CN108047679B - 充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃pc材料及其制备方法 - Google Patents

充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃pc材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料及其制备方法，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：聚碳酸酯100份；阻燃剂4‑6份；阻燃协效剂0.5‑1份；抗低温增韧剂3‑4份；聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)0.5‑1.5份；抗滴落剂0.2‑0.4份；紫外线吸收剂0.3‑0.6份；抗氧剂0.3‑0.5份。将上述原料放入高速混合机混合后由双螺杆挤出机挤出，经切粒机造粒即可。本发明阻燃PC材料具有优良抗低温冲击性能，极佳的耐湿热老化性能及极佳的耐温性能，特别适用于使用环境多变、苛刻、复杂的充电枪外壳领域，具有极佳的安全防护能力。

Description

充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料及其制备方法。
背景技术
新能源汽车具有节能、环保、低噪音等优点，国家大力支持新能源车产业的发展，发展迅速，截至2016年底，中国新能源汽车累计销量大约为62.2万辆。国家发改委于2016年出台了《电动汽车充电基础设施发展指南2015-2020》，指出到2020年电动汽车市场保有量达到500万台，占汽车销售量的15％，以后每年占比增加3-5％。而充电桩及充电枪领域作为新能源产业的必不可少的一环，其发展潜力异常巨大。由于我国地域广阔，充电枪及充电桩的经常暴露于极为苛刻的环境下，对所使用的材料提出了极为严格的要求，尤其是充电枪外壳不仅要满足阻燃和电气安全性能还要满足耐摔、耐碾压等机械性能，同时还要具备优良的外观、耐老化和耐紫外等性能，更为重要的是不仅要满足东北地区极低温的使用环境，又要满足海南等地区高温高湿的使用环境。
聚碳酸酯作为一种重要的工程塑料、具有优良的机械性能、阻燃性能以及电绝缘性能，具有优良的外观品质，成为充电枪外壳首选材料；但聚碳酸酯由于极易产生应力集中，导致其缺口敏感、低温韧性差，而且本身酯基的存在致使其耐湿热老化性能明显不足，因此在充电枪外壳领域应用上受到极大的限制。
目前对于聚碳酸酯的低温改性主要从以下几个方面进行。诸如专利CN106398234A以及专利CN103724972A完全采用或部分添加有机硅共聚PC，进一步配合磺酸盐系阻燃剂制备抗低温阻燃PC材料，但聚碳酸酯聚二甲基硅氧烷采购成本较高，更为重要的是磺酸盐系阻燃PC的耐湿热稳定性存在重大缺陷。又如专利CN104419184A采用橡胶型氯化聚乙烯配合磺酸盐系阻燃剂制备抗低温阻燃PC材料亦存在耐湿热稳定性差的问题。
目前对于纯聚碳酸酯耐湿热改性尚未见过报道，主要是因为PC材料自身结构决定了其耐湿热能力差，而目前对于PC材料的湿热改性研究主要集中于PC合金领域，诸如专利CN104927336选用带有环氧乙烷基团的相容剂对非阻燃PC/ABS合金中的PC进行封端改性，提高材料的耐湿热能力，但体系中未考虑材料的极低温度(-40℃，48h)的耐受性以及阻燃剂对PC材料湿热性能的影响。又如CN106046741A通过筛选ABS原材料，首先制备ABS-增韧料，而后ABS-增韧料再与PC共混改性制备耐湿热非阻燃PC/ABS合金，该方法工艺复杂且未考虑阻燃剂对材料湿热老化性能的影响。
面对新能源车产业的极速发展，一款能够满足充电枪外壳苛刻使用环境、低成本的材料在高分子材料领域具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种充电枪外壳用耐低温、耐湿热阻燃PC材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
聚碳酸酯100份；阻燃剂4-6份；阻燃协效剂0.5-1份；抗低温增韧剂3-4份；聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)0.5-1.5份；抗滴落剂0.2-0.4份；紫外线吸收剂0.3-0.6份；抗氧剂0.3-0.5份。
所述的阻燃剂为溴化聚碳酸酯。
所述的阻燃协效剂为双羟基结构的氟硅聚合物，优选可以采用美国道康宁公司市售牌号为FCA-107的阻燃协效剂。
所述的抗低温增韧剂为硅-丙烯酸型AS包覆的核壳结构，硅含量大于75wt％。
所述的聚碳酸酯的熔融指数为5-15g/10min。
所述的抗滴落剂为包覆型PTFE。
所述的紫外线吸收剂为2-氰基-3’3-二苯基丙烯酸季戊四醇酯。
所述抗氧剂为抗氧剂P-EPQ和抗氧剂1076按质量比为1：1的复配物。
充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料的制备方法，采用以下步骤：
(1)按配方进行备料并混合；
(2)控制螺杆机的转速为180-600转/分，温度为240-260℃，将上述混合原料由双螺杆挤出机挤出并造粒，制备得到耐低温耐湿热阻燃PC材料，可以用来制作新能源汽车充电枪外壳。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将有机硅阻燃协效剂(FCA-107)和聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)的活性反应官能团能够对PC进行封端或形成交联点，从而有效改善应用溴化聚碳酸酯阻燃PC材料的耐湿热老化性能。
2、本发明耐低温、耐湿热阻燃PC材料，应用溴化聚碳酸酯作为主阻燃剂，体现本征阻燃效果，且添加量小，更为重要的是在该体系下对阻燃PC材料的耐湿热性能以及耐极低温度冲击能力无明显影响。
3、本发明耐低温、耐湿热阻燃PC材料，应用的紫外线吸收剂2-氰基-3’3-二苯基丙烯酸季戊四醇酯(UV3030)与PC材料的相容性好，与其他紫外线吸收剂相比，赋予了阻燃PC良好的光老化能力的同时又不影响其湿热性能。
4.本发明耐低温、耐湿热阻燃PC材料，采用硅含量大于75wt％的硅-丙烯酸型AS包覆的核壳结构低温改性剂，添加量小，低温改性效果明显，不影响材料的着色性。
5、本发明的充电枪外壳用耐低温、耐湿热阻燃PC材料，具有优异的耐极低温冲击性能、耐湿热老化性能，切经过湿热老化后，其耐极低温性能保持率远远高于普通阻燃PC材料，且着色能力强，特别适用于充电枪外壳苛刻、复杂的使用环境。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
实施例1-7和对比例1-5
下面结合实施例详细描述本发明。
实施例1-7及对比例1-5的组分配比见表1。
实施例1-7及对比例1-5中采用的PC树脂采用乐天化学PC 1070，熔融指数(300℃×1.2KG)为7g/10min；
实施例1-7及对比例1-5中采用的阻燃剂为美国大湖公司生产的BC-58；
实施例1-7及对比例1-5中采用的阻燃协效剂为美国道康宁公司生产的FCA-107；
实施例1-7及对比例1-5中采用的抗低温增韧剂为日本三菱丽阳生产的SX-005；
实施例1-7及对比例1-5中采用的聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)为日本大冢公司生产的SPB-100；
实施例1-7及对比例1-5中采用的抗滴落剂为广州熵能公司生产的SN3300B3；
实施例1-7及对比例1-5中采用的抗滴落剂为BASF公司生产的UV3030；
实施例1-7及对比例1-5中采用的抗氧剂为BASF公司生产的PEPQ；
实施例1-7及对比例1-5中采用的抗氧剂为BASF公司生产的1076；
对比例1-5中采用的磺酸盐阻燃剂为美国3M公司生产的FR2025；
对比例1-5中采用的阻燃剂溴化聚苯乙烯(BPS)购于潍坊优博化学公司；
对比例1-5中采用的紫外线吸收剂为BASF公司生产的UV 234；
实施例1-7和对比例1-5具体制备方法如下：
(1)按重量配比秤取：聚碳酸酯(PC)：100份；阻燃剂：4-6份；阻燃协效剂：0.5-1份；抗低温增韧剂：3-4份；聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)：0.5-1.5份；抗滴落剂：0.2-0.4份；紫外线吸收剂：0.3-0.6份；抗氧剂：0.3-0.5份。
(2)将上述混好的料由双螺杆挤出机挤出并造粒，螺杆机的转速为180-600转/分，温度为240-260℃。
表1
Figure BDA0001510199830000041
Figure BDA0001510199830000051
上述实施例1-7及对比例1-5制得的材料注塑成标准测试样条，缺口冲击强度以及-40℃低温缺口冲击强度按照ASTM D256-2010中的规定进行测试，缺口类型为A型，-40℃环境下样条存放时间为48h；湿热老化条件为：温度90℃，湿度：90％，时间1000h；氙灯加速老化方法：按照SAEJ1885方法，辐照能量为600KJ/m2,测试色差ΔE值。阻燃性能按照UL94标准测试，厚度为1.6mm。
测试结果见下表2。
表2
Figure BDA0001510199830000052
Figure BDA0001510199830000061
由表2中数据可以发现，采用本发明所述方法制备的抗极低温、耐湿热阻燃PC材料的低温冲击性能与常温冲击相比保持在85％以上，在经过1000h、90℃、90％湿度条件下湿热老化后材料的常温冲击性能保持率可达到90％，其低温冲击性能亦能保持在75％以上，表现出良好的抗低温冲击性能和耐湿热老化性能，特别适应用于极低温以及高温高湿热极端的环境，且材料的色差(ΔE)均≤4.0。
与表2测试数据中实施例3对比发现，单纯采用有机硅阻燃协效剂FCA-107(对比例2)或SPB100(对比例3)并不能有效改善阻燃PC的耐湿热老化性能，而有机硅阻燃协效剂FCA-107和SPB100复配使用可以有效改善阻燃溴化聚碳酸酯阻燃PC材料的耐湿热老化性能，但对磺酸盐(对比例1)和其他溴系阻燃剂(对比例4)未起到有效作用。可能是因为PC以及溴化聚碳酸酯断链水解后，产生的诸如-OH、-COOH以及-CL等，FCA-107和SPB100产生共同的催化作用，促进断链PC的封端，提升PC材料的抗水解能力，具体作用机理还有待深入研究。光老化剂UV3030与其他光老化剂诸如234(对比例5)相比，对于阻燃PC材料的极低温度冲击性能以及抗光老化能力均有良好的保持性。
实施例8
充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
聚碳酸酯100份；阻燃剂6份；阻燃协效剂1份；抗低温增韧剂4份；聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)1.5份；抗滴落剂0.4份；紫外线吸收剂0.6份；抗氧剂0.5份。其中，使用的阻燃剂为溴化聚碳酸酯，阻燃协效剂为双羟基结构的氟硅聚合物，抗低温增韧剂为硅-丙烯酸型AS包覆的核壳结构，硅含量大于75wt％，聚碳酸酯的熔融指数为15g/10min，抗滴落剂为包覆型PTFE，紫外线吸收剂为2-氰基-3’3-二苯基丙烯酸季戊四醇酯，抗氧剂为抗氧剂P-EPQ和抗氧剂1076按质量比为1：1的复配物。
充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料的制备方法，采用以下步骤：
(1)按配方进行备料并混合；
(2)控制螺杆机的转速为00转/分，温度为60℃，将上述混合原料由双螺杆挤出机挤出并造粒，制备得到耐低温耐湿热阻燃PC材料，可以用来制作新能源汽车充电枪外壳。
实施例9
充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：聚碳酸酯100份；阻燃剂4份；阻燃协效剂0.5份；抗低温增韧剂3份；聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)0.5份；抗滴落剂0.2份；紫外线吸收剂0.3份；抗氧剂0.3份，其中，使用的阻燃剂为溴化聚碳酸酯，阻燃协效剂为双羟基结构的氟硅聚合物，抗低温增韧剂为硅-丙烯酸型AS包覆的核壳结构，硅含量大于75wt％，聚碳酸酯的熔融指数为5g/10min，抗滴落剂为包覆型PTFE，紫外线吸收剂为2-氰基-3’3-二苯基丙烯酸季戊四醇酯，抗氧剂为抗氧剂P-EPQ和抗氧剂1076按质量比为1：1的复配物。
充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料的制备方法，采用以下步骤：
(1)按配方进行备料并混合；
(2)控制螺杆机的转速为180转/分，温度为240℃，将上述混合原料由双螺杆挤出机挤出并造粒，制备得到耐低温耐湿热阻燃PC材料，可以用来制作新能源汽车充电枪外壳。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，其特征在于，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
聚碳酸酯100份；阻燃剂4-6份；阻燃协效剂0.5-1份；抗低温增韧剂3-4份；聚(二(苯氧基)偶磷氮烯)0.5-1.5份；抗滴落剂0.2-0.4份；紫外线吸收剂0.3-0.6份；抗氧剂0.3-0.5份；所述的阻燃协效剂为双羟基结构的氟硅聚合物，所述的阻燃剂为溴化聚碳酸酯，所述的紫外线吸收剂为2-氰基-3’3-二苯基丙烯酸季戊四醇酯。
2.根据权利要求1所述的充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，其特征在于，所述的阻燃协效剂优选为市售牌号为FCA-107的阻燃协效剂。
3.根据权利要求1所述的充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，其特征在于，所述的抗低温增韧剂为硅-丙烯酸型AS包覆的核壳结构，硅含量大于75wt％。
4.根据权利要求1所述的充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯的熔融指数为5-15g/10min。
5.根据权利要求1所述的充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，其特征在于，所述的抗滴落剂为包覆型PTFE。
6.根据权利要求1所述的充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂P-EPQ和抗氧剂1076按质量比为1：1的复配物。
7.如权利要求1所述的充电枪外壳用耐低温耐湿热阻燃PC材料的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)按配方进行备料并混合；
(2)控制螺杆机的转速为180-600转/分，温度为240-260℃，将上述混合原料由双螺杆挤出机挤出并造粒，制备得到耐低温耐湿热阻燃PC材料。
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