CN107057338B - 新能源汽车电池箱体用电磁屏蔽高导热尼龙复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了新能源汽车电池箱体用电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，所述复合材料包括如下按质量百分比计算的组分：尼龙树脂30‑40%；碳材料10‑25%；金属铟5‑20%；抗氧剂0.1‑5%；润滑剂0.1‑5%；玻璃长纤5‑30%；相容剂1‑10%；其中，所述尼龙树脂熔融指数为30‑45g/10min；所述碳材料为纳米级碳纳米管或石墨烯或毫米级碳纤维。本发明所述新能源汽车电池箱体用电磁屏蔽高导热尼龙复合材料可注塑成型，力学性能好，能够有效屏蔽电磁干扰，快速传导电池工作产生的热量。

Description

新能源汽车电池箱体用电磁屏蔽高导热尼龙复合材料
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽导热材料领域，具体的，本发明涉及一种新能源汽车电池箱体用电磁屏蔽高导热尼龙复合材料。
背景技术
2010年1月我国开始启动新能源汽车“十城千辆”的推广工程，计划用3年左右的时间，每年发展10个城市，每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行，截至日前，覆盖城市已经由北京、上海、重庆等13个城市扩大到25个。发展新能源汽是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的重要途径。动力电池作为新能源汽车能量供给的核心零部件，其性能直接影响了新能源汽车的性能表现。动力电池箱体作为动力电池的载体，在动力电池安全工作和防护方面起着至关重要的作用。
传统电动汽车动力电池箱体大多采用金属材料制造，而金属材料往往质量较重，不利于实现动力电池的轻量化。随着制造材料的发展，为了提高新能源汽车经济性及实现动力电池轻量化，复合材料被逐渐应用到动力箱体设计中。目前动力电池箱体复合材料一般以浇注成型的热固性材料为主，其成型周期较长、工艺复杂。热塑性高分子复合材料能够大大缩短生产周期，提高生产效率，然而一般的热塑性高分子复合材料难以满足动力电池箱体对材料的要求：高力学强度，比重低，耐腐蚀性好，阻燃。另外，电池在工作过程中会产生大量热量，因此箱体材料需要具有良好的热量传导性能。目前市场上尚无材料能够同时满足可注塑成型、力学性能好、能有效屏蔽电磁干扰及传导电池工作产生的热量等性能要求。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料质量轻，可注塑成型，力学性能优异，能够有效屏蔽电磁干扰，热变形温度高，且能够快速传导电池工作产生的热量。
本发明的另一目的在于提供所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法。
其技术方案如下：
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，包括如下按质量百分比计算的组分：
尼龙树脂 30-40%；
碳材料 10-25%；
金属铟 5-20%；
抗氧剂 0.1-5%；
润滑剂 0.1-5%；
玻璃长纤 5-30%；
相容剂 1-10%；
其中，所述尼龙树脂熔融指数为30-45g/10min；所述碳材料为纳米级碳纳米管或石墨烯或毫米级碳纤维。
尼龙作为工程塑料中一个重要的品种，具有力学强度高，耐热性好，耐化学腐蚀，离火自熄等特点。发明人在实验过程中发现，在适宜熔融指数的尼龙树脂中加入特定大小粒径或直径的炭材料和金属铟能够构建优异的导电导热网络通路，纳米碳材料与金属铟发生协同作用，大大提高尼龙材料的电磁屏蔽性能和导热性。本发明所制备出的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料具有很高的电磁屏蔽效能，且导热系数高、力学性能良好、加工性能优异。
在其中一个实施例中，所述碳材料为纳米级碳纳米管，直径为10-50nm。
在其中一个实施例中，所述碳材料为纳米级石墨烯，粒径为10-20nm。
在其中一个实施例中，所述碳材料为毫米级碳纤维，直径为3-5mm。
在其中一个实施例中，所述尼龙树脂为尼龙6和/或尼龙66。
在其中一个实施例中，所述尼龙树脂的拉伸强度不低于70MPa。
在其中一个实施例中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂1098和抗氧剂168中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述润滑剂为硬脂酸钙、双乙撑硬脂酸酰胺、聚丙烯蜡、硅酮粉中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述相容剂为马来酸酐接枝POE。
在其中一个实施例中，所述玻璃长纤直径为10-20μm。
所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按原料配比称取各原料，将尼龙树脂、碳材料、金属铟、抗氧剂、润滑剂和相容剂在高速混合机混合均匀；
S2、将混合好的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出并造粒，干燥，得到尼龙母粒材料；
S3、通过长玻纤增强塑料专用挤出机，采用熔融浸渍模头和浸渍工艺将尼龙母粒材料和玻璃长纤熔融混合并加工成电磁屏蔽高导热尼龙复合材料。
所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料在制备电动汽车动力电池箱体中的应用。本发明所制备的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料具有很高的电磁屏蔽效能和电导率，且导热系数高、热变形温度高，力学性能良好、加工性能优异，能够满足电动汽车动力电池箱体的性能要求。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明在适宜熔融指数的尼龙树脂中加入特定大小粒径或直径的炭材料和金属铟构建导电导热网络通路，碳材料与金属铟能够发生协同作用，大大提高了尼龙材料的电磁屏蔽性能和导热性；
（2）采用新颖的生产加工工艺，引进长玻纤熔融浸渍模头和浸渍工艺，将母粒与长玻纤很好的融合起来，制备出力学性能优异的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料；
（3）本发明所制备的电磁屏蔽高导热电池箱体尼龙复合材料具有导电性好、具有很高的电磁屏蔽效能、导热系数高、力学性能良好、加工性能好等优点；
（4）本发明材料所制备的电磁屏蔽高导热电池箱体尼龙复合材料综合性能优异，非常适合应用于新能源汽车电池箱体领域；
（5）本发明所用的生产制备工艺效率高，便于大规模生产。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
以下实施例所用原料如下：
PA6树脂：广东美达M2400，熔融指数为35-45g/10min；
PA66树脂：河南神马化工有限公司EPR24，熔融指数为30-40g/10min；
碳纳米管：中山卡耐特多壁碳纳米管KNT-01，直径在15-30nm；
碳纳米管：中山卡耐特多壁碳纳米管KNT-02，直径在30-40nm；
碳纤维：日本MTS公司，MC-6，直径为3-4mm；
石墨烯：南京吉仓纳米JCPG-99，粒径为10-20nm；
金属铟：湖南有色金属股份有限公司；
相容剂：马来酸酐接枝POE，沈阳科通塑胶有限公司KT-915；
玻璃长纤：重庆复合国际的4305PM-2400，单丝直径14μm；
其他未特别说明的原料均为普通市售产品。
实施例1
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其组分如下：尼龙树脂PA6 36份；多壁碳纳米管KNT-01 17份；金属铟 15份；抗氧剂168 0.5份；抗氧剂168 0.5份；润滑剂EBS 1份；玻璃长纤 25份；相容剂 5份。
按如下方法制备所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料：
S1、按上述原料配比称取各原料，将尼龙树脂、碳纳米管、金属铟、抗氧剂、润滑剂和相容剂在高速混合机混合均匀。
S2、将混合好的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出并造粒，干燥，得到尼龙母粒材料，其中，双螺杆挤出机熔融挤出造粒的工艺参数为：一区温度200-210℃，二区温度230-235℃，三区温度235-240℃，四区温度235-240℃，五区温度230-235℃，六区温度230-235℃，七区温度230-235℃，八区温度230-235℃，九区温度230-235℃，模头温度240-245℃，主机的转速为240-260 r/min，喂料的转速为60-70r/min。
S3、通过长玻纤增强塑料专用挤出机，采用熔融浸渍模头和浸渍工艺将尼龙母粒材料和玻璃长纤熔融混合并加工成电磁屏蔽高导热尼龙复合材料。
实施例2
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料的质量份数不同，本实施例所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的组分如下：PA6树脂 39份；多壁碳纳米管KNT-01 14份；金属铟18份；马来酸酐接枝POE 4份；玻璃长纤23份；抗氧剂1098 0.5份；抗氧剂168 0.5份；EBS 1份。
实施例3
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料的质量份数不同，本实施例所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的组分如下：PA6树脂 30份；多壁碳纳米管KNT-01 25份；金属铟20份；马来酸酐接枝POE 5份；玻璃长纤10份；抗氧剂1098 2.5份；抗氧剂168 2.5份；EBS 5份。
实施例4
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料的质量份数不同，本实施例所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的组分如下：PA66树脂 38份；石墨烯JCPG-99 10份；金属铟11.5份；马来酸酐接枝POE 10份；玻璃长纤30份；抗氧剂1010 0.1份；抗氧剂3114 0.1份；硬脂酸钙 0.3份。
实施例5
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料的质量份数不同，本实施例所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的组分如下：PA66树脂 38份；碳纤维MC-6 18份；金属铟10份；马来酸酐接枝POE 4份；玻璃长纤28份；抗氧剂1098 0.5份；抗氧剂168 0.5份；聚丙烯蜡1份。
实施例6
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料的质量份数不同，本实施例所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的组分如下：PA66树脂38份；多壁碳纳米管KNT-02 21份；金属铟5份；马来酸酐接枝POE 1份；玻璃长纤26份；抗氧剂1010 3.5份；抗氧剂168 0.5份；硅酮粉5份。
对比例1
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料与实施例1基本相同，区别仅在于，用金属锡替代金属铟。
对比例2
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料与实施例1基本相同，区别仅在于，用直径为15-20μm的碳纳米管代替多壁碳纳米管KNT-01。
对比例3
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，制备方法与实施例1相同，所用原料与实施例1基本相同，区别仅在于，用PA6-8202（美国Honeywell公司，熔融指数20-25g/10min）的尼龙树脂代替实施例1中的PA6 M2400树脂。
对实施例和对比例制备的电磁屏蔽高导热电池箱体尼龙复合材料及宝利玛TC-3010导热PA6进行性能检测。按下列方法标准测材料力学性能：将实施例、对比例造粒好的树脂、宝利玛TC-3010导热PA6置于温度为120-130℃的鼓风干燥箱中干燥2-3小时，在80T注塑机上制样。冷却放置24小时后测试。测试标准为美国标准，测试温度为室温。具体测试标准如下：（1）拉伸强度标准：ASTM D638，样条尺寸为57mm*127mm*3.2mm(有效尺寸），拉伸速度为50mm/min；
（2）弯曲强度标准：ASTM D790，样条尺寸为127mm*13mm*3. 2mm，弯曲速度为2mm/min；悬臂梁冲击标准：ASTM D256，样条尺寸为64mm*12. 7mm*3. 2mm，缺口剩余宽度为10.12mm ；
（3）熔融指数标准：ASTMD1238，测试条件为250°C /2.16kg；
（4）导热系数标准：GB 22588-2008；
（5）电导率标准：GB 11007-1989；
（6）电磁屏蔽效能：GB 6190-2008。
测试结果见表1、表2。
由表1中的测试数据可知，本发明制备的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料导热系数可达3 W/m·K以上，电磁屏蔽效能达到40 Db，电导率10-3S/m。综合力学性能优良、加工性能优良，特别适用于新能源汽车电池箱体。
表1 实施例1-6产品性能测试结果
表2 对比例及市售导热PA6性能测试结果
由实施例1与对比例1的对比可知，尼龙复合材料中添加的金属的类别对尼龙复合材料的电磁屏蔽效能和电导率、导热系数有较大影响，只有添加的金属为铟时，才能同时显著改善尼龙复合材料的电磁屏蔽效能、电导率。由实施例1与对比例2的对比可知，碳材料的直径或粒径也会对尼龙复合材料的电磁屏蔽效能、电导率、导热系数具有很大影响。由实施例1与对比例3的对比可知，尼龙树脂的熔融指数对尼龙复合材料的力学性能、电磁屏蔽效能、电导率、导热系数也有较大影响。从实施例和市售导热PA6的对比可知，本发明制备的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的力学性能显著优于市售导热PA6，且电磁屏蔽效能、电导率、导热系数也显著优于市售导热PA6。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，包括如下按质量百分比计算的组分：
其中，所述尼龙树脂熔融指数为30-45g/10min，熔融指数标准：ASTMD1238，测试条件为250℃/2.16kg；所述碳材料为纳米级碳纳米管或石墨烯或毫米级碳纤维，所述纳米级碳纳米管直径为15-40nm，所述石墨烯粒径为10-20nm，所述碳纤维直径为3-4mm。
2.根据权利要求1所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙树脂为尼龙6和/或尼龙66。
3.根据权利要求1所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂1098和抗氧剂168中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、双乙撑硬脂酸酰胺、聚丙烯蜡、硅酮粉中的一种或多种。
5.权利要求1-4任一权利要求所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按原料配比称取各原料，将尼龙树脂、碳材料、金属铟、抗氧剂、润滑剂和相容剂在高速混合机混合均匀；
S2、将混合好的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出并造粒，干燥，得到尼龙母粒材料；
S3、通过长玻纤增强塑料专用挤出机，采用熔融浸渍模头和浸渍工艺将尼龙母粒材料和玻璃长纤熔融混合并加工成电磁屏蔽高导热尼龙复合材料。
6.权利要求1-4任一权利要求所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料在制备电动汽车动力电池箱体中的应用。
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