CN109608819B - 一种启动电机换向器用酚醛模塑料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种启动电机换向器用酚醛模塑料，按重量份计，原料组成包括；热固性酚醛树脂100份；聚乙烯醇缩丁醛5～15份；端环氧基丁腈橡胶5～15份；增强体150～200份。该启动电机换向器用酚醛模塑料，具备良好的压入强度，在高温条件下保持低的片间断差特性，以及高的超速破坏强度。可完全满足严苛的汽车启动电机换向器领域的性能要求。

Description

一种启动电机换向器用酚醛模塑料
技术领域
本发明涉及塑料生产领域，具体涉及一种启动电机换向器用酚醛模塑 料。
背景技术
启动电机在刚启动时产生大的冲击电流，这个电流一般是额定电流的 5～10倍，如此高的冲击电流极易造成电机内正在高速旋转的换向器温度快速 升高，同时引发噪声、甚至产生火花、产生爆裂而失效。所以对其所用的封 装材料要求及其严苛：诸如高温条件下尺寸稳定性、压轴性、高温旋转破坏 强度，良好的切削性，甚至需要具备耐药品性及耐油性。
安装到启动电机内的换向器需经过两道关键检测工序：1、压制成型的 换向器采用过盈插轴性试验；2、置于250℃氛围下，经过50000～60000转/ 分钟旋转测试。测试合格的换向器样品需满足测试过程中不会出现内孔开 裂，外圆铜排产生飞排等缺陷。
酚醛模塑料因具有良好的耐热性、尺寸稳定性、电绝缘性，在启动电机 的换向器封装成型过程中得到广泛应用。但目前，酚醛模塑料存在的缺点在 于：
(1)材料在成型固化后脆性较大，制品的压入强度较低；
(2)为提高启动电机换向器过盈插轴性所添加的增韧剂造成材料的高 速旋转破坏强度大幅降低；
(3)在高温、高转速条件下，制品片间断差变大造成铜排浮起缺陷。
目前，已有大量针对酚醛模塑料改进的研究成果。
如公开号为CN 102775723 A的中国专利文献中公开了一种高弯曲强度 酚醛模塑料，包含以下重量份的原料组分：酚醛树脂100份，热固性酚醛树 脂60-100份，纳米橡胶1-10份，固化剂5-30份，固化促进剂1-10份，脱 模剂0.5-3份，陶瓷粉填料5-20份，其他矿物填料50-80份，增强纤维60-150 份。得到的酚醛模塑料具有良好的弯曲强度，弯曲强度150MPa以上。但在 该配方中，丁腈纳米橡胶仅仅是物理性分散在基体中，充当柔性粒子吸收应 力并未通过任何化学键方式与酚醛树脂基体交联，难以起到理想的增韧效 果，同时还会导致酚醛模塑料耐热性降低问题。
又如公开号为CN 105017713 A的中国专利文献中公开了电机换向器用 高玻纤挤出模头造粒型酚醛模塑料，按重量计，包括：热固性酚醛树脂固体 混合物3-5％，热塑性酚醛树脂10-15％，苯并噁嗪树脂5-12％，醛酮树脂 3-10％，玻璃纤维45-60％，聚乙烯蜡1-5％，固化剂2-5％，固化促进剂1-3％， 无机填料1-10％，增韧剂1-5％，脱模剂0.3-2％。其中的热固性酚醛树脂固 体混合物通过将液体热固性酚醛树脂、滑石粉和硬脂酸按重量比为 1:(2-3):(0.5-1.5)混合，经捏合机捏合、压片、抽真空烘干、粉碎得到。并记 载了热固性酚醛树脂固体混合物使产品在成型过程中加快固化速度，同时使 产品在固化过程中交联反应更完全，提高了产品的强度，降低产品固化后尺 寸变形的可能性。但该热固性酚醛树脂固体混合物的制备，烘干过程中无法 保证热固性树脂固化交联度的稳定性，交联度过高致使后期在下游客户模具 内熔融困难；交联度偏低降低制品的耐热性。而且液体热固性树脂的分子量 相对较低，降低材料的压入强度，不利于过盈插轴装配。
发明内容
本发明针对现有技术中的问题，提供了一种启动电机换向器用酚醛模塑 料，该酚醛模塑料具备良好的压入强度，在高温条件下保持低的片间断差特 性，以及高的超速破坏强度。可完全满足严苛的汽车启动电机换向器领域的 性能要求。
具体技术方案如下：
一种启动电机换向器用酚醛模塑料，按重量份计，原料组成包括；
Figure BDA0001875783610000021
Figure BDA0001875783610000031
本配方中，首次采用由热固性酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁 腈橡胶(ETBN)三种特定组分组成的复配体系，制备得到的酚醛模塑料可 以同时获得高温条件下低的片间断差性，高的超速破坏强度与压入强度。
经试验发现，聚乙烯醇缩丁醛的单独加入可以显著提高热固性酚醛树脂 材料的弯曲强度，更意外发现，聚乙烯醇缩丁醛与热固性酚醛树脂，两者具 有明显的协同效应，可以显著降低酚醛模塑料在高温条件下片间断差性。而 将端环氧基丁腈橡胶单独加入热固性酚醛树脂材料时，可以显著提高热固性 酚醛树脂材料的压入强度，但对于超速破坏强度的提升效果并不显著。但将 热固性酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶三种特定组分复合时 发现，三者产生了明显的协同，在保持了高温条件下低的片间断差性、高的压入强度的前提下，还显著提升了超速破坏强度。
分析原因可能在于：端环氧基丁腈橡胶的环氧基团容易开环，易与酚醛 树脂的酚羟基发生交联反应。聚乙烯醇缩丁醛其分子链含有羟基易与酚醛树 脂羟甲基发生反应。推断因为柔性基团通过化学键交联到树脂基体，达到分 子级别分散且牢靠，再者端环氧基丁腈橡胶的环氧基团与聚乙烯醇缩丁醛其 分子链含有羟基亦会产生交联反应，致使柔性链端增长提高柔韧性，所以三 者复合使用，可以提高材料在高温、超高转速条件下超速破坏强度。
优选地，所述热固性酚醛树脂为粉末状，重均分子量为3000～5000。分 子量分布没有特殊限制。在同等模具温度条件下，热固性酚醛树脂自固化的 交联密度高于需要添加乌洛托品参与固化的线性酚醛树脂。经进一步试验发 现，聚乙烯醇缩丁醛仅与热固性酚醛树脂可以产生相互协同，显著降低酚醛 模塑料在高温条件下片间断差性，而与需要添加乌洛托品参与固化的线性酚 醛树脂复合使用时，并无法显著降低酚醛模塑料在高温条件下片间断差性。
优选地，所述聚乙烯醇缩丁醛的聚合度为650～1500，进一步优选的聚合 度为650～750，具体可选择天津光大冰峰新材料科技有限公司产SD-1。
所述端环氧基丁腈橡胶为至少一末端含有环氧官能团的丁腈橡胶，优选 为两端均含有环氧官能团的丁腈橡胶，即ETBN，进一步优选，所述ETBN 的丙烯腈含量为18～30％，环氧当量为1900～2800；再优选，选择丙烯腈含 量为18％，环氧当量为2300的ETBN，具体可选择美国Emerald产Hypro 1300x44ETBN。
增强体起到增强的功能，优选地，所述增强体选自玻璃纤维，为无碱玻 璃纤维和碱玻璃纤维中的至少一种，长度为0.5～6mm。
所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其原料组成还包括助剂。
优选地，所述助剂包括脱模剂、促进剂中的至少一种。
所述脱模剂选自硬脂酸、卡拉巴蜡、硬脂酸皂化物、硬脂酸钙、硬脂酸 锌中的至少一种。
所述促进剂用于提高反应速率，优选地，所述促进剂选自氧化镁、氢氧 化钙中的至少一种。
采用上述优选的原料下，进一步优选，所述启动电机换向器用酚醛模塑 料，按重量份计，原料组成包括；
Figure BDA0001875783610000041
再优选，所述聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶的重量比为0.8～1.6： 1。经试验发现，上述优选的配方组成制备的酚醛模塑料弯曲强度不低于 222MPa，片间断差不高于2.2μm，压入强度不低于578MPa，超速破坏强度 不低于55000rpm。
最优选：
以热固性酚醛树脂的重量为100份计，聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈 橡胶的总份数为20～30重量份；
所述聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶的重量比为1～1.5：1。
经试验发现，上述最优选的配方组成制备的酚醛模塑料弯曲强度不低于 234MPa，片间断差不高于2.0μm，压入强度不低于676MPa，超速破坏强度 不低于58000rpm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供了一种启动电机换向器用酚醛模塑料，首次采用由热固性酚 醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶(ETBN)三种特定组分组成 的复配体系，利用三者的相互协同，使得该酚醛模塑料同时具备良好的压入 强度，在高温条件下保持低的片间断差特性，以及高的超速破坏强度。可完 全满足严苛的汽车启动电机换向器领域的性能要求。
具体实施方式
实施例1～5
将各原料按表1所示的重量比混合均匀后，投入往复单螺杆挤出机塑化、 混炼，冷却后，粉碎成颗粒。
所述往复单螺杆挤出机(长径比15:1)各区温度分别为输送区25～40℃、 塑化区90～100℃、熔融区110～120℃、出料口温度125～130℃。主机扭矩控 制范围60～70％。
表1
Figure BDA0001875783610000051
对比例1～5
将各原料按表2所示的重量比混合均匀后，投入往复单螺杆挤出机塑化、 混炼，冷却后，粉碎成颗粒。挤出工艺条件与实施例中的相同。
表2
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
热固性酚醛树脂 100 100 100 100 /
线性酚醛树脂 / / / / 100
乌洛托品 / / / / 15
聚乙烯醇缩丁醛 15 / / 30 15
端环氧基丁腈橡胶 / 15 30 / 15
氢氧化钙 15 15 15 15 15
玻璃纤维 170 170 170 170 170
硬脂酸 5 5 5 5 5
性能测试
1、弯曲强度
测试标准按GB/T 9341-2000执行，样条成型温度160℃，保压3min。
2、片间断差、超速破坏强度
在温度为175℃的模腔内成型为外径27mm，内径12mm，高度21mm， 片数25片的试样件，固化时间3min。①在250度环境中检测(48000转/分 钟、10分钟)试样件片间断差；②在250度环境中检测试样件破坏时的最高 转速。
3、压入强度
在温度为175℃的模腔内成型为外径20mm，内径14mm，高度15mm 试样件，固化时间3min。将锥形轴(锥度2度)以5mm/min的速度压入试 样件中，测出其断裂时的压溃强度。
实施例1～5的性能测试结果见表3，对比例1～5的性能测试结果见表4。
表3
Figure BDA0001875783610000071
表4
Figure BDA0001875783610000072
由表3可以看出，采用本发明的配方制备得到的酚醛模塑料经测试，具 有良好的压入强度，在高温条件下保持低片间断差特性及较高的超速破坏强 度，能够满足启动电机用换向器对酚醛材料的要求。
由表4中可以看出，对比例1未添加端环氧基丁腈橡胶，压入强度较差； 对比例2中未添加聚乙烯醇缩丁醛，材料的弯曲强度较低且片间断差较大； 对比例3中即使增加端环氧基丁腈橡胶的用量，但没有聚乙烯醇缩丁醛协同 作用，材料的超速破坏强度仍较差；对比例4即使增加聚乙烯醇缩丁醛用量， 由于没有端环氧基丁腈橡胶的协同作用，也无法提高超速破坏强度。对比例 5中，没有使用热固性酚醛树脂，材料的片间断差较差，说明线性酚醛树脂 与聚乙烯醇缩丁醛不存在相互协同，无法降低片间断差。

Claims (10)

1.一种启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，按重量份计，原料组成包括；
热固性酚醛树脂 100份；
聚乙烯醇缩丁醛 5~15份；
端环氧基丁腈橡胶 5~15份；
增强体 150~200份。
2.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，所述热固性酚醛树脂为粉末状，重均分子量为3000~5000。
3.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，所述聚乙烯醇缩丁醛，聚合度为650~1500。
4.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，所述端环氧基丁腈橡胶为至少一末端含有环氧官能团的丁腈橡胶，丙烯腈含量为18~30%，环氧当量为1900~2800。
5.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，所述增强体选自玻璃纤维，长度为0.5~6mm。
6.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，原料组成还包括助剂；
所述助剂包括脱模剂、促进剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，
所述脱模剂选自硬脂酸、卡拉巴蜡、硬脂酸皂化物中的至少一种；
所述促进剂选自氧化镁、氢氧化钙中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，按重量份计，原料组成包括；
热固性酚醛树脂 100份；
聚乙烯醇缩丁醛 5~15份；
端环氧基丁腈橡胶 5~15份；
玻璃纤维 150~200份；
促进剂 10~20份；
脱模剂 3~8份。
9.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，所述聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶的重量比为0.8~1.6：1。
10.根据权利要求1所述的启动电机换向器用酚醛模塑料，其特征在于，以热固性酚醛树脂的重量为100份计，聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶的总份数为20~30重量份；
所述聚乙烯醇缩丁醛与端环氧基丁腈橡胶的重量比为1~1.5：1。
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