Аэрогелевая огнестойкая упаковочная пленка Производители

Знание отрасли

Механизмы теплоизоляции и нанопористая структура пленок аэрогеля

Исключительные теплоизоляционные характеристики Огнестойкая упаковочная пленка из аэрогеля происходит из-за его нанопористого кремнеземного скелета, который подавляет все три режима теплопередачи. При диаметре пор от 2 до 50 нанометров, что значительно меньше длины свободного пробега молекул воздуха при атмосферном давлении (около 70 нм), эффект Кнудсена удерживает молекулы газа внутри сети пор, снижая теплопроводность газа до уровня менее 0,005 Вт/м·К. Твердофазной проводимости препятствует сильно извилистая основная цепь кремнезема, чьи взаимосвязанные цепочки частиц создают тепловой путь, более чем в 100 раз длиннее, чем толщина пленки. Радиационная теплопередача сводится к минимуму за счет включения непрозрачных агентов, таких как наночастицы диоксида титана или карбида кремния, которые рассеивают инфракрасное излучение в диапазоне длин волн 2–8 мкм. Итоговая общая теплопроводность правильно составленной пленки аэрогеля может составлять всего 0,015–0,020 Вт/м·К при комнатной температуре, что не имеет себе равных у обычных полимерных пенопластов или волокнистых матов сопоставимой толщины.

Критическая роль распределения пор по размерам в подавлении теплопередачи

Поддержание узкого распределения пор по размерам важно для стабильных тепловых характеристик всей огнестойкой упаковочной пленки аэрогеля. Если часть пор превышает 100 нм, внутри более крупных пустот могут возникать локализованные конвекционные токи, ухудшая общее эффективное термическое сопротивление. Производственные процессы, основанные на сушке в сверхкритическом CO₂ или сушке при атмосферном давлении с контролируемой модификацией поверхности, позволяют достичь пористости 90–98%, сохраняя при этом средний размер пор ниже 40 нм. Результирующая удельная площадь поверхности, обычно 600–1000 м²/г, измеренная методом адсорбции азота по методу БЭТ, напрямую коррелирует как с эффективностью теплоизоляции, так и с огнестойкостью, поскольку высокая площадь внутренней поверхности способствует образованию угля и разбавляет горючие газы во время воздействия огня.

Эффективность противопожарного барьера в сценариях неконтролируемого распространения тепла

В аккумуляторных модулях новой энергии термический выход из строя одного элемента может перерасти в катастрофическое событие на уровне батареи в течение нескольких секунд. Огнестойкая упаковочная пленка аэрогеля действует как огнезащитный промежуточный слой, который задерживает передачу тепла между ячейками на время, достаточное для того, чтобы системы управления батареями активировали защитные меры. При воздействии пропанового пламени при температуре 600°C в соответствии с протоколом испытаний UL 2596 пленка аэрогеля толщиной 1,0 мм сохраняет температуру холодной поверхности ниже 180°C в течение более 10 минут, в то время как кремнеземная матрица остается стабильной по размерам, не плавясь и не капая. Эти характеристики объясняются присущей кремнезему негорючестью и способностью пленки образовывать когезивный керамический барьер, который блокирует как конвективное воздействие пламени, так и кондуктивный тепловой поток посредством прямого контакта между частицами.

Настройка поверхностного покрытия и производственные возможности

Компания Anhui Yanhe New Material Co., Ltd., расположенная на территории площадью 17 акров в западной зоне экономического развития Гуандэ, с 2012 года разрабатывает и производит специальные материалы для маркировки, функциональные ленты для электронной промышленности и клейкие продукты для различных функциональных пленочных материалов. Компания наносит соответствующие поверхностные покрытия в зависимости от функциональных требований различных поверхностей клиентов, что позволяет производить огнестойкую упаковочную пленку из аэрогеля с точно спроектированными поверхностными свойствами. Благодаря сотрудничеству с университетами и научно-исследовательскими институтами в стране и за рубежом компания использует передовые технологии исследования и разработки новых материалов, а также индивидуальные производственные возможности для предоставления комплексных решений для функциональных материалов. Эта инфраструктура позволяет наносить индивидуальные защитные покрытия, которые решают конкретные экологические проблемы, возникающие в аккумуляторных батареях электромобилей и системах хранения энергии.

Функциональные варианты покрытия для повышения устойчивости к воздействию окружающей среды

Базовая пленка аэрогеля может быть ламинирована или покрыта различными функциональными слоями. Тонкое фторполимерное покрытие придает гидрофобность при углах контакта с водой, превышающих 130°, предотвращая адсорбцию влаги, которая в противном случае могла бы ухудшить тепловые характеристики во влажной среде. Для применений, требующих чрезвычайной износостойкости, можно нанести твердое покрытие с керамическим наполнителем, отверждаемое УФ-излучением, которое повышает твердость карандаша до 6H или выше, защищая пленку от истирания во время установки элементов и сборки модуля. Металлизированные алюминиевые или медные покрытия можно выборочно наносить методом физического осаждения из паровой фазы для создания комбинированного слоя, экранирующего тепловые и электромагнитные помехи, добавляя менее 10 мкм к общей толщине, сохраняя при этом легкие характеристики пленки.

Механическая целостность и устойчивость к сжатию при сборке модуля

Легкие и высокопрочные характеристики огнестойкой упаковочной пленки аэрогеля имеют решающее значение при сборке аккумуляторного модуля, когда расстояние между элементами часто уменьшается до менее 1 мм, чтобы максимизировать объемную плотность энергии. Несмотря на свою высокую пористость, сетка кремнеземного аэрогеля, армированная нетканым волокнистым материалом (обычно стеклянными или ПЭТ-волокнами), демонстрирует модуль сжатия 0,5–5 МПа и может восстановить более 90 % своей первоначальной толщины после сжатия до 50 % деформации в течение 24 часов при 60 °C. Такая устойчивость к сжатию гарантирует, что пленка сохраняет тепловую и электрическую изоляцию между соседними элементами даже после сотен циклов зарядки-разрядки, которые вызывают небольшое расширение и сжатие корпусов элементов. Прочность пленки на разрыв, обычно в диапазоне 1–5 МПа, обеспечивает достаточную надежность при обращении с рулонной переработкой и автоматизированной сборкой без разрывов или выпадения волокон, которые могут загрязнить соединения батареи.

Совместимость с химическими составами аккумуляторов и электролитными системами

Химическая среда внутри аккумуляторной батареи предъявляет требования к долгосрочной совместимости, которым не соответствуют многие изоляционные материалы на органической основе. Огнестойкая упаковочная пленка аэрогеля обладает высокой термостойкостью до 600°C в окислительной атмосфере и до 1000°C в инертных условиях, а ее кремнеземный состав по своей природе устойчив к плавиковой кислоте, которая может образовываться в результате разложения электролита LiPF₆. Испытания на ускоренное старение, в которых пленку погружают в смесь этиленкарбоната, диметилкарбоната и 1М LiPF₆ при температуре 85°C на 500 часов, показывают незначительную потерю массы и отсутствие заметного ухудшения теплопроводности. Антихимические коррозионные свойства распространяются на обычно используемые охлаждающие жидкости, диэлектрические масла и чистящие растворители, обеспечивая стабильность и долговечность пленки на протяжении всего срока службы аккумуляторов электромобилей или стационарных установок хранения энергии.

• Аэрогель кремнезема невосприимчив к механизмам окислительной деградации, которые вызывают хрупкость пенополиолефинов, сохраняя свою механическую гибкость в течение тысяч термических циклов.
• Пленка не содержит галогенированных антипиренов, что исключает риск образования побочных продуктов коррозии при воздействии электрических дуг или продолжительном нагреве.
• Металлооксидные глушители, встроенные в матрицу аэрогеля, действуют как поглотители кислоты, нейтрализуя следы кислотных частиц, которые могут проникнуть в пленку из разложившегося электролита.
• Огнестойкая упаковочная пленка из аэрогеля может быть изготовлена ​​с тонким слоем алюминиевой фольги, который служит одновременно газовым барьером и дополнительным огнезащитным экраном без ущерба для общего легкого профиля.

Стратегии интеграции с системами терморегулирования

В аккумуляторных блоках электромобилей огнестойкая упаковочная пленка из аэрогеля редко используется как отдельное решение; вместо этого он дополняет пластины жидкостного охлаждения, материалы с фазовым переходом и каналы воздушного охлаждения. В обычной конструкции пленка аэрогеля представляет собой обертку вокруг отдельных призматических ячеек или в качестве межслоевых сепараторов между рядами ячеек, направляя тепло к охлаждающей поверхности и одновременно предотвращая боковое распространение пламени. Сжимаемая природа пленки позволяет комбинировать ее с термопрокладками, заполняющими зазоры, которые передают тепло в систему охлаждения, в то время как слой аэрогеля блокирует перекрестные тепловые помехи. Производители могут указать шаблоны высечки с точными вырезами и прорезями, которые подходят для соединений шин и вентиляционных элементов, что обеспечивает плавную интеграцию в автоматизированные сборочные линии. Возможность поставлять рулоны, изготовленные по индивидуальному заказу, непосредственно со специализированного перерабатывающего предприятия гарантирует, что разработчики упаковки могут получать готовые к установке компоненты, а не необработанные листы, что снижает риски обработки и качества на месте.