CN106867104A - 新能源电动汽车充电桩电缆用环保tpe材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料及其制备方法。所述TPE材料包括下列质量份数的各组分：SEBS 25~40，聚丙烯20~30，无机物阻燃剂35~45，阻燃剂协效剂5~15，有机硅微粉0.6~1.5，抗氧剂0.5~1.5，环烷油6~10，抗紫外线剂0.6~0.6，色母粒1~3，加工助剂0.1~0.5，其中，所述无极阻燃剂需先经过占其质量份数为1~2%的表面处理剂进行处理。该电缆料的制备方法包括无机阻燃剂的表面处理、SEBS的冷充油，自动配料、混合、熔融挤出造粒等工艺步骤。与现有技术相比本发明具有以下特征：优越的阻燃性能、耐疲劳性、耐人工气候老化、耐紫外线和加工性能，以及挤出速度可达150‑200m/min，无析出，密度低，可重复加工利用、环境友好且经济性较佳。

Description

新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料及其制备方法
技术领域
本发明属于低烟无卤阻燃材料领域，特别是涉及一种新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体TPE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，可以循环使用降低成本。
随着人们环保意识的不断增强，欧盟ROSH标准和REACH法规等有关的环保规定已在电子、电气领域中逐步执行，在不少场合必须使用热塑型阻燃安全清洁电线电缆，而兼具塑料和橡胶特性的TPE无卤阻燃电缆料成为研发的重点。
以SEBS为基本的TPE材料，通过添加大量无机阻燃剂提高阻燃性的同时，易出现强度低、易析出、回弹性差、耐候性和耐疲劳性差，且燃烧出现滴落、烟雾大等现象。这些综合性能的降低，影响了产品的使用寿命和运行安全性，限制了低烟无卤阻燃TPE材料在电子、电气连接线领域的应用，特别是新能源充电桩电缆用料。
发明内容
本发明的目的是解决现有无卤阻燃TPE材料所存在的阻燃性、物理机械性能、高弹性能之间的矛盾，提供一种阻燃性能高、耐热性能优异、无析出，且耐应力疲劳、耐气候老化、电性能好，体积电阻率可达5×1015Ω.cm，既绝缘性能高，且有效满足新能源电动汽车充电桩快、慢充交直流的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料。本发明的另一目的是提供一种上述新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料的制备方法。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种新能源电动车充电桩电缆用环保TPE材料，包括下列质量份数的各组分：SEBS25～40份，聚丙烯20～30份，无机阻燃剂35～45份，阻燃协效剂5～15份，有机硅微粉0.6～1.5份，抗氧剂0.5～1.5份，环烷油6～10份，抗紫外线剂0.3～0.6份，色母粒1～3份，加工助剂0.1～0.5份；其中，所述无机阻燃剂为经过表面处理剂处理后的无机阻燃剂。
所述的SEBS是以聚苯乙烯为末端段、以乙烯-丁稀共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物；所述聚丙烯的熔融指数为2～3g/min。
所述无机阻燃剂为苯基次磷酸铝、二乙基次鳞酸铝和季戊四醇多聚鳞酸酯三聚氰胺盐中的一种或两种以上；所述表面处理剂为硅烷联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种以上；其中，处理时，表面处理剂用量占无机阻燃剂质量份数为1～2％。
所述阻燃协效剂为三聚氰胺尿酸酯、纳米二氧化硅和纳米膨闰土中的一种或两种以上。
所述的有机硅微粉为道康宁RM-7081、GE SFR-100或有机硅酮母粒，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酸正十八碳醇酯和N，N，-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酰]肼中的一种或两种以上。
所述加工助剂是二氧化钛。
一种所述新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，包括以下步骤：
1)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂和表面处理剂加入高速混合机中高速搅拌进行表面改性处理；
2)SEBS的冷充油：将SEBS和环烷油按照比例投入低速搅拌机中搅拌1～3min静置后待用；
3)将各原料加入相应料仓，按照组分配比的质量份数进行程序设定，自动配料、混合、熔融挤出造粒制得所述TPE材料。
步骤3)中，采用如下方式进行：
a)由自动失重计量称加入双螺杆挤出机中进行熔融混合，再经单螺杆挤出造粒，水环切粒，甩干，沸腾干燥；
或，b)由自动失重计量称加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，水冷拉条，沸腾干燥。
当采用方式a)时，螺杆各段温度为：上阶：加料段160～175℃，输送段180～190℃，熔融段195～210℃，上下阶连接段190～200℃，下阶：180～185℃，机头170～180℃；
当采用方式b)时，双螺杆挤出机长泾比为44:1，双螺杆各段温度为：加料段160～175℃，输送段180～190℃，熔融段195～210℃，机头190～200℃。
本发明所提供的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，是以甄选的热塑弹性体SEBS和聚丙烯共混改性所得的聚烯烃为基料，恰当的添加了一定量的膨胀型磷酸铝阻燃剂和阻燃协效剂，使用了特定的加工助剂复合而成。该配方实现了低填充量下的高效复合，提高了长期静态热老化寿命，具有优良的物理机械性能、高弹性(邵氏硬度A<80)和色彩稳定性。本产品剂制成的电线或电缆，0.45mm厚度的薄壁绝缘可通过VW-1要求，解决了析出和燃烧滴落问题，且燃烧透光率≥95％，适用于电源电子连接线、USB连接线和新能源电动汽车充电桩电缆用料。另外，本发明所提供的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，环保符合欧盟第1907/2006号REACH法规、欧盟ROHS指令2011/65/EU附录Ⅱ的修正指令(EU)2015/863的限值要求和满足欧盟标准EN50620要求。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：优越的阻燃性能、耐疲劳性、耐人工气候老化、耐紫外线和加工性能，以及挤出速度可达150-200m/min，无析出，密度低，可重复加工利用，环境友好且经济性较佳。该配方可实现低填充量下的高效复合，提高了长期静态热老化寿命，具有优良的物理机械性能、高弹性(邵氏硬度A<80)和色彩稳定性。本产品剂制成的电线或电缆，0.45mm厚度的薄壁绝缘可通过VW-1要求，解决了析出和燃烧滴落问题，且燃烧透光率≥95％，适用于电源电子连接线、USB连接线和新能源电动汽车充电桩电缆用料。另外，本发明所提供的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，环保符合欧盟第1907/2006号REACH法规、欧盟ROHS指令2011/65/EU附录Ⅱ的修正指令(EU)2015/863的限值要求和满足欧盟标准EN50620要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种新能源电动车充电桩电缆用环保TPE材料，其组成如表1所示。
表1 TPE材料配方表
其中，SEBS是以聚苯乙烯为末端段、以乙烯-丁稀共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物；所述聚丙烯的熔融指数为2～3g/min。阻燃协效剂为三聚氰胺尿酸酯、纳米二氧化硅和纳米膨闰土中的一种或两种以上。有机硅微粉为道康宁RM-7081、GE SFR-100或有机硅酮母粒。所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酸正十八碳醇酯和N，N，-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酰]肼中的一种或两种以上。抗紫外线剂为：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
产品1-3的无机阻燃剂为经过表面处理剂处理后的无机阻燃剂。无机阻燃剂为苯基次磷酸铝、二乙基次鳞酸铝和季戊四醇多聚鳞酸酯三聚氰胺盐中的一种或两种以上；表面处理剂为硅烷联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种以上；其中，处理时，表面处理剂用量占无机阻燃剂质量份数为1～2％。对照1和对照2无机阻燃剂与产品1-3的相同，但为未经过表面处理剂处理。
上述新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料的制备方法，包括以下步骤：
1)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂和表面处理剂加入高速混合机中高速搅拌进行表面改性处理；
2)SEBS的冷充油：将SEBS和环烷油按照比例投入低速搅拌机中搅拌1～3min静置后待用；
3)将各原料加入相应料仓，按照组分配比的质量份数进行程序设定，自动配料、混合、熔融挤出造粒制得所述TPE材料。
其中，产品1-3和对照1均采用操作a)：由自动失重计量称加入双螺杆挤出机中进行熔融混合，再经单螺杆挤出造粒，水环切粒，甩干，沸腾干燥；螺杆各段温度为：上阶：加料段160～175℃，输送段180～190℃，熔融段195～210℃，上下阶连接段190～200℃，下阶：180～185℃，机头170～180℃。
产品4-5和对照2均采用操作b)：由自动失重计量称加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，水冷拉条，沸腾干燥；双螺杆挤出机长泾比为44:1，双螺杆各段温度为：加料段160～175℃，输送段180～190℃，熔融段195～210℃，机头190～200℃。
采用相同的产品检测方法，对制备的各产品进行性能检测，具体结果如表2所示。
表2产品性能表
指标 产品2 产品3 产品4 对照1 对照2
原始强度MPa 10.3 10.9 11.2 8.6 9.3
原始断裂伸长率％ 420.6 496.2 536.1 326.2 352.9
邵氏硬度A 78 80 76 80 83
UL燃烧等级 VW-1 VW-1 VW-1 低落 VW-1
烟密度Dm(无焰) 49 53 50 59 56
拉伸强度变化率％ 11 10.6 12 15.5 13.4
断裂伸长率变化率％ -12.6 -9.6 -13.9 -17.6 -19.7
低温绕曲(-40℃) 通过 通过 通过 有细微裂纹 通过
注：拉伸强度变化率、断裂伸长率变化率均在烘箱老化136℃，168h条件下检测。
可见本发明的产品，有优越的阻燃性能、耐疲劳性、耐人工气候老化、耐紫外线和加工性能，以及挤出速度可达150-200m/min，无析出，密度低，可重复加工利用，环境友好且经济性较佳。该配方可实现低填充量下的高效复合，提高了长期静态热老化寿命，具有优良的物理机械性能、高弹性(邵氏硬度A<80)和色彩稳定性。本产品剂制成的电线或电缆，0.45mm厚度的薄壁绝缘可通过VW-1要求，解决了析出和燃烧滴落问题，且燃烧透光率≥95％，适用于电源电子连接线、USB连接线和新能源电动汽车充电桩电缆用料。另外，本发明所提供的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，环保符合欧盟第1907/2006号REACH法规、欧盟ROHS指令2011/65/EU附录Ⅱ的修正指令(EU)2015/863的限值要求和满足欧盟标准EN50620要求。

Claims (9)

1.一种新能源电动车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，包括下列质量份数的各组分：SEBS 25~40份，聚丙烯20~30份，无机阻燃剂35~45份，阻燃协效剂5~15份，有机硅微粉0.6~1.5份，抗氧剂0.5~1.5份，环烷油6~10份，抗紫外线剂0.3~0.6份，色母粒1~3份，加工助剂0.1~0.5份；其中，所述无机阻燃剂为经过表面处理剂处理后的无机阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，所述的SEBS是以聚苯乙烯为末端段、以乙烯-丁稀共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物；所述聚丙烯的熔融指数为2~3g/min。
3.根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，所述无机阻燃剂为苯基次磷酸铝、二乙基次鳞酸铝和季戊四醇多聚鳞酸酯三聚氰胺盐中的一种或两种以上；所述表面处理剂为硅烷联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种以上；其中，处理时，表面处理剂用量占无机阻燃剂质量份数为1~2%。
4.根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，所述阻燃协效剂为三聚氰胺尿酸酯、纳米二氧化硅和纳米膨闰土中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，所述的有机硅微粉为道康宁RM-7081、GE SFR-100或有机硅酮母粒，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羚基苯基)丙酸正十八碳醇酯和N，N，-双[β-（3,5-二叔丁基-4-羚基苯基）丙酰]肼中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，所述加工助剂是二氧化钛。
7.一种制备权利要求1-6任意一项所述新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，包括以下步骤：
1）无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂和表面处理剂加入高速混合机中高速搅拌进行表面改性处理；
2）SEBS的冷充油：将SEBS和环烷油按照比例投入低速搅拌机中搅拌1~3min静置后待用；
3）将各原料加入相应料仓，按照组分配比的质量份数进行程序设定，自动配料、混合、熔融挤出造粒制得所述TPE材料。
8.根据权利要求7所述的制备新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，步骤3）中，采用如下方式进行：
a）由自动失重计量称加入双螺杆挤出机中进行熔融混合，再经单螺杆挤出造粒，水环切粒，甩干，沸腾干燥；
或，b）由自动失重计量称加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，水冷拉条，沸腾干燥。
9.根据权利要求7所述的制备新能源电动汽车充电桩电缆用环保TPE材料，其特征在于，当采用方式a）时，螺杆各段温度为：上阶：加料段160~175℃，输送段180~190℃，熔融段195~210℃，上下阶连接段190~200℃，下阶：180~185℃，机头170~180℃；
当采用方式b）时，双螺杆挤出机长泾比为44:1，双螺杆各段温度为：加料段160~175℃，输送段180~190℃，熔融段195~210℃，机头190~200℃。
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