一種適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料及其製備方法與流程

2024-02-29 19:18:15

本發明屬於高分子功能複合材料領域，具體涉及一種適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料及其製備方法。
背景技術：
：電動汽車具有零排放、能源利用率高、低噪音等特點，得到國家政策的大力扶持，發展迅速。但是，目前電動汽車充電基礎設施並不完善，限制了充電汽車的普及。充電槍作為電動汽車充電基礎設施至關重要的一環，由於其使用環境的特殊性、差異性對其使用材料提出近乎苛刻的要求：良好的機械性使其耐摔和耐碾壓；優異的耐低溫性以滿足不同氣候條件下的使用要求；優異的阻燃性和電氣性能以滿足用電安全要求；良好的耐候和耐老化保證長期穩定性；易著色性滿足外觀需求。聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷嵌段共聚物本身具有良好的機械性能和電氣性能，同時由於在聚碳酸酯中引入聚二甲基矽氧烷鏈段，低溫衝擊強度高。此外，聚二甲基矽氧烷燃燒時能促進PC成炭，與添加型阻燃劑有良好的協同阻燃效果，能有效減少阻燃劑的用量。但是聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷嵌段共聚物單獨使用時，阻燃及耐寒性均達不到充電樁充電槍的使用要求，仍需進行阻燃和增韌改性。目前聚碳酸酯常用的阻燃劑主要分為溴系、有機磷系、矽系等。溴系阻燃劑因其對環境造成汙染而逐漸被限制使用；磷系阻燃劑添加量大，多數分解溫度比較低，易腐蝕模具；有機矽類阻燃劑被認為是一類高效、無毒、低煙、環境友好性阻燃劑，但成本較高。聚碳酸酯常用的增韌劑有：馬來酸酐接技聚烯烴類、丙烯酸酯類、甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯類和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯類。這幾類增韌劑雖能顯著提高PC材料常溫衝擊性能，但普遍存在添加量大，低溫衝擊不足等缺點。技術實現要素：為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在於提供一種適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料，該材料不僅具有良好的機械性能和電氣性能，滿足充電樁充電槍PC各種加工要求和物理性能要求，還具有優異的耐低溫性、阻燃性、耐候性、耐老化及著色性能。本發明的另一目的在於提供上述適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料的製備方法。該方法選用聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷為主體，同時添加無滷阻燃劑、增韌劑、抗滴落劑、抗氧劑、潤滑劑和耐候劑，可使聚碳酸酯材料加工成高性能充電樁充電槍外殼。本發明目的通過以下技術方案實現：一種適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料，其組成按重量配比(％)計為：優選的，所述聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷是指聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷嵌段共聚物，相對分子量17000～30000g/mol，其熔融指數為10～20g/10min，玻璃化溫度為140℃～150℃。優選的，所述無滷阻燃劑為：2,4,5-三氯苯磺酸鈉、苯磺酞基苯磺酸鉀、全氟丁基磺酸鉀中至少一種。優選的，所述增韌劑為有機矽-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物。優選的，所述抗滴落劑為聚四氟乙烯。優選的，所述主抗氧劑和輔抗氧劑均為：三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯、季戊四醇類十二硫代丙酯和雙(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯中的至少一種；所述輔抗氧劑最優選為三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯，所述主抗氧劑最優選為3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯。優選的，所述潤滑劑為季戊四醇硬脂酸脂、乙撐雙脂肪酸醯胺和二硬脂酸乙烯胺中的至少一種。優選的，所述耐候劑為2-(2'-羥基-3',5'-二枯基苯基)-苯並三唑、2-(2-羥基-5-辛苯基)-苯並三唑、2-(2'-羥基-5'-甲基苯基)苯並三唑、2,2'-(1,4-亞苯基)雙(4H-3,1-苯並噁嗪-4-酮)、3,5-二叔丁基-4-羥基-苯甲酸十六烷基酯和2-[4,6-雙(2,4-二甲苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚中的至少一種。所述耐候劑最優選為2-(2'-羥基-3',5'-二枯基苯基)-苯並三唑。上述適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料的製備方法，包括如下步驟：按比例稱取原材料，混合均勻後加入到雙螺杆擠出機加料鬥中，經熔融擠出、水冷、風刀冷卻乾燥、造粒和均化，即得到所述適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料；加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度215～225℃，二區溫度255～265℃，三區溫度255～265℃，四區溫度255～265℃，五區溫度245～255℃，六區溫度235～245℃，七區溫度225～235℃，八區溫度225～235℃，機頭溫度255～265℃；螺杆轉速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷卻水溫：40～60℃，烘乾時間2～4h，烘乾溫度：70～120℃。與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：(1)以聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷嵌段共聚物為基體樹脂，由於引入聚二甲基矽氧烷鏈段，耐寒性好，同時燃燒時能促進PC成炭，協同阻燃效果好，只需添加少量阻燃劑；(2)採用新型磺酸鹽類阻燃劑，其添加量少，阻燃效率高，對材料機械性能尤其是低溫衝擊性能影響小。磺酸鹽類阻燃劑為反應型阻燃劑，與傳統的氣相及凝聚相阻燃機理不同，磺酸鹽能使PC分子鏈重排，促進PC分子鏈交聯，加快PC的成炭速率，從而實現阻燃性能的改善。(3)採用具有核殼結構的有機矽-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯為增韌劑，該增韌劑以有機矽/丙烯酸酯為核，甲基丙烯酸甲酯為殼。當受到外界衝擊時，有機矽/丙烯酸酯橡膠相能吸收大量衝擊能，而含有大量的酯基的甲基丙烯酸甲酯殼則保證了其在PC基體材料中有良好的分散性和相容性，起應力傳遞的橋梁作用。此外，與傳統增韌劑相比，引入有機矽組分，在低溫環境下能保持優異的衝擊性能，同時具有良好的耐候性。本發明針對市場需求，在原材料和助劑的選擇、加工工藝等方面進行改革創新，製備的適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料具良好的機械性能和電氣性能、阻燃、耐低溫、耐候、耐老化及易著色等特點，能滿足充電樁充電槍使用環境的特殊性、差異性，保證電氣使用安全。同時，材料的製備方法簡單易行，實用性強，可廣泛用於工業化生產。具體實施方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。本發明提供適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料及其製備方法，其組成按重量配比(％)計由如下組分構成：聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷92～94％，阻燃劑0.1～0.12％，增韌劑4～6％，抗滴落劑0.5～0.6％，主抗氧劑0.1～0.2％，輔抗氧劑0.3～0.4％，潤滑劑0.4～0.5％，耐候劑0.3～0.5％。本發明實施例和對比例中用到的原料如下：聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷：3020PJ，韓國三養(Samyang)公司；聚碳酸酯：SC-1100R，韓國三星(Samsung)公司；阻燃劑：F531(2,4,5-三氯苯磺酸鈉)，美國Arichem公司；KSS-FR(磺酞基苯磺酸鉀)，美國Arichem公司；FR2025(全氟丁基磺酸鉀)，美國3M公司；增韌劑：S-2001(有機矽-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯)，日本三菱(Mitsubishi)公司；EXL2620(丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物)，美國羅門哈斯(Rohm&Haas)公司；抗滴落劑：SN3306(聚四氟乙烯)，廣州熵能創新材料股份有限公司；主抗氧劑：1076(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯)，瑞士汽巴(Ciba)公司；輔抗氧劑：168(三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯)，瑞士汽巴(Ciba)公司；潤滑劑：PETS(季戊四醇硬脂酸脂)，美國龍沙(Lonza)公司；耐候劑：234(2-(2'-羥基-3',5'-二枯基苯基)-苯並三唑)，德國巴斯夫(BASF)公司。在本發明中，按比例稱取原材料，混合均勻後加入到雙螺杆擠出機加料鬥中，經熔融擠出、水冷、風刀冷卻乾燥、造粒和均化，即得到權力要求書所述材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度215～225℃，二區溫度255～265℃，三區溫度255～265℃，四區溫度255～265℃，五區溫度245～255℃，六區溫度235～245℃，七區溫度225～235℃，八區溫度225～235℃，機頭溫度255～265℃。螺杆轉速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷卻水溫：40～60℃，烘乾時間2～4h，烘乾溫度：70～120℃。實施例1按表1稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。實施例2按表1稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。實施例3按表1稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。實施例4表1稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。對比例1按表3稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。對比例2按表3稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。對比例3按表3稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。對比例4按表4稱取原材料投入高速混合機中，在室溫狀態下高低速混合4min。將混合好的物料加入雙螺杆擠出機料鬥，經熔融共混，擠出造粒得到複合材料。加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220℃，二區溫度260℃，三區溫度260℃，四區溫度260℃，五區溫度250℃，六區溫度240℃，七區溫度230℃，八區溫度230℃，機頭溫度260℃。螺杆轉速400r/min，真空度：600mmHg，冷卻水溫：50℃，烘乾時間2h，烘乾溫度：100℃。性能測試：屈服強度和斷裂伸長率按GB/T1040.2-2006中的規定進行測試，試驗速度為50mm/min；缺口衝擊強度和-40℃低溫缺口衝擊按GB/T1843-2008中的規定進行測試，缺口類型為A型；HDT按GB/T1634.2-2004中的規定進行測試，負荷0.45MPa；阻燃性按GB/T2408-2008的規定進行，試驗方法為B，試樣厚度1.6mm；老化試驗性能保持率按GB/T16422.3-2014中的規定進行測試，測試方法為A，測試條件如標準循環序號1所示，試驗時間500h後測拉伸強度、彎曲強度、衝擊強度保持率；表1適用於充表1電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料的組成組分實施例1(wt％)實施例2(wt％)實施例3(wt％)實施例4(wt％)3020PJ94949492F5310.1000KSS-FR00.1200FR2025000.10.1S-20014446SN33060.60.60.60.510760.20.10.10.11680.30.380.30.4PETS0.50.50.50.42340.30.30.40.5表2適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料測試性能表3對比例PC材料的組成組分對比例1(wt％)對比例2(wt％)對比例3(wt％)對比例4(wt％)3020PJ0959892SC-1100R94000F5310.14000KSS-FR0000FR2025000.10.1S-20014400EXL26200006SN33060.600.60.510760.160.20.10.11680.30.30.30.4PETS0.50.50.50.42340.300.40.5表4對比例PC材料測試性能項目單位對比例1對比例2對比例3對比例3屈服強度MPa60616658斷裂伸長率％180225188200缺口衝擊KJ/m255744864-40℃低溫缺口衝擊KJ/m232613740阻燃性/1.6mmV01.6mmV21.6mmV01.6mmV0老化試驗性能保持率％≥70≤70≥70≤70對比例1與實施1例比較可見，由於聚二甲基矽氧烷的引入，增加了PC分子鏈的柔順性，常溫衝擊及低溫衝擊均優於普通聚碳酸酯。此外，聚二甲基矽氧烷能促進PC成碳，起協同阻燃效果，因此阻燃劑的添加量也更少。對比例2與實施例2比較可見，聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷阻燃性較差，添加少量磺酸鹽類阻燃劑可明顯改善其阻燃性能，通過1.6mmV0的阻燃測試，同時其它性能特別是低溫衝擊性能基本不受影響。對比例3與實施例3比較可見，聚碳酸酯聚二甲基矽氧烷本身具有優異的抗衝擊性能，添加有機矽-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯改性後，衝擊性能特別是低溫衝擊性能得到進一步提升。對比例4與實施例4比較可見，有機矽-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯增韌改性效果優於PC常用的MBS類(EXL2620丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物)增韌劑，耐寒性能優異。同時，由於EXL2620中的丁二烯橡膠相含有不飽和雙鍵，導致材料的耐候性變差。以上對本發明所提供的一種適用於充電樁充電槍的無滷阻燃耐寒PC材料及其製備方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上進行修改或者等同替換，而不脫離發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp