一種鉛酸蓄電池高強度塑殼材料的製作方法

2023-09-22 05:26:45

本發明涉及一種鉛酸蓄電池塑殼材料，尤其是涉及一種鉛酸蓄電池高強度塑殼材料。

背景技術：

當今國際能源競爭日趨激烈，世界能源格局加快調整，在傳統能源清潔高效利用的基礎上，發展以再生能源和生物能源為主的清潔能源，推動經濟綠色增長，成為必由之路和共同選擇。中國政府在保持經濟高速發展的同時，也先後出臺了一系列綠色能源及新能源合理開發、利用、保護的政策、法規。而蓄電池作為一種新型綠色能源，因其本身安全可靠，性價比高，環境適應能力強等優點，被廣泛應用於各行各業。

對於蓄電池而言，作為用來盛放電解液和極群載體的鉛蓄電池殼則是重要組成部分。尤其是鉛蓄電池殼體的抗衝擊性、耐熱性、耐氧化性及電氣性等性能的優劣，直接影響到蓄電池性價比的高低。因此，如何提高鉛蓄電池槽的整體性能成為行業關注的焦點。近年來，隨著工程塑料的迅速發展，大多採用ABS樹脂材料作為鉛蓄電池殼體原材料較為普遍，但ABS阻燃性能較差，存在一定安全隱患，且ABS含有丁二烯成分，易受光氧作用的影響，引發分子鏈中雙鍵斷裂產生自由基並進一步降解，造成材料發黃、變脆，耐候性能差。

例如，授權公告號CN101235184B，授權公告日2010.08.18的中國專利公開了一種鉛酸蓄電池外殼專用阻燃ABS材料。它除ABS外，餘量主要由以下組分組成：阻燃劑、協效劑、阻燃助劑、增韌劑、相容劑組成。該阻燃ABS材料中的阻燃劑採用十溴二苯醚，協效劑採用三氧化二銻，成本高，且其中三氧化二銻不環保，且有致癌可能性，同時該ABS材料仍未解決ABS材料易變脆發黃的問題，同時該材料機械強度性能較差。

技術實現要素：

本發明是為了解決現有技術的鉛酸蓄電池塑殼所存在的上述問題，提供了一種配方合理，環保，成本低，阻燃、導熱及力學性能優異的鉛酸蓄電池高強度塑殼材。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

本發明的一種鉛酸蓄電池高強度塑殼材料，其由以下重量份的組分製成：40~50份ABS樹脂，20~30份PVC樹脂，5~10份表面改性竹纖維，5~10份改性氫氧化鋁，3~5份改性沸石粉，5~10份氯化聚乙烯，1~3份潤滑劑。本發明對塑殼材料的配方進行優化改進，在ABS樹脂中加入定量PVC樹脂，通過兩者材料協同作用，使得塑殼的耐候性得到大幅度提高，有效解決了殼體易變脆發黃的問題，並同時保持了鉛蓄電池殼體的衝擊強度和韌性達到國家標準規定；氫氧化鋁為一種廉價的阻燃劑，在阻燃材料中廣泛應用，但是其需要較大的添加量（通常需要20%以上）才具有阻燃作用，同時其與ABS樹脂、PVC樹脂兼容性差，且在材料中分散性差，本發明中採用改性氫氧化鋁作為阻燃劑，阻燃性能更為優異，熱穩定性良好，且分散性好，與材料體系間的界面結合性得到提高，採用改性沸石粉作為阻燃促進劑，改性沸石粉能有選擇的吸附、透過粒子，能夠有效提高改性氫氧化鋁的阻燃效率，採用改性氫氧化鋁和改性沸石粉作為阻燃體系，可大大減少改性氫氧化鋁的使用量，阻燃效果好；表面改性竹纖維與樹脂基體間有較好的相容性，可大大提高樹脂基體的力學性能和耐熱性。

作為優選，所述表面改性竹纖維通過以下步驟製得：將竹纖維加入氯磺酸中，加熱至80~100℃溶脹1~3h，冷卻，過濾，將過濾物用水洗至pH呈中性，真空乾燥，再加入浸潤劑中進行浸泡30~60min後於95~105℃下烘乾，即得表面改性竹纖維。氯磺酸能使竹纖維集束充分溶脹，使其分散，有利於改善其分散性，便於浸潤劑充分、均勻浸潤；浸潤劑可使得烘乾後的竹纖維表面能形成一層保護膜，避免材料在注塑成型時損傷，儘量保證竹纖維的保留長度，另外，經浸泡過的竹纖維表面粗糙度也變大，與樹脂之間形成較多的化學鍵，增加與樹脂之間的摩擦係數，從而使界面剪切強度增加，提高了韌性。

作為優選，所述浸潤劑由以下質量百分比的組分組成：40~50%聚四氟乙烯分散乳液，0.1~0.2%季銨鹽，0.3~0.5%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.1~0.3%矽烷偶聯劑KH-550，1~3%納米氮化矽，餘量為水。本發明中的浸潤劑是關鍵點，聚四氟乙烯分散乳液為主成膜劑，硬脂酸聚氧乙烯酯為輔成膜劑，季銨鹽為抗靜電劑，矽烷偶聯劑KH-550為分散、乳化劑，能使納米氮化矽均勻分散，納米氮化矽具有優異的散熱性能，可提高散熱性，並可附著於膜表面可增加竹纖維的比表面積，增加竹纖維與樹脂基體的接觸面積，提高兩者的結合強度，有利於提高塑殼力學性能，最重要的是塑殼受力時納米氮化矽粒子與基體之間產生微裂紋，可吸收外界能量，同時納米氮化矽起到應力集中點的作用，使納米氮化矽周圍樹脂發生大的塑性變形而吸收衝擊能，從而達到增韌的效果。

作為優選，所述改性氫氧化鋁通過以下方法製得：先將氫氧化鋁分散於水中配製成質量百分濃度5~10%的分散液，攪拌加熱至70~80℃後，將為氫氧化鋁質量10~15%的三聚氰胺加入分散液中加拌均勻，得反應液；再按三聚氰胺與甲醛物質的量比1：2~3，將甲醛溶液滴加至反應液中恆溫反應4~8h，將反應物過濾、洗滌、乾燥後，得改性氫氧化鋁。通過三聚氰胺與甲醛交聯可在氫氧化鋁表面形成一層薄膜，既能提高氫氧化鋁的熱穩定性，更能使氫氧化鋁與樹脂基體間的界面結合強度大大提高，且分散性能也更為優異。

作為優選，所述改性沸石粉通過以下方法製得：將沸石粉於300~500℃溫度下煅燒30~60min，冷卻後浸於質量濃度為5~10%的硝酸溶液中超聲處理30~40min，過濾後再將沸石粉置於改性劑中超聲處理30~60min，在70~80℃下烘乾即得改性沸石粉。

作為優選，所述改性劑由以下質量百分比的組分組成：3~5%聚氧化乙烯，0.1~0.5%矽烷偶聯劑KH-550，餘量為水。

作為優選，所述潤滑劑為乙撐雙硬脂醯胺、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅及聚乙烯蠟中的一種或多種。

因此，本發明具有如下有益效果：

（1）對塑殼材料的配方進行優化改進，在ABS樹脂中加入定量PVC樹脂，通過兩者材料協同作用，使得塑殼的耐候性得到大幅度提高，有效解決了殼體易變脆發黃的問題，並同時保持了鉛蓄電池殼體的衝擊強度和韌性達到國家標準規定；

（2）採用改性氫氧化鋁和改性沸石粉作為阻燃體系，可大大減少改性氫氧化鋁的使用量，阻燃效果好；

（3）通過浸潤劑對竹纖維改性以得到表面改性竹纖維，添加至材料中能大大提高材料衝擊、韌性等力學性能。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本發明做進一步的描述。

實施例1

一種鉛酸蓄電池高強度塑殼材料，由以下重量的組分製成：50KgABS樹脂，30KgPVC樹脂，10Kg表面改性竹纖維，10Kg改性氫氧化鋁，5Kg改性沸石粉， 10Kg氯化聚乙烯，3Kg潤滑劑（乙撐雙硬脂醯胺），其中：

表面改性竹纖維通過以下步驟製得：將竹纖維加入氯磺酸中，加熱至100℃溶脹3h，冷卻，過濾，將過濾物用水洗至pH呈中性，真空乾燥，再加入浸潤劑中進行浸泡60min後於105℃下烘乾，即得表面改性竹纖維，浸潤劑由以下質量百分比的組分組成：50%聚四氟乙烯分散乳液，0.2%季銨鹽，0.5%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.3%矽烷偶聯劑KH-550，3%納米氮化矽，餘量為水；

改性氫氧化鋁通過以下方法製得：先將氫氧化鋁分散於水中配製成質量百分濃度10%的分散液，攪拌加熱至80℃後，將為氫氧化鋁質量15%的三聚氰胺加入分散液中加拌均勻，得反應液；再按三聚氰胺與甲醛物質的量比1：3，將甲醛溶液滴加至反應液中恆溫反應8h，將反應物過濾、洗滌、乾燥後，得改性氫氧化鋁；

改性沸石粉通過以下方法製得：將沸石粉於500℃溫度下煅燒60min，冷卻後浸於質量濃度為10%的硝酸溶液中超聲處理40min，過濾後再將沸石粉置於改性劑中超聲處理60min，在80℃下烘乾即得改性沸石粉，改性劑由以下質量百分比的組分組成：5%聚氧化乙烯，0.5%矽烷偶聯劑KH-550，餘量為水。

實施例2

一種鉛酸蓄電池高強度塑殼材料，由以下重量的組分製成：45KgABS樹脂，25KgPVC樹脂，8Kg表面改性竹纖維，7Kg改性氫氧化鋁，4Kg改性沸石粉，8Kg氯化聚乙烯，2Kg潤滑劑（硬脂酸鎂），其中：

表面改性竹纖維通過以下步驟製得：將竹纖維加入氯磺酸中，加熱至90℃溶脹2h，冷卻，過濾，將過濾物用水洗至pH呈中性，真空乾燥，再加入浸潤劑中進行浸泡40min後於100℃下烘乾，即得表面改性竹纖維，浸潤劑由以下質量百分比的組分組成：45%聚四氟乙烯分散乳液，0.15%季銨鹽，0.4%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.2%矽烷偶聯劑KH-550，2%納米氮化矽，餘量為水；

改性氫氧化鋁通過以下方法製得：先將氫氧化鋁分散於水中配製成質量百分濃度7%的分散液，攪拌加熱至75℃後，將為氫氧化鋁質量12%的三聚氰胺加入分散液中加拌均勻，得反應液；再按三聚氰胺與甲醛物質的量比1：2.5，將甲醛溶液滴加至反應液中恆溫反應5h，將反應物過濾、洗滌、乾燥後，得改性氫氧化鋁；

改性沸石粉通過以下方法製得：將沸石粉於400℃溫度下煅燒50min，冷卻後浸於質量濃度為8%的硝酸溶液中超聲處理35min，過濾後再將沸石粉置於改性劑中超聲處理40min，在75℃下烘乾即得改性沸石粉，改性劑由以下質量百分比的組分組成：4%聚氧化乙烯，0.2%矽烷偶聯劑KH-550，餘量為水。。

實施例3

一種鉛酸蓄電池高強度塑殼材料，由以下重量的組分製成：40KgABS樹脂，20KgPVC樹脂，5Kg表面改性竹纖維，5Kg改性氫氧化鋁，3Kg改性沸石粉，5Kg氯化聚乙烯，1Kg潤滑劑（硬脂酸鋅與聚乙烯蠟按質量比1:2混合），其中：

表面改性竹纖維通過以下步驟製得：將竹纖維加入氯磺酸中，加熱至80℃溶脹1h，冷卻，過濾，將過濾物用水洗至pH呈中性，真空乾燥，再加入浸潤劑中進行浸泡30min後於95℃下烘乾，即得表面改性竹纖維，浸潤劑由以下質量百分比的組分組成：40%聚四氟乙烯分散乳液，0.1%季銨鹽，0.3%硬脂酸聚氧乙烯酯，0.1%矽烷偶聯劑KH-550，1%納米氮化矽，餘量為水。

改性氫氧化鋁通過以下方法製得：先將氫氧化鋁分散於水中配製成質量百分濃度5%的分散液，攪拌加熱至70℃後，將為氫氧化鋁質量10%的三聚氰胺加入分散液中加拌均勻，得反應液；再按三聚氰胺與甲醛物質的量比1：2，將甲醛溶液滴加至反應液中恆溫反應4h，將反應物過濾、洗滌、乾燥後，得改性氫氧化鋁；

改性沸石粉通過以下方法製得：將沸石粉於300℃溫度下煅燒30min，冷卻後浸於質量濃度為5%的硝酸溶液中超聲處理30min，過濾後再將沸石粉置於浸潤劑中超聲處理30min，在70℃下烘乾即得改性沸石粉，改性劑由以下質量百分比的組分組成：3%聚氧化乙烯，0.1%矽烷偶聯劑KH-550，餘量為水。

將本發明鉛酸蓄電池高強度塑殼材料經注塑成型即可得到鉛酸蓄電池高強度塑殼氧指數≥30.5%，阻燃性能超過塑料材料可燃性能標準V-0級阻燃標準，其他各項指標（均按照GB/T 23754-2009執行）為：

質量變化率：0.3%；

耐衝擊：低溫-30℃以下無裂紋；

耐熱性：70±2℃、3小時後變化量：0.2mm；

耐氣壓：變化量：0.1mm；

耐電壓：20000V未被擊穿；

還原高錳酸鉀：0.4ml/g；

耐高溫性能（℃）≤102，一般ABS只能達到75℃左右；

抗張強度（Mpa） ≥600；

彎曲強度（Mpa）≥950 ；

彎曲模數（Mpa）≥3000；

耐熱變形溫度（℃）≤132；

衝擊強度（J/m）≥2900。

各指標遠超過GB/T 23754-2009《鉛酸蓄電池槽》標準要求，具有優異的阻燃、導熱及力學性能。

以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，並非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。