CN109401179A - 一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，解决了铅酸蓄电池塑壳耐腐蚀性差的问题，公开了一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳及其制备方法。该铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳包括按重量配比的下述组分：ABS树脂50~60份，环氧树脂20~30份，改性活性碳纤维5~10份，改性氮化硅颗粒3~5份，润滑剂1~3份，抗氧剂1~3份，乙醇70~100份；制备方法为先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型。本发明铅酸蓄电池塑壳具有较好的耐腐蚀性能和较高的强度。

Description

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳及其制备方法

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其是涉及一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳及其制备方法。

背景技术

铅酸蓄电池经过100多年的发展，相关技术已经成熟，成本也比价低廉，被广泛应用于交通、通讯、电力、军事、航海等众多经济领域，成为一种不可或缺的化学电源。铅酸蓄电池塑壳作为铅酸蓄电池的重要部件，其起到承载极板、隔板和电解液等电池重要部件的作用，要求其具有较好的耐化学腐蚀性能、较高的稳定性、高强度和良好的机械加工性能。中国专利公开号CN107337894公开了一种抗冲击铅酸蓄电池塑壳生产方法，包括以下步骤：称料；混合造粒；注塑充模；保压；定型脱模。此发明通过制备方法改性减少塑壳缺陷的产生，得到抗冲击性能好的铅酸蓄电池塑壳；中国专利公开号CN106243607公开了一种铅酸蓄电池抗老化塑壳材料，由以下重量份的组分制成：ABS树脂、PVC树脂、表面改性竹纤维、改性氢氧化铝、氯化聚乙烯、改性沸石粉、抗氧剂、二丁基锡二月桂酸酯。此发明通过各组分间的协同增效的作用提升铅酸蓄电池塑壳的抗老化性能。由于铅酸蓄电池塑壳为塑料制备而成，耐腐蚀性能较差，而现有技术多为对铅酸蓄电池的强度、抗老化、抗冲击方面的性能进行改进，鲜有对铅酸蓄电池塑壳的耐腐蚀性进行改性提高，由于铅酸蓄电池塑壳内部装有酸性腐蚀性液体，如发生液体泄露，将会腐蚀铅酸蓄电池塑壳，从而外流，不仅污染环境，还对人生安全带来隐患。

发明内容

本发明是为了克服现有技术铅酸蓄电池塑壳耐腐蚀性差的问题，提供一种耐腐蚀、高强度的铅酸蓄电池塑壳。

本发明还提供了一种高强度耐腐蚀铅酸蓄电池塑壳的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂 50～60份

环氧树脂 20～30份

改性活性碳纤维 5～10份

改性氮化硅颗粒 3～5份

润滑剂 1～3份

抗氧剂 1～3份

乙醇 70～100份。

本发明使用ABS树脂和环氧树脂作为塑壳的主要成分，ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，具有韧性好，易于加工成型的优点，环氧树脂具有出色的抗腐蚀性能，本发明将具有抗腐蚀性能的环氧树脂与ABS树脂混合大大提高塑壳的抗腐蚀性能；使用改性活性碳纤维和改性氮化硅颗粒来增强改性ABS树脂和环氧树脂，碳纤维在树脂中起到骨架增强的作用，通过改性氮化硅颗粒能够增加聚合物大分子链间的摩擦作用，从而增加塑壳的强度，将骨架增强作用和颗粒增强作用相结合，能够大幅提升塑壳的强度；添加抗氧剂延缓树脂的老化，增加塑壳的使用寿命；高分子加工成型时存在熔融聚合物分子之间的摩擦和聚合物熔体与加工设备表面间的摩擦，前者成为内摩擦，后者称为外摩擦，内摩擦会增大聚合物的熔融流动粘度，降低其流动性能，严重时会导致材料的过热和老化，外摩擦则使聚合物融体与加工设备及其他接触材料表面间发生粘附，随温度升高，摩擦系数显著增大，所以本发明添加润滑剂来减轻内摩擦和外摩擦作用，提高产品质量。

作为优选，所述改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为0.5～5％磷酸二氢钠溶液中，加热至40～45℃，静置4～8h，取出后烘干，在360～370℃下氮气氛围中进行碳化1～2h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，超声振荡30～60min，过滤后将活性碳纤维在330～350℃下烧结2～3h，冷却，得到改性活性碳纤维。

本发明先将粘胶纤维浸入磷酸二氢钠溶液中，然后在氮气氛围中进行高温碳化，磷酸二氢钠能够提高粘胶纤维的收缩率，使柔软的粘胶纤维变硬，从而起到塑壳增强的作用，热收缩后的粘胶纤维表面具有大量的微孔结构，具有较好的吸附作用，本发明利用碳化后的粘胶纤维的吸附作用将纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒吸附到碳化粘胶纤维的表面，然后在高温的条件下使聚四氟乙烯纳米颗粒熔融，冷却使纳米二氧化硅颗粒通过聚四氟乙烯粘结在碳化粘胶纤维的表面，使碳化粘胶纤维表面的粗糙度增加，不仅增加碳化粘胶纤维的表面积，还增强碳化粘胶纤维与树脂的摩擦作用，从而提高塑壳的强度；另一方面，聚四氟乙烯材料由于具有较好的抗碱和抗酸效果，改性活性碳纤维如果与酸液接触，不会破换改性活化碳纤维微观结构，纳米二氧化硅不会从活化碳纤维上脱落，另外聚四氟乙烯材料进一步增强塑壳的耐酸腐蚀性能。纳米二氧化硅具有对抗紫外线的光学性能，能够起到抗老化的作用。

作为优选，所述活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.2～0.3:0.5～0.7，所述活性碳纤维添加量为水的10～20wt％。

作为优选，所述纳米二氧化硅的粒径为100～200nm，所述聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为60～80nm。

作为优选，所述改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，加热至60～70℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为20～25％的硫酸铝溶液，然后缓慢滴加质量浓度为5～10％的氢氧化钠溶液，以50～60r/min搅拌速率搅拌2～3h，过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。塑壳再高温条件下容易爆裂着火，本发明利用硫酸铝与氢氧化钠发生反应，生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝具有较好的阻燃作用，利用氮化硅为载体，在氮化硅表面包覆一层氢氧化铝，使氢氧化铝均匀分散在树脂中，不仅增加了塑壳的阻燃性能，还节约氢氧化铝的用量，降低成本。

作为优选，所述氮化硅添加量为水质量的15～20％，所述氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:1.4～2，所述硫酸铝与氮化硅的质量比为1:3～6。

作为优选，所述润滑剂为硬脂酸、油酰胺、硬脂酸丁酯中的至少一种。

作为优选，所述抗氧剂为磷类抗氧剂、酚类抗氧剂、硫类抗氧剂中的至少一种。

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌30～40min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在60～80℃，保压压力为65～70MPa，保压时间为10～15s。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)塑壳具有较好的耐腐蚀性能；(2)使用纤维与颗粒混合增强塑壳，使塑壳具有较高的强度。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂 55份

环氧树脂 24份

改性活性碳纤维 8份

改性氮化硅颗粒 4份

硬脂酸润滑剂 2份

磷类抗氧剂 2份

乙醇 80份。

改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为3％磷酸氢二钠溶液中，加热至42℃，静置6h，取出后烘干，在365℃下氮气氛围中进行碳化1.5h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，纳米二氧化硅的粒径为150nm，聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为70nm，活性碳纤维添加量为水的16wt％，活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.25:0.6，超声振荡50min，过滤后将活性碳纤维在340℃下烧结2.5h，冷却，得到改性活性碳纤维。

改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，氮化硅添加量为水质量的18％，加热至65℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为23％的硫酸铝溶液，硫酸铝与氮化硅的质量比为1:4.5，然后缓慢滴加质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:1.7，以55r/min搅拌速率搅拌2.6h，过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。

一种高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌35min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在70℃，保压压力为68MPa，保压时间为12s。

实施例2

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂 52份

环氧树脂 21份

改性活性碳纤维 6份

改性氮化硅颗粒 4份

油酰胺润滑剂 1.5份

酚类抗氧剂 2份

乙醇 75份。

改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为0.6％磷酸氢二钠溶液中，加热至42℃，静置5h，取出后烘干，在362℃下氮气氛围中进行碳化1.3h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，纳米二氧化硅的粒径为120nm，聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为65nm，活性碳纤维添加量为水的12wt％，活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.22:0.55，超声振荡40min，过滤后将活性碳纤维在340℃下烧结2.2h，冷却，得到改性活性碳纤维。

改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，氮化硅添加量为水质量的16％，加热至62℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为21％的硫酸铝溶液，硫酸铝与氮化硅的质量比为1:4，然后缓慢滴加质量浓度为6％的氢氧化钠溶液，氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:1.5，以50r/min搅拌速率搅拌2.2h，过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。

一种高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌35min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在65℃，保压压力为68MPa，保压时间为11s。

实施例3

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂 58份

环氧树脂 27份

改性活性碳纤维 9份

改性氮化硅颗粒 4份

硬脂酸丁酯润滑剂 2.5份

硫类抗氧剂 2份

乙醇 90份。

改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为4％磷酸氢二钠溶液中，加热至43℃，静置7h，取出后烘干，在368℃下氮气氛围中进行碳化1.5h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，纳米二氧化硅的粒径为180nm，聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为70nm，活性碳纤维添加量为水的18wt％，活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.2:0.7，超声振荡50min，过滤后将活性碳纤维在340℃下烧结2.5h，冷却，得到改性活性碳纤维。

改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，氮化硅添加量为水质量的18％，加热至65℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为22％的硫酸铝溶液，硫酸铝与氮化硅的质量比为1:5，然后缓慢滴加质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:1.8，以55r/min搅拌速率搅拌2.8h，过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。

一种高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌38min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在75℃，保压压力为70MPa，保压时间为13s。

实施例4

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂 60份

环氧树脂 30份

改性活性碳纤维 10份

改性氮化硅颗粒 5份

硬脂酸润滑剂 3份

磷类抗氧剂 3份

乙醇 100份。

改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为5％磷酸氢二钠溶液中，加热至45℃，静置8h，取出后烘干，在370℃下氮气氛围中进行碳化2h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，纳米二氧化硅的粒径为200nm，聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为80nm，活性碳纤维添加量为水的20wt％，活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.3:0.7，超声振荡60min，过滤后将活性碳纤维在350℃下烧结3h，冷却，得到改性活性碳纤维。

改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，氮化硅添加量为水质量的20％，加热至70℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为25％的硫酸铝溶液，硫酸铝与氮化硅的质量比为1:6，然后缓慢滴加质量浓度为10％的氢氧化钠溶液，氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:2，以60r/min搅拌速率搅拌3h，过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。

一种高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌40min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在80℃，保压压力为70MPa，保压时间为15s。

实施例5

一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂 50份

环氧树脂 20份

改性活性碳纤维 5份

改性氮化硅颗粒 3份

油酰胺润滑剂 1份

磷类抗氧剂 1份

乙醇 70份。

改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为0.5％磷酸氢二钠溶液中，加热至40℃，静置4h，取出后烘干，在360℃下氮气氛围中进行碳化1h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，纳米二氧化硅的粒径为100nm，聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为60nm，活性碳纤维添加量为水的10wt％，活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.2:0.5，超声振荡30min，过滤后将活性碳纤维在330℃下烧结2h，冷却，得到改性活性碳纤维。

改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，氮化硅添加量为水质量的15％，加热至60℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为20％的硫酸铝溶液，硫酸铝与氮化硅的质量比为1:3，然后缓慢滴加质量浓度为5％的氢氧化钠溶液，氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:1.4，以50r/min搅拌速率搅拌2h，过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。

一种高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌30min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在60℃，保压压力为65MPa，保压时间为10s。

技术指标

性能检测

本发明的铅酸蓄电池塑壳的极限氧指数≧30，阻燃性能标准达到V-0级阻燃标准，以下性能指标按照GB/T23754-2009的相关方法对本发明的铅酸蓄电池的下述性能进行检测，测试结果如下：

质量变化率：0.2％

耐冲击：低温-30℃以下无裂纹

耐热性：70±2℃、3小时后变化量：0.15mm

耐候性：变化量0.1mm

耐电压：20000V电压未被击穿

另外，按照GB/T9341(选用Ⅰ型试样，拉伸速率为10mm/min)执行测试塑壳的拉伸强度可达71MPa，弯曲模量可达3160MPa，简支梁冲击强度(缺口)可达40kJ/m²，表明铅酸蓄电池具有较高的强度；按照国标GB/T11547-2008对塑壳的耐液体化学试剂进行测试，将塑壳材料放入酸液中浸泡后干燥称重，塑壳的尺寸和质量没有发生变化，外观上没有变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于，包括按重量配比的下述组分：

ABS树脂50~60份

环氧树脂20~30份

改性活性碳纤维5~10份

改性氮化硅颗粒3~5份

润滑剂1~3份

抗氧剂1~3份

乙醇70~100份。

2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于，所述改性活性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将粘胶纤维浸入质量浓度为0.5~5%磷酸氢二钠溶液中，加热至40~45℃，静置4~8h，取出后烘干，在360~370℃下氮气氛围中进行碳化1~2h，冷却后得到活性碳纤维，将活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒加入水中，超声振荡30~60min，过滤后将活性碳纤维在330~350℃下烧结2~3h，冷却，得到改性活性碳纤维。

3.根据权利要求2所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于，所述活性碳纤维、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯纳米颗粒的质量比为1:0.2~0.3:0.5~0.7，所述活性碳纤维添加量为水的10~20wt%。

4.根据权利要求2所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为100~200nm，所述聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为60~80nm。

5.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于，所述改性氮化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

将氮化硅颗粒加入水中，加热至60~70℃，搅拌形成悬浊液，加入质量浓度为20~25%的硫酸铝溶液，然后缓慢滴加质量浓度为5~10%的氢氧化钠溶液，以50~60r/min搅拌速率搅拌2~3h，

过滤后使用去离子冲洗，干燥得到改性氮化硅颗粒。

6.根据权利要求5所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于，所述氮化硅添加量为水质量的15~20%，所述氢氧化铝与硫酸铝的质量比为1:1.4~2，所述硫酸铝与氮化硅的质量比为1:3~6。

7.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于， 所述润滑剂为硬脂酸、油酰胺、硬脂酸丁酯中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳，其特征在于， 所述抗氧剂为磷类抗氧剂、酚类抗氧剂、硫类抗氧剂中的至少一种。

9.一种如权利要求1~8任一权利要求所述的铅酸蓄电池高强度耐腐蚀塑壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先将ABS树脂和环氧树脂加入乙醇中混合搅拌30~40min，烘干，将剩余组分加入并混合均匀，然后加入注塑机中注塑成型，成型温度控制在60~80℃，保压压力为65~70MPa，保压时间为10~15s。