胶粘剂在热电池高温环境下应用研究

胶粘剂在热电池高温环境下应用研究
摘要：热电池作为国防科技工业领域的一种主要化学电源，是现代化武器和应急系统的理想电源。

随着国防科技与各类武器系统的发展，对热电池的使用环境温度要求越来越高，很多情况要求热电池在温度大于300℃，甚至达到400℃及以上的环境中工作。

本文通过对三种耐高温胶粘剂在热电池高温环境下的应用研究，模拟在高温环境下对热电池的导线连接及焊点保护和连接处电池的绝缘性，对比三种胶粘剂的在高温环境下的外观变化及宏观组织结构变形，分别检测三种胶粘剂在高温环境下自身的绝缘性能变化，讨论是否满足在热电池高温环境下应用的绝缘性要求。

为热电池在高温环境下的导线连接及连接焊点保护和绝缘性要求寻找合适的胶粘剂。

关键词：胶粘剂、热电池、高温环境
1引言
热电池是通过自加热系统加热使电解质成熔融状态形成自由离子导电，从而使正负极反应产生电能的原电池。

工作时单元热电池本身温度在270℃左右，组合体表面温度大多在200℃以上。

在装配时常用环氧胶等灌封保护电池组的导线连接及连接焊点、确保连接处与电池组框架或外壁绝缘。

但近年来，国防技术的发展对热电池的使用环境温度要求越来越高，很多情况下要求热电池的使用环境温度大于300℃，甚至达到400℃及以上。

常规的胶粘剂已不能满足使用的要求。

目前热电池常用高温硅橡胶胶粘剂（以下简称KH-CL-RTV-2），过于昂贵。

为了节约成本和拓宽材料选用范围，本文结合深圳呻东皓电子科技有限公司提供的RTV-2高温硅橡胶（以下简称RTV-2）和中国晨光化工研究院提供的单组分室温硫化硅橡胶RTV（以下简称RTV）三种胶粘剂进行了高温条件下胶粘剂的变化和胶粘剂对热电池极间绝缘性影响的研究。

2实验
2.1实验目的
研究在高温环境下胶粘剂的变化和对热电池极间绝缘性的影响，为在高温环境下工作的热电池选择合理的胶粘剂以满足环境温度要求。

2.2实验方法
在热电池组装配过程中胶灌封的目的在于保护电池组的导线连接及连接焊点、确保连接处与电池组框架或外壁的绝缘。

目前需使用高温硅橡胶的热电池组工作环境最高温度为400℃。

试验中用KH-CL-RTV-2、RTV-2、RTV三种胶粘剂、单元电池盖、导线和相应设备等模拟处于高温环境中的热电池组，以研究在高温环境下胶粘剂的变化和对热电池极间绝缘性的影响。

2.3实验条件
根据胶粘剂在热电池组装配过程中的使用情况和热电池组工作时的环境进行真实模拟，以研究以上三种胶粘剂在高温条件下的变化和对热电池极间绝缘性的影响。

在试验中使用的材料主要有烧结后清洗干净的电池盖、高温导线、KH-CL-RTV-2、RTV-2、RTV，设备主要有马弗炉、兆欧表（500V）。

3结果与讨论
3.1研究胶粘剂在高温环境下的变化
3.1.1试验1
将RTV-2、KH-CL-RTV-2、RTV胶粘剂涂覆在电池盖上待固化后置于马弗炉中从室温升至410℃，然后打开炉门，随炉冷却至室温取出观察其表面及宏观结构与之前变化。

三种胶粘剂固化后在室温条件下表面光滑、质软。

从室温升至410℃后，KH-CL-RTV-2试样表面硬化、且有明显裂纹，内部变黑；RTV-2试样表面光滑，但外形膨胀突起，内部颜色为红色、结构呈疏松多孔状；RTV试样质软、表面光滑但表皮局部有褶皱，内部颜色仍为白色、无孔状疏松结构。

在试验中，三种胶粘剂均无粉末或脱落等现象。

3.1.2试验2
将RTV-2、KH-CL-RTV-2、RTV胶粘剂涂覆在电池盖上待固化后置于410℃恒温马弗炉中，15 min后打开炉门，随炉冷却至室温后取出观察其表面及宏观结构与之前变化。

三种胶粘剂固化后，在室温条件下前表面光滑、质软。

置于410℃恒温马弗炉中15 min后：KH-CL-RTV-2试样硬化且表面有裂纹，试样横断面中间有1mm厚层变黑；RTV-2试样表面光滑，但整体膨胀，有明显突起，内部颜色仍为红色、呈疏松孔状结构；RTV试样质软、表面光滑无褶皱现象。

三种胶粘剂均无粉末或脱落等现象。

3.2胶粘剂在高温环境下绝缘性研究
3.2.1胶粘剂在高温环境下自身的绝缘性
将KH-CL-RTV-2、RTV-2、RTV胶粘剂分别涂覆在不同的电池盖上，厚度为4～6 mm，并在涂覆层中固定两条高温导线用于测量胶粘剂自绝缘性，在置于马弗炉之前，确保两条高温导线间绝缘电阻值大于500 MΩ。

把胶粘剂置于马弗
炉中，炉温从室温升至500℃，同时用500V兆欧表测量高温导线间绝缘电阻。

在炉温从室温升至500℃整个过程中，用500V兆欧表测量得到三组高温导线间绝缘电阻值均大于500 MΩ。

说明三种胶粘剂在整个升温过程中绝缘性能良好，500℃绝缘电阻值依然为500 MΩ。

但实验发现：RTV-2试样经过500℃高温后，用手指轻轻按压即成粉末状，说明在500℃工作环境下，RTV-2的强度达不到性能要求，不能用于该环境下工作的热电池上。

KH-CL-RTV-2、RTV经过500℃后外观及内部与410℃相同。

3.2.2胶粘剂高温环境下对电池极间绝缘性影响
对照组：试验用1个电池盖，除去电池盖上极柱的氧化层，将两根高温导线分别连接到两根不同的极柱上，两极间绝缘电阻值大于500 MΩ。

将电池盖置于马弗炉中，升温至440℃。

升温过程中通过两根高温导线用500V兆欧表测量极间的绝缘电阻值。

试验组：试验采用3个电池盖，分别将每个电池盖上的极柱除去氧化层，再将高温导线连接到两根不同的极柱上，然后分别将KH-CL-RTV-2、RTV-2、RTV 胶粘剂涂覆在不同的盖子上，涂胶厚度为4mm～6mm，待其固化后两极间绝缘电阻值大于500 MΩ，分别置于马弗炉中升温至440℃。

升温过程中通过高温导线用500V兆欧表测量各组极间的绝缘电阻值。