CN103113706A - 一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料及其制备方法，锂电池外壳阻燃材料是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯、连续玻璃纤维、偶联剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂、润滑剂、相容剂、复合阻燃剂和黑母粒。制备方法是将除连续玻纤以外的上述组分置入高混机内混合均匀后进入挤出机，然后挤出机将上述物料熔融挤出到浸渍设备中，同时连续玻纤进入到浸渍设备与熔融物料进行分散浸渍，最后从浸渍设备的定型口模拉出、冷却、吹干、切粒即得成品。本发明具有更优异的强度和韧性，并且在明火下不容易燃烧，可以有效降低电池燃烧事故的发生，且保证了外壳具有很好的可塑性和耐压强度。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池生产制造领域，具体是一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料及其制备方法。
背景技术
电池是电动汽车的心脏，电池的比能量(wh/kg)决定了电动汽车的续驶里程，其比功率(w/Kg)则影响了电动汽车的最高车速、加速性能及爬坡能力。锂电池有着几十年的发展历程,技术较为成熟，比功率也较大，循环寿命可达800-1000次左右，且成本较低，因此，锂电池是目前电动汽车使用最为广泛的电池。
目前，锂电池按照外壳分类主要包括有钢壳、铝壳、软包装和塑壳几大类。塑壳电池，比较适合大型电动工具使用，电池的容量可以根据需要进行任意设计，电池的应用前景非常广泛，目前在电池汽车和电动摩托车上的应用具有极大的优势。但是其研究起点相对较晚一点，目前市场上多采用以聚丙烯（PP）为基材的塑壳。虽然塑壳电池给电池容量设计和推广应用带来极大的便利，但由于塑壳的热传导性相对较差，对于在充放过程中会有一定热量产生，加上在车载充放电时，电池的环境相对复杂。虽然不会导致电池的安全出现大的问题，但毕竟存在一定的安全隐患。现在的解决思路主要以结构改进为主，使得电池在充放电时产生的热量能够及时的散发出去，很少有以外壳材料本身的改进为出发点来改进锂电池的散热性。
目前对阻燃聚丙烯材料用于锂电池包外壳的专利也有诸多报道，但是仍存在阻燃效果不理想，阻燃后材料力学性能降低较多等问题，限制了玻纤增强聚丙烯材料在该领域的应用。
中国专利CN101656304A提出一种无卤膨胀型阻燃蓄电池外壳料，该专利主要以聚丙烯为基料，加入适量的阻燃剂，再添加增韧剂、润滑剂和抗氧剂构成，该专利发明材料燃烧时不会产生明显的烟雾和有毒气体，具有良好的阻燃性能和一定的机械性能，但是由于仅用聚烯烃弹性体作为增韧剂，采用该发明制备的材料在刚性方面比较低，尤其在耐热方面还有待提高，长期使用容易发生变形，从而影响其使用。
中国专利CN 102453280 A公开了一种基于聚丙烯材料的动力电池外壳阻燃材料及其制备方法，该材料包括有：聚丙烯基材、2% -8%的阻燃剂和8% -35%的玻璃纤维组成。该方法为：以聚丙烯为主要基材，在注塑的过程中加入8% -35%的玻璃纤维和2% -8%的阻燃剂，熔化后搅拌均匀，再在一定的温度下，按照工艺将搅拌均匀的混合物注入模具加工成型。该发明制备的材料由于有玻纤的加入，材料的刚性明显提高，但是因为玻纤直接加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆的剪切作用下，纤维长度仅有0.3mm左右，在增加刚性的同时冲击韧性较低，尤其是低温韧性更低，对在寒冷地区的使用的汽车电池包有较大的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料及其制备方法，通过改变电池外壳材料的成分降低电池外壳的燃点，来解决由于电池产生的热量引起的安全隐患问题。
本发明的技术方案为：
一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：30-50份、连续玻璃纤维：25-40份、偶联剂：0.1-0.5份、主抗氧剂：0.01-0.1份、辅助抗氧剂：0.01-0.1份、润滑剂：0.5-1份、相容剂：3.5-4.2份、复合阻燃剂：20-28份和黑母粒：0.5-1份。
所述的聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率在测试条件为温度230℃、载荷2.16Kg的情况下，为100-130g/10min。
所述的连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为10-22μm，线密度为1200-4800tex。
所述的偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-2,3环氧丙氧-丙基三甲氧基硅烷；所述的主抗氧剂选用四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯或N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺；所述的辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸脂中的一种或者两种以上的混合。
其中，所述的偶联剂可优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷；所述的主抗氧剂可优选四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；所述的辅助抗氧剂可优选二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的润滑剂可优选乙撑双硬脂酰胺。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为60-120g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%。
所述的复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1。
所述的黑母粒选用炭黑母粒，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，炭黑含量为50%。
所述的马来酸酐接枝聚丙烯的熔体流动速率为90-110g/10min。
一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯：30-50份、偶联剂：0.1-0.5份，主抗氧剂：0.01-0.1份，辅助抗氧剂：0.01-0.1份，润滑剂：0.5-1份，相容剂：3.5-4.2份，复合阻燃剂：20-28份，黑母粒：0.5-1份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为40-60℃，混料时间为3-5分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将25-40份连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备然后与熔融的混合物料进行浸渍分散，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料。
所述的挤出机为双螺杆挤出机，其螺杆直径为20-65mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度为160-230℃；所述的浸渍设备的设定温度为220-230℃；所述的连续玻璃纤维在复合材料中的含量由定型口模的尺寸来调整，定型口模的尺寸为2.5-4.0mm。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂，粒子的切粒长度在11-13mm，粒径为2.5-4.0mm，粒子中纤维在树脂中沿切粒方向有序排列，纤维长度与粒子等长，此材料同时具备优异的刚性、冲击韧性和良好的耐热温度，特别是具有优异的低温冲击性能；
2、本发明采用连续玻璃纤维增强聚丙烯，通过浸渍设备对连续玻璃纤维进行均匀分散，完全浸渍，提高了玻璃纤维与聚丙烯的界面作用，保证了玻璃纤维的有效长度，从而大大提高了该材料的刚度以及材料的抗冲击性能；
3、本发明采用复合阻燃剂，使制得的锂电池外壳具有优异的阻燃性能，保证其使用过程中的安全性；
4、本发明设计合理、操作简单、实用性强，产品为具有一定长度的粒料（粒长：11-13mm，直径：2.5-4.0mm），干燥处理后可以直接注塑成型，生产效率高，且制件使用后经过粉碎处理还可以回收利用，不污染环境。
具体实施方式
材料的注塑和测试：
将制得的锂电池外壳阻燃材料注塑成ASTM标准样条，进行如下性能的测试（见表1），其测试结果如表2所示。注塑样条进行状态调节：调节温度：23℃、湿度：50%；调节时间：16h；
表1 材料测试项目以及测试标准
以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：35份、连续玻璃纤维：35份、偶联剂：0.25份、主抗氧剂：0.05份、辅助抗氧剂：0.05份、润滑剂：0.8份、相容剂：4.0份、复合阻燃剂：24份、黑母粒：1.0份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为115g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg）；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为22μm，线密度为1200tex；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；主抗氧剂选用四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述的润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为80g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯35份、偶联剂0.25份、主抗氧剂0.05份、辅助抗氧剂0.05份、润滑剂0.8份、相容剂4.0份、复合阻燃剂24份、黑母粒1.0份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为40℃，混料时间为5分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备：将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸渍分散，通过选择定型口模（3.0mm）的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为35份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为52mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段160℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃；浸渍设备温度为220℃；定型口模的尺寸3.0mm。
三、材料的注塑和测试：
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表2。
实施例2
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：30份、连续玻璃纤维：40份、偶联剂：0.1份、主抗氧剂：0.01份、辅助抗氧剂：0.1份、润滑剂：0.5份、相容剂：3.5份、复合阻燃剂：28份、黑母粒：0.5份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为120g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg），；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为17μm，线密度为2400tex；偶联剂选用γ-2,3环氧丙氧-丙基三甲氧基硅烷；主抗氧剂选用β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯；辅助抗氧剂选用二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的润滑剂选用硬脂酸钙；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为60g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯30份、偶联剂0.1份、主抗氧剂0.01份、辅助抗氧剂0.1份、润滑剂0.5份、相容剂3.5份、复合阻燃剂28份、黑母粒0.5份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为50℃，混料时间为4分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备：将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸渍分散，通过选择定型口模（2.5mm）的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为40份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为20mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃；浸渍设备温度为225℃；定型口模的尺寸2.5mm。
三、材料的注塑和测试：
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表2。
实施例3
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：40份、连续玻璃纤维：30份、偶联剂：0.5份、主抗氧剂：0.1份、辅助抗氧剂：0.01份、润滑剂：1份、相容剂：4.2份、复合阻燃剂：20份、黑母粒：1.0份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为130g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg），；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm，线密度为3600tex；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；主抗氧剂选用四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述的润滑剂选用聚乙烯蜡；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为120g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯40份、偶联剂0.5份、主抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.01份、润滑剂1份、相容剂4.2份、复合阻燃剂20份、黑母粒1.0份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为60℃，混料时间为3分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备：将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸渍分散，通过选择定型口模（4.0mm）的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为30份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为35mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃；浸渍设备温度为230℃；定型口模的尺寸4.0mm。
三、材料的注塑和测试：
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表2。
实施例4
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：50份、连续玻璃纤维：25份、偶联剂：0.5份、主抗氧剂：0.1份、辅助抗氧剂：0.01份、润滑剂：0.5份、相容剂：3.6份、复合阻燃剂：20份、黑母粒：0.5份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为100g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg），；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为11μm，线密度为4800tex；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；主抗氧剂选用四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述的润滑剂选用季戊四醇硬脂酸脂；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为110g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯50份、偶联剂0.5份、主抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.01份、润滑剂0.5份、相容剂3.6份、复合阻燃剂20份、黑母粒0.5份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为60℃，混料时间为3分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备：将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸渍分散，通过选择定型口模（4.0mm）的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为25份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃；浸渍设备温度为230℃；定型口模的尺寸4.0mm。
三、材料的注塑和测试：
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表2。
对比例1
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：35份、连续玻璃纤维：35份、偶联剂：0.25份、主抗氧剂：0.05份、辅助抗氧剂：0.05份、润滑剂：0.8份、相容剂：4.0份、复合阻燃剂：20份、黑母粒：1.0份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为110g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg），；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为17μm，线密度为2400tex；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；主抗氧剂选四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述的润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为80g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯35份、偶联剂0.25份、主抗氧剂0.05份、辅助抗氧剂0.05份、润滑剂0.8份、相容剂4.0份、复合阻燃剂20份、黑母粒1.0份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为40℃，混料时间为4分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备：将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸渍分散，通过选择定型口模的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为35份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为52mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃；浸渍设备温度为230℃；定型口模的尺寸3.0mm。
三、材料的注塑和测试：
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表3。
对比例2
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：35份、连续玻璃纤维：35份、偶联剂：0.25份、主抗氧剂：0.05份、辅助抗氧剂：0.05份、润滑剂：0.8份、相容剂：4.0份、复合阻燃剂：28份、黑母粒：1.0份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为110g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg），；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为17μm，线密度为2400tex；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；主抗氧剂选四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述的润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为80g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯35份、偶联剂0.25份、主抗氧剂0.05份、辅助抗氧剂0.05份、润滑剂0.8份、相容剂4.0份、复合阻燃剂28份、黑母粒1.0份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为40℃，混料时间为4分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备：将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸渍分散，通过选择定型口模的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为35份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为52mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃；浸渍设备温度为230℃；定型口模的尺寸3.0mm。
三、材料的注塑和测试：
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表3。
对比例3
一、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：35份、连续玻璃纤维：35份、偶联剂：0.25份、主抗氧剂：0.05份、辅助抗氧剂：0.05份、润滑剂：0.8份、相容剂：4.0份、复合阻燃剂：24份、黑母粒：1.0份；
其中，聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率为110g/10min（测试条件：温度230℃,载荷2.16Kg），；连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为17μm，线密度为2400tex；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；主抗氧剂选四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯；辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述的润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为80g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%；复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1；黑母粒为卡博特的UN2014，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA），炭黑含量为50%。
二、基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池包外壳阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯35份、偶联剂0.25份、主抗氧剂0.05份、辅助抗氧剂0.05份、润滑剂0.8份、相容剂4.0份、复合阻燃剂24份、黑母粒1.0份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为40℃，混料时间为4分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、将连续玻璃纤维从挤出机的第四区加入，通过纤维股数和喂料转速来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为35份，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料；
其中，挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为52mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段180℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段210℃，熔体温度210℃，机头温度230℃。
三、材料的注塑和测试
按照表1的测试项目和测试标准进行，测试结果见表3。
表2 实施例1-3测试结果
表3 对比例1-3测试结果及与实施例1结果对比
从表2数据可以看出，随着连续玻璃纤维含量的增加，材料的刚性增加，冲击韧性保持不降低，阻燃性能保持V0。
从表3数据可以看出，将对比例1、对比例2与实施例1分别进行对比，降低阻燃剂的添加量，材料的阻燃性能下降；增加阻燃剂的添加量，可以保持阻燃性能，但是材料的力学性能会有所下降，因此本发明中阻燃剂的使用量优选24份；
另外，将对比例3与实施例1进行对比，二者材料配方完全相同，区别是实施例1采用专用浸渍设备生产，而对比例3直接使用双螺杆挤出机挤出造粒，通过对比试验数据可以看出，采用双螺杆挤出机直接造粒过程中，由于螺杆元件的剪切作用，纤维长度变短，导致材料的力学性能大幅下降，尤其是冲击强度尤为明显。
本发明提出的生产方法不仅适用于基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池包外壳阻燃材料，而且还适用于除了聚丙烯以外的其他热塑性树脂，例如PE、PC、AS、PBT、PET、PS、PA6、PA6/6、PMMA、TPEE、TPU、PPS、POM等；连续纤维不仅包括连续玻璃纤维，还可以选用碳纤维、合成树脂纤维、矿物纤维、金属纤维等。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：是由以下重量份数的组分制备而成：聚丙烯：30-50份、连续玻璃纤维：25-40份、偶联剂：0.1-0.5份、主抗氧剂：0.01-0.1份、辅助抗氧剂：0.01-0.1份、润滑剂：0.5-1份、相容剂：3.5-4.2份、复合阻燃剂：20-28份和黑母粒：0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的聚丙烯为高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔体流动速率在测试条件为温度230℃、载荷2.16Kg的情况下，为100-130g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的连续玻璃纤维选用连续无碱玻璃纤维，纤维直径为10-22μm，线密度为1200-4800tex。
4.根据权利要求1所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-2,3环氧丙氧-丙基三甲氧基硅烷；所述的主抗氧剂选用四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯或N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺；所述的辅助抗氧剂选用三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸脂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89-0.91g/cm3，熔点为160-180℃，熔体流动速率为60-120g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8-1.2%。
6.根据权利要求1所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的复合阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物，二者重量份比为3:1。
7.根据权利要求1所述的基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的黑母粒选用炭黑母粒，其中树脂基体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，炭黑含量为50%。
8.根据权利要求5所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料，其特征在于：所述的马来酸酐接枝聚丙烯的熔体流动速率为90-110g/10min。
9.根据权利要求1所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、将聚丙烯：30-50份、偶联剂：0.1-0.5份，主抗氧剂：0.01-0.1份，辅助抗氧剂：0.01-0.1份，润滑剂：0.5-1份，相容剂：3.5-4.2份，复合阻燃剂：20-28份，黑母粒：0.5-1份依次加入到高混机中得熔融的聚丙烯混合树脂，高混机的混料温度控制为40-60℃，混料时间为3-5分钟，然后将上述熔融的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
（2）、将熔融的聚丙烯混合树脂挤入到与挤出机机头相连接的浸渍设备中，然后将25-40份连续玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍设备然后与熔融的混合物料进行浸渍分散，然后浸渍后的半成品经切粒机切割，制备得到基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料。
10.根据权利要求9所述的一种基于长玻纤增强聚丙烯的锂电池外壳阻燃材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机，其螺杆直径为20-65mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度为160-230℃；所述的浸渍设备的设定温度为220-230℃；所述的连续玻璃纤维在复合材料中的含量由定型口模的尺寸来调整，定型口模的尺寸为2.5-4.0mm。
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