CN104530654A - 新能源充电电缆用阻燃tpe外护套材料、制备方法以及tpe外护套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料、制备方法以及外护套，该阻燃TPE外护套新型材料按重量份包括如下组分：TPEE聚酯弹性体10-30份；SEBS弹性体10-30份；软化剂10-20份；聚烯烃材料10-20份；阻燃剂20-40份；阻燃协效剂10-20份；润滑剂1.0-1.8份；防老化剂0.45-0.6份；其它助剂1-8份。本发明的阻燃TPE外护套新型材料具有耐125℃等级，耐油，具有高弹性、抗弯折、高强度、阻燃环保等优点，适合新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料。

Description

新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料、制备方法以及TPE外护套

技术领域

本发明涉及阻燃材料，具体涉及可用于新能源充电电缆的阻燃TPE外护套材料及制备工艺。

背景技术

热塑性聚酯弹性体(TPEE)是一种综合性能优异的工程弹性体，由于热塑性聚酯弹性体兼有橡胶的优良弹性和热塑性塑料的易加工性、抗冲击性、耐油性、耐化学溶剂侵蚀性等优点。随着TPEE应用领域的不断拓展，对其它特殊功能也要求越来越高，尤其是在汽车电气系统、新能源等领域的应用越来越广泛，对其阻燃性要求越来越高。

SEBS是一种用途广泛的热塑性弹性，通过改性，可以制得一种兼具塑料和橡胶特性的热塑性弹性体TPE，由于TPE具有高弹性、高强度、低密度、易加工等特点，同时拥有良好的抗疲劳性、抗弯折，通过和TPEE改性，提高其耐油性，手感好，成为了新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，替代PVC。

目前，人们一般认为磷系阻燃剂具有多重的阻燃功能，有机磷阻燃剂可同时在凝聚相和气相起阻燃作用，但以凝聚相阻燃为主.对不同高聚物的阻燃，磷与其它阻燃元素有时具有加和或协同作用，但也发现有对抗作用的实例。磷—氮阻燃体系一直是高聚物无卤素阻燃研究的热点课题，并已取得很大的实用性进展。有学者认为，磷—氮阻燃体系的阻燃机理与磷、氮原子在分子中结合方式有关。对磷、氮原子在分子中直接以P-N键相连的阻燃体系而言，则因氮原子的电负性大使磷原子的亲电性增加，即磷原子上的电子云密度减少，Lewis酸性增强而有利于发生脱水炭化作用。对磷、氮原子不是P-N键直接相连的阻燃体系，两者可能分别发挥阻燃作用也可能起协同作用。

公开号CN103540075A的中国专利申请，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，磷氮阻燃剂。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。

公开号CN104177751A的中国专利申请，公开了一种电动汽车充电桩电缆用的改性TPE混合材料，其采用SEBS、PP、白油为主体改性，加聚苯乙烯，磷系阻燃剂，解决了TPE强度和弹性差现象，然而该材料的耐油性和弯折性较差。

上述涉及到的改性的TPE相关文献中，普遍存在强度不够、耐油性和耐弯折性、耐温等级较差，大大影响到材料的应用领域，从而制约了电动汽车充电桩电缆的应用。

发明内容

针对现有改性TPE材料所存在的强度不够、耐油性和耐弯折性、耐温等级较差的问题，本发明的目的之一在于提供一种环保、安全、对环境无害的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料。这种材料燃烧时低烟无熔滴，不会释放有毒气体，而且具有优异的阻燃性能、力学性能，良好的耐高温性能及耐老化性能，耐油性强以及挤出成型质量好，回收利用率高。

本发明的目的之二在于提供一种制备上述新能源充电电缆用TPE外护套材料的的方法。

本发明的目的之三在于提供一种由上述TPE外护套材料制成的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

目的1：

一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，以重量份计，其原料配方由如下组分构成：

在上述外护套材料的优选方案中，所述的TPEE聚酯弹性体包括软质段聚四氢呋喃聚醚和脂肪族聚酯共聚物。

进一步的，所述的软化剂为石蜡级橡胶油或SEBS专用填充油，为韩国双龙250SN、克拉玛依橡胶油P80中的一种或几种的混合油。

进一步的，所述的聚烯烃弹性体为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规聚丙烯和茂金属聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种的组合物，优先选用共聚聚丙烯和茂金属聚乙烯共混物。

进一步的，所述的阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀性阻燃剂、非多聚磷酸铵体系的P-N膨胀性阻燃剂中的一种或几种的组合物。

进一步的，所述的协效阻燃剂为硅系阻燃剂、石墨阻燃剂、硼系阻燃剂的一种或几种的组合物。优选为硅系阻燃剂和硼系阻燃剂的共混，具体为硅粉道康宁7081和ZNB。

进一步的，所述的润滑剂为PE蜡、EBS、硬脂酸钙的一种或或几种的组合物，优先EBS和PE蜡的组合物。

进一步的，所述的防老化剂为抗氧剂1010、168、DLTP、DSTP、126等一种或几种的组合物，优先选用1010/168互配。

进一步的，所述的其他助剂为抗紫外剂、色母粒等。

目的2：

一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)按照上述新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料的原料配方，将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀；

(2)将溶胀SEBS与其它物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。

在该制备方法的优选方案中，所述的双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

目的3：

一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套，所述阻燃TPE外护套由上述的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料制成。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明采用TPEE聚酯弹性体体体系，有效的解决TPE在耐油性差的问题；

(2)本发明采用共聚PP和TPEE共混，选择苯乙烯含量低的SEBS，能有效提高共混物的耐热性，满足充电电缆外护套用的125℃耐温等级的要求。

(3)本发明的新能源充电桩电缆用的TPE混合材料的强度，拉伸强度≥10MPa，断裂伸长率≥200％。

(4)本发明的采用非多聚磷酸铵(APP)体系的P-N膨胀性阻燃剂，新能源充电桩电缆用的TPE混合材料具有高阻燃环保性能，其阻燃指数达到UL94V0级别。

(5)本发明的新能源充电桩电缆用的TPE材料韧性好，抗弯折性好，能反复弯折，保持原有的特性。

(6)本发明的充电桩电缆TPE材料同时具备了高强度、耐油性、抗弯折性，同时具备高阻燃和高耐温等级性的特点，是一种新型的新能源充电电缆桩电缆专用材料，相比传统的TPE混合料更加环保和安全，使用寿命长。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

针对现有改性TPE材料所存在的问题，继而影响电动汽车充电桩电缆性能问题，本发明提供一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，以重量份计，其原料配方由如下组分构成：

在此基础上，本发明还提供了具有协同作用的具体配方：

上述的TPEE聚酯弹性体包括软质段聚四氢呋喃聚醚和脂肪族聚酯共聚物。

上述的软化剂为石蜡级橡胶油或SEBS专用填充油，具体为韩国双龙250SN、克拉玛依橡胶油P80中的一种或几种的混合油。

通过软化剂能够有效改善TPE弹性体的弹性、柔韧性、易加工性、易混炼等特性。本方案结合相应类型的油品的运动粘度和闪点跟弹性体SEBS和TPEE的加工温度特点，选用韩国双龙250SN或P80，能够达到混炼、塑化的效果。

上述的聚烯烃弹性体为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规聚丙烯和茂金属聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种的组合物，优先选用共聚聚丙烯和茂金属聚乙烯共混物。

上述的阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀性阻燃剂、非多聚磷酸铵(APP)体系的P-N膨胀性阻燃剂中的一种或几种的组合物。

上述的协效阻燃剂为硅系阻燃剂、石墨阻燃剂、硼系阻燃剂的一种或几种的组合物。优选为硅系阻燃剂和硼系阻燃剂的共混，具体为硅粉道康宁7081和ZNB。

本发明主要采用以氮系、磷系化合物为主体系的阻燃剂，由于这类体系的化合物，燃烧时不挥发、不产生腐蚀性气体，被称为无公害阻燃剂，是发展的趋势。但一般的无卤阻燃剂添加量比较大，成本高，影响物理性能大，为达到减少添加量，优化物理性能，提高阻燃效果。

据此，本发明具体采用了道康宁的7081和ZNB阻燃剂作为协效阻燃剂，配合膨胀性阻燃剂，道康宁7081硅粉是100％活性的硅氧烷粉末，含有有机反应基团，这种基团提供了7081改性树脂和膨胀性阻燃剂都额相容性，同时降低热释放率和减少烟雾及有毒气体的释放。

上述的润滑剂为PE蜡、EBS、硬脂酸钙的一种或或几种的组合物，优先EBS和PE蜡的组合物。

润滑剂主要是为了改善弹性体材料的加工性，润滑剂有内外润滑，根据本发明的需要选用外润滑剂PE蜡和EBS，主要是改善弹性体和加工设备的热金属表面的摩擦，增加弹性体材料的表面润滑性，减少弹性体和金属表面的粘附力，使其受到机械的剪切力降至最少，从而达到易加工的特点。润滑剂的选择影响其性能和弹性体的加工性。

上述的防老化剂为抗氧剂1010、168、DLTP、DSTP、126等一种或几种的组合物，优先选用1010/168互配。

抗氧剂1010是一种高效，低色污的稳定剂，属于多元受阻酚型抗氧剂，能与大多数聚合物相容，它可用于多种有机化合物，具有良好的光稳定性和抗色变性能。抗氧剂168是优秀的协同辅助抗氧剂，作为一种无色污、无色变的络合型亚磷酸酯类加工稳定剂和抗氧剂。抗氧剂168耐高温，挥发性低，耐水解性突出。可防止聚合物在加工过程(如混配/造粒，二次加工和回收利用)中氧化降解所导致的分子量变化(如断链/交联)，防止颜色变化。它可以保护这些材料使其不发生热氧化降解。1010具有良好的相容性，高抗萃取和低挥发性。本发明将两者互配使用能达到既提高耐温性又有效防止光稳定性和抗色变性。

上述的其他助剂为抗紫外剂、色母粒等。

由于本发明是新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，电缆长期放置户外，需有很好抗紫外效果，为了能达到抗紫外效果需加入一定量的抗紫外剂；同时现新能源充电电缆外护套主要为橙色线缆，因此需加入橙色色母粒。

由此构成的阻燃TPE外护套材料中，采用TPEE聚酯弹性体体体系，有效的解决TPE在耐油性差的问题。

同时，采用共聚PP和TPEE共混，选择苯乙烯含量低的SEBS，能有效提高共混物的耐热性，满足充电电缆外护套用的125℃耐温等级的要求。

再者，采用非多聚磷酸铵(APP)体系的P-N膨胀性阻燃剂，使得新能源充电桩电缆用的TPE混合材料具有高阻燃环保性能，其阻燃指数达到UL94V0级别。

针对由上述组分按照相应配比构成的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，本发明还提供对应的制备方法。

利用该制备方法来制备阻燃TPE外护套材料时，首先，按照如下的重量份数准备各组分：

对于各组分采用的具体原料，可根据上述内容基于实际需求而定。

接着，根据上述要求提供相应的组分后，按照原料配方，将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀。

其次，将溶胀SEBS与其它物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。

其中，根据TPE弹性体制品和加工工艺要求特点，双螺杆挤出机的料筒温度依次为第一节机筒150～160℃，第二节机筒160～170℃，第三节机筒190～200℃，第四节机筒200～210℃，机颈1段210～220℃，机颈2段210～220℃，同时机头温度210～225℃，这样既可以确保线材表明光泽，手感舒适，又能达到TPE弹性体线材完全塑化。

上述的制备工艺相对于现有的制备工艺，其步骤简便且容易操作。

在上述新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料以及其制备方法方案的基础上，能够得到具备高强度、耐油性、抗弯折性，同时具备高阻燃和高耐温等级性的特点的阻燃TPE外护套材料，其相比传统的TPE混合料更加环保和安全，使用寿命长。

由此，利用该该材料制成的新能源充电电缆的阻燃TPE外护套，同样也具备相应的性能特点，从而大大扩大了新能源充电电缆的应用。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，聚合物分子量为数均分子量。

实施例1

本实施例提供新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，采用的原料与重量份数如下：

针对本实例中的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其具体的制备方法如下：

按照原料配方，首先将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀。

其次，将溶胀SEBS与其他物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。其中双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

实施例2

本实施例提供新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，采用的原料与重量份数如下：

针对本实例中的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其具体的制备方法如下：

按照原料配方，首先将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀。

其次，将溶胀SEBS与其他物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。其中双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

实施例3

本实施例提供新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，采用的原料与重量份数如下：

针对本实例中的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其具体的制备方法如下：

按照原料配方，首先将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀。

其次，将溶胀SEBS与其他物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。其中双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

实施例4

本实施例提供新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，采用的原料与重量份数如下：

针对本实例中的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其具体的制备方法如下：

按照原料配方，首先将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀。

其次，将溶胀SEBS与其他物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。其中双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

实施例5

本实施例提供新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，采用的原料与重量份数如下：

针对本实例中的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其具体的制备方法如下：

按照原料配方，首先将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀。

其次，将溶胀SEBS与其他物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。其中双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

上述各实施例制备的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料主要性能指标列举于表1.

表1 各实施例制备的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套的主要性能指标

由表1可知，本发明的阻燃TPE外护套新型材料具有耐125℃等级，耐油，具有高弹性、抗弯折、高强度、阻燃环保等优点，适合新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述阻燃TPE外护套材料包括如下重量份数的各组分：

2.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的TPEE聚酯弹性体包括软质段聚四氢呋喃聚醚和脂肪族聚酯共聚物。

3.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的软化剂为石蜡级橡胶油或SEBS专用填充油。

4.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的聚烯烃弹性体为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规聚丙烯和茂金属聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种的组合物。

5.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀性阻燃剂、非多聚磷酸铵体系的P-N膨胀性阻燃剂中的一种或几种的组合物。

6.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的协效阻燃剂为硅系阻燃剂、石墨阻燃剂、硼系阻燃剂的一种或几种的组合物。

7.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的润滑剂为PE蜡、EBS、硬脂酸钙的一种或或几种的组合物。

8.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的防老化剂为抗氧剂1010、168、DLTP、DSTP、126中的一种或几种的组合物。

9.根据权利要求1所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料，其特征在于，所述的其他助剂为抗紫外剂、色母粒。

10.一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)按照权利要求1至9中任一项所述的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料的原料配方，将SEBS和软化剂投入混合机中低速搅拌10-20分钟，充分混合后，静置24h-48h，使SEBS充分溶胀；

(2)将溶胀SEBS与其它物料分别加入到失重称计量料仓，通过计算机控制下料量，均匀加入到双螺杆挤出机喂料口挤出造粒，料条通过水槽冷却，切粒机切粒后收集备用。

11.根据权利要求10所述的一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的料筒温度依次为150～160℃、160～170℃、190～200℃、200～210℃、210～220℃、210～220℃，机头温度210～225℃。

12.一种新能源充电电缆用阻燃TPE外护套，其特征在于，所述阻燃TPE外护套由权利要求1至9中任一项所述的新能源充电电缆用阻燃TPE外护套材料制成。