一种耐高温耐磨的绝缘薄喷涂层及其制备工艺的制作方法

本发明属于粉末涂层制备的，尤其涉及一种耐高温耐磨的绝缘薄喷涂层的制备工艺，该粉末涂层绝缘不导电，可应用于新能源汽车电池槽。

背景技术：

1、热固性粉末涂料是一种新型的、不含溶剂100％固体状表面装饰防护材料，其对金属底材附着力良好，成膜后涂层机械性能突出，可满足不同场合的需求。目前市场上，常用的热固性粉末涂料为：环氧粉末涂料、环氧-聚酯粉末涂料、聚酯粉末涂料和聚氨酯粉末涂料。环氧粉末涂料具有较好的硬度、机械强度、防腐性、耐磨性、附着力和绝缘性，但是其耐候性一般，韧性较差，高压下易被击穿；环氧-聚酯粉末涂料的耐冲击性、流平性、附着力等均较好，但是其耐黄性和耐碱性能一般，耐候性相对较差，且绝缘性一般；聚酯粉末涂料具有优良的耐候性、耐腐蚀性和光泽度，但是tgic固化剂有一定的毒性，已限制使用，haa固化剂会使涂层表面产生气孔、橘皮等现象，影响涂层的综合性能，另外聚酯树脂的绝缘性和耐电压能力一般，远差于环氧树脂；聚氨酯粉末涂料的韧性好，具有优异的耐候性、耐磨性、绝缘性和抗电气应力开裂性能，但是阻燃性和耐高温性不佳，在固化成膜时，易释放出封闭剂，使涂层容易产生针孔或气泡，并对环境造成负担。

2、近年来，作为绿色出行的新能源汽车，由于续航里程越来越长，串联电池组多，相邻电池的间距小，同时汽车在行驶的过程中易发热、温度高，所以电池之间绝缘材料(即用于封装电池组件及电解质的外壳)的质量成为决定汽车动力电池良好运行的关键因素。传统的动力电池使用绝缘纸对新能源汽车电池槽及逆行绝缘防护，但是动力电池生产过程复杂，且绝缘纸与电池外壳中间存在空隙，易产生局部放电，影响的使用寿命，进而增加了新能源电动汽车的行驶不稳定性。

3、目前，热固性粉末涂料应用在新能源汽车电池槽上，取代了传统的绝缘纸，不仅施工简单，而且一次喷涂成型便于安装和运输。然而，随着对电池续航里程要求越来越高，热固性粉末涂料不仅要求有较低的介电常数和介质损耗、较好的附着强度，还需满足耐高压应力开裂性能，并具有较优的耐高低温性、耐磨性、阻燃性、机械强度等综合性能，而这些性能现有技术很难做到同时兼顾。

4、cn202311052305.2公开了一种环氧树脂粉末涂料，其通过以含羟基的环氧树脂为树脂基体，配合采用铋催化剂和粉料，无需额外加入其它树脂基体，即能够在较低温度条件下实现有效固化，固化形成的涂层与基体之间的附着力较强。但是，该环氧树脂粉末涂料韧性一般，且在高压条件下容易被击穿，缩短了电池组件的使用寿命。cn202011312920.9公开了一种新能源汽车动力电池组用电绝缘涂料，其以甲基苯基聚硅氧树脂为主体树脂，氨基硅烷偶联剂为固化剂，通过加入二甲苯、疏水气相二氧化硅、高分子量炭黑等组成，具有良好的附着力、柔韧性不易刮花，具备一定的防腐蚀性能和优异的耐湿热稳定性，并且在高低温冲击后仍具有优异的绝缘耐压性能，但是该聚硅氧树脂涂料的耐热性较差，且硬度低、耐化学性能一般，成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐高温耐磨的绝缘薄喷涂层及其制备工艺，该薄喷涂层与基材的附着力可达到0级，并具有优异的机械强度、柔韧性、耐候性、阻燃性、耐腐蚀性、耐摩擦性和抗冲击性能，同时其绝缘性、耐高压性能优异，可用于新能源汽车电池槽。

2、为了实现本发明的目的，本发明提供了一种耐高温耐磨的绝缘薄喷涂层，所述绝缘薄喷涂层的原料是由以下重量份数的组分组成：聚氨酯-环氧树脂55-70份、超支化环氧树脂20-40份、固化剂5-15份、消光钡8-12份、钛白粉20-25份、流平剂1-3份、增光剂0.7-0.9份、纯安息香0.2-0.4份、ptfe改性聚乙烯蜡0.3-0.6份、增电剂0.5-0.7份、颜料0-2份和氧化铝c 0.5-0.7份。

3、本发明超支化环氧树脂加入，提高了薄喷涂层的韧性和强度，并且可与聚氨酯-环氧树脂进行反应，形成均相稳定的共混体系；同时由于超支化环氧树脂中含有大量的环氧基，其可以与聚氨酯-环氧树脂中的-oh、-nco、si-h、si-o等高活性基团反应，形成支化与链状交互排布的杂化结构体系，进而提高了本发明的力学强度、耐候性、阻燃性、绝缘性、耐高温等性能。

4、本发明消光钡的加入，进一步提高了涂膜的厚度、耐磨性、耐高温性、表面硬度、抗冲击性、耐候性，还改善了本发明的阻燃性和防腐蚀性；ptfe改性聚乙烯蜡的加入，提高了本发明薄喷涂层的抗刮擦性、平滑性；氧化铝c的加入，改善了固体粉末的带电量，提高了本发明聚酯涂料的上粉率，同时提高了聚酯涂层的耐磨性能；钛白粉的加入，改善了薄喷涂层的机械强度和附着力，并提高了本发明的阻燃性、电绝缘性和耐高温性能等。

5、进一步的，所述聚氨酯-环氧树脂是通过聚氨酯改性环氧树脂得到的。

6、进一步的，所述聚氨酯-环氧树脂的制备方法包括以下步骤：

7、s1.将聚醚多元醇倒入反应器中，然后在100-120℃条件下，抽真空2h，之后降温至60℃以下，通入氮气并解除真空，再加入多异氰酸酯及有机锡催化剂，升温至75-80℃恒温反应2h，得到聚氨酯预聚体；

8、s2.随后，往上述聚氨酯预聚体中加入羟基硅油，在65-75℃搅拌反应3-5h，自然冷却并保持真空状态，得硅烷封端聚氨酯；

9、s3.将环氧树脂和有机胺加入到反应器中，于75±5℃下搅拌反应1-1.5h，然后加入上述硅烷封端聚氨酯，在此温度下继续搅拌反应3-5h，自然冷却至室温，即得所需的聚氨酯-环氧树脂。

10、本发明采用聚氨酯-环氧树脂作为主体树脂，通过聚醚多元醇和多异氰酸酯在有机锡催化剂的作用下，获得聚氨酯预聚体，然后引入羟基硅油进行封端处理，再加入到环氧树脂中进行反应所得。羟基硅油的加入，使聚氨酯-环氧树脂中无需加入常规封闭剂，也使在热交联固化过程中，不会有气体逸出，从而使涂层表面平滑，同时还提高了聚氨酯-环氧树脂的电绝缘性、阻燃性、耐腐蚀性、耐磨性和附着力。采用本发明的方法通过聚氨酯改性环氧树脂，不仅改善了环氧树脂的柔韧性，还提高了环氧树脂的耐候性和绝缘性，同时并不会因聚氨酯的加入，而导致环氧树脂阻燃性和耐高温的降低，相反，还提高了环氧树脂的阻燃性和耐高低温性能，并且无需特意加入阻燃性；并且改善环氧树脂的耐高压性，使聚氨酯-环氧树脂具有高抗压开裂性能，并具有更低的介电常数和介电损耗。

11、进一步的，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇或聚四氢呋喃多元醇；

12、所述多异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种或多种；

13、所述有机锡催化剂为二甲基锡酸盐、二月桂酸二丁基锡或异辛酸亚锡中的任意一种；

14、所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂；

15、所述有机胺为乙二胺、三乙醇胺、三亚乙基二胺或二甲基乙醇胺中的任意一种或多种。

16、进一步的，所述聚醚多元醇中的-oh与多异氰酸酯中的-nco的摩尔比为1：1.2-1.5；所述有机锡催化剂的质量为所述聚醚多元醇和所述多异氰酸酯总质量的0.01-0.02％。

17、进一步的，所述羟基硅油的加入量为所述聚氨酯预聚体质量的5-8％。

18、进一步的，所述环氧树脂与有机胺的质量为1：(0.05-0.08)；所述环氧树脂与所述硅烷封端聚氨酯的质量比为1：(0.1-0.2)。

19、进一步的，所述固化剂为己二酸二酰阱(adh)、均苯四甲酸二酐、异氰脲酸三缩水甘油酯或甲苯二异氰酸酯中的任意一种；

20、所述颜料为非金属颜料。

21、本发明还提供了一种耐高温耐磨的绝缘薄喷涂层的制备工艺，具体包括以下步骤：

22、p1.先将聚氨酯-环氧树脂和超支化环氧树脂混合均匀，然后加入固化剂、消光钡、钛白粉、流平剂、增光剂、纯安息香、ptfe改性聚乙烯蜡、增电剂、颜料和氧化铝c，搅拌均匀后得预混物，输送至双螺杆挤出机进行熔融挤出，然后将挤出的物料进行压片粉碎，过200目筛，即得绝缘薄喷涂层粉末。

23、p2.将被涂覆部件表面进行预处理后，静置备用，备用时间一般不超过24h。

24、p3.打开静电喷粉柜与空压箱，将上述预处理后的部件垂直悬挂在静电喷粉柜中，将耐高温耐磨的绝缘薄喷涂层通过静电喷枪均匀喷至部件(即基材上，该基材可以为金属基材、塑料基材、木材等材质)所需的涂覆表面上，部件上不需要喷涂的位置采用遮盖作业等方法进行屏蔽保护。

25、喷涂处理过程中，优选的，雾化压力0.10-0.25mpa，可使本发明的涂层厚度均匀，获得足够的涂膜厚度，并具有较优的覆盖能力，可覆盖到死角；若是雾化压力低于0.1mpa，则会使涂料堵塞输送设备，死角覆盖率不佳，涂膜厚度不均等；若是雾化压力高于0.25mpa，则会磨损被涂覆部件，降低涂料的覆盖率。

26、优选的，静电电流15-20μa，若是静电电流低于15μa，则会影响涂料的上漆率，使涂膜厚度不够或不均；若是静电电流高于20μa，则易引起粉末熔化，引起堵塞，还有可能击穿涂层。

27、优选的，喷涂电压60-80kv，若是电压过低，则会降低上漆率，死角覆盖率不佳；若是电压过高，则易导致涂层被击穿，或粉末吸附不能等现象。

28、优选的，喷涂距离15-25cm，若是喷涂距离过近，则易产生放电击穿涂层；若是喷涂距离过远，则会增加涂料的用量，影响生产效率，提高成本。

29、p4.随后将喷涂后的部件置于烘烤漆房中，于170-190℃保温20-30min，取出，自然冷却至室温，即得耐磨薄喷涂层。

30、进一步的，所述双螺杆挤出机温度设置为90-110℃，挤出速率为40-60r/min。

31、本发明取得了以下有益效果：

32、1、本发明是以聚氨酯-环氧树脂为主体树脂，保证本发明的涂层具有优异的附着力和电绝缘性，并同时拥有优良的机械强度、耐高温、耐磨性、耐腐蚀性等综合性能；然后通过添加超支化环氧树脂进行复配，进一步提高了本发明的附着力和电绝缘性，使本发明形成了更加稳定的混合体系，以便在后热固化过程一次性均匀成膜；再与固化剂、钛白粉、消光钡、流平剂、增光剂等添加剂混合，进一步提高本发明的综合性能。

33、2、本发明的原料易得，成本较低，制备工艺简单，能耗低，不含溶剂和不含挥发有毒性的物质，符合国家环保法的要求。

34、3、本发明的薄膜涂层具有优异的电绝缘性，可应用于电池外壳(或电池槽)，以便保护电池组件，可应用于金属、塑料、木材等不同类型的基材表面，操作简单，喷涂仅需一次性施工，无需底涂，即可得到足够厚度(即200±50μm)的涂膜，实现自动化操作，生产效率高，可降低成本。

35、4、本发明制备的薄膜涂层致密、附着力、硬度、机械强度和韧性均较优，边角覆盖率高，具有优良的耐化学药品腐蚀性能、阻燃性、耐候性、耐高温性、耐摩擦性和电气绝缘性能。