CN106398234A - 一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒pc材料及其制备方法 - Google Patents

一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒pc材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料及其制备方法。所述材料按重量配比计由如下组分构成：聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷92～94％，阻燃剂0.1～0.12％，增韧剂4～6％，抗滴落剂0.5～0.6％，主抗氧剂0.1～0.2％，辅抗氧剂0.3～0.4％，润滑剂0.4～0.5％，耐候剂0.3～0.5％。聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物由于引入二甲基硅氧烷链段，耐低温性能优异，同时燃烧时能促进PC成炭，与添加型阻燃剂有良好的协同阻燃效果，能有效减少添加型阻燃剂的用量。本发明以聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷为主体，添加磺酸盐类阻燃剂、有机硅类增韧剂、抗滴落剂、抗氧剂、耐候剂、润滑剂，通过双螺杆挤出机熔融共混，制得适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料。

Description

一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于高分子功能复合材料领域，具体涉及一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料及其制备方法。
背景技术
电动汽车具有零排放、能源利用率高、低噪音等特点，得到国家政策的大力扶持，发展迅速。但是，目前电动汽车充电基础设施并不完善，限制了充电汽车的普及。充电枪作为电动汽车充电基础设施至关重要的一环，由于其使用环境的特殊性、差异性对其使用材料提出近乎苛刻的要求：良好的机械性使其耐摔和耐碾压；优异的耐低温性以满足不同气候条件下的使用要求；优异的阻燃性和电气性能以满足用电安全要求；良好的耐候和耐老化保证长期稳定性；易着色性满足外观需求。
聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物本身具有良好的机械性能和电气性能，同时由于在聚碳酸酯中引入聚二甲基硅氧烷链段，低温冲击强度高。此外，聚二甲基硅氧烷燃烧时能促进PC成炭，与添加型阻燃剂有良好的协同阻燃效果，能有效减少阻燃剂的用量。
但是聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物单独使用时，阻燃及耐寒性均达不到充电桩充电枪的使用要求，仍需进行阻燃和增韧改性。
目前聚碳酸酯常用的阻燃剂主要分为溴系、有机磷系、硅系等。溴系阻燃剂因其对环境造成污染而逐渐被限制使用；磷系阻燃剂添加量大，多数分解温度比较低，易腐蚀模具；有机硅类阻燃剂被认为是一类高效、无毒、低烟、环境友好性阻燃剂，但成本较高。
聚碳酸酯常用的增韧剂有：马来酸酐接技聚烯烃类、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯类和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯类。这几类增韧剂虽能显著提高PC材料常温冲击性能，但普遍存在添加量大，低温冲击不足等缺点。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，该材料不仅具有良好的机械性能和电气性能，满足充电桩充电枪PC各种加工要求和物理性能要求，还具有优异的耐低温性、阻燃性、耐候性、耐老化及着色性能。
本发明的另一目的在于提供上述适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料的制备方法。该方法选用聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷为主体，同时添加无卤阻燃剂、增韧剂、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂，可使聚碳酸酯材料加工成高性能充电桩充电枪外壳。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其组成按重量配比(％)计为：
优选的，所述聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷是指聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，相对分子量17000～30000g/mol，其熔融指数为10～20g/10min，玻璃化温度为140℃～150℃。
优选的，所述无卤阻燃剂为：2,4,5-三氯苯磺酸钠、苯磺酞基苯磺酸钾、全氟丁基磺酸钾中至少一种。
优选的，所述增韧剂为有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物。
优选的，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。
优选的，所述主抗氧剂和辅抗氧剂均为：三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、季戊四醇类十二硫代丙酯和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种；所述辅抗氧剂最优选为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，所述主抗氧剂最优选为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯。
优选的，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂、乙撑双脂肪酸酰胺和二硬脂酸乙烯胺中的至少一种。
优选的，所述耐候剂为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-5-辛苯基)-苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)、3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯和2-[4,6-双(2,4-二甲苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚中的至少一种。所述耐候剂最优选为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑。
上述适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料的制备方法，包括如下步骤：
按比例称取原材料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机加料斗中，经熔融挤出、水冷、风刀冷却干燥、造粒和均化，即得到所述适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度215～225℃，二区温度255～265℃，三区温度255～265℃，四区温度255～265℃，五区温度245～255℃，六区温度235～245℃，七区温度225～235℃，八区温度225～235℃，机头温度255～265℃；螺杆转速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷却水温：40～60℃，烘干时间2～4h，烘干温度：70～120℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)以聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物为基体树脂，由于引入聚二甲基硅氧烷链段，耐寒性好，同时燃烧时能促进PC成炭，协同阻燃效果好，只需添加少量阻燃剂；
(2)采用新型磺酸盐类阻燃剂，其添加量少，阻燃效率高，对材料机械性能尤其是低温冲击性能影响小。磺酸盐类阻燃剂为反应型阻燃剂，与传统的气相及凝聚相阻燃机理不同，磺酸盐能使PC分子链重排，促进PC分子链交联，加快PC的成炭速率，从而实现阻燃性能的改善。
(3)采用具有核壳结构的有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯为增韧剂，该增韧剂以有机硅/丙烯酸酯为核，甲基丙烯酸甲酯为壳。当受到外界冲击时，有机硅/丙烯酸酯橡胶相能吸收大量冲击能，而含有大量的酯基的甲基丙烯酸甲酯壳则保证了其在PC基体材料中有良好的分散性和相容性，起应力传递的桥梁作用。此外，与传统增韧剂相比，引入有机硅组分，在低温环境下能保持优异的冲击性能，同时具有良好的耐候性。
本发明针对市场需求，在原材料和助剂的选择、加工工艺等方面进行改革创新，制备的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料具良好的机械性能和电气性能、阻燃、耐低温、耐候、耐老化及易着色等特点，能满足充电桩充电枪使用环境的特殊性、差异性，保证电气使用安全。同时，材料的制备方法简单易行，实用性强，可广泛用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明提供适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料及其制备方法，其组成按重量配比(％)计由如下组分构成：聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷92～94％，阻燃剂0.1～0.12％，增韧剂4～6％，抗滴落剂0.5～0.6％，主抗氧剂0.1～0.2％，辅抗氧剂0.3～0.4％，润滑剂0.4～0.5％，耐候剂0.3～0.5％。
本发明实施例和对比例中用到的原料如下：
聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷：3020PJ，韩国三养(Samyang)公司；
聚碳酸酯：SC-1100R，韩国三星(Samsung)公司；
阻燃剂：F531(2,4,5-三氯苯磺酸钠)，美国Arichem公司；KSS-FR(磺酞基苯磺酸钾)，美国Arichem公司；FR2025(全氟丁基磺酸钾)，美国3M公司；
增韧剂：S-2001(有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯)，日本三菱(Mitsubishi)公司；EXL 2620(丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物)，美国罗门哈斯(Rohm&Haas)公司；
抗滴落剂：SN3306(聚四氟乙烯)，广州熵能创新材料股份有限公司；
主抗氧剂：1076(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯)，瑞士汽巴(Ciba)公司；
辅抗氧剂：168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)，瑞士汽巴(Ciba)公司；
润滑剂：PETS(季戊四醇硬脂酸脂)，美国龙沙(Lonza)公司；
耐候剂：234(2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑)，德国巴斯夫(BASF)公司。
在本发明中，按比例称取原材料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机加料斗中，经熔融挤出、水冷、风刀冷却干燥、造粒和均化，即得到权力要求书所述材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度215～225℃，二区温度255～265℃，三区温度255～265℃，四区温度255～265℃，五区温度245～255℃，六区温度235～245℃，七区温度225～235℃，八区温度225～235℃，机头温度255～265℃。螺杆转速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷却水温：40～60℃，烘干时间2～4h，烘干温度：70～120℃。
实施例1
按表1称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
实施例2
按表1称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
实施例3
按表1称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
实施例4
表1称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
对比例1
按表3称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
对比例2
按表3称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
对比例3
按表3称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
对比例4
按表4称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度250℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度260℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。
性能测试：
屈服强度和断裂伸长率按GB/T 1040.2-2006中的规定进行测试，试验速度为50mm/min；
缺口冲击强度和-40℃低温缺口冲击按GB/T 1843-2008中的规定进行测试，缺口类型为A型；
HDT按GB/T 1634.2-2004中的规定进行测试，负荷0.45MPa；
阻燃性按GB/T 2408-2008的规定进行，试验方法为B，试样厚度1.6mm；
老化试验性能保持率按GB/T 16422.3-2014中的规定进行测试，测试方法为A，测试条件如标准循环序号1所示，试验时间500h后测拉伸强度、弯曲强度、冲击强度保持率；
表1适用于充表1电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料的组成
组分 实施例1(wt％) 实施例2(wt％) 实施例3(wt％) 实施例4(wt％)
3020PJ 94 94 94 92
F531 0.1 0 0 0
KSS-FR 0 0.12 0 0
FR2025 0 0 0.1 0.1
S-2001 4 4 4 6
SN3306 0.6 0.6 0.6 0.5
1076 0.2 0.1 0.1 0.1
168 0.3 0.38 0.3 0.4
PETS 0.5 0.5 0.5 0.4
234 0.3 0.3 0.4 0.5
表2适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料测试性能
表3对比例PC材料的组成
组分 对比例1(wt％) 对比例2(wt％) 对比例3(wt％) 对比例4(wt％)
3020PJ 0 95 98 92
SC-1100R 94 0 0 0
F531 0.14 0 0 0
KSS-FR 0 0 0 0
FR2025 0 0 0.1 0.1
S-2001 4 4 0 0
EXL 2620 0 0 0 6
SN3306 0.6 0 0.6 0.5
1076 0.16 0.2 0.1 0.1
168 0.3 0.3 0.3 0.4
PETS 0.5 0.5 0.5 0.4
234 0.3 0 0.4 0.5
表4对比例PC材料测试性能
项目 单位 对比例1 对比例2 对比例3 对比例3
屈服强度 MPa 60 61 66 58
断裂伸长率 ％ 180 225 188 200
缺口冲击 KJ/m2 55 74 48 64
-40℃低温缺口冲击 KJ/m2 32 61 37 40
阻燃性 / 1.6mm V0 1.6mm V2 1.6mm V0 1.6mm V0
老化试验性能保持率 ％ ≥70 ≤70 ≥70 ≤70
对比例1与实施1例比较可见，由于聚二甲基硅氧烷的引入，增加了PC分子链的柔顺性，常温冲击及低温冲击均优于普通聚碳酸酯。此外，聚二甲基硅氧烷能促进PC成碳，起协同阻燃效果，因此阻燃剂的添加量也更少。
对比例2与实施例2比较可见，聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷阻燃性较差，添加少量磺酸盐类阻燃剂可明显改善其阻燃性能，通过1.6mm V0的阻燃测试，同时其它性能特别是低温冲击性能基本不受影响。
对比例3与实施例3比较可见，聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷本身具有优异的抗冲击性能，添加有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯改性后，冲击性能特别是低温冲击性能得到进一步提升。
对比例4与实施例4比较可见，有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯增韧改性效果优于PC常用的MBS类(EXL 2620丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物)增韧剂，耐寒性能优异。同时，由于EXL 2620中的丁二烯橡胶相含有不饱和双键，导致材料的耐候性变差。
以上对本发明所提供的一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上进行修改或者等同替换，而不脱离发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，其组成按重量配比计为：
2.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷是指聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，相对分子量17000～30000g/mol，其熔融指数为10～20g/10min，玻璃化温度为140℃～150℃。
3.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂为：2,4,5-三氯苯磺酸钠、苯磺酞基苯磺酸钾和全氟丁基磺酸钾中至少一种。
4.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述增韧剂为有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物。
5.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述主抗氧剂和辅抗氧剂均为：三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、季戊四醇类十二硫代丙酯和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂、乙撑双脂肪酸酰胺和二硬脂酸乙烯胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料，其特征在于，所述耐候剂为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-5-辛苯基)-苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)、3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯和2-[4,6-双(2,4-二甲苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚中的至少一种。
9.权利要求1至8任一项所述的适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按比例称取原材料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机加料斗中，经熔融挤出、水冷、风刀冷却干燥、造粒和均化，即得到所述适用于充电桩充电枪的无卤阻燃耐寒PC材料；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度215～225℃，二区温度255～265℃，三区温度255～265℃，四区温度255～265℃，五区温度245～255℃，六区温度235～245℃，七区温度225～235℃，八区温度225～235℃，机头温度255～265℃；螺杆转速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷却水温：40～60℃，烘干时间2～4h，烘干温度：70～120℃。
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Denomination of invention: Halogen-free flame-retardant and cold-resistant PC material suitable for charging pile charging gun and preparation method thereof

Effective date of registration: 20191010

Granted publication date: 20190507

Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou Yuexiu branch

Pledgor: GUANGZHOU SUPER-DRAGON ENGINEERING PLASTICS CO., LTD.

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