Студија о полиетиленским прашкастим премазима за кутије за батерије

Апстрактан

Шест врста полиетиленских прашкастих премаза за кутије за батерије дизајнирано је модификацијом мешања полиетилена са различитим својствима. Тестирањем брзине течења, механичких својстава и отпорности на киселине премазних филмова полиетиленских прашкастих премаза добијених различитим шемама мешања, издвојена је формула полиетиленског прашкастог премаза са најбољим свеобухватним перформансама. Припремљени полиетиленски прашкасти премаз може да задовољи захтеве за изравнавање површине кутија за батерије, а истовремено има одлична механичка својства и хемијску отпорност, што може ефикасно побољшати век трајања кутија за батерије.

Кључне речи

Кутија за батерије; Полиетилен; Мешање; Прашкасти премази
Класификациони код: TQ637.82
Шифра документа: А

КСНУМКС Увод

Са све строжим захтевима за заштиту животне средине, контрола емисије издувних гасова и смањење загађења ваздуха постали су важни индикатори заштите животне средине [1].

Традиционална возила на гориво углавном користе фосилна горива као извор енергије, а њихов најозбиљнији недостатак је емисија велике количине издувних гасова, што озбиљно загађује животну средину. Насупрот томе, возила на нову енергију која користе батерије за складиштење енергије као вучну снагу не производе емисије издувних гасова и не загађују атмосферу, па су све више фаворизована на тржишту [2].

Током животног века индустријских кутија за батерије, оне се еродирају киселином из батерије, што убрзава корозију и квар кутија. Стога је антикорозија кутија за батерије увек била актуелна тема истраживања. Индустријске кутије за батерије су обично направљене од угљеничног челика, који сам по себи нема добре антикорозивне перформансе [3].

Стога, само површинском обрадом унутрашњих и спољашњих зидова кутија могу се ефикасно побољшати њихове антикорозивне перформансе. Уобичајена технологија површинске обраде је наношење слоја антикорозивног премаза на површину кутије, а премаз мора не само да буде отпоран на ерозију киселином, већ и да чврсто приања уз подлогу.

Полиетиленски прашкасти премази обично се састоје од полиетиленске смоле, адитива, пунила, пигмената итд. То су термопластични прашкасти премази са одличном хемијском отпорношћу и високом исплативошћу.

Узимајући у обзир захтеве за заштиту од корозије кутија за батерије, као и захтеве за изглед и цену, полиетиленски прашкасти премази су економски исплатива опција за заштиту од корозије. Међутим, постоји контрадикција између механичких својстава и флуидности полиетилена. Полиетиленским прашкастим премазима је обично тешко постићи и одличну флуидност и механичка својства, па се морају модификовати како би испунили захтеве за премаз кутија за батерије. У овој студији, мешањем модификације полиетилена са различитим својствима, дизајниран је полиетиленски прашкасти премаз за кутије за батерије. Овај премаз има одлична механичка својства, хемијску отпорност, високу адхезију и добро изравнавање површине.

2 Експериментални одељак

2.1 Експерименталне сировине и инструменти

2.1.1 Сировине

• Полиетилен (ПЕ-А, ПЕ-Б, ПЕ-Ц): Синопец;
• Полиетилен (PE-D): Dow Chemical;
• Полиетилен (PE-E): Prime Polymer Co., Ltd., Јапан;
• Полиетиленски лепак (МАХ-г-ПЕ): Модел СЗ-07, Хуангсхан Бено Тецхнологи;
• Антиоксиданс: Модел К7001, Луан ЈИЕНТ;
• Стабилизатор светлости: Модел UV531, BASF;
• Средство за течење полиетиленског воска: Шангајска фабрика адитива;
• Нуклеациони агенс: Модел Хиперформ ХПН-20Е, Миликен Кемикал, САД;
• Пигментна угљена чађ: Модел R600R, Cabot.

2.1.2 Инструменти

• Двошнени екструдер: Модел Т-35, Нанкинг Руб Машин, Лтд.;
• Машина за вулканизацију плоча: Модел XLB-D, Huzhou Shyn Machinery Co., Ltd.;
• Тестер за пуцање под утицајем околине: Модел NYK-06, ChengdeTesting Equipment Co., Ltd.;
• Универзална машина за испитивање пластике: Модел WDS-3, Boyi InstruEquipment Co., Ltd.

2.2 Експерименталне методе

2.2.1 Припрема прашкастих премаза

Сировине су мерене према формули у Табели 1 и додате у миксер за мешање великом брзином. Смеша је затим додата у двопужни екструдер за гранулацију екструзијом растопљеног материјала на 160°C. Грануле су стављене у млин ради уситњавања у прах, након чега је уследила класификација и просејавање.

Табела 1 Формула полиетиленског прашкастог премаза

2.2.2 Припрема премаза

За припрему полиетиленских прашкастих премаза на површини кутија за батерије коришћена је метода потапања у флуидизовани слој . Површина кутије за батерије је прво пескарена, а затим загрејана на 250-350°C у пећи. Након тога, полиетиленски прашкасти премаз је нанесен методом потапања у флуидизовани слој, а пластификација је постигнута коришћењем преостале топлоте радног предмета или стављањем у пећ.

2.2.3 Припрема узорака за испитивање перформанси

Узорци за испитивање механичких својстава полиетиленског праха припремљени су методом компресионог обликовања.

2.3 Тестирање перформанси

• Брзина протока топљења (MFR) полиетиленских прашкастих премаза тестирана је у складу са GB/T 3682-2018;
• Перформансе полиетиленских прашкастих премаза на пуцање услед напона околине (ESC) тестиране су у складу са GB/T 1842-2008;
• Затезна својства полиетиленских прашкастих премаза тестирана су у складу са GB/T 1040.2-2018;
• Отпорност полиетиленских прашкастих премаза на киселину тестирана је коришћењем 30% (масени удео) раствора сумпорне киселине у складу са GB/T 11547-2008;
• Адхезија полиетиленских прашкастих премаза тестирана је у складу са GB/T 9286-2008.

Главни показатељи перформанси полиетиленских прашкастих премаза за кутије за батерије приказани су у Табели 2.

Табела 2 Главни показатељи перформанси полиетиленских премаза за кутије за батерије

3 Резултати и дискусија

3.1 Анализа перформанси полиетилена

Анализа параметара перформанси различитих врста полиетилена је предуслов за пројектовање формуле мешаних полиетиленских прашкастих премаза. У овој студији, 5 различитих врста полиетилена је одабрано као сировине за прашкасте премазе, а њихова својства су тестирана у складу са релевантним стандардима. Резултати су приказани у Табели 3.

Као што се може видети из Табеле 3, PE-A и PE-B имају изузетно високе брзине протока топљења, тако да могу да испуне захтеве за високо површинско изравнавање премаза. Међутим, жилавост PE-A и PE-B је релативно лоша. Издужење при прекиду PE-A је само 100%, а време отпорности на пуцање под напоном је само 1 сат, тако да не може да испуни захтеве за механичка својства премаза за батеријске кутије. PE-C је линеарни полиетилен ниске густине са умереном брзином протока топљења, који у основи може да испуни захтеве за изравнавање обичних премаза, али му је жилавост такође лоша. И PE-D и PE-E су металоценски линеарни полиетилен ниске густине и оба имају одличну жилавост и затезну чврстоћу. Разлика је у томе што PE-E има изузетно низак индекс протока топљења, што не може да испуни захтеве за изглед изравнавања премаза.

Табела 3 Особине различитих врста полиетилена

3.2 Избор и оптимизација полиетилена

Брзина протока топљења (MFR) полиетилена је индикатор који одражава флуидност полиетилена у стању топљења и донекле представља ефекат изравнавања полиетиленског премаза. Генерално, што је већа вредност MFR, то је бољи ефекат изравнавања премаза. Међутим, што је већа вредност MFR, то је обично мања релативна молекулска маса полиетилена и лошија су његова механичка својства. Стога је често тешко истовремено испунити захтеве и за флуидност и за механичка својства, што је такође потврђено резултатима испитивања приказаним у Табели 3. Ако се полиетилен са различитим својствима помеша и користи заједно да би се добила смеша која има одлична и за флуидност и за механичка својства, теоретски се могу припремити полиетиленски прашкасти премази са свеобухватним својствима која испуњавају захтеве.

Табела 4 Различите шеме мешања

 Из Табеле 3 се може видети да и PE-A и PE-B имају високе брзине протока топљења, али PE-B има релативно већу жилавост, па се PE-B може користити као матрични материјал за побољшање флуидности смеше; PE-D и PE-E имају добра механичка својства и могу се користити као матрични материјали за побољшање механичких својстава смеше. Међутим, PE-E има ниску брзину протока топљења, па није погодан као матрични материјал. Код полиетилена са великом просечном релативном молекулском масом, као што је PE-E, густина испреплетаности ланца је висока, а брзина протока ниска. Међутим, када је изложен спољним оптерећењима, његов механизам попуштања је углавном деформација смицања, а очигледан молекуларни ток се не јавља лако, па има високу чврстоћу и жилавост [6]. Стога су PE-B и PE-D помешани у различитим размерама да би се припремио модификовани полиетилен. Истовремено, да би се побољшала сила везивања између полиетиленског прашкастог премаза и подлоге кутије батерије, треба додати одговарајућу количину полиетиленског лепка (MAH-g-PE). Полиетиленски лепак је везиво припремљено калемљењем малеинског анхидрида на полиетилен. Закључно, осмишљено је 6 различитих шема мешања, као што је приказано у Табели 4.

3.3 Анализа перформанси полиетиленских прашкастих премаза

На основу Табеле 1, према шемама мешања у Табели 4, сировине су помешане, екструдиране и дробљене да би се припремили полиетиленски прашкасти премази. Брзина течења растопа, затезна својства, отпорност на пуцање под напоном и отпорност прашкастих премаза на киселине тестиране су у складу са националним стандардима. Резултати су приказани у Табели 5.

Табела 5 Резултати теста перформанси различитих шема мешања

Као што се може видети из Табеле 5, брзина протока растопа смеше брзо опада са повећањем удела PE-D. То је углавном зато што када се PE-B (са ниском релативном молекулском масом) помеша са PE-D (са високом релативном молекулском масом) и екструдира из растопа помоћу екструдера, дуги молекуларни ланци обавијају кратке молекуларне ланце, што резултира брзим смањењем брзине протока растопа. Стога, додата количина полиетилена са ниском флуидношћу има велики утицај на флуидност смеше, и посебну пажњу треба посветити његовој додатој количини приликом пројектовања формуле мешаних полиетиленских прашкастих премаза. Из друге перспективе, флуидност PE-D (полиетилена са ниском флуидношћу) такође се може значајно побољшати након мешања са PE-B (полиетиленом са релативно високом флуидношћу). То је зато што се полиетилен са кратким молекуларним ланцима може густо уметнути у полиетилен са дугим молекуларним ланцима, узрокујући да формира слојевиту структуру, чиме се слаби испреплетаност молекуларних ланаца. Модификатори протока за полиетилен са високом релативном молекулском масом обично користе овај принцип за побољшање флуидности полиетилена [7].

Такође се из Табеле 5 може видети да се затезна чврстоћа и издужење при кидању мешаних полиетиленских прашкастих премаза постепено повећавају са повећањем количине додатог PE-D, што указује на добру компатибилност између два различита типа полиетилена. То је углавном зато што су вредности енталпије и ентропије PE-B и PE-D сличне, тако да у основи нема промене у слободној енергији смеше, а компатибилност између два типа полиетилена је висока. У поређењу са Шемом 1, Шема 6 има значајно повећање чврстоће, издужење при кидању је повећано за 2 пута, а жилавост премаза је значајно побољшана. Иако су чврстоћа и жилавост премаза значајно побољшане са повећањем количине додатог PE-D, стопа побољшања је много нижа од стопе смањења брзине протока растопа. То је зато што уградња PE-B смањује густину испреплетаности молекуларних ланаца PE-D, чинећи вероватнијим проток молекуларних ланаца током процеса истезања, док је ефекат смицања ослабљен.

Код полиетиленског премаза нанетог на површини кутије за батерије, ослобађање напона изазвано тенденцијом унутрашње структуре да се стабилизује и концентрацијом напона формираном у угловима може изазвати пуцање премаза. Стога је отпорност на пуцање под напоном важан стандард за мерење века трајања премаза. Из резултата теста напрезања у условима околине у Табели 5 може се видети да је отпорност на пуцање под напоном полиетиленског прашкастог премаза у складу са његовом жилавошћу, односно што је већа жилавост премаза, то је боља отпорност на пуцање под напоном. PE-D може значајно побољшати отпорност мешаног полиетиленског прашкастог премаза на пуцање под напоном.

Полиетиленски прашкасти премаз за кутије за батерије континуирано кородира киселина из батерија, тако да мора имати одличне антикорозивне перформансе. Из резултата испитивања отпорности на киселину у Табели 5 може се видети да након што се полиетиленски прашкасти премаз припремљен према Шеми 1 потапа у раствор киселине, нема мехурића или растварања, али долази до јаког отицања, а степен адхезије премаза је само 5; у поређењу са Шемом 1, премаз припремљен према Шеми 2 има релативно мање отицање након корозије раствором киселине, а адхезија достиже степен 3; полиетиленски премази припремљени према другим шемама немају очигледан феномен корозије, а адхезија премаза може достићи изнад степена 1. Сам металоцен PE-D има одличну хемијску отпорност, тако да се са постепеним повећањем његове количине додавања, антикорозивне перформансе премаза постепено побољшавају.

Кроз тестове перформанси полиетиленских прашкастих премаза са различитим горе наведеним формулама, резултати показују да полиетиленски прашкасти премази припремљени према шеми 3 и шеми 4 не само да имају високу флуидност, већ имају и одлична механичка својства и антикорозивне перформансе, што може да испуни захтеве за перформансе прашкастих премаза за кутије за батерије. Генерално, што је већа брзина протока топљења полиетиленских прашкастих премаза, то су боље перформансе изравнавања и глађа површина премаза. Када је брзина протока топљења уобичајено коришћених полиетиленских прашкастих премаза већа од 10 г/(10 мин), може да испуни више захтеве за изравнавање. Међутим, брзине протока топљења шеме 5 и шеме 6 су ниже од 10 г/(10 мин), тако да не могу да испуне захтеве за изравнавање. Иако шема 1 има релативно високу брзину протока топљења, њена чврстоћа и жилавост су лоше и не пролази тест отпорности на киселину; шема 2 нема очигледно побољшање механичких својстава, а адхезија се смањује након урањања у киселину, тако да се може применити у ситуацијама где су потребни високи захтеви за изглед премаза, али су потребни ниски захтеви за механичка својства и антикорозивне перформансе.

КСНУМКС Закључак

У овој студији, мешањем и коришћењем полиетилена са различитим својствима, дизајниране су различите шеме мешања модификованог полиетиленског прашкастог премаза, а перформансе различитих шема су тестиране. Резултати показују да полиетиленски прашкасти премази дизајнирани према шеми 3 и шеми 4 не само да могу да испуне захтеве за изравнавање површине заштитног премаза кутије за батерије, већ имају и добра механичка својства и антикорозивне перформансе. Резултати истраживања играју важну улогу у антикорозивној заштити кутија за батерије, а истраживачке идеје имају важан водећи значај за модификацију дизајна полиетиленских прашкастих премаза.

Референце

[1] Ji Y. Домаће тржиште прашкастих премаза брзо расте [J]. Информације о индустрији грађевинског материјала, 2003(10): 17.

[2] Ли З Р. Кратка анализа проблема и контрамера развоја возила на нову енергију [J]. Automobile World, 2020(4): 1.

[3] Лу Ј К. Технологија антикорозије индустријских батеријских кутија [Ј]. Технологија бродоградње, 2001(4): 27-28.

[4] Ју ГЛ, Ванг ЗХ, Ванг ХК и др. Најновији напредак у истраживању нових премаза [J]. Премази и заштита, 2019, 40(10): 49-52.

[5] Liu CQ, Cai Y M. Истраживање висококвалитетних полиетиленских прашкастих премаза [J]. Технологија премаза, 1993(2): 4-7.

[6] Liao HY, Tao G L. Ударна чврстоћа и брзина течења растопа мешавина полиетилена високе густине [J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2013, 29(7): 72-75, 79.

[7] Ванг С, Ванг КЗ, Чен Ј и др. Напредак истраживања у модификацији флуидности носача од полиетилена ултра високе молекулске тежине [J]. Примена инжењерских пластика, 2014(10): 113-117.

Релатед Постс:

Термопластични прах за кутије за батерије