Pag-aaral sa Polyethylene Powder Coatings para sa Battery Boxes

abstract

Anim na uri ng polyethylene powder coatings para sa mga kahon ng baterya ang dinisenyo sa pamamagitan ng blending modification ng polyethylene na may iba't ibang katangian. Sa pamamagitan ng pagsubok sa melt flow rate, mechanical properties, at acid resistance ng mga coating film ng polyethylene powder coatings na nakuha mula sa iba't ibang blending scheme, nasuri ang formula ng polyethylene powder coating na may pinakamahusay na komprehensibong performance. Ang inihandang polyethylene powder coating ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa surface leveling ng mga kahon ng baterya, at kasabay nito ay may mahusay na mechanical properties at chemical resistance, na maaaring epektibong mapabuti ang service life ng mga kahon ng baterya.

Mga Keyword

Kahon ng baterya; Polyethylene; Paghahalo; Mga powder coatings
Code ng Pag-uuri: TQ637.82
Code ng Dokumento: A

1 Panimula

Sa lalong mahigpit na mga kinakailangan para sa pangangalaga sa kapaligiran, ang pagkontrol sa mga emisyon ng maubos na gas at pagbabawas ng polusyon sa hangin ay naging mahalagang tagapagpahiwatig ng pangangalaga sa kapaligiran [1].

Ang mga tradisyunal na sasakyang panggatong ay karaniwang gumagamit ng mga fossil fuel bilang pinagmumulan ng kuryente, at ang kanilang pinakaseryosong disbentaha ay ang paglabas ng malaking halaga ng maubos na gas, na lubhang nagpaparumi sa kapaligiran. Sa kabaligtaran, ang mga bagong sasakyang pang-enerhiya na gumagamit ng mga baterya ng imbakan bilang kapangyarihan ng traksyon ay hindi gumagawa ng mga emisyon ng tambutso at hindi nagdudulot ng polusyon sa atmospera, kaya lalo silang pinapaboran ng merkado [2].

Sa panahon ng buhay ng serbisyo ng mga pang-industriya na kahon ng baterya, ang mga ito ay nabubulok ng acid ng baterya, na nagpapabilis sa kaagnasan at pagkabigo ng mga kahon. Samakatuwid, ang anti-corrosion ng mga kahon ng baterya ay palaging isang mainit na paksa ng pananaliksik. Ang mga kahon ng pang-industriya na baterya ay karaniwang gawa sa carbon steel, na mismo ay walang mahusay na anti-corrosion na pagganap [3].

Samakatuwid, sa pamamagitan lamang ng pagsasagawa ng pang-ibabaw na paggamot sa panloob at panlabas na mga dingding ng mga kahon ay maaaring epektibong mapabuti ang kanilang anti-corrosion na pagganap. Ang isang karaniwang ginagamit na teknolohiya sa paggamot sa ibabaw ay ang paglalagay ng isang layer ng anti-corrosion coating sa ibabaw ng kahon, at ang patong ay kinakailangan upang hindi lamang labanan ang acid erosion ngunit sumunod din nang malapit sa substrate.

Ang mga polyethylene powder coatings ay karaniwang binubuo ng polyethylene resin, mga additives, fillers, pigments, atbp. Ang mga ito ay thermoplastic powder coatings na may mahusay na chemical resistance at mataas na cost-effectiveness.

Isinasaalang-alang ang mga kinakailangan sa anti-corrosion ng mga kahon ng baterya, pati na rin ang mga kinakailangan para sa hitsura at gastos, ang polyethylene powder coatings ay isang matipid na magagawa na opsyon na anti-corrosion coating. Gayunpaman, mayroong isang kontradiksyon sa pagitan ng mga mekanikal na katangian at pagkalikido ng polyethylene. Ang mga polyethylene powder coatings ay kadalasang mahirap magkaroon ng parehong mahusay na pagkalikido at mekanikal na mga katangian, kaya dapat itong baguhin upang matugunan ang mga kinakailangan sa patong ng mga kahon ng baterya. Sa pag-aaral na ito, sa pamamagitan ng paghahalo ng pagbabago ng polyethylene na may iba't ibang katangian, isang polyethylene powder coating para sa mga kahon ng baterya ay idinisenyo. Ang patong na ito ay may mahusay na mga katangian ng mekanikal, paglaban sa kemikal, mataas na pagdirikit, at mahusay na pag-level ng ibabaw.

2 Eksperimental na Seksyon

2.1 Mga Pang-eksperimentong Hilaw na Materyales at Instrumento

2.1.1 Hilaw na Materyales

• Polyethylene (PE-A, PE-B, PE-C): Sinopec;
• Polyethylene (PE-D): Dow Chemical;
• Polyethylene (PE-E): Prime Polymer Co., Ltd., Japan;
• Polyethylene adhesive (MAH-g-PE): Modelo SZ-07, Huangshan Beno Technology;
• Antioxidant: Modelo K7001, Luan JIENT;
• Light stabilizer: Modelo UV531, BASF;
• Polyethylene wax flow agent: Shanghai Additive Factory;
• Nucleating agent: Model Hyperform HPN-20E, Milliken Chemical, USA;
• Pigment carbon black: Modelo R600R, Cabot.

2.1.2 Instrumento

• Twin-screw extruder: Modelo T-35, Nanjing Rub Machine , Ltd.;
• Plate vulcanizing machine: Model XLB-D, Huzhou Shyn Machinery Co., Ltd.;
• Pangkapaligiran stress cracking tester: Model NYK-06, ChengdeTesting Equipment Co., Ltd.;
• Universal testing machine para sa mga plastik: Model WDS-3, Boyi InstruEquipment Co., Ltd.

2.2 Mga Eksperimental na Pamamaraan

2.2.1 Paghahanda ng Powder Coatings

Ang mga hilaw na materyales ay tinimbang ayon sa formula sa Talahanayan 1 at idinagdag sa isang panghalo para sa mataas na bilis ng paghahalo. Ang timpla ay idinagdag sa isang twin-screw extruder para sa melt extrusion granulation sa 160°C. Ang mga butil ay inilagay sa isang gilingan upang durugin sa pulbos, na sinusundan ng pag-uuri at pagsasala.

Talahanayan 1 Formula ng Polyethylene Powder Coating

2.2.2 Paghahanda ng mga Coating

Isang fluidized bed dipping method ang ginamit upang maghanda ng polyethylene powder coatings sa ibabaw ng mga kahon ng baterya. Ang ibabaw ng kahon ng baterya ay unang nilagyan ng sandblast, pagkatapos ay pinainit sa 250-350°C sa isang oven. Pagkatapos nito, ang polyethylene powder coating ay inilapat sa pamamagitan ng fluidized bed dipping, at ang plasticization ay nakamit gamit ang natitirang init ng workpiece o sa pamamagitan ng paglalagay nito sa isang oven.

2.2.3 Paghahanda ng Mga Sample para sa Pagsubok sa Pagganap

Ang mga sample para sa pagsubok sa mga mekanikal na katangian ng polyethylene powder ay inihanda sa pamamagitan ng compression molding.

2.3 Pagsubok sa Pagganap

• Ang melt flow rate (MFR) ng polyethylene powder coatings ay nasubok alinsunod sa GB/T 3682-2018;
• Ang pagganap ng environmental stress cracking (ESC) ng polyethylene powder coatings ay nasubok alinsunod sa GB/T 1842-2008;
• Ang makunat na mga katangian ng polyethylene powder coatings ay nasubok alinsunod sa GB / T 1040.2-2018;
• Ang acid resistance ng polyethylene powder coatings ay sinubukan gamit ang 30% (mass fraction) sulfuric acid solution alinsunod sa GB/T 11547-2008;
• Ang pagdirikit ng polyethylene powder coatings ay nasubok alinsunod sa GB/T 9286-2008.

Ang mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap ng polyethylene powder coatings para sa mga kahon ng baterya ay ipinapakita sa Talahanayan 2.

Talahanayan 2 Mga Pangunahing Tagapagpahiwatig ng Pagganap ng Mga Polyethylene Coating para sa Mga Kahon ng Baterya

3 Mga Resulta at Talakayan

3.1 Pagsusuri ng Pagganap ng Polyethylene

Ang pagsusuri sa mga parameter ng pagganap ng iba't ibang uri ng polyethylene ay isang paunang kinakailangan para sa pagdidisenyo ng formula ng pinaghalong polyethylene powder coatings. Sa pag-aaral na ito, 5 iba't ibang uri ng polyethylene ang napili bilang hilaw na materyales para sa powder coatings, at ang mga katangian ng mga ito ay nasubok alinsunod sa mga nauugnay na pamantayan. Ang mga resulta ay ipinapakita sa Talahanayan 3.

Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 3, ang PE-A at PE-B ay may napakataas na rate ng daloy ng pagkatunaw, upang matugunan nila ang mga kinakailangan para sa mataas na antas ng ibabaw ng patong. Gayunpaman, ang katigasan ng PE-A at PE-B ay medyo mahirap. Ang elongation sa break ng PE-A ay 100% lang, at ang stress cracking resistance nito ay 1 h lang, kaya hindi nito matutugunan ang mechanical property requirements ng battery box coatings. Ang PE-C ay linear na low-density polyethylene na may katamtamang rate ng daloy ng pagkatunaw, na maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa leveling ng mga ordinaryong coatings, ngunit ang tibay nito ay mahirap din. Parehong PE-D at PE-E ay metallocene linear low-density polyethylene, at parehong may mahusay na tibay at tensile strength. Ang kaibahan ay ang PE-E ay may napakababang melt flow index, na hindi nakakatugon sa mga kinakailangan sa pag-level ng coating.

Talahanayan 3 Mga Katangian ng Iba't Ibang Uri ng Polyethylene

3.2 Pagpili at Pag-optimize ng Polyethylene

Ang melt flow rate (MFR) ng polyethylene ay isang indicator na sumasalamin sa fluidity ng polyethylene sa hot-melt state, at ito sa isang tiyak na lawak ay kumakatawan sa leveling effect ng polyethylene coating. Sa pangkalahatan, kung mas mataas ang halaga ng MFR, mas mahusay ang epekto ng leveling ng coating. Gayunpaman, kung mas mataas ang halaga ng MFR, mas mababa ang relatibong molekular na masa ng polyethylene, at mas malala ang mga mekanikal na katangian nito. Samakatuwid, madalas na mahirap matugunan ang mga kinakailangan ng parehong pagkalikido at mekanikal na mga katangian sa parehong oras, na kung saan ay napatunayan din ng mga resulta ng pagsubok na ipinapakita sa Talahanayan 3. Kung ang polyethylene na may iba't ibang mga katangian ay halo-halong at ginamit nang sama-sama upang gawin ang pinaghalong may parehong mahusay na pagkalikido at mekanikal na mga katangian, theoretically, polyethylene powder coatings na may komprehensibong mga katangian na nakakatugon sa mga kinakailangan ay maaaring ihanda.

Talahanayan 4 Iba't ibang Blending Scheme

 Makikita mula sa Talahanayan 3 na ang PE-A at PE-B ay may mataas na rate ng daloy ng pagkatunaw, ngunit ang PE-B ay may mas mataas na katigasan, kaya ang PE-B ay maaaring gamitin bilang materyal ng matrix upang mapabuti ang pagkalikido ng pinaghalong; Ang PE-D at PE-E ay may magandang mekanikal na katangian at maaaring magamit bilang mga materyales ng matrix upang mapabuti ang mga mekanikal na katangian ng pinaghalong. Gayunpaman, ang PE-E ay may mababang rate ng daloy ng pagkatunaw, kaya hindi ito angkop bilang isang materyal na matrix. Para sa polyethylene na may malaking average na kamag-anak na molecular mass, tulad ng PE-E, ang chain entanglement density ay mataas at ang flow rate ay mababa. Gayunpaman, kapag ito ay sumasailalim sa mga panlabas na pag-load, ang mekanismo ng ani nito ay pangunahing paggugupit na pagpapapangit, at ang halatang molekular na daloy ay hindi madaling mangyari, kaya ito ay may mataas na lakas at tibay [6]. Samakatuwid, ang PE-B at PE-D ay pinaghalo sa iba't ibang sukat upang maghanda ng pinaghalo na binagong polyethylene. Kasabay nito, upang mapabuti ang puwersa ng pagbubuklod sa pagitan ng polyethylene powder coating at substrate ng kahon ng baterya, dapat magdagdag ng naaangkop na dami ng polyethylene adhesive (MAH-g-PE). Ang polyethylene adhesive ay isang binder na inihanda sa pamamagitan ng paghugpong ng maleic anhydride sa polyethylene. Sa konklusyon, 6 na magkakaibang blending scheme ang idinisenyo, tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 4.

3.3 Pagsusuri ng Pagganap ng Mga Polyethylene Powder Coating

Sa batayan ng Talahanayan 1, ayon sa mga blending scheme sa Talahanayan 4, ang mga hilaw na materyales ay pinaghalo, pinalabas, at dinurog upang maghanda ng polyethylene powder coatings. Ang bilis ng daloy ng pagkatunaw, mga katangian ng makunat, paglaban sa pag-crack ng stress, at resistensya ng acid ng mga powder coatings ay nasubok alinsunod sa mga pambansang pamantayan. Ang mga resulta ay ipinapakita sa Talahanayan 5.

Talahanayan 5 Mga Resulta ng Pagsusulit sa Pagganap ng Iba't Ibang Blending Scheme

Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 5, ang natutunaw na rate ng daloy ng halo ay mabilis na bumababa sa pagtaas ng proporsyon ng PE-D. Ito ay higit sa lahat dahil kapag ang PE-B (na may mababang relatibong molecular mass) ay hinaluan ng PE-D (na may mataas na relatibong molekular na masa) at natutunaw-pinalabas ng isang extruder, ang mahahabang molecular chain ay bumabalot sa maikling molecular chain, na nagreresulta sa isang mabilis na pagbaba sa rate ng daloy ng pagkatunaw. Samakatuwid, ang pagdaragdag ng halaga ng polyethylene na may mababang pagkalikido ay may malaking impluwensya sa pagkalikido ng pinaghalong, at ang espesyal na pagsasaalang-alang ay dapat ibigay sa halaga ng karagdagan nito kapag nagdidisenyo ng formula ng pinaghalong polyethylene powder coatings. Mula sa ibang pananaw, ang pagkalikido ng PE-D (polyethylene na may mababang pagkalikido) ay maaari ding makabuluhang mapabuti pagkatapos ihalo sa PE-B (polyethylene na may medyo mataas na pagkalikido). Ito ay dahil ang polyethylene na may maiikling molekular na kadena ay maaaring maipasok nang makapal sa polyethylene na may mahabang molekular na kadena, na nagiging sanhi ng pagbuo nito ng isang layered na istraktura, at sa gayon ay nagpapahina sa pagkakasalubong ng molecular chain. Ang mga modifier ng daloy para sa high-relative molecular mass polyethylene ay karaniwang ginagamit ang prinsipyong ito upang mapabuti ang pagkalikido ng polyethylene [7].

Matatagpuan din mula sa Talahanayan 5 na ang lakas ng makunat at pagpahaba sa break ng pinaghalong polyethylene powder coatings ay unti-unting tumataas sa pagtaas ng dami ng karagdagan ng PE-D, na nagpapahiwatig na ang compatibility sa pagitan ng dalawang magkaibang uri ng polyethylene ay mabuti. Ito ay higit sa lahat dahil ang mga halaga ng enthalpy at entropy ng PE-B at PE-D ay magkatulad, kaya karaniwang walang pagbabago sa libreng enerhiya ng pinaghalong, at ang pagiging tugma sa pagitan ng dalawang uri ng polyethylene ay mataas. Kung ikukumpara sa Scheme 1, ang Scheme 6 ay may makabuluhang pagtaas sa lakas, ang pagpahaba sa break ay nadagdagan ng 2 beses, at ang coating toughness ay makabuluhang napabuti. Bagama't ang lakas at tibay ng patong ay makabuluhang napabuti sa pagtaas ng halaga ng pagdaragdag ng PE-D, ang rate ng pagpapabuti ay mas mababa kaysa sa rate ng pagbaba ng rate ng daloy ng natunaw. Ito ay dahil ang pagsasama ng PE-B ay binabawasan ang molecular chain entanglement density ng PE-D, na ginagawang mas malamang na mangyari ang daloy ng molecular chain sa panahon ng proseso ng pag-stretch, habang ang epekto ng paggugupit ay humina.

Para sa polyethylene coating na inilapat sa ibabaw ng kahon ng baterya, ang pagpapalabas ng stress na dulot ng pagkahilig ng panloob na istraktura upang maging matatag at ang konsentrasyon ng stress na nabuo sa mga sulok na lugar ay maaaring magdulot ng pag-crack ng coating. Samakatuwid, ang stress cracking resistance ay isang mahalagang pamantayan upang masukat ang buhay ng serbisyo ng coating. Makikita mula sa mga resulta ng pagsubok sa stress sa kapaligiran sa Talahanayan 5 na ang stress cracking resistance ng polyethylene powder coating ay pare-pareho sa katigasan nito, iyon ay, mas mataas ang coating toughness, mas mahusay ang stress cracking resistance. Maaaring makabuluhang mapabuti ng PE-D ang stress cracking resistance ng mixed polyethylene powder coating.

Ang polyethylene powder coating para sa mga kahon ng baterya ay patuloy na kinakalawang ng acid ng baterya, kaya dapat itong magkaroon ng mahusay na anti-corrosion na pagganap. Makikita mula sa mga resulta ng pagsubok sa acid resistance sa Talahanayan 5 na pagkatapos na malubog ang polyethylene powder coating na inihanda ng Scheme 1 sa acid solution, walang mga bula o dissolution, ngunit ang matinding pamamaga ay nangyayari, at ang coating adhesion grade ay 5 lamang; kumpara sa Scheme 1, ang coating na inihanda ng Scheme 2 ay medyo mas mababa ang pamamaga pagkatapos na corroded ng acid solution, at ang adhesion ay umabot sa grade 3; ang polyethylene coatings na inihanda ng iba pang mga scheme ay walang halatang corrosion phenomenon, at ang coating adhesion ay maaaring umabot sa itaas ng grade 1. Metallocene PE-D mismo ay may mahusay na chemical resistance, kaya sa unti-unting pagtaas ng halaga ng karagdagan nito, ang anti-corrosion performance ng coating ay unti-unting pinahusay.

Sa pamamagitan ng mga pagsubok sa pagganap ng mga polyethylene powder coatings na may iba't ibang mga formula na idinisenyo sa itaas, ang mga resulta ay nagpapakita na ang polyethylene powder coatings na inihanda ng Scheme 3 at Scheme 4 ay hindi lamang may mataas na pagkalikido, ngunit mayroon ding mahusay na mekanikal na mga katangian at anti-corrosion na pagganap, na maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa pagganap ng mga powder coatings para sa mga kahon ng baterya. Sa pangkalahatan, mas mataas ang rate ng pagtunaw ng daloy ng polyethylene powder coatings, mas mahusay ang pagganap ng leveling at mas makinis ang ibabaw ng coating. Kapag ang natutunaw na rate ng daloy ng mga karaniwang ginagamit na polyethylene powder coatings ay mas mataas sa 10 g/(10 min), maaari nitong matugunan ang mas mataas na mga kinakailangan sa leveling. Gayunpaman, ang mga rate ng pagkatunaw ng daloy ng Scheme 5 at Scheme 6 ay mas mababa sa 10 g/(10 min), kaya hindi nila matugunan ang mga kinakailangan sa leveling. Bagama't ang Scheme 1 ay may relatibong mataas na rate ng daloy ng pagkatunaw, ang lakas at tibay nito ay mahina, at nabigo ito sa pagsubok sa paglaban sa acid; Ang Scheme 2 ay walang malinaw na pagpapabuti sa mga mekanikal na katangian, at ang adhesion ay bumababa pagkatapos ng acid immersion, kaya maaari itong ilapat sa mga sitwasyon kung saan kinakailangan ang mataas na coating na hitsura, ngunit ang mga mababang mekanikal na katangian at anti-corrosion na mga kinakailangan sa pagganap ay kinakailangan.

4 konklusyon

Sa pag-aaral na ito, sa pamamagitan ng paghahalo at paggamit ng polyethylene na may iba't ibang mga katangian, ang iba't ibang blending modified polyethylene powder coating scheme ay dinisenyo, at ang pagganap ng iba't ibang mga scheme ay nasubok. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang polyethylene powder coatings na idinisenyo ayon sa Scheme 3 at Scheme 4 ay hindi lamang matugunan ang mga kinakailangan sa leveling sa ibabaw ng proteksiyon na patong ng kahon ng baterya, ngunit mayroon ding magandang mekanikal na katangian at pagganap ng anti-corrosion. Ang mga resulta ng pananaliksik ay may mahalagang papel sa proteksyon laban sa kaagnasan ng mga kahon ng baterya, at ang mga ideya sa pananaliksik ay may mahalagang patnubay na kahalagahan para sa disenyo ng pagbabago ng mga polyethylene powder coatings.

Mga sanggunian

[1] Ji Y. Ang domestic powder coating market ay mabilis na lumalaki [J]. Building Materials Industry Information, 2003(10): 17.

[2] Li Z R. Maikling pagsusuri ng suliranin at mga hakbang sa pag-unlad ng bagong sasakyan sa enerhiya [J]. Daigdig ng Sasakyan, 2020(4): 1.

[3] Lu J Q. Anti-corrosion na teknolohiya ng mga pang-industriyang kahon ng baterya [J]. Teknolohiya ng Paggawa ng Barko, 2001(4): 27-28.

[4] Yu GL, Wang ZH, Wang XK, et al. Pinakabagong pag-unlad ng pananaliksik ng mga bagong coatings [J]. Patong at Proteksyon, 2019, 40(10): 49-52.

[5] Liu CQ, Cai Y M. Pananaliksik sa mataas na kalidad na polyethylene powder coatings [J]. Teknolohiya ng Patong, 1993(2): 4-7.

[6] Liao HY, Tao G L. Lakas ng epekto at rate ng daloy ng pagkatunaw ng high-density polyethylene blends [J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2013, 29(7): 72-75, 79.

[7] Wang S, Wang QZ, Chen Y, et al. Pag-unlad ng pananaliksik sa pagbabago ng pagkalikido ng mga ultra-high molecular weight polyethylene carriers [J]. Application ng Engineering Plastics, 2014(10): 113-117.

Kaugnay na Post:

Thermoplastic Powder para sa Mga Kahon ng Baterya