CN108164879A - 一种新能源充电电缆用环保稳定剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于稳定剂技术领域，尤其涉及一种新能源充电电缆用环保稳定剂，按质量百分比计，至少包括如下组分：辅助稳定剂A 3‑15%；主稳定剂B 5‑15%；主稳定剂C 15‑25%；水滑石15‑62%；抗氧剂D 2‑12%；改质剂S 1‑15%；表面活性剂1‑8%。相对于现有技术，使用本发明提供的新能源充电电缆用环保稳定剂，所得制品具有优秀的耐高温性能，优异的电绝缘性能，完全符合新国标绝缘电阻要求。另外使用该稳定剂制得的耐高温聚氯乙烯材料，可通用到电缆绝缘层和护套层，所制电缆耐磨性好，柔韧性高，抗撕裂，耐侯性很好，成本优势明显，且具有环保的优势。

Description

一种新能源充电电缆用环保稳定剂
技术领域
本发明属于稳定剂技术领域，尤其涉及一种新能源充电电缆用环保稳定剂。
背景技术
PVC塑料加工主要通过将PVC树脂基材进行改性，辅之以增塑剂、改质剂、填料、热稳定剂和润滑剂等物料，经混炼、高温捏合、塑化成型等工序，最后制得所需产品。其中，热稳定剂发挥着至关重要的作用。
PVC塑料用热稳定剂种类较多，有重金属铅、镉、钡类热稳定剂，钙/锌基材复合热稳定剂（液状/粉状/糊膏状）、有机锡热稳定剂和有机基热稳定剂等。其中，铅、镉、钡类热稳定剂随着国内外对环保的重视程度提高，即便其性能良好，应用领域也受到大大限制。有机基热稳定剂如脲嘧啶类、嗪类杂环化合物加工范围较窄应用受限。有机锡热稳定剂的热老化性能优异，受到广大制品厂商喜爱，但因其刺激性气味无法消除也饱含诟病多年；同时，其与金属导体接触时易引发金属氧化反应，致使工作平台导电效能大大降低，加上环境保护，价格昂贵等诸多因素，应用面正逐步缩小。
塑料工业多年的改进和发展，已经和人们的生活有着千丝万缕的联系。近年来，随着人民生活水平提高，乘用车数量激增，家电以及汽车用电线电缆领域蓬勃发展。与此同时，国家及时出台并更新相应的材料使用标准。比如，电器用线材方面我们有GB/T8815-2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》，在乘用车充电线材方面，我们有CQC1103~1105-2015《电动汽车传导充电系统用电缆技术规范》系列标准。
中国的国家新标准GB/T 33594-2017《电动汽车充电用电缆》2017年5月发布，并于2017年12月1日正式实施。将电动汽车充电用电缆纳入一个标准的体系中来，既能够让生产制造企业有一个统一的标准作为参考，也可以为质量安全保驾护航。
2017特斯拉北美地区超级充电桩的数量翻番。特斯拉目前在美国、加拿大和墨西哥的373个地区装备了2636个超级充电桩，而在2017年底北美地区这个数量将会翻番。
欧盟也成立专项资金支持发展，车企参与建设。按照欧盟《替代能源基础设置建设指令》的要求，各国都在大力扩建充电基础设施。欧洲交通运输执行局（TEN－T）也建立了专项资金对重要交通基础设施项目进行支持。这些项目分别是丹麦全国快速充电网络升级项目、欧洲电动汽车长途充电走廊项目、北欧公路走廊项目、法国快速充电网络项目及中欧绿色走廊项目。欧盟也正在力促汽车制造商与能源公司进一步携手合作，共同建设电动汽车公共充电基础设施；同时，福特、大众、宝马和戴姆勒计划在欧洲主要高速公路上设立电动汽车充电站。
日本的充电基础设施主要有两大参与主体：一方面是代表日本充电行业的CHAdeMO体系，是由众多经过CHAdeMO第三方认证的充电设备生产商组成；另一方面，是由丰田、日产、本田、三菱等四家汽车生产企业出资设立的日本充电服务公司（NCS），目的是为电动汽车驾驶员提供一个更加方便有效的充电网络。
电动汽车充电电缆作为电动汽车充电设施的基本组成部分，其性能对整个充电过程有着重要的影响。电动汽车充电需要充电电缆来连接汽车与电源，电缆是充电系统中比较关键的一部分，直接影响电动汽车充电的安全性。
目前市面上销售的充电电缆料一般分为：耐低温-40℃至高温125℃和耐低温-40℃至耐高温105℃两种等级。据市场调研，耐温125℃料几乎是TPE弹性体，进料渠道多为海外引入，进料周期较长，且价格昂贵。耐温105℃料主要是PVC，根据充电电缆新国标要求，一时是无法达到绝缘等性能要求。
根据充电电缆标准要求，耐高温125℃弹性体TPE料，125℃试验环境下持久3000小时，150℃试验环境下持久240小时，热过载试验温度175℃，要求材料无明显褪变色，抗撕裂性能优良（6N/mm以上，按照橡胶电缆实验方法），该要求极高。如果TPE制品长期受外界或环境因素主要是光、氧、热、水汽、机械应力、高能辐射、电、工业气体（如二氧化碳、硫化氢）等作用，可能会发生老化，使得TPE材料很快丧失其使用性能。
通常为了延长材料使用周期，所选基材会通过化学交联技术或者辐照交联技术来实现大分子的交联反应，使线性聚合物变成具有三围空间网络结构的聚合物。结合交联技术和阻燃技术，所制得的线缆材料才具有更高耐热性、优秀的阻燃性、绝缘性能和机械物理性能。众所周知，辐照交联技术的设备投入成本是高昂的，且环境污染较大。化学交联技术工艺复杂，产品品质有一定的不确定性。通过阻燃技术，也加大了TPE弹性体充电电缆的成本投入。
另外，市售的多数TPE阻燃材料由于含有苯醚成分，耐应力开裂性与耐缺口增长性都很差，而这方面的要求对于电线材料至关重要，抗撕裂性能差可能会造成电线短路，导致严重后果。在耐油性方面遇到的问题也很严重，由于目前充电站大多与加油站配套建设，因此需要电缆耐各种油，可能会面临受油污染后失效的风险。与此同时，TPE电缆不耐磨，易刮花，也是众所周知。
研究机构及生产企业针对充电电缆的研究，也一直没有中断。申请号为201310682066.9的中国发明专利申请向我们公开了“一种耐热免辐照PVC阻燃绝缘汽车线料及其制备方法”，虽然柔韧性、耐高低温性能与TPE弹性体相媲美，但是绝缘性能并不明显，体积电阻率的障碍决定了护套和绝缘用料不能通用。申请号为201610735307.5的中国发明专利申请向我们公开了“一种用于125℃汽车电缆材料的热稳定剂”，单就氰脲酸铅材料含有的铅成分，让环保概念形同虚设，乏善可陈。申请号为201310661095.7的中国发明专利申请向我们公开了“制造耐高温无卤阻燃PPE电缆的复合材料及加工工艺”，所得制品电性能优良、柔软、耐高温，适合用于汽车线等现有绝缘材料的替代品，该方案采用的基料聚苯醚树脂、TPE弹性体和聚烯烃复合。申请号为201510516682.6的中国发明专利申请向我们公开了“一种耐油耐寒耐高温电动汽车充电桩用弹性体电缆料及其制备方法”，该方案同样采用的苯乙烯-聚氨酯弹性体-聚烯烃三类基材复合，而不是我们所指向的单一聚氯乙烯改性。
目前公开的技术方案，顾此失彼的现象多有存在，比如替代TPE的柔韧性、耐高低温，却损失了电性能；比如做到了耐高低温性能，却无视环保理念；比如做到了替代弹性体的高度，却还不得不继续使用TPE为基础原料，材料成本并无明显优势。
鉴于此，我们认为，有必要研究一种在新能源充电电缆用聚氯乙烯改性过程中，使其耐高低温、电绝缘性能优良，机械物理性能能与TPE相媲美，同时让聚氯乙烯改性不过于复杂，且成本低廉的环保稳定剂。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种新能源充电电缆用环保稳定剂，其耐高低温、电绝缘性能优良，机械物理性能能与TPE相媲美，同时让聚氯乙烯改性不过于复杂，且成本低廉。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新能源充电电缆用环保稳定剂，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 3-15%；
主稳定剂B 5-15%；
主稳定剂C 15-25%；
水滑石 15-62%；
抗氧剂D 2-12%；
改质剂S 1-15%；
表面活性剂 1-8%。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 5-12%；
主稳定剂B 7-12%；
主稳定剂C 17-22%；
水滑石 20-55%；
抗氧剂D 5-9%；
改质剂S 3-10%；
表面活性剂 2-6%。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述辅助稳定剂A为二苯甲酰甲烷、硬脂酰苯甲酰甲烷、异戊酰苯甲酰甲烷、辛苯甲酰甲烷、苯甲酰丙酮、三(2-羟乙基)异氰尿酸酯的至少一种。辅助稳定剂A与主稳定剂协同发挥作用，可明显提高PVC的热稳定性，且对PVC具有增强和增韧的效果。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述主稳定剂B为硬脂酸钙、月桂酸钙和苯甲酸钙中的至少一种。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述主稳定剂C为硬脂酸锌、月桂酸锌和苯甲酸锌中的至少一种。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述水滑石为镁铝二元水滑石、锌铝二元水滑石和镁铝锌三元水滑石中的至少一种；所述镁铝二元水滑石中MgO和Al2O3的浓度比为（4.0~4.5）：1，所述锌铝二元水滑石中ZnO和Al2O3的浓度比为（0.5~1.0）：1，所述镁铝锌三元水滑石中MgO、ZnO和Al2O3的浓度比为（1.0~2.5）：（0.25~0.5）：1。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述抗氧剂D为受阻酚类抗氧化剂，所述受阻酚类抗氧化剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯和四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，所述改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，所述有机硅为甲基硅油和甲基苯基硅油中的至少一种。与普通的改质剂如MBS型抗冲改质剂不同，该改质剂用有机硅代替耐候性差的丁二烯，具有极佳的耐候性。同时，改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯。这种核壳结构使得产品作为单独粒子分散到树脂基材中，提高了冲击性能。有机硅材料的优良弹性，也可以使得聚氯乙烯改性过程中减小一部分增塑剂同样得到很好的柔软性，电绝缘性能明显提高。本发明采用的有机硅，如甲基硅油、甲基苯基硅油和甲基苯基硅油，皆为非水溶性。亲水性硅油因吸潮是可以看作弱半导体，绝缘性能下滑明显。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述表面活性剂为聚乙二醇。
作为本发明新能源充电电缆用环保稳定剂的一种改进，所述表面活性剂的平均分子量为400-1000。因充电电缆对耐热要求极高，热稳定剂等助剂使用剂量较高，配方系统粘度明显提高，造成加工困难，一般通过补偿润滑剂以解决加工环节上的障碍，如润滑剂补偿过多或者使用品种品质不当，后期有极大的析出风险。助剂的析出，极有可能导致体积电阻率下降，电绝缘能力受损。本发明采用的聚乙二醇（PEG400-PEG1000分子量范围），充分利用其表面活性剂的作用，一方面起到了物料包覆润滑效用，同时也有一定的增塑作用，有利于生产加工的可持续性。
相对于现有技术，使用本发明提供的新能源充电电缆用环保稳定剂，所得制品具有优秀的耐高温性能，优异的电绝缘性能，完全符合新国标绝缘电阻要求。另外使用该稳定剂制得的耐高温聚氯乙烯材料，可通用到电缆绝缘层和护套层，所制电缆耐磨性好，柔韧性高，抗撕裂，耐侯性很好，成本优势明显，且具有环保的优势。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
本实施例提供了一种新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 10%；
主稳定剂B 10%；
主稳定剂C 20%；
水滑石 39%；
抗氧剂D 8%；
改质剂S 8%；
表面活性剂 5%。
所述辅助稳定剂A为二苯甲酰甲烷，主稳定剂B为硬脂酸钙，主稳定剂C为硬脂酸锌，水滑石为镁铝二元水滑石和镁铝锌三元水滑石的混合物，二者的质量比为3:5；其中，镁铝二元水滑石中MgO和Al2O3的浓度比为4.2：1，镁铝锌三元水滑石中MgO、ZnO和Al2O3的浓度比为1.5：0.3：1。抗氧剂D为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯，改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，该改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，有机硅为甲基硅油。表面活性剂为聚乙二醇，其平均分子量为600。
其制备方法为：将辅助稳定剂A、主稳定剂B、主稳定剂C、水滑石、抗氧剂D、改质剂按质量比依次投放到高速混合机中，混合机以800rpm速度运转，在45℃下混合15min；然后投放聚乙二醇600，在相同转速和温度条件下混合5min，冷却物料至35℃即可获得本发明所述产品。
实施例2
本实施例提供了一种新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 8%；
主稳定剂B 11%；
主稳定剂C 17%；
水滑石 44%；
抗氧剂D 9%；
改质剂S 4%；
表面活性剂 7%。
辅助稳定剂A为硬脂酰苯甲酰甲烷，主稳定剂B为月桂酸钙，主稳定剂C为月桂酸锌，水滑石为锌铝二元水滑石，锌铝二元水滑石中ZnO和Al2O3的浓度比为0.8：1；所述抗氧剂D为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，该改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，有机硅为甲基苯基硅油。表面活性剂为聚乙二醇，其平均分子量为800。
其制备方法为：将辅助稳定剂A、主稳定剂B、主稳定剂C、水滑石、抗氧剂D、改质剂按质量比依次投放到高速混合机中，混合机以800rpm速度运转，在45℃下混合15min；然后投放聚乙二醇600，在相同转速和温度条件下混合5min，冷却物料至35℃即可获得本发明所述产品。
实施例3
本实施例提供了一种新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 6%；
主稳定剂B 7%；
主稳定剂C 16%；
水滑石 57%；
抗氧剂D 4%；
改质剂S 6%；
表面活性剂 4%。
辅助稳定剂A为异戊酰苯甲酰甲烷，主稳定剂B为苯甲酸钙，主稳定剂C为苯甲酸锌，水滑石为镁铝锌三元水滑石，镁铝锌三元水滑石中MgO、ZnO和Al2O3的浓度比为1.3：0.45：1，抗氧剂D为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯和四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯的混合物，二者的质量比为1:1，改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，该改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，有机硅为甲基硅油和甲基苯基硅油的混合物，二者的质量比为1:1。表面活性剂为聚乙二醇，其平均分子量为700。
其制备方法为：将辅助稳定剂A、主稳定剂B、主稳定剂C、水滑石、抗氧剂D、改质剂按质量比依次投放到高速混合机中，混合机以800rpm速度运转，在45℃下混合15min；然后投放聚乙二醇600，在相同转速和温度条件下混合5min，冷却物料至35℃即可获得本发明所述产品。
实施例4
本实施例提供了一种新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 11%；
主稳定剂B 7%；
主稳定剂C 22%；
水滑石 40%；
抗氧剂D 11%；
改质剂S 3%；
表面活性剂 6%。
辅助稳定剂A为辛苯甲酰甲烷，主稳定剂B为硬脂酸钙和苯甲酸钙的混合物，二者的质量比为1:1。主稳定剂C为硬脂酸锌和苯甲酸锌的混合物，二者的质量比为1:1。水滑石为镁铝二元水滑石和锌铝二元水滑石的混合物，二者的质量比为1：2；镁铝二元水滑石中MgO和Al2O3的浓度比为4.1：1，锌铝二元水滑石中ZnO和Al2O3的浓度比为0.9：1，抗氧剂D为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，所述改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，该改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，有机硅为甲基苯基硅油。表面活性剂为聚乙二醇，其平均分子量为500。
其制备方法为：将辅助稳定剂A、主稳定剂B、主稳定剂C、水滑石、抗氧剂D、改质剂按质量比依次投放到高速混合机中，混合机以800rpm速度运转，在45℃下混合15min；然后投放聚乙二醇600，在相同转速和温度条件下混合5min，冷却物料至35℃即可获得本发明所述产品。
使用本发明提供的新能源充电电缆用环保稳定剂，所得制品具有优秀的耐高温性能，优异的电绝缘性能，完全符合新国标绝缘电阻要求。另外使用该稳定剂制得的耐高温聚氯乙烯材料，可通用到电缆绝缘层和护套层，所制电缆耐磨性好，柔韧性高，抗撕裂，耐侯性很好，成本优势明显，且具有环保的优势。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 3-15%；
主稳定剂B 5-15%；
主稳定剂C 15-25%；
水滑石 15-62%；
抗氧剂D 2-12%；
改质剂S 1-15%；
表面活性剂 1-8%。
2.根据权利要求1所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，按质量百分比计，至少包括如下组分：
辅助稳定剂A 5-12%；
主稳定剂B 7-12%；
主稳定剂C 17-22%；
水滑石 20-55%；
抗氧剂D 5-9%；
改质剂S 3-10%；
表面活性剂 2-6%。
3.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述辅助稳定剂A为二苯甲酰甲烷、硬脂酰苯甲酰甲烷、异戊酰苯甲酰甲烷、辛苯甲酰甲烷、苯甲酰丙酮、三(2-羟乙基)异氰尿酸酯的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述主稳定剂B为硬脂酸钙、月桂酸钙和苯甲酸钙中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述主稳定剂C为硬脂酸锌、月桂酸锌和苯甲酸锌中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述水滑石为镁铝二元水滑石、锌铝二元水滑石和镁铝锌三元水滑石中的至少一种；所述镁铝二元水滑石中MgO和Al2O3的浓度比为（4.0~4.5）：1，所述锌铝二元水滑石中ZnO和Al2O3的浓度比为（0.5~1.0）：1，所述镁铝锌三元水滑石中MgO、ZnO和Al2O3的浓度比为（1.0~2.5）：（0.25~0.5）：1。
7.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述抗氧剂D为受阻酚类抗氧化剂，所述受阻酚类抗氧化剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯和四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述改质剂S为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅聚合物，所述改质剂S具有核壳结构，其核为交联的苯乙烯和有机硅，壳为接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，所述有机硅为甲基硅油和甲基苯基硅油中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙二醇。
10.根据权利要求1或2所述的新能源充电电缆用环保稳定剂，其特征在于，所述表面活性剂的平均分子量为400-1000。
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