. היא צריכה להיות בעלת עמידות מצוינת בפני קורוזיה של ערפל מלח, ללא קורוזיה לאחר טבילה בתמיסת 5% NaCl ב-35 מעלות למשך 192 שעות; שלישית, עלות{13}}יעילות. בהשוואה לתהליך ציפוי סרט PI, ניתן להפחית את העלות של-חומרי ציפוי פולימריים ב-30%, מה שהופך אותו למתאים לייצור אצווה גדול-.

 

עם זאת, לתהליך זה יש מגבלות מסוימות ביישום שדות סוללות כוח. עבור מערכות אחסון אנרגיה, דרישות הבידוד עדיפות על פני קל משקל, וקצב החדירה גבוה יחסית. לעומת זאת, סוללת חשמל מוגבלת על ידי רגישות חלל וסתירות של פיזור חום - עלייה בעובי הציפוי תגרום לעלייה של 20-31% בהתנגדות התרמית. לכן, היישום שלה מוגבל יחסית.

תהליך הציפוי ב-פולימר הוא מורכב, והשליטה המדויקת של כל שלב בתהליך קובעת ישירות את איכות המוצר. ניתן לחלק את התהליך המלא לארבעה שלבים:-טיפול מקדים, ציפוי טבילה, פלסטיקה וטיפול לאחר-. שלב-הקדם הוא המפתח לקביעת ההידבקות של הציפוי.

 

ראשית, שמן ולכלוך על פני פס הנחושת -אלומיניום מוסרים באמצעות תמיסה אלקלית עם pH של 10-12 למשך 5-8 דקות כדי להבטיח ששאריות השמן והלכלוך על פני פס האלומיניום-נחושת יהיו פחות או שווה ל-0.1mg/m²; לאחר מכן, המשטח מחוספס על ידי ריסוס חלקיקי אלומינה של 120-רשת כדי לשלוט בחספוס פני השטח Ra בתוך 1.6-3.2 מיקרומטר, מה שמשפר את ההדבקה של שכבת הציפוי; לבסוף, חימום מוקדם והפעלה מתבצעים, כאשר טמפרטורת החימום מראש של פס הנחושת היא 180-220 מעלות וזו של פס האלומיניום היא 150-180 מעלות. זמן החימום מראש מותאם לפי עובי פס נחושת-אלומיניום, כגון 120 שניות עבור פס נחושת בעובי 2 מ"מ. יש לשלוט בהפרש הטמפרטורה הכולל בתוך ±5 מעלות.

שלב ציפוי הטבילה הוא הליבה להבטחת אחידות הציפוי. זה דורש בקרה קפדנית על הפרמטרים ומפרטי הפעולה של נוזל הציפוי. נוזל הציפוי הוא ממס פלסטיק PVC, ויש לשמור על צמיגותו ב-25 מעלות בטווח של 1500-2500cP. כל חריגה העולה על 10% מחייבת סילוק. פרמטרי הטבילה כוללים מהירות טבילה של פחות או שווה ל-10 מ"מ/שנייה, שהיא מהירה מדי כדי לגרום לבועות, מהירות הרמה של פחות או שווה ל-5 מ"מ/שנייה, שהיא איטית מדי כדי לגרום לצניחת ציפוי, וזמן הטבילה נקבע בהתאם לעובי הציפוי, כגון 15±3 שניות עבור ציפוי בעובי 1 מ"מ. יחד עם זאת, יש לצייד את מיכל הטבילה במערבל מגנטי עם מהירות סיבוב של 200 סל"ד למניעת שקיעת מילוי ולהבטחת אחידות הרכב נוזלי הציפוי, שהיא גם המפתח להבטחת איכות ציפוי ה-Dip Insulated Busbar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

שלב הפלסטיקה הוא הליבה של קישור צולב- של חומרים פולימריים. הוא מאמץ עקומת טמפרטורה של שלושה-שלבים: השלב הראשון עולה מ-80 מעלות ל-120 מעלות במשך 10 דקות, בעיקר כדי להשיג אידוי ממס; השלב השני עולה מ-120 מעלות ל-200 מעלות למשך 15 דקות, ומשלים את ההיתוך והפיזור של נוזל הציפוי; השלב השלישי הוא ב-200 מעלות למשך 20 דקות כדי להשיג{11}}קישור וריפוי מולקולרי גבוה. במהלך כל תהליך הפלסטיקה, הפרש הטמפרטורה בתוך הקופסה צריך להיות פחות או שווה ל-8 מעלות. התחממות יתר מקומית העולה על 220 מעלות תגרום לפירוק והצהבה של PVC, ומשפיעה על ביצועי הבידוד של ה-BusBar המבודד.

שלב הטיפול שלאחר-הטיפול משמש בעיקר למניעת פגמי ציפוי ולהבטחת אמינות המוצר. פרמטרי הבקרה העיקריים של תהליך ציפוי הטבילה משפיעים ישירות על שיעור ההסמכה של המוצר. יש להתמקד בארבעה פריטי ליבה: יש לשלוט בצמיגות הדבק ב-2000 ± 500 cP, כאשר סטייה החורגת מטווח זה הגורמת לבריחת ציפוי-או לכיסוי לא שלם, ודגימה ובדיקה צריכות להתבצע כל שעתיים באמצעות מד ויסקומטר סיבובי; יש לשלוט בטמפרטורת החימום מראש ב-200 מעלות עבור מוטות נחושת ו-170 מעלות עבור מוטות אלומיניום, עם סטיות המובילות להידבקות ציפוי וכוח קילוף < 4N/cm, ויש לבצע ניטור בזמן אמת באמצעות מדמיה תרמית אינפרא אדום; יש לשלוט בטמפרטורת הפלסטיק הקבועה ב-200 ± 5 מעלות, כאשר סטיות טמפרטורה גורמות לאי צולבות מספקת ולכשל בידוד שלאחר מכן, והגילוי צריך להתבצע באמצעות קלורימטריית סריקה דיפרנציאלית של DSC; יש לשלוט על קצב הקירור בפחות או שווה ל-5 מעלות/שניות, כאשר קצב מהיר מדי גורם להתרחבות של סדקים מיקרו בציפוי, ויש לתעד את עיוות הקירור באמצעות מצלמה{14}} במהירות גבוהה. במקרה טיפוסי, פרויקט אגירת אנרגיה חווה שלפוחיות וקילוף של הציפוי לאחר בדיקת תרסיס מלח עקב טמפרטורת פלסטיק לא אחידה (15 מעלות נמוכה יותר בקצה הקופסה), והבעיה נפתרה על ידי הגדלת מאוורר זרימת האוויר התרמי כדי לייעל את אחידות הטמפרטורה.

ההבדלים התפעוליים בין סוללות חשמל ומערכות אחסון אנרגיה קובעים את אסטרטגיות היישום הנבדלות עבור תהליך ציפוי הטבילה. בתרחיש של סוללת החשמל, יש צורך בפתרון פשרה. אפשרות אחת היא ציפוי טבילה מקומי, שבו רק קצה חיבור פס הנחושת במתח גבוה- של ה-BDU (תיבת חלוקת הסוללה) מצופה, מה שמפחית את עובי שכבת הבידוד ל-0.8 מ"מ, מה שיכול להפחית את ההשפעה הכוללת של פיזור החום ב-40%; האפשרות השנייה היא תהליך מרוכב, שבו הגוף הראשי משתמש בסרט PI בעובי 0.15 מ"מ עבור עטיפה, והחלקים המתכופפים משתמשים בציפוי טבילה לחיזוק, איזון ביצועי בידוד וגמישות, מתאים לתרחישי השימוש של סרגל נחושת גמיש מבודד עבור חבילת סוללות כוח.

 

עבור מערכות אחסון אנרגיה, ניתן להשיג התאמה אוניברסלית, עם עובי חד-צדדי של 1.5-2 מ"מ, המתאים לסביבות מורכבות כגון אבק ולחות; מנקודת מבט של עלות, למוטות הנחושת המצופים-יש עלות נמוכה יותר מהפתרון-מתוך לייזר מרותך לסרטי PI ב-35%, ועומדים בדרישות של אילוצי מקום והתמצאות בעלות של מערכות אחסון אנרגיה.

בחירת החומרים לציפוי טבילה של מוטות נחושת של ערכת סוללות כוח דורשת התייחסות מקיפה של בידוד, עמידות לטמפרטורה, פיזור חום, עלות תהליך ויכולת הסתגלות סביבתית. נכון לעכשיו, החומרים העיקריים כוללים שלושה סוגים. PVC (פוליויניל כלוריד) הוא החומר הנפוץ ביותר, בעל ביצועי בידוד מצוינים, עמיד במתח של 3500V AC/DC, חוזק בידוד של 20–28 קילו וולט/מ"מ, עומד בתקן מעכב בעירה UL94-V0, ביצועים טובים של ריסוס מלח, טווח טמפרטורת עבודה של -45 מעלות חומר, עלות חומר נמוכה, 250 מעלות, עלות חומר נמוכה ביותר, דרגת חומר נמוכה, 250 מעלות. ייצור, והוא חומר הליבה של פסי אוטובוס מצופים PVC, אך המגבלות שלו ברורות, עם מוליכות תרמית של 0.2 W/(m·K בלבד), עיבוי הציפוי יגדיל משמעותית את ההתנגדות התרמית, ויש לו קשיחות ירודה בטמפרטורה נמוכה, נוטה להיסדק.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

שרף אפוקסי מתאים לתרחישים הדורשים בידוד קל משקל, דק-שכבתי גבוה, עם עובי ציפוי שניתן לשלוט בו ב-0.3-0.8 מ"מ, עמיד במתח של עד 4500V DC (זרם דליפה < 1mA), עמידות בידוד > 800MΩ, רמת הידבקות חזקה במיוחד של 0,ההדבקה חזקה במיוחד. הפחתת משקל ב-40% בהשוואה לציפוי PVC, מתאים לתרחישים רגישים של חלל סוללה, אך העלות גבוהה ב-30% מ-PVC, ויש לשלוט על טמפרטורת הריפוי במדויק (±5 מעלות), אחרת, סדקים מיקרו נוטים להתרחש. PPA מבוסס ניילון-(Poly(2-Phenoxyacetamide)) מתאים לסביבות-רטט גבוהות ובטמפרטורות גבוהות.

 

טמפרטורת ההפעלה הרציפה שלו יכולה להגיע מעל 150 מעלות, והיא יכולה לעמוד בחום-קצר טווח של עד 180 מעלות. הוא מתעלה על PVC ושרף אפוקסי מבחינת עמידות בחום ועמידות כימית. יש לו חוזק מכני גבוה, עם חוזק מתיחה של מעל 70MPa, ועמיד בפני עייפות רעידות. זה מתאים לסביבות רעידות תכופות בכלי רכב. עם זאת, עלות חומר הגלם גבוהה יותר, פי שניים מזו של PVC. יש לשלוט בטמפרטורת העיבוד בתוך 300 מעלות ± 10 מעלות. תהליך זה עלול להוביל לחמצון של פס הנחושת.

בהתבסס על תרחישים שונים, יש להתאים במדויק את תוכנית היישום של החומר: לתכנון צפיפות אנרגיה גבוהה- של סוללות חשמל, מומלץ שרף אפוקסי, עם עובי ציפוי של פחות או שווה ל-0.8 מ"מ, המכסה רק את קצה חיבור ה-BDU, והגוף הראשי מצופה בסרט PI בעובי 0.15 מ"מ; עבור סביבות-רטט גבוהות, מומלץ PPA (מבוסס-ניילון). ציפוי טבילה חלקי בחלק הכיפוף מומלץ לשיפור ההתנגדות לעייפות. עבור עיצובים רגישים-עלויות, מומלץ PVC שונה, עם שיפור מוליכות תרמית ל-0.45 W/(m·K) על ידי הוספת 5% ננו-Al₂O₃, ועובי הציפוי מופחת ל-1.0 מ"מ. לדרישות העמידות הגבוהות ב-מזג האוויר של מערכות אחסון אנרגיה, מומלץ PVC עם ציפוי עבה (1.5-2.0 מ"מ) כדי להתאים לסביבות מורכבות; אופטימיזציית עלויות-לטווח ארוך ממליצה גם על PVC, כאשר יתרון העלות שלו משמעותי.

ישנם הבדלים משמעותיים בעדיפות של פרמטרים מרכזיים בין שני התרחישים: בתרחיש של אספקת הסוללה, פיזור חום (λ > 0.4 W/(m·K)) חשוב יותר מאשר קל משקל (ציפוי < 0.8 מ"מ) ומהעלות; בתרחיש של מערכת אגירת אנרגיה, בידוד (עמיד במתח > 4500V) חשוב יותר מעמידות בפני קורוזיה ועלות. מבחינת בקרת תהליך, יש לשלוט בקפידה על טמפרטורת החימום מראש, עם פסי נחושת ב-200 מעלות ± 5 מעלות ופסי אלומיניום ב-170 מעלות ± 5 מעלות, כדי למנוע הידבקות לא מספקת של ציפוי. עבור שרף אפוקסי, מומלצת עקומת ריפוי תלת-(80 מעלות → 120 מעלות → 200 מעלות) כדי למנוע סדקים מיקרו- ולהבטיח את אמינות הבידוד שלBatter Bus Bar.

בסך הכל, היישום של תהליך ציפוי הטבילה בחבילות סוללות כוח מתמקד בהשגת איזון בין אמינות בידוד, פשרה בפיזור חום ודרישות קלות משקל. המפתח טמון בשכלול שלבי התהליך, התאמה אישית של תרחישים וחדשנות חומרית. השכלול של שלבי התהליך דורש ניהול דיוק של ±5% בהיבטים כגון הפעלת חימום מראש, בקרת צמיגות וניפוי שיפוע; התאמה אישית של תרחישים דורשת אסטרטגיות שונות לציפוי טבילה מקומי של סוללות חשמל וציפוי עבה בכל מערכת אחסון האנרגיה; חדשנות חומרים דורשת פיתוח של חומרי מילוי ננו- ופורמולציות ג'ל בטמפרטורה- נמוכה כדי לפרוץ את מגבלות הביצועים של חומרים מסורתיים.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

בעתיד, ככל שסוללות-מצב מוצק עם פלטפורמות מתח גבוה (800V+) יהיו נפוצות יותר, תהליך ציפוי הטבילה יתפתח לכיוון ציפויים דקים במיוחד (-<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.