CN108203546B - 能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料及其制备方法和电缆 - Google Patents

能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料及其制备方法和电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料及其制备方法和电缆；该电缆料由以下组分构成：乙烯‑丙烯酸酯类共聚物、硅橡胶，氟橡胶、相容剂、白炭黑、结构控制剂、阻燃剂、稳定剂、抗氧剂、交联剂和硫化剂等。本发明电缆料制成的电线电缆产品，化学交联后，拥有较高的物理机械性能、良好的电绝缘性能、耐化学溶剂性、阻燃性能和耐高温性能等优点，可广泛应用于电动汽车车内用高压连接电缆等新能源领域。

Description

能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性 体电缆料及其制备方法和电缆
技术领域
本发明属于低烟无卤阻燃电缆料领域，具体涉及能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料及其制备方法和电缆。
背景技术
近年以来，在新能源汽车补贴、充电桩补贴等利好政策刺激下，新能源汽车行业迎来了爆发期。而与之相配套的高性能电动及混合动力汽车用车内高压充电电缆正在成为有巨大市场潜力的电缆新品种。
新能源汽车用车内电缆，置于汽车内有限的空间里，并暴露于振动和化学介质的环境中。因而需要有满足以下的性能：阻燃性、耐磨性、耐热性和耐油性等性能，除此之外，还要求柔软、抗撕裂等；此外，连接车内电池的高压线经常会出现载流量大，生热严重的问题，对电缆材料的耐热性能也要求较高。
传统的汽车线用电缆料多为PVC和低烟无卤聚烯烃基体的材料，耐等级达不到更高的要求，所以对目前的车内高压线材料进行改性研究势在必行。
因此，本领域迫切需要提供一种能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料。
发明内容
本发明的第一目的在于获得一种克服现有技术的不足，能在175℃条件下长期使用，阻燃性能好，电性能和机械性能优越的能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料。
本发明的第二目的在于获得一种克服现有技术的不足，能在175℃条件下长期使用，阻燃性能好，电性能和机械性能优越的新能源汽车高压线用弹性体电缆料的制备方法。
本发明的第三目的在于获得一种克服现有技术的不足，能在175℃条件下长期使用，阻燃性能好，电性能和机械性能优越的175度化学交联新能源汽车高压线用电缆。
因此，作为本发明的第一方面提供了一种能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料，该电缆料由以下组分构成：乙烯-丙烯酸酯类共聚物、硅橡胶，氟橡胶、相容剂、白炭黑、结构控制剂、阻燃剂、稳定剂、抗氧剂、交联剂和硫化剂，其中，按照重量份数计，所述电缆料包含以下组分：
Figure GDA0002768116420000021
在本发明一个优选的实施方式中，所述乙烯-丙烯酸酯类共聚物为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯丙烯酸丁酯共聚物(EBA)中的一种或任意两种以上的混合；所述丙烯酸酯含量为20-40％。
在本发明一个优选的实施方式中，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶，所述的苯基含量为0-20％，所述的乙烯基含量为0.1-0.3mol％。
在本发明一个优选的实施方式中，所述氟橡胶为氟橡胶26、氟橡胶246、氟醚橡胶。氟硅橡胶中的一种或任意两种以上的混合，所述氟橡胶的含氟量为50-70％。
在本发明一个优选的实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物，所述的乙烯丙烯酸酯共聚物为EMA、EMMA、EEA、EBA中的至少一种，所述的马来酸酐接枝率为0.5-2％。
在本发明一个优选的实施方式中，所述白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为150-400m2/g。
在本发明一个优选的实施方式中，所述结构控制剂为二元醇、二有机基环硅醚、烷氧基硅烷、低摩尔质量的羟基硅油、二苯基硅二醇、六甲基二硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明一个优选的实施方式中，所述阻燃剂为氢氧化镁和磷系阻燃剂复配，所述的氢氧化镁的粒径为0.5-2.5μm；所述磷系阻燃剂为白度化红磷、三聚氰胺聚磷酸盐、烷基次膦酸盐、六苯氧基环三磷腈中的一种或任意两种以上的混合；所述氢氧化镁和磷系阻燃剂的重量比为10:1至20:1。
在本发明一个优选的实施方式中，所述稳定剂为马来酰亚胺、二氧化钛、氧化锌、四苯基硅油中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明一个优选的实施方式中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂KY-405中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明一个优选的实施方式中，所述交联剂为三烯丙基羟脲酸酯(TAC)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯(TMPTMA)、多乙烯基聚硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明一个优选的实施方式中，所述硫化剂为DCP、DTBP、双-2，5中的一种或任意两种以上的混合。
上述能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)先将按照配方称取白炭黑和结构化控制剂，在高混锅中混合3-5分钟；在加入除硫化剂外的其他组分，再混合3-5分钟。
2)将混合好的物料用密炼机啮合至120度后，将密炼好的物料加入双螺杆挤出造粒，所述双螺杆挤出机的机身各段温度依次为：90℃～100℃、100℃～110℃、110℃～120℃、120℃～130℃、130℃～135℃、135℃～145℃，双螺杆挤出机的机头温度为145℃～155℃，主机转速为30～50转/分钟，喂料转速为35～45转/分钟；
3)用真空吸料机将挤出的粒子吸入真空转鼓，按比例称取硫化剂，用倒吸原理将硫化剂吸入到真空转鼓，将真空转鼓升温至80度，后吸收两个小时后，冷却打包。
一种能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用电缆缆，其由上述能在175℃下长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料制备而成。
本发明的能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料及其制备方法，解决了长期以来本领域技术人员渴望但一直未攻克的能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料的技术难题。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进配方，获得了一种耐175度温度等级，阻燃性能好，耐溶剂性好，抗撕裂性能好，电性能优越的新能源汽车高压线用弹性体电缆料。本发明人的新能源汽车高压线用弹性体电缆料，克服了传统汽车线缆料的不足，使该材料具有优异的电性能、耐溶剂性能、耐热性能、阻燃性能和综合机械性能，在此基础上完成了本发明。
以下对本发明的新能源汽车高压线用弹性体电缆料的各组分进行详细描述：
乙烯-丙烯酸酯类共聚物
乙烯-丙烯酸酯类共聚物具有优异的耐溶剂性能和耐热性能。在本发明一个优选的实施方式中，所述乙烯-丙烯酸酯类共聚物为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯丙烯酸丁酯共聚物(EBA)中的一种或任意两种以上的混合；所述丙烯酸酯含量为20-40％。
硅橡胶
硅橡胶具有优异的耐溶剂，耐高低温性能。在本发明的一个优选实施方式中，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶，所述的苯基含量为0-20％，所述的乙烯基含量为0.1-0.3mol％。
氟橡胶
氟橡胶耐溶剂和耐热性好，机械性能优异，在本发明的一个优选实施方式中，所述氟橡胶为氟橡胶26、氟橡胶246、氟醚橡胶、氟硅橡胶中的一种或任意两种以上的混合，所述氟橡胶的含氟量为50-70％。
相容剂
使用相容剂来提高阻燃剂或其他组分与弹性体的相容性。在本发明一个优选的实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝-乙烯丙烯酸酯共聚物，所述的接枝基体树脂为EMA、EMMA、EEA、EBA中的一种或任意两种以上的混合，所述的马来酸酐接枝率为0.5-2％。
白炭黑
白炭黑对硅橡胶具有很好的补强作用。在本发明一个优选的实施方式中，所述白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为150-400m2/g。
结构控制剂
结构控制剂主要起促进白炭黑在橡胶体系中的分散作用。在本发明一个优选的实施方式中，所述结构控制剂为二元醇、二有机基环硅醚、烷氧基硅烷、低摩尔质量的羟基硅油、二苯基硅二醇、六甲基二硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合。
阻燃剂
本发明的氢氧化镁和有机磷系阻燃剂复配的阻燃体系具有协效阻燃作用，可以以很低的填充量达到很好的阻燃效果。在本发明一个优选的实施方式中，所述阻燃剂为氢氧化镁和磷系阻燃剂复配，所述的氢氧化镁的粒径为0.5-2.5μm；所述磷系阻燃剂为白度化红磷、三聚氰胺聚磷酸盐、烷基次膦酸盐、六苯氧基环三磷腈中的一种或任意两种以上的混合；所述氢氧化镁和磷系阻燃剂的重量比为10:1至20:1。
稳定剂
阻止硅橡胶侧基老化。在本发明一个优选的实施方式中，所述稳定剂为马来酰亚胺、二氧化钛、氧化锌、四苯基硅油中的一种或任意两种以上的混合。
抗氧剂
抗氧剂指能防止或抑制诸如氧、热、光、臭氧、机械应力、重金属离子等因素破坏制品性能、延长制品储存和使用寿命的助剂。对本发明使用的抗氧剂没有具体限制，可以采用各种市售可用的抗氧剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
在本发明一个优选的实施方式中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂KY-405中的一种或任意两种以上的混合。
交联剂
可在本发明的化学弹性体电缆料中添加交联剂，以促进材料的进一步交联，对本发明的弹性体电缆料中添加的交联剂没有具体限制，可以采用各种市售可用交联剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
在本发明一个优选的实施方式中，所述交联剂为三烯丙基羟脲酸酯(TAC)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯(TMPTMA)、多乙烯基聚硅氧烷中的一种。
硫化剂
硫化剂在本发明中起到使橡胶交联的作用，对本发明的化学交联电缆料中添加的交联剂没有具体限制，可以采用各种市售可用交联助剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
在本发明一个优选的实施方式中，所述硫化剂为DCP、DTBP、双-2，5中的一种。
电缆制品
本发明还提供了一种采用本发明所述的化学交联的新能源汽车高压线弹性体电缆制品。所述电缆制品能够满足175度耐温等级、耐溶剂性，具有优异的阻燃性能、拉伸性能、抗撕裂性能和良好电绝缘性能。
制备方法
本发明还提供了一种制备本发明所述的能在175℃下长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)先将按照配方等比例称取一定量的白炭黑和结构化控制剂，在高混锅中混合3-5分钟；在加入除硫化剂外的其他组分，再混合3-5分钟。
2)将混合好的物料用密炼机啮合至120度后，将密炼好的物料加入双螺杆挤出造粒，所述双螺杆挤出机的机身各段温度依次为：90℃～100℃、100℃～110℃、110℃～120℃、120℃～130℃、130℃～135℃、135℃～145℃，双螺杆挤出机的机头温度为145℃～155℃，主机转速为30～50转/分钟，喂料转速为35～45转/分钟。
3)用真空吸料机将挤出的粒子吸入真空转鼓，按比例称取硫化剂，用倒吸原理将硫化剂吸入到真空转鼓，将真空转鼓升温至80度，后吸收两个小时后，冷却打包。
应理解，此部分所述的乙烯-丙烯酸酯类共聚物、硅橡胶，氟橡胶、相容剂、白炭黑、结构控制剂、阻燃剂、稳定剂、抗氧剂、交联剂和硫化剂等的成分和用量如本文其它部分所述。
本发明所述的一种能在175℃下长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料及制备方法具有如下优点：
1、采用氟硅橡胶和丙烯酸酯类树脂复配，制备的电缆料加工工艺简单，挤线速度较快，设备投资较低，综合性价比优越。
2、本发明的弹性体电缆料，具有优异的拉伸性能、阻燃性、耐溶剂、抗撕裂性能和电性能。
3、本发明的弹性体电缆料，制成电缆后，柔软耐弯折；线缆经过化学交联后，各项性能优越，能够满足ISO6722中对175度汽车线的相关性能要求。
本发明中，术语“含有”或“包括”或“采用”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”或“采用”中。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1
实施例1配方的各组分名称及各组分重量份数如表1所示：
表1
Figure GDA0002768116420000081
制备方法如下：
先将按照配方等比例称取一定量的白炭黑和结构化控制剂，在高混锅中混合3-5分钟；在加入除硫化剂外的其他组分，再混合3-5分钟。
将混合好的物料用密炼机啮合至120度后，将密炼好的物料加入双螺杆挤出造粒，所述双螺杆挤出机的机身各段温度依次为：90℃～100℃、100℃～110℃、110℃～120℃、120℃～130℃、130℃～135℃、135℃～145℃，双螺杆挤出机的机头温度为145℃～155℃，主机转速为30～50转/分钟，喂料转速为35～45转/分钟。
用真空吸料机将挤出的粒子吸入真空转鼓，按比例称取硫化剂，用倒吸原理将硫化剂吸入到真空转鼓，将真空转鼓升温至80度，后吸收两个小时后，冷却打包。
然后将得到的电缆料在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该阻燃料成绝缘层或护套，随即进行化学交联。
对实施例1中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。
实施例2
实施例2配方的各组分名称及各组分重量份数如表2所示：
表2
Figure GDA0002768116420000091
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例2中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。
实施例3
实施例3配方的各组分名称及各组分重量份数如表3所示：
表3
Figure GDA0002768116420000101
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例3中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。
实施例4
实施例4配方的各组分名称及各组分重量份数如表4所示：
表4
Figure GDA0002768116420000102
Figure GDA0002768116420000111
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例4中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。
实施例5
实施例5配方的各组分名称及各组分重量份数如表5所示：
表5
Figure GDA0002768116420000112
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例5中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。
实施例6
实施例6配方的各组分名称及各组分重量份数如表6所示：
表6
Figure GDA0002768116420000121
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例6中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。
性能实施例
按以下方式进行产品性能测试：
(1)拉伸性能测试：
根据GB/T1040-2008标准测试联弹性体电缆料的拉伸性能；
(2)垂直燃烧测试：
根据UL1581—2011标准测试弹性体电缆的阻燃性能；
(3)热空气老化试验
根据GB/T 2951-2008标准测试弹性体电缆料的热空气老化性能；
(4)热延伸试验
根据GB/T 2951.21-2008标准测试弹性体电缆料的热延伸性能。
(5)硬度
根据GB/T 2411-2008标准测试弹性体电缆料的邵氏硬度。
(6)耐油性能
根据ISO 6722-2011标准测试弹性体电缆的耐油性能。
(7)抗撕裂性能
根据GB/T 529-2008标准测试弹性体电缆料的撕裂强度。
测试结果如表7所示。
表7：实施例产品性能测试结果
Figure GDA0002768116420000131
从表7中数据可以看出，本发明的化学交联弹性体电缆料阻燃性能好，制成线缆后能够满足VW-1；抗撕裂性能和耐热老化性好；耐溶剂性好，制成线缆后的耐溶剂性能能够满足ISO 6722中对汽车线的要求。材料柔软，加工性好，性价比高，市场前景广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料，该电缆料由以下组分构成：乙烯-丙烯酸酯类共聚物、硅橡胶、 氟橡胶、相容剂、白炭黑、结构控制剂、阻燃剂、稳定剂、抗氧剂、交联剂和硫化剂，其中，按照重量份计，所述电缆料包含以下组分：
Figure FDA0002768116410000011
所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶，所述的苯基含量为0-20％，所述的乙烯基含量为0.1-0.3mol％；
所述氟橡胶为氟橡胶26、氟橡胶246、氟醚橡胶、氟硅橡胶中的一种或任意两种以上的混合，所述氟橡胶的含氟量为50-70％；
所述白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为150-400m2/g；
所述稳定剂为马来酰亚胺、二氧化钛、氧化锌、四苯基硅油中的一种或任意两种以上的混合；
所述硫化剂为DCP、DTBP、双-2，5中的一种或任意两种以上的混合；
所述结构控制剂为二有机基环硅醚、低摩尔质量的羟基硅油、二苯基硅二醇、六甲基二硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合；
所述乙烯-丙烯酸酯类共聚物为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、 乙烯丙烯酸丁酯共聚物(EBA)中的一种或任意两种以上的混合；所述丙烯酸酯含量为20-40％；
所述相容剂为马来酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物，所述的乙烯丙烯酸酯共聚物为EMA、EMMA、EEA、EBA中的一种或任意两种以上的混合，所述的马来酸酐接枝率为0.5-2％。
所述阻燃剂为氢氧化镁和磷系阻燃剂复配，所述的氢氧化镁的粒径为0.5-2.5μm；所述磷系阻燃剂为白度化红磷、三聚氰胺聚磷酸盐、烷基次膦酸盐、六苯氧基环三磷腈中的一种或任意两种以上的混合；所述氢氧化镁和磷系阻燃剂的重量比为10:1至20:1；
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂KY-405中的一种或任意两种以上的混合；
所述交联剂为三烯丙基羟脲酸酯(TAC)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯(TMPTMA)、多乙烯基聚硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合。
2.根据权利要求1所述的能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)先将按照配方等比例称取一定量的白炭黑和结构化控制剂，在高混锅中混合3-5分钟；在加入除硫化剂外的其他组分，再混合3-5分钟；
2)将混合好的物料用密炼机啮合至120℃后，将密炼好的物料加入双螺杆挤出造粒，所述双螺杆挤出机的机身各段温度依次为：90℃～100℃、100℃～110℃、110℃～120℃、120℃～130℃、130℃～135℃、135℃～145℃，双螺杆挤出机的机头温度为145℃～155℃，主机转速为30～50转/分钟，喂料转速为35～45转/分钟；
3)用真空吸料机将挤出的粒子吸入真空转鼓，按比例称取硫化剂，用倒吸原理将硫化剂吸入到真空转鼓，将真空转鼓升温至80℃后，吸收两个小时，然后冷却打包。
3.能在175℃下长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用电缆，其由权利要求1所述的能在175℃长期使用的化学交联的新能源汽车高压线用弹性体电缆料制备而成。
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