密封設計的本質(zhì)是力學與材料的精準博弈——壓縮量每偏差5%，IP67失效風險激增300%。

發(fā)泡硅膠在殼體密封中的應用

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

1 范圍

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

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

2 規(guī)范性應用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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)損耗角正切值的測定方法

GB/T 1692-2008 硫化橡膠絕緣電阻率的測定

GB/T 7757-2009 硫化橡膠或熱塑性橡膠壓縮應力應變性能的測定

GB/T 7759.1-2015硫化橡膠或熱塑性橡膠壓縮永久變形的測定

ASTM D1056 彈性泡沫材料—海綿橡膠和發(fā)泡橡膠的標準規(guī)范

ASTM D746 塑料和彈性體的受沖擊脆化溫度的標準測試方法

GB/T 2423.22 環(huán)境試驗 第2部分：實驗方法

GB/T 528硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定

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荷沖擊疲勞的測定

隨著新能源汽車對電池安全性要求日益嚴苛，箱體密封設計從“輔助環(huán)節(jié)”升級為“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)性梳理設計規(guī)范與驗證方法，為工程師提供可直接落地的技術指南。

發(fā)泡硅膠的開孔結構說明：

開孔結構

對于開孔結構發(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,為了達到防水的目的,開孔結構的發(fā)泡硅膠不能用于殼體密封。

混合孔結構

前面提到,使用混合孔結構的發(fā)泡硅膠對電池包殼體密封時,可通過壓縮和增加密封條的寬度達到IPX7或IPX8防水等級的作用,但根據(jù)部分客戶的組裝測試反饋,實際應用中會有以下問題:電池包在潮濕環(huán)境中工作一段時間后,液冷板下方會有液態(tài)水出現(xiàn)。

閉孔結構

由于閉孔結構的發(fā)泡硅膠力學強度高,在壓縮用于殼體密封時會有以下情況:

① 若為了保持泡孔結構不被壓破,降低發(fā)泡硅膠的壓縮量,由于應力松弛的作用,發(fā)泡硅膠作用于殼體的反彈力會隨時間而減小,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、范圍與術語定義

適用范圍

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

• 結構場景：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：滿足IP68（初始）及IP67（壽命終止），防塵、防水、防潮三位一體。

關鍵術語

術語定義計算公式

密封條初始厚度（T?）

自由狀態(tài)下密封條的厚度

實測值

有效壓縮量（ΔTe）

實現(xiàn)密封的最小壓縮量（閉孔硅膠≥15%）

ΔTe = T? × ΔTe%

實際壓縮率（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、設計規(guī)范：發(fā)泡硅膠的設計要點閉孔率＞90%是防潮基礎

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

• 壓縮永久變形≤5%（ASTM D1056）

• 阻燃等級UL94 V-0

• 使用溫度-40℃~150℃。

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

• 關鍵參數(shù)

結構設計：壓縮率與公差協(xié)同控制

• 間距≤100mm（超距需CAE驗證變形量）

• 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
• 間隙設計

  （CTB車身電池一體化場景）：

  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：微米級精度決定密封成敗

參數(shù)控制標準失效后果

法蘭平面度

≤0.5mm/1000mm

ΔTd%超標，螺栓間泄漏

表面粗糙度（R）

Ra≤3.2μm（機加工面）

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

可維修性設計

• 反復拆裝≥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）。

防潮設計：閉孔硅膠的雙重屏障機制

典型案例：電池包在液冷板溫差20℃時，混合孔泡棉因水汽凝結導致內(nèi)部積水，閉孔結構可規(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

  ：閉孔結構阻斷氣體通路，杜絕毛細管效應。

三、DV測試大綱：四維穿透性驗證

基于ISO 16750、GB 4208等標準，制定三級測試體系

現(xiàn)實發(fā)泡硅膠產(chǎn)業(yè),由于原料和工藝的問題,閉孔結構的產(chǎn)品或硬度太高,或泡壁彈性差,或阻燃等級不夠,為了阻止空氣對流,避免外界水氣進入電池包內(nèi)部,實現(xiàn)閉孔發(fā)泡硅膠的長期防潮密封,材料生產(chǎn)設計時,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%,或更高壓縮量時保證泡孔不被壓破

- 發(fā)泡硅膠的彈性好,應力松弛小

- 發(fā)泡硅膠環(huán)境測試性能損失小,壽命>10年

- 發(fā)泡硅膠阻燃等級為UL94 V-0

表：發(fā)泡硅膠密封DV測試大綱

測試類別測試項目條件判定標準密封性能

常溫IPX7

1m水深浸泡30min

內(nèi)部無水漬

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

密封界面無腐蝕穿孔

機械可靠性

振動測試

20-2000Hz隨機振動, 50h

氣密泄漏量≤5Pa/min

螺栓拆裝壽命

5次拆裝+扭矩復緊

IPX7仍達標

極端防護

冷熱沖擊

-45℃（30min）?80℃（30min）, 50次

無開裂、硬化

阻燃測試

垂直燃燒（UL94）

自熄時間≤10s

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

以下為某規(guī)格型號下泡棉典型值：

四、失效預防：密封設計的“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. 結構塌陷

• 現(xiàn)象

  高寬比＞1:2時泡棉側傾（圖）。

• 解決

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

3. 熱膨脹失控

• 案例：低溫收縮導致ΔTf%降至8% → 冷啟動泄漏。

• 對策：ΔTf%設計值需預留5%溫變余量。

設計箴言

• 閉孔率＞90%是防潮的起點，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達標率提高20%。

附：典型硅膠泡棉參數(shù)速查表

參數(shù)

羅杰斯HT800

Z-Foam800

測試標準

密度 (kg/m3)

280±10

320±15

ASTM D1056

抗拉強度 (kPa)

≥220

310

ASTM D412

閉孔率

92%

95%

顯微鏡切片

長期壓縮率保持率

88%(1000h老化)

91%(1000h老化)

ASTM D395

參考文獻

1. 《動力電池箱體密封設計規(guī)范》AEC-Q200/UL94

2. CTB密封結構研究（上汽通用五菱）

3. 閉孔發(fā)泡硅膠防潮機制（東莞廣邁）

4. Z-Foam800硅膠泡棉技術手冊（兆科）

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