CN104177751A - 一种电动汽车充电桩电缆用的改性tpe混合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，所述改性TPE混合材料按重量份包括如下组分：热塑性弹性体50-70份；增强剂10-20份；阻燃剂25-55份；润滑剂0.2-0.5份；偶联剂0.1-0.3份；抗氧剂0.1-0.3份。本发明的改性TPE混合材料具有高弹性、抗弯折、高强度、抗撕裂、阻燃环保等优点，适合电动汽车充电桩电缆。
Description
技术领域
本发明属于聚合物改性和加工生产领域，具体涉及一种改性TPE混合材料及其制备方法，尤其涉及一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体TPE(Thermoplastic Elastomer)是一种具有橡胶的高弹性，高强度，高回弹性，又具有可注塑加工的特征，具有环保无毒安全，硬度范围广，有优良的着色性，触感柔软，耐候性，抗疲劳性和耐温性，加工性能优越，无须硫化，可以循环使用降低成本，既可以二次注塑成型，与PP、PE、PC、PS、ABS等基体材料包覆粘合，也可以单独成型。
苯乙烯类TPE又称TPS，为丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型的共聚物，其性能最接近SBR橡胶。代表性的品种为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。
近些年来，异戊二烯取代丁二烯的嵌段苯乙烯聚合物(SIS)发展很快，其产量已占TPS量的1/3左右，约90份用在粘合剂方面。用SIS制成的热熔胶不仅粘性优越，而且耐热性也好，现已成为美欧日各国热熔胶的主要材料。
SBS和SIS的最大问题是不耐热，使用温度一般不能超过80℃。同时，其强伸性、耐候性、耐油性、耐磨性等也都无法同橡胶相比。为此，近年来美欧等国对它进行了一系列性能改进，先后出现了SBS和SIS经饱和加氢的SEBS和SEPS。
基于SEBS的热塑性弹性体(TPE)，其基本组成包括SEBS、白油及热塑 性树脂等，是一类具有通用塑料加工性能，但产品有着类似交联橡胶性能的高分子合金材料。SEBS分子结构中的双键被饱和，因此具有耐老化的特性；组成中不含卤素，它安全无毒、稳定性好、质地柔软、外观漂亮、手感舒适、回弹性能好和很强的防湿滑性，还具有环保的特点；此外基于SEBS的TPE还具有很高的电绝缘性。
基于这些特点，TPE材料可取代PVC用作电线电缆的绝缘材料，应用在低温、耐老化及需要良好触感的领域，特别是一些高档电子消费品领域，如耳机线、电子线、电源线等。
CN103804944A公开了一种改良性TPE塑料，所述的改良性TPE塑料是由TPE本体，聚氯乙烯和六亚甲基四胺组合而成。尽管该TPE材料具有优良的着色性，触感柔软，耐候性，抗疲劳性和耐温性，然而，其强度不够、并且不耐撕裂，阻燃性差，不适合电动汽车行业的需求。
CN103540075A公开了一种高阻燃的TPE材料，用于有VW-1要求的电源线护套，USB连接线等领域，其采用SEBS，PP，茂金属，白油为主体改性，加特种改性PPO，氮磷阻燃剂。解决了目前TPE不能通过燃烧和析出的现象，然而该材料的强度和弹性较差，将其应用到电动汽车充电桩电缆时受到局限。
CN103554814A公开了一种耐高温性能好的TPE材料，它由下列重量份的各组分制成：氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物80-100份、氢化环烷油80-100份、聚丙烯15-20份、丙烯-乙烯无规共聚物15-20份、CaCO3100-120份、硬脂酸钙0.5-1份、2-叔丁基-4,6-二甲基苯酚0.1-0.2份、2,4,6-三叔丁基苯酚0.4-0.8份。该TPE材料耐热性能好，压缩形变、弹性回复等物性不会因温度过高而显著下降，然而其阻燃性能较差。
上述涉及到的与改性TPE相关文献中，普遍存在强度不够、不耐撕裂，阻 燃环保性差等缺陷，大大影响了其力学性能和使用寿命，从而制约了其在电动汽车充电桩电缆的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性TPE混合材料，特别是一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，按重量份包括如下组分：热塑性弹性体50-70份；增强剂10-20份；阻燃剂25-55份；润滑剂0.2-0.5份；偶联剂0.1-0.3份；抗氧剂0.1-0.3份，上述各组分含量之和为100份。
所述热塑性弹性体的重量份为45-65份，例如可以是45份、48份、50份、52份、54份、57份、59份、60份、62份、65份，优选为50-60份，更优选为58份。
优选地，所述热塑性弹性体按重量份包括如下组分：SEBS 50～52份；白油15～25份；聚丙烯20-30份。
所述增强剂的重量份为12-18份，例如可以是12份、15份、16份、18份，优选为15-18份，更优选为17份。
优选地，所述增强剂为聚乙烯或聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的混合物，优选为聚苯乙烯。
采用在TPE混合材料中加入增强剂，可以使SEBS在共混物中分散相颗粒尺寸明显减小，分布更均匀，共混物的玻璃化转变温度内移，常温和低温下缺口冲击强度增大，聚苯乙烯和热塑性弹性体的组合具有明显的协同作用，与单独加入其中一种组分制成的改性TPE混合材料相比，其弹性、抗弯折、抗撕裂 性能和强度都会显著增强。
所述阻燃剂为氮磷复合阻燃剂和/或磷系阻燃剂，优选为磷系阻燃剂。
优选地，所述磷系阻燃剂按重量份包括如下组分：环氧树脂包覆聚磷酸铵45-55份、季戊四醇10-15份、三聚氰胺3-5份、包覆红磷5-10份、氢氧化镁5-10份、氢氧化铝5-10份、硼酸锌5-10份，二氧化硅1-5份、硅酸锰1-5份、偶联剂0.5-3份。
本发明采用上述阻燃剂不仅可以实现高阻燃效果，而且可以达到环保要求。
优选地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的混合物。
所述润滑剂的重量份为0.2-0.4份，优选为0.25-0.3份，更优选为0.3份。
优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡和/或硬脂酸锌，优选为聚乙烯蜡。
所述偶联剂的重量份为0.1-0.25份，例如可以是0.1份、0.12份、0.15份、0.18份、0.21份、0.25份，优选为0.15-0.25份，更优选为0.18份。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂，优选为钛酸酯偶联剂。
所述抗氧剂为抗氧剂168和/或抗氧剂1010。
一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：先将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤出造粒。
所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料强度较高，其邵氏A硬度可达到95及以上，抗冲击强度≥5.2kJ/m2。
2、本发明的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料韧性强，具有良好的弹性、抗弯折和抗撕裂性能好，其拉伸强度≥92MPa，断裂伸长率达到700％以上，耐撕裂性能≥93kn/m。
3、本发明的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料具有高阻燃环保性能，其阻燃指数达到UL94V0级别。
4、本发明的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料同时具备高强度、高韧性并耐撕裂等优点，同时具有高阻燃、低发烟的特点，是一种新型的电动汽车充电桩电缆专用料，相比传统TPE混合材料更加环保和安全。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
热塑性弹性体54份；增强剂10份；阻燃剂35份；润滑剂0.4份；偶联剂0.4份；抗氧剂0.2份。
所述热塑性弹性体由按重量份的SEBS 50份、白油25份和聚丙烯25份组成；所述增强剂为聚苯乙烯；所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂由环氧树脂包覆聚磷酸铵46份，季戊四醇14份，三聚氰胺5份，包覆红磷5份，氢氧化镁6份、氢氧化铝10份、硼酸锌7份、二氧化硅1份、二氧化钛1份、硅酸镍1份、硅酸锰3份、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷1份组成；所述润滑剂为聚乙烯蜡；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述抗氧剂为抗氧剂1010。
(2)将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤 出造粒。所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。该实施例制得的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料的性能测试结果见表1。
对比例1
如实施例1所制备的改性TPE混合材料，其中删除增强剂组分，即不含有增强剂聚苯乙烯，得到的改性TPE混合材料的主要性能指标见表1。
对比例2
如实施例1所制备的改性TPE混合材料，其中含有增强剂聚苯乙烯，不含有SEBS组分，得到的改性TPE混合材料的主要性能指标见表1。
表1
| 项目 | 实施例1 | 对比例1 | 对比例2 |
| 拉伸强度(GB/T 1039-92)(MPa) | 81 | 51 | 64 |
| 断裂伸长率(％) | 710 | 605 | 595 |
| 硬度(邵氏A) | 105 | 71 | 68 |
| 抗冲击强度(ASTM D256)(kJ/m2) | 5.2 | 3.3 | 4.2 |
| 熔指(g/10min) | 7.0 | 5.4 | 4.6 |
| 耐撕裂性能(ASTM D-1004)(kn/m) | 92 | 61 | 72 |
| 阻燃性能(UL94，1.6mm) | UL94V0 | UL94V0 | UL94V0 |
从表1可以看出，与对比例1-2相比，本发明的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料拉伸强度为101MPa，断裂伸长率达到710％，邵氏硬度A为105，耐撕裂性能为102kn/m。说明本发明中的SEBS和增强剂两者表现出明显的协同作用。
实施例2
(1)按照如下重量份配备原料：
热塑性弹性体50份；增强剂15份；阻燃剂34份；润滑剂0.5份；偶联剂0.2份；抗氧剂0.3份。
所述热塑性弹性体由按重量份的SEBS 50份、白油20份和聚丙烯30份组成；所述增强剂为聚乙烯；所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂由环氧树脂包覆聚磷酸铵48份，季戊四醇12份，三聚氰胺5份，包覆红磷5份，氢氧化镁6份、氢氧化铝10份、硼酸锌7份、二氧化硅1份、二氧化钛1份、硅酸镍1份、硅酸锰3份、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷1份组成；所述润滑剂为聚乙烯蜡；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述抗氧剂为抗氧剂168。
(2)将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤出造粒。所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。
实施例3
(1)按照如下重量份配备原料：
热塑性弹性体60份；增强剂10份；阻燃剂29份；润滑剂0.4份；偶联剂0.3份；抗氧剂0.3份。
所述热塑性弹性体由按重量份的SEBS 52份、白油20份和聚丙烯28份组成；所述增强剂为聚丙烯；所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂由环氧树脂包覆聚磷酸铵55份，季戊四醇10份，三聚氰胺4份，包覆红磷5份，氢氧化镁6份、氢氧化铝5份、硼酸锌7份，二氧化硅1.5份、二氧化钛1.5份、硅酸镍0.5份、硅酸锰1.5份、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷3份组成；所述润滑剂为硬脂酸锌；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述抗氧剂为抗氧剂1010。
(2)将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤出造粒。所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。
实施例4
(1)按照如下重量份配备原料：
热塑性弹性体62份；增强剂12份；阻燃剂25份；润滑剂0.5份；偶联剂0.3份；抗氧剂0.2份。
所述热塑性弹性体由按重量份的SEBS 51份、白油19份和聚丙烯30份组成；所述增强剂为聚乙烯；所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂由环氧树脂包覆聚磷酸铵50份，季戊四醇12份，三聚氰胺5份，包覆红磷10份，氢氧化镁5份、氢氧化铝8份、硼酸锌5份，二氧化硅1份、二氧化钛1份、硅酸镍0.5份、硅酸锰1.5份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份组成；所述润滑剂为硬脂酸锌；所述偶联剂为聚乙烯蜡；所述抗氧剂为抗氧剂168。
(2)将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤出造粒。所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。
实施例5
(1)按照如下重量份配备原料：
热塑性弹性体59份；增强剂15份；阻燃剂25份；润滑剂0.4份；偶联剂0.3份；抗氧剂0.3份。
所述热塑性弹性体由按重量份的SEBS 51份、白油21份和聚丙烯28份组成；所述增强剂为聚丙烯；所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂由环氧树脂包覆聚磷酸铵55份，季戊四醇10份，三聚氰胺4份，包覆红磷5份，氢氧化镁6份、氢氧化铝5份、硼酸锌7份，二氧化硅1.5份、二氧化钛1.5份、硅酸镍0.5份、硅酸锰1.5份、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷3份组成；所述润滑剂为硬脂酸锌；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述抗氧剂为抗氧剂168。
(2)将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤 出造粒。所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。
经检测和计算，得到实施例1-5各电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料的性能测试结果，见表2。
表2
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 拉伸强度(GB/T 1039-92)(MPa) | 101 | 92 | 96 | 98 | 100 |
| 断裂伸长率(％) | 710 | 700 | 705 | 702 | 704 |
| 硬度(邵氏A) | 105 | 97 | 99 | 95 | 96 |
| 抗冲击强度(ASTM D256)(kJ/m2) | 5.2 | 5.5 | 5.3 | 5.6 | 5.5 |
| 熔指(g/10min) | 7.0 | 7.1 | 7.3 | 6.9 | 7.0 |
| 阻燃性能(UL94，1.6mm) | UL94V0 | UL94V0 | UL94V0 | UL94V0 | UL94V0 |
| 耐撕裂性能(ASTM D-1004)(kn/m) | 102 | 95 | 89 | 96 | 93 |
从表2的数据可以看出，实施例1-5所制得的改性TPE混合材料，其拉伸强度≥92MPa，断裂伸长率达到700％以上，邵氏硬度A至少为95，阻燃性能达到UL94V0等级，耐撕裂性能在93kn/m以上，综合表现出良好性能。
由表2可知，本发明的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料具有优良的力学性能，并且抗阻燃性强，相比传统的TPE材料更加环保和安全。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，按重量份包括如下组分：热塑性弹性体50-70份；增强剂10-20份；阻燃剂25-55份；润滑剂0.2-0.5份；偶联剂0.1-0.3份；抗氧剂0.1-0.3份，上述各组分含量之和为100份。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述热塑性弹性体的重量份为45-65份，优选为50-60份，更优选为58份；
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述热塑性弹性体按重量份包括如下组分：SEBS50～52份；白油15～25份；聚丙烯20-30份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述增强剂的重量份为12-18份，优选为15-18份，更优选为17份；
优选地，所述增强剂为聚乙烯和/或聚苯乙烯，优选为聚苯乙烯。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述阻燃剂为氮磷复合阻燃剂和/或磷系阻燃剂，优选为磷系阻燃剂；
优选地，所述磷系阻燃剂按重量份包括如下组分：环氧树脂包覆聚磷酸铵45-55份、季戊四醇10-15份、三聚氰胺3-5份、包覆红磷5-10份、氢氧化镁5-10份、氢氧化铝5-10份、硼酸锌5-10份，二氧化硅1-5份、硅酸锰1-5份、偶联剂0.5-3份；
优选地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的混合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述润滑剂的重量份为0.2-0.4份，优选为0.25-0.3份，更优选为0.3份；
优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡和/或硬脂酸锌，优选为聚乙烯蜡。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述偶联剂的重量份为0.1-0.25份，优选为0.15-0.25份，更优选为0.18份；
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂，优选为钛酸酯偶联剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168和/或抗氧剂1010。
9.一种权利要求1-8任一项所述的改性TPE混合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：先将各原料组分在高混机中混合10-15min，然后送入双螺杆挤出机内挤出造粒。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的料筒温度控制在180-210℃，螺杆转速为400-1200转/分钟。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20141203 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |