密封設(shè)計(jì)的本質(zhì)是力學(xué)與材料的精準(zhǔn)博弈——壓縮量每偏差5%，IP67失效風(fēng)險(xiǎn)激增300%。

發(fā)泡硅膠在殼體密封中的應(yīng)用

發(fā)泡硅膠根據(jù)泡孔結(jié)構(gòu)可分為開孔結(jié)構(gòu)、混合孔結(jié)構(gòu)和閉孔結(jié)構(gòu),發(fā)泡硅膠用于電池包殼體密封時(shí)都是處于壓縮狀態(tài),以便達(dá)到良好的密封效果。

1 范圍

本規(guī)范規(guī)定了動(dòng)力電池箱體密封件（箱蓋與下箱體之間密封作用）泡棉類的設(shè)計(jì)方法等。

本規(guī)范適用于XXXX公司動(dòng)力電池系統(tǒng)電池箱體密封件泡棉。

2 規(guī)范性應(yīng)用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T 2408-2008 塑料 燃燒性能的測(cè)定 水平法和垂直法

GB/T 1693 硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)定方法

GB/T 1692-2008 硫化橡膠絕緣電阻率的測(cè)定

GB/T 7757-2009 硫化橡膠或熱塑性橡膠壓縮應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定

GB/T 7759.1-2015硫化橡膠或熱塑性橡膠壓縮永久變形的測(cè)定

ASTM D1056 彈性泡沫材料—海綿橡膠和發(fā)泡橡膠的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

ASTM D746 塑料和彈性體的受沖擊脆化溫度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法

GB/T 2423.22 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：實(shí)驗(yàn)方法

GB/T 528硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定

GB/T 30512-2014 汽車禁用物質(zhì)要求

GB/T 18941-2003 高聚物多孔彈性材料定負(fù)荷沖擊疲勞的測(cè)定

隨著新能源汽車對(duì)電池安全性要求日益嚴(yán)苛，箱體密封設(shè)計(jì)從“輔助環(huán)節(jié)”升級(jí)為“核心安全工程”。

以泡棉類密封（特別是發(fā)泡硅膠）為核心，系統(tǒng)性梳理設(shè)計(jì)規(guī)范與驗(yàn)證方法，為工程師提供可直接落地的技術(shù)指南。

發(fā)泡硅膠的開孔結(jié)構(gòu)說(shuō)明：

開孔結(jié)構(gòu)

對(duì)于開孔結(jié)構(gòu)發(fā)泡硅膠,由于泡孔間相互連通,即使加大使用的壓縮量,也無(wú)法將泡孔間形成的通路完全封閉,不能起到防水的作用。因此,為了達(dá)到防水的目的,開孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡硅膠不能用于殼體密封。

混合孔結(jié)構(gòu)

前面提到,使用混合孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡硅膠對(duì)電池包殼體密封時(shí),可通過(guò)壓縮和增加密封條的寬度達(dá)到IPX7或IPX8防水等級(jí)的作用,但根據(jù)部分客戶的組裝測(cè)試反饋,實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有以下問題:電池包在潮濕環(huán)境中工作一段時(shí)間后,液冷板下方會(huì)有液態(tài)水出現(xiàn)。

閉孔結(jié)構(gòu)

由于閉孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡硅膠力學(xué)強(qiáng)度高,在壓縮用于殼體密封時(shí)會(huì)有以下情況:

① 若為了保持泡孔結(jié)構(gòu)不被壓破,降低發(fā)泡硅膠的壓縮量,由于應(yīng)力松弛的作用,發(fā)泡硅膠作用于殼體的反彈力會(huì)隨時(shí)間而減小,容易造成界面漏水;

② 若為了增加作用于殼體的反彈力,而增加發(fā)泡硅膠的壓縮量,一方面會(huì)增加破孔率,使防水性下降,另一方面反彈力的增加,易造成殼體變形。

3、范圍與術(shù)語(yǔ)定義

適用范圍

• 材料類型：閉孔發(fā)泡硅膠（如羅杰斯HT800、Z-Foam800系列）。

• 結(jié)構(gòu)場(chǎng)景：方形/圓柱/軟包電池箱體法蘭密封、CTB車身電池一體化密封面。

• 性能目標(biāo)：滿足IP68（初始）及IP67（壽命終止），防塵、防水、防潮三位一體。

關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)

術(shù)語(yǔ)定義計(jì)算公式

密封條初始厚度（T?）

自由狀態(tài)下密封條的厚度

實(shí)測(cè)值

有效壓縮量（ΔTe）

實(shí)現(xiàn)密封的最小壓縮量（閉孔硅膠≥15%）

ΔTe = T? × ΔTe%

實(shí)際壓縮率（ΔTf%）

螺栓緊固后的壓縮率

ΔTf% = (T? - G - R)/T? ×100%

損失壓縮率（ΔTd%）

螺栓間隙處因法蘭變形導(dǎo)致的壓縮率損失

ΔTd% = (D + F)/T? ×100%

黃金不等式密封可靠性核心條件

：ΔTe% < ΔTf% - ΔTd% < ΔTr%

注：=密封面間隙，=表面粗糙度，=法蘭彎曲變形，=平面度公差。

二、設(shè)計(jì)規(guī)范：發(fā)泡硅膠的設(shè)計(jì)要點(diǎn)閉孔率＞90%是防潮基礎(chǔ)

推薦材料：羅杰斯HT800（壓縮率30%~60%）、Z-Foam800（導(dǎo)熱系數(shù)0.12W/mK，兼容熱管理需求）。

• 壓縮永久變形≤5%（ASTM D1056）

• 阻燃等級(jí)UL94 V-0

• 使用溫度-40℃~150℃。

• 泡孔結(jié)構(gòu)：開孔結(jié)構(gòu)（×防水）、混合孔（×防潮）、閉孔（√防潮防塵防水）。

• 關(guān)鍵參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：壓縮率與公差協(xié)同控制

• 間距≤100mm（超距需CAE驗(yàn)證變形量）

• 拼縫距螺栓孔≥5倍密封條厚度。

• 密封寬度

  接觸寬度≥6mm（窄邊易塌陷，高寬比需＜1:2）。

• 螺栓布置
• 間隙設(shè)計(jì)

  （CTB車身電池一體化場(chǎng)景）：

  理論間隙G ≥ (15%×B) + T （T為公差極值） 示例：硅膠泡棉厚度B=14mm → G≥7mm 

工藝要求：微米級(jí)精度決定密封成敗

參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)失效后果

法蘭平面度

≤0.5mm/1000mm

ΔTd%超標(biāo)，螺栓間泄漏

表面粗糙度（R）

Ra≤3.2μm（機(jī)加工面）

壓縮量損失＞0.1mm

法蘭剛度

螺栓緊固后總變形量＜1mm

密封反彈力不足

可維修性設(shè)計(jì)

• 反復(fù)拆裝≥5次（密封性能衰減≤10%）

• 禁用永久粘接膠（推薦可剝離硅膠泡棉）。

防潮設(shè)計(jì)：閉孔硅膠的雙重屏障機(jī)制

典型案例：電池包在液冷板溫差20℃時(shí)，混合孔泡棉因水汽凝結(jié)導(dǎo)致內(nèi)部積水，閉孔結(jié)構(gòu)可規(guī)避。

• 界面防潮

  ：壓縮反彈力增大接觸面摩擦力，填充微觀凹凸。

• 泡孔防潮

  ：閉孔結(jié)構(gòu)阻斷氣體通路，杜絕毛細(xì)管效應(yīng)。

三、DV測(cè)試大綱：四維穿透性驗(yàn)證

基于ISO 16750、GB 4208等標(biāo)準(zhǔn)，制定三級(jí)測(cè)試體系

現(xiàn)實(shí)發(fā)泡硅膠產(chǎn)業(yè),由于原料和工藝的問題,閉孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品或硬度太高,或泡壁彈性差,或阻燃等級(jí)不夠,為了阻止空氣對(duì)流,避免外界水氣進(jìn)入電池包內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)閉孔發(fā)泡硅膠的長(zhǎng)期防潮密封,材料生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí),其性能必須滿足以下要求:

- 發(fā)泡硅膠的閉孔率>90%;

- 發(fā)泡硅膠在壓縮30%,或更高壓縮量時(shí)保證泡孔不被壓破

- 發(fā)泡硅膠的彈性好,應(yīng)力松弛小

- 發(fā)泡硅膠環(huán)境測(cè)試性能損失小,壽命>10年

- 發(fā)泡硅膠阻燃等級(jí)為UL94 V-0

表：發(fā)泡硅膠密封DV測(cè)試大綱

測(cè)試類別測(cè)試項(xiàng)目條件判定標(biāo)準(zhǔn)密封性能

常溫IPX7

1m水深浸泡30min

內(nèi)部無(wú)水漬

高低溫循環(huán)密封性

-40℃?85℃, 100次循環(huán)

ΔTf%衰減≤3%

環(huán)境耐久

高溫高濕老化

85℃/85%RH, 1000h

壓縮永久變形≤10%

鹽霧腐蝕

5%NaCl, 600h

密封界面無(wú)腐蝕穿孔

機(jī)械可靠性

振動(dòng)測(cè)試

20-2000Hz隨機(jī)振動(dòng), 50h

氣密泄漏量≤5Pa/min

螺栓拆裝壽命

5次拆裝+扭矩復(fù)緊

IPX7仍達(dá)標(biāo)

極端防護(hù)

冷熱沖擊

-45℃（30min）?80℃（30min）, 50次

無(wú)開裂、硬化

阻燃測(cè)試

垂直燃燒（UL94）

自熄時(shí)間≤10s

測(cè)試工具創(chuàng)新：采用試水膏（Water Finding Paste）檢測(cè)微水汽滲透，變色即失效。

以下為某規(guī)格型號(hào)下泡棉典型值：

四、失效預(yù)防：密封設(shè)計(jì)的“雷區(qū)清單”

1. 壓縮率超限

• ΔTf%＜15%

  → 泄漏：增加T?或縮小螺栓間距。

• ΔTf%＞70%

  → 泡孔壓潰：減薄T?或增大密封槽深度。

2. 結(jié)構(gòu)塌陷

• 現(xiàn)象

  高寬比＞1:2時(shí)泡棉側(cè)傾（圖）。

• 解決

  優(yōu)化密封條截面（推薦矩形28mm×14mm）。高寬比失衡導(dǎo)致密封失效

3. 熱膨脹失控

• 案例：低溫收縮導(dǎo)致ΔTf%降至8% → 冷啟動(dòng)泄漏。

• 對(duì)策：ΔTf%設(shè)計(jì)值需預(yù)留5%溫變余量。

設(shè)計(jì)箴言

• 閉孔率＞90%是防潮的起點(diǎn)，壓縮率15%是密封的底線。

• 法蘭平面度每提升0.1mm，壽命終止IP67達(dá)標(biāo)率提高20%。

附：典型硅膠泡棉參數(shù)速查表

參數(shù)

羅杰斯HT800

Z-Foam800

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

密度 (kg/m3)

280±10

320±15

ASTM D1056

抗拉強(qiáng)度 (kPa)

≥220

310

ASTM D412

閉孔率

92%

95%

顯微鏡切片

長(zhǎng)期壓縮率保持率

88%(1000h老化)

91%(1000h老化)

ASTM D395

參考文獻(xiàn)

1. 《動(dòng)力電池箱體密封設(shè)計(jì)規(guī)范》AEC-Q200/UL94

2. CTB密封結(jié)構(gòu)研究（上汽通用五菱）

3. 閉孔發(fā)泡硅膠防潮機(jī)制（東莞廣邁）

4. Z-Foam800硅膠泡棉技術(shù)手冊(cè)（兆科）

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