CN109337273A - 一种新能源汽车用电缆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：(一)1‑甲代烯丙基‑2‑(2‑羟基‑5‑甲基苯基)苯并噻唑、季铵盐‑15、丙烯腈共聚物的制备，(二)4,4'‑二氨基二苯乙烯‑2,2'‑二磺酸、9‑芴酮‑2,7‑二羧酸缩聚，(三)新能源汽车用电缆材料的制备。本发明还公开了根据所述制备方法制备得到的新能源汽车用电缆材料。本发明公开的制备方法简单易行，对设备依赖性不高，反应条件不苛刻，价格低廉，适合规模化生产。制备得到的新能源汽车用电缆材料具有制造成本低廉，耐油、耐磨和阻燃特性，抗老化、耐候性和抗撕裂性能优异，对环境影响小，性能稳定性好，使用寿命长的优点。

Description

一种新能源汽车用电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种新能源汽车用电缆材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展及人们生活水平的提高，汽车作为人们交通出行的工具之一，给人们的生活带来了很大的方便，与此同时也给生态环境和人们的身体健康造成了威胁，在现阶段全世界各国对汽车尾气排放标准越来越严格及人们对环境问题和提升自身身体健康认识上的深入，解决汽车尾气排放造成的污染成为众多汽车企业不得不面对的问题，正是在这一情形下，以电动汽车为代表的新能源汽车应运而生，因其具有环境友好的特征吸引了众多国内外汽车厂商的注意。电动汽车配套基础充电设施建设也已成为发展的重点。
汽车电缆线是新能源汽车必备的配件之一，汽车线由于其使用位置特殊，汽车在运行过程中无法避免线与线之间的互相摩擦，一旦塑料护套磨穿会直接导致短路造成交通事故隐患，所以车用电缆线要求有足够的耐磨性能，除此以外还需要有优异的抗老化、耐候性，避免汽车用电缆在长期使用过程中，长期的剪切、拉伸负载和弯折形变会使电缆护套疲劳老化，使电缆护套表现出开裂现象，无法满足正常使用的现象发生。
现有技术中最为常见的汽车电缆线使用低烟无卤阻燃聚烯烃材料制成，这类材料无卤无毒、低烟、耐高温，使用环保，但其也存在许多缺陷，如表面硬度过大，使得电缆材料手感硬，不易于弯曲扭转，加工成型困难，由于现有技术中的电缆料在生产过程中添加了一些对环境有害的添加剂，不利于环境保护。另外，其易老化，使得在长时间工作后，会因为暴晒和雨水天气作用，极易引发短路火灾情况发生，严重损害新能源汽车的内部贵重电子器件，并威胁人身和财产安全。
因此，开发一种具有优异的耐油、耐磨和阻燃特性，抗老化、耐候性和抗撕裂性能优异的新能源汽车用电缆材料势在必行。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新能源汽车用电缆材料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备依赖性不高，反应条件不苛刻，价格低廉，适合规模化生产。制备得到的新能源汽车用电缆材料克服了现有技术中的汽车电缆料耐磨性、阻燃性、耐老化性能差、加工成型困难，表面硬度大，不易弯折的技术问题，具有制造成本低廉，耐油、耐磨和阻燃特性，抗老化、耐候性和抗撕裂性能优异，对环境影响小，性能稳定性好，使用寿命长的优点。
为达到以上目的，本发明提供一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑、季铵盐-15、丙烯腈溶于高沸点溶剂中，并向其中加入引发剂，在氮气或惰性气体氛围60-80℃下搅拌反应4-6小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤4-6次，后置于75-85℃的真空干燥箱中烘18-24小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、9-芴酮-2,7-二羧酸、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶溶于二甲亚砜中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下80-90℃反应2-3小时，再升温至110-120℃反应3-4小时，后升温至220-230℃，初级缩聚反应3-5小时，然后抽真空(500Pa)，加热到230-240℃，再缩聚反应18-24小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗3-5次，再置于真空干燥箱70-80℃下干燥12-18小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物、环氧基POSS混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
优选地，步骤Ⅰ中所述1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑、季铵盐-15、丙烯腈、高沸点溶剂、引发剂的质量比为1:1:2:(15-20):(0.03-0.05)。
优选地，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。
优选地，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或几种。
优选地，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。
优选地，步骤Ⅱ中所述4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、9-芴酮-2,7-二羧酸、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶、二甲亚砜的质量比为1.38:1:(0.4-0.6):(0.2-0.3):0.2:(10-15)。
优选地，步骤Ⅲ中所述苯并三氮唑基聚烯烃、磺酸基聚芴酰胺类缩聚物、环氧基POSS的质量比为1:(0.6-0.8):0.15。
优选地，所述环氧基POSS为预先制备，制备方法参考:丁颖等，环氧基POSS的合成及表征，上海染整新技术、节能环保交流研讨会论文集(2015年度)。
一种新能源汽车用电缆材料，采用上述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到。
由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明公开的新能源汽车用电缆材料，制备方法简单易行，对设备依赖性不高，反应条件不苛刻，价格低廉，适合规模化生产。
(2)本发明公开的新能源汽车用电缆材料，克服了现有技术中的汽车电缆料耐磨性、阻燃性、耐老化性能差、加工成型困难，表面硬度大，不易弯折的技术问题，具有制造成本低廉，耐油、耐磨和阻燃特性，抗老化、耐候性和抗撕裂性能优异，对环境影响小，性能稳定性好，使用寿命长的优点。
(3)本发明公开的新能源汽车用电缆材料，加聚物中引入季铵盐结构，通过离子交换与缩聚物支链上的磺酸基通过离子连接，形成离子交联使得结构更加稳定，机械力学性能更加优异，耐热性、耐候性更好。
(4)本发明公开的新能源汽车用电缆材料，各结构协同作用，使得材料综合性能优异；作为单体引入苯并三氮唑结构，提高了抗紫外老化性能，比通过化学反应引入苯并三氮唑结构简单、方便，易操作，分子链上的不饱和键和聚烯烃结构充当材料的软段，苯环、酰胺结构充当硬段，使得材料具有较好的弹性。磺酸基、芴酮和氨基结构协同作用，使得材料的阻燃性大大增加；引入环氧基POSS，一方面提高了材料的机械力学强度，另一方面，其与大分子材料的相容性好，其次，其特定的结构使得其对信号有一定的屏蔽作用，起到抗电磁辐射的作用。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例中所述环氧基POSS为预先制备，制备方法参考:丁颖等，环氧基POSS的合成及表征，上海染整新技术、节能环保交流研讨会论文集(2015年度)；使用的原料购于摩贝(上海)生物科技有限公司。
实施例1
一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑10g、季铵盐-1510g、丙烯腈20g溶于二甲亚砜150g中，并向其中加入偶氮二异丁腈0.3g，在氮气氛围60℃下搅拌反应4小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤4次，后置于75℃的真空干燥箱中烘18小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸13.8g、9-芴酮-2,7-二羧酸10g、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯4g、N,N-二异丙基乙胺2g、4-二甲氨基吡啶2g溶于二甲亚砜100g中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下80℃反应2小时，再升温至110℃反应3小时，后升温至220℃，初级缩聚反应3小时，然后抽真空(500Pa)，加热到230℃，再缩聚反应18小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗3次，再置于真空干燥箱70℃下干燥12小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃10g、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物6g、环氧基POSS1.5g混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
一种新能源汽车用电缆材料，采用上述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到。
实施例2
一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑10g、季铵盐-1510g、丙烯腈20g溶于N-甲基吡咯烷酮170g中，并向其中加入偶氮二异庚腈0.35g，在氦气氛围65℃下搅拌反应5小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤5次，后置于78℃的真空干燥箱中烘20小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸13.8g、9-芴酮-2,7-二羧酸10g、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯4.5g、N,N-二异丙基乙胺2.3g、4-二甲氨基吡啶2g溶于二甲亚砜125g中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下83℃反应2.3小时，再升温至113℃反应3.3小时，后升温至223℃，初级缩聚反应4小时，然后抽真空(500Pa)，加热到234℃，再缩聚反应21小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗4次，再置于真空干燥箱73℃下干燥14小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃10g、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物6.5g、环氧基POSS1.5g混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
一种新能源汽车用电缆材料，采用上述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到。
实施例3
一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑10g、季铵盐-1510g、丙烯腈20g溶于N,N-二甲基甲酰胺180g中，并向其中加入偶氮二异丁腈0.4g，在氖气氛围70℃下搅拌反应5小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤6次，后置于80℃的真空干燥箱中烘21小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸13.8g、9-芴酮-2,7-二羧酸10g、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯5g、N,N-二异丙基乙胺2.6g、4-二甲氨基吡啶2g溶于二甲亚砜140g中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下86℃反应2.6小时，再升温至116℃反应3.6小时，后升温至226℃，初级缩聚反应4.2小时，然后抽真空(500Pa)，加热到235℃，再缩聚反应21小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗5次，再置于真空干燥箱76℃下干燥15小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃10g、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物7.2g、环氧基POSS1.5g混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
一种新能源汽车用电缆材料，采用上述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到。
实施例4
一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑10g、季铵盐-1510g、丙烯腈20g溶于高沸点溶剂190g中，并向其中加入引发剂0.45g，在氩气氛围75℃下搅拌反应5.5小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤6次，后置于83℃的真空干燥箱中烘23小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；所述高沸点溶剂是二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺按质量比2:3:1混合而成的混合物；所述引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比3:5混合而成的混合物；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸13.8g、9-芴酮-2,7-二羧酸10g、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯5.5g、N,N-二异丙基乙胺2.8g、4-二甲氨基吡啶2g溶于二甲亚砜145g中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下88℃反应2.8小时，再升温至118℃反应3.8小时，后升温至228℃，初级缩聚反应4.5小时，然后抽真空(500Pa)，加热到238℃，再缩聚反应23小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗4次，再置于真空干燥箱78℃下干燥17小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃10g、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物7.5g、环氧基POSS1.5g混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
一种新能源汽车用电缆材料，采用上述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到。
实施例5
一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑10g、季铵盐-1510g、丙烯腈20g溶于二甲亚砜200g中，并向其中加入偶氮二异庚腈0.5g，在氮气氛围80℃下搅拌反应6小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤6次，后置于85℃的真空干燥箱中烘18-24小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸13.8g、9-芴酮-2,7-二羧酸10g、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯6g、N,N-二异丙基乙胺3g、4-二甲氨基吡啶2g溶于二甲亚砜150g中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下90℃反应3小时，再升温至120℃反应4小时，后升温至230℃，初级缩聚反应5小时，然后抽真空(500Pa)，加热到240℃，再缩聚反应24小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗5次，再置于真空干燥箱80℃下干燥18小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃10g、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物8g、环氧基POSS1.5g混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
一种新能源汽车用电缆材料，采用上述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到。
对比例
本例提供一种无卤阻燃热塑性弹性体新能源汽车用线缆材料，其配方及制备方法同中国发明专利CN 105968872B实施例1。
将以上实施例1-5制备的新能源汽车用电缆材料及对比例新能源汽车用线缆材料进行性能测试，测试方法及测试结果见表1。
表1
项目 测试标准 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 对比例
拉伸性能/MPa GB/T1040 53 56 58 60 62 48
断裂伸长率/％ GB/T1040 505 507 508 512 515 501
极限氧指数(％) GB/T2406-1993 34 35 37 38 40 25
撕裂强度N/mm GB/T529 62 64 67 68 70 56
耐摩擦性(2N/m,次) UL1581 1430 1450 1465 1474 1480 1400
从表1可见，本发明实施例公开的新能源汽车用电缆材料，与现有技术中的汽车用线缆材料相比，具有更加优异的拉伸性能、阻燃性、抗撕裂强度和耐磨性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
Ⅰ将1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑、季铵盐-15、丙烯腈溶于高沸点溶剂中，并向其中加入引发剂，在氮气或惰性气体氛围60-80℃下搅拌反应4-6小时，后在水中沉出，将析出的聚合物用乙醚洗涤4-6次，后置于75-85℃的真空干燥箱中烘18-24小时，得到苯并三氮唑基聚烯烃；
Ⅱ将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、9-芴酮-2,7-二羧酸、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶溶于二甲亚砜中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，常压下80-90℃反应2-3小时，再升温至110-120℃反应3-4小时，后升温至220-230℃，初级缩聚反应3-5小时，然后抽真空(500Pa)，加热到230-240℃，再缩聚反应18-24小时，后冷却至室温，调至常压，在乙醇中沉出，将析出的聚合物用乙醇洗3-5次，再置于真空干燥箱70-80℃下干燥12-18小时，得到磺酸基聚芴酰胺类缩聚物；
Ⅲ将经过步骤Ⅰ制备得到的苯并三氮唑基聚烯烃、经过步骤Ⅱ制备得到的磺酸基聚芴酰胺类缩聚物、环氧基POSS混合均匀形成混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到新能源汽车用电缆材料。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤Ⅰ中所述1-甲代烯丙基-2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并噻唑、季铵盐-15、丙烯腈、高沸点溶剂、引发剂的质量比为1:1:2:(15-20):(0.03-0.05)。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤Ⅱ中所述4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、9-芴酮-2,7-二羧酸、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶、二甲亚砜的质量比为1.38:1:(0.4-0.6):(0.2-0.3):0.2:(10-15)。
7.根据权利要求1所述的新能源汽车用电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤Ⅲ中所述苯并三氮唑基聚烯烃、磺酸基聚芴酰胺类缩聚物、环氧基POSS的质量比为1:(0.6-0.8):0.15。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述新能源汽车用电缆材料的制备方法制备得到的新能源汽车用电缆材料。
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