CN109135248A - 一种轻量高阻燃聚苯醚改性材料、新能源汽车阻燃电池壳上盖及其制备方法 - Google Patents

一种轻量高阻燃聚苯醚改性材料、新能源汽车阻燃电池壳上盖及其制备方法 Download PDF

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陈梓山
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Abstract

本发明公开一种轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其包括：40‑50wt％的聚苯醚，15‑40wt％的增强纤维，10‑20wt％的阻燃剂，3‑10wt％的增韧剂，2‑5wt％的空心微珠和1.5‑4wt％的加工助剂；所述的阻燃剂由十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成。该材料可满足新能源汽车阻燃要求(GB/T31467.3‑2015)，本发明还公开由该材料制备的新能源汽车阻燃电池壳上盖。由本发明材料和方法制备的新能源汽车阻燃电池壳上盖具有密度低、高阻燃性、且力学强度优异等优点。

Description

一种轻量高阻燃聚苯醚改性材料、新能源汽车阻燃电池壳上 盖及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体涉及一种轻量高阻燃聚苯醚改性材料、新能源汽车阻燃电池壳上盖及其制备方法
背景技术
随着新能源汽车轻量化发展，纤维增强树脂基复合材料在汽车部件上的应用日益增多。新能源汽车电池壳上盖也基本完成了热固性树脂复合材料向最初的钢制产品的替代。但由于热固性树脂密度相对高且不可回收的缺点，市场开始将目光转向了密度更低且可回收利用的热塑性树脂复合材料。然而大部分热塑性树脂复合材料阻燃性能较差，难以满足GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试要求。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在于提供一种可以满足新能源汽车阻燃要求的轻量高阻燃聚苯醚改性材料。
本发明的轻量高阻燃聚苯醚改性材料包含：40-50wt％的聚苯醚，15-40wt％的增强纤维，2-5wt％的空心微珠，10-20wt％的阻燃剂，3-10wt％的增韧剂和1.5-4wt％的加工助剂；所述的阻燃剂由十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成。其中，wt％表示重量百分数，下同。
聚苯醚具体化学名为聚2,6-二甲基-1,4-苯醚，简称PPO，具有刚性大、耐热性高、难燃，强度高，电性能优良等优点。另外，PPO还具有耐磨、无毒、耐污染等优点。
所述阻燃剂中，三氧化二锑属于无机阻燃剂，它在单独使用时阻燃效果并不明显。但作为阻燃协效剂使用时，能有效提高十溴二苯乙烷的阻燃效果。发明人经过大量实验发现，十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3:1–4:1时，在聚苯醚材料改性中效果最佳。
优选的，所述增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的任意一种或多种，所述的多种包括两种及两种以上。
优选的，所述增韧剂为马来酸酐接枝SBS(聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物)或者马来酸酐接枝SEBS(氢化聚苯乙烯一聚丁二烯一聚苯乙烯三嵌段共聚物)。
优选的，所述的加工助剂选自聚偏二氟乙烯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硬脂酸镁和聚丙烯蜡中的一种或者多种，所述的多种包括两种及两种以上。
所述的空心微珠主要成分为二氧化硅和三氧化二铝。
优选的，所述的空心微珠的密度为0.5-0.8g/cm3。空心微珠密度太低在混料挤出过程中容易破碎，密度太高难以起到降低改性材料密度的作用。适量的空心微珠加入还可以改善聚苯醚的加工性能。
本发明的目的还在于提供一种新能源汽车阻燃电池壳上盖，其特征在于，其由所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料制得。
所述的新能源汽车阻燃电池壳上盖的制备方法包括步骤：
a)将原料40-50wt％的聚苯醚，15-40wt％的增强纤维，2-5wt％的空心微珠，10-20wt％的阻燃剂，3-10wt％的增韧剂和1.5-4wt％的加工助剂均匀共混后挤出得到轻量高阻燃聚苯醚改性材料坯料；
b)将上述坯料置于模具中，通过液压机施加压力，模压制得新能源汽车阻燃电池壳上盖。
优选的，步骤a中，原料均匀共混后挤出具体指由螺杆挤出机在240-290℃的温度下均匀混合挤出。
优选的，步骤b中，模具温度为80-120℃，液压机施加压力为25000-40000kN，保压40-50s。
采取以上技术方案，使得本发明具有以下技术效果：
1、本发明采用十溴二苯乙烷和三氧化二锑的组合阻燃剂，其中氧化二锑作为阻燃协效剂使用时，能有效提高十溴二苯乙烷的阻燃效果。尤其是十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3:1–4:1时，在聚苯醚材料改性中阻燃效果最佳，使得本发明轻量高阻燃聚苯醚改性材料可以满足GB/T31467.3-2015中的外部火烧测试要求。
2、本发明通过添加空心微珠来降低改性材料密度，同时控制用量用以改善聚苯醚的加工性能，改性后的轻量高阻燃聚苯醚改性材料密度在1.2-1.5g/cm3。
综上，本发明轻量高阻燃聚苯醚改性材料各组分协同作用，不仅具有优良的力学性能，具有较好的韧性，允许机加工，可以满足电池壳上盖作为结构件的应用。而且密度在1.2-1.5g/cm3范围，有利于新能源汽车轻量化。总之，由本发明材料和方法制备的新能源汽车阻燃电池壳上盖具有密度低、高阻燃性、且力学强度优异等优点。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：
一种新能源汽车阻燃电池壳上盖的制备具体实施方案如下：
将50wt％的聚苯醚、10wt％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)、3％的空心微珠，4wt％的马来酸酐接枝SEBS增韧剂、2wt％的4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯，1％的聚丙烯蜡和30wt％的玻璃纤维使用螺杆挤出机在260℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为120℃的模具内，使用液压机合模并施加35000kN的压力保压45s。卸压脱模后得到投影面积为2.2m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的材料密度为1.45g/cm3，其阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为95MPa，拉伸模量为8.1GPa，弯曲强度为118MPa。
实施例2：
一种新能源汽车阻燃电池壳上盖的制备具体实施方案如下：
将40wt％的聚苯醚、10wt％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)、5wt％的空心微珠，6wt％的马来酸酐接枝SBS、3wt％的二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯，1％的硬脂酸镁和35wt％的玻璃纤维使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为100℃的模具内，使用液压机合模并施加30000kN的压力保压45s。卸压脱模后得到投影面积为1.8m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的材料密度为1.46g/cm3，阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为115MPa，拉伸模量8.9GPa弯曲强度为103MPa。
实施例3：
一种新能源汽车阻燃电池壳上盖的制备具体实施方案如下：
将56wt％的聚苯醚、15wt％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)、5wt％的空心微珠，5wt％的马来酸酐接枝SEBS、2.5wt％的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯，1.5％的聚丙烯蜡和15wt％的碳纤维使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为85℃的模具内，使用液压机合模并施加30000kN的压力保压40s。卸压脱模后得到投影面积为1.8m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的材料密度为1.28g/cm3，其阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为186MPa，拉伸模量为9.5GPa，弯曲强度为198MPa。
采用以上技术方案，具有以下有益效果：
本发明的轻量高阻燃聚苯醚改性材料通过增强纤维改性来增强力学性能，同时通过添加空心微珠实现材料的轻量化，通过阻燃剂有效提升材料的阻燃性能。
本发明的新能源汽车阻燃电池壳上盖可以满足新能源汽车的阻燃要求(GB/T31467.3-2015中7.10外部火烧测试)；
本发明的新能源汽车阻燃电池壳上盖具有优良的力学性能，可以满足电池壳上盖作为结构件的应用。
本发明的新能源汽车阻燃电池壳上盖的密度在1.2-1.5g/cm3范围，有利于新能源汽车轻量化。
本发明的新能源汽车阻燃电池壳上盖具有较好的韧性，允许机加工。
综上，由本发明材料和方法制备的新能源汽车阻燃电池壳上盖具有密度低、高阻燃性、且力学强度优异等优点。
下面四个对比例在实施例2的基础进行改变了部分原料，得到的产品在密度、阻燃性能或力学性能等方面不及实施例2。
对比例1
一种汽车电池壳上盖的制备具体实施方案如下：
将40wt％的聚苯醚、15wt％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)、6wt％的马来酸酐接枝SBS、2wt％的二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯，2％的硬脂酸镁和35wt％的玻璃纤维使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为100℃的模具内，使用液压机合模并施加30000kN的压力保压45s。卸压脱模后得到投影面积为1.8m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的材料密度为1.67g/cm3，其阻燃测试通过GB/T31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为121MPa，拉伸模量8.6GPa弯曲强度为101MPa。
对比例1未添加空心微珠，产品材料的密度较高，不利于新能源汽车轻量化。
对比例2
一种汽车电池壳上盖的制备具体实施方案如下：
将40wt％的聚苯醚、15wt％的阻燃剂(磷酸三甲苯酯)、8wt％的马来酸酐接枝SEBS、2wt％的二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯，2％的硬脂酸镁和35wt％的玻璃纤维使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为100℃的模具内，使用液压机合模并施加30000kN的压力保压45s。卸压脱模后得到投影面积为1.8m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的密度为1.65g/cm3，其阻燃测试无法通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为121MPa，拉伸模量7.9GPa弯曲强度为101Mpa。
对比例2阻燃剂采用普通的阻燃剂磷酸三甲苯酯，产品材料的阻燃性能未能有效提高，无法通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。
对比例3
一种汽车电池壳上盖的制备具体实施方案如下：
将50wt％的聚苯醚、15wt％的阻燃剂(聚磷酸铵)、5％的空心微珠，5wt％的马来酸酐接枝SEBS、2.5wt％的聚偏二氟乙烯，1.5％的硬脂酸镁和21wt％的玻璃纤维使用螺杆挤出机在260℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为90℃的模具内，使用液压机合模并施加30000kN的压力保压45s。卸压脱模后得到投影面积为1.8m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的材料密度为1.43g/cm3，其阻燃测试无法通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为101MPa，拉伸模量6.9GPa弯曲强度为90Mpa
对比例3阻燃剂采用普通的阻燃剂聚磷酸铵，产品材料的阻燃性能未能有效提高，无法通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。
对比例4
将62wt％的聚苯醚、24wt％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为3.5:1)、5％的空心微珠，5wt％的马来酸酐接枝SEBS、2.5wt％的聚偏二氟乙烯，1.5％的硬脂酸镁使用螺杆挤出机在260℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为80℃的模具内，使用液压机合模并施加30000kN的压力保压45s。卸压脱模后得到投影面积为1.8m2的阻燃电池壳上盖产品。该产品的材料密度为1.31g/cm3，其阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试。产品材料的抗拉强度为61MPa，拉伸模量4.1GPa弯曲强度为73MPa。
对比例4未添加增强纤维，产品材料的力学性能较低，未能满足电池壳上盖作为结构件的应用。

Claims (10)

1.一种轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其特征在于，其包含：40-50wt％的聚苯醚，15-40wt％的增强纤维，2-5wt％的空心微珠，10-20wt％的阻燃剂，3-10wt％的增韧剂和1.5-4wt％的加工助剂；所述的阻燃剂由十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成。
2.如权利要求1所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其特征在于，所述阻燃剂中，十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3:1–4:1。
3.如权利要求1所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的任意一种或多种。
4.如权利要求1所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其特征在于，所述增韧剂为马来酸酐接枝聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物或者马来酸酐接枝氢化聚苯乙烯一聚丁二烯一聚苯乙烯三嵌段共聚物。
5.如权利要求1所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其特征在于，所述的加工助剂选自聚偏二氟乙烯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硬脂酸镁和聚丙烯蜡中的一种或者多种。
6.如权利要求1所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料，其特征在于，所述的空心微珠主要成分为二氧化硅和三氧化二铝；所述的空心微珠的密度为0.5-0.8g/cm3。
7.一种新能源汽车阻燃电池壳上盖，其特征在于，其由权利要求1～6任一项所述的轻量高阻燃聚苯醚改性材料制得。
8.如权利要求7所述的新能源汽车阻燃电池壳上盖的制备方法，其特征在于，包括步骤：
a)将原料40-50wt％的聚苯醚，15-40wt％的增强纤维，2-5wt％的空心微珠，10-20wt％的阻燃剂，3-10wt％的增韧剂和1.5-4wt％的加工助剂均匀共混后挤出得到轻量高阻燃聚苯醚改性材料坯料；
b)将上述坯料置于模具中，通过液压机施加压力，模压制得新能源汽车阻燃电池壳上盖。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤a中，原料均匀共混后挤出具体指由螺杆挤出机在240-290℃的温度下均匀混合挤出。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤b中，模具温度为80-120℃，液压机施加压力为25000-40000kN，保压40-50s。
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Address after: 201708 5th floor, block a, No. 99, Huawei Road, Huaxin Town, Qingpu District, Shanghai

Applicant after: Shanghai Lingyun Industrial Technology Co.,Ltd. Lingyun automobile technology branch

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Applicant before: SHANGHAI LINGYUN AUTOMOBILE R&D BRANCH OF LINGYUN INDUSTRIAL Corp.,Ltd.

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