CN109651687A - 一种电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料及其制备方法 - Google Patents

一种电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料及其制备方法。所述电缆料包括如下重量份数的原料组分：聚烯烃10‑20份、热塑性聚酯弹性体(TPEE)10‑15份、相容剂3‑10份、聚丙烯3‑8份、三元乙丙橡胶5‑10份、阻燃剂40‑65份、润滑剂1‑5份，交联剂1‑5份、抗氧剂1‑5份。所述电缆料是先将各原料组分按照合适的配比通过密炼机密炼，形成料团；然后在适当的温度下通过挤出机挤出造粒，之后通过挤出机挤出得到线材，最后通过电子加速器辐照交联的方法制备。本发明提供的电缆材料同时具有较高的撕裂强度和阻燃性，抗张强度和断裂伸长率同样优异，可用作电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料。

Description

一种电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料及其制备方法
技术领域
本发明属于线缆材料技术领域，具体涉及一种电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料及其制备方法。
背景技术
目前机动车的动力95％以上还是需要靠油和气来完成的。油和气都是不可再生的能源，随着使用和依赖的加剧，枯萎现象日趋严重，而且会造成严重的环境污染。电动汽车是一种新型的绿色能源驱动型出行工具，具有无污染、可持续、充电便捷的特点。电缆构建了电池中的能量和汽车动力系统的传输通道，在新能源电动汽车中起着至关重要的作用。如今，人们使用电动汽车出行越来越成为一种趋势。在电缆行业中，现行的电动汽车用线缆相关标准，主要有CQC11-463427，CQC1122，GBT 25085，QC-T1037，SAE J1128。
电动汽车电缆除了要满足电性能、机械性能和阻燃性能等通用要求之外，在实际使用过程中还必须具备良好的柔韧性以及优异的抗撕裂性能，因为线缆的车内的布局十分复杂，没有柔韧性和撕裂性能的保证，线缆很容易在高速行驶的过程中发生破裂现象。
CN201721705202.1提供了一种耐磨抗撕裂型耐高温车内高压电缆,包括由若干根镀锡铜丝绞合而成的导电线芯,所述导电线芯外包覆有耐热耐高低温循环抗开裂型交联聚烯烃绝缘层,所述耐热耐高低温循环抗开裂型交联聚烯烃绝缘层外包覆有耐磨抗撕裂耐高温聚氨酯护套层；本实用新型结构简单,材料新颖,生产工艺便捷,还具有耐高温、耐热变形、耐环境应力、耐溶剂、无卤阻燃、高耐油耐候等优点,广泛适用于电动汽车内部各组件设备连线和供电电缆。
CN201710635423.4提供了一种抗撕裂电缆料,其是由下述重量份的原料制得：线性低密度聚乙烯80-100份、环氧油酸丁酯10-20份、氧化铜3-5份、苯乙烯20-30份、微晶蜡10-20份、杂酚油10-20份、甘油三醋酸酯1-2份、硬脂酸0.3-0.5份、亚磷酸二苯一异辛酯1-2份、乙酰柠檬酸三乙酯0.6-0.8份、烟片胶15-20份、硼酸锌15-30份、己二酸1-2份、邻苯二甲酸二辛酯1-2份,抗撕裂填料50-60份。本发明所得电缆料耐机械刮擦、搬运刮擦后线材表面不发白；拉拽不易撕裂,寿命长,物理性能优异,无烟环保。
CN201410023152.3公开了一种高强耐撕裂电缆用护套材料,其原料按重量份包括：氯化聚乙烯35-65份,低密度聚乙烯27-38份,钙锌稳定剂2-5份,丙二醇0.05-0.13份,β-二酮0.1-0.2份,防老剂RD 0.2-0.5份,防老剂4040 3-7份,氧化镁7-12份,高耐磨炭黑N3512-4份,硫化促进剂H1.5-3.5份,过氧化二异丙苯4-7份,邻苯二甲酸二辛酯9-13份,沉淀法白炭黑17-22份,纳米氧化锌24-30份,碳酸钙45-55份,云母粉6-7份。本发明还提出来一种高强耐撕裂电缆用护套材料的制备方法。本发明中,所述高强耐撕裂电缆用护套材料耐高温性能优异,拉伸强度、撕裂强度及耐磨性能好,制备过程简单,生产成本较低。
但上述专利并没有获得撕裂强度在40N/mm以上的电缆材料，同时材料的力学性能也不能达到很好的状态，此外材料的硬度较高，柔韧性不够。因此，如何获得硬度较低，撕裂强度较高，同时具备良好的力学性能的材料，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电动汽车用抗撕裂辐照交联电缆料及其制备方法。该电缆料具有硬度低、撕裂强度高、抗张强度大于10Mpa，断裂伸长率大于200％，同时能够通过单根垂直燃烧的特点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
通常，电缆料中添加有氢氧化铝等无机填料，一方面降低成本，另一方面提高电缆料的阻燃性能。填料的添加量越大，体系的阻燃性就会越好，电缆材料的机械性能就会下降，同时体系的硬度也会增加，导致材料的硬度变大。本发明基于特定的基体树脂相互配合，同时配合适合的阻燃体系以及良好的助剂体系，可以得到撕裂强度在40N/mm，硬度在80A左右，抗张强度在10Mpa以上，断裂伸长率在200％以上，同时能通过单根垂直燃烧的线缆材料。
所述聚烯烃的重量份数可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
聚烯烃选用了一些对填料包容性好同时自身硬度又比较小的聚合物，以达到降低体系硬度的目的。
本发明中，所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的重量份数可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份等。
热塑性聚酯弹性体(TPEE)的加入可以显著降低电缆料的硬度，有助于改善无机填料的加入对电缆柔性的不良影响。
所述相容剂的重量份数可以是3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等。
相容剂的加入有利于无机相与有机相的更好融合，以提高体系的阻燃效果和体系的力学性能。
所述聚丙烯的重量份数可以是3份、4份、5份、6份、7份、8份等。
聚丙烯本身的撕裂强度比较大，选择硬度比较低，同时熔点又适合加工的型号以提高体系的抗撕裂能力，所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
所述三元乙丙橡胶的重量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份等，所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
所述阻燃剂的重量份数可以是40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份等。
所述润滑剂的重量份数可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等。
所述抗氧剂的重量份数可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等。
所述交联剂的重量份数可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等。
作为本发明的优选技术方案，所述电缆料包括如下重量份数的原料组分：
作为本发明的优选技术方案，所述聚烯烃为茂金属聚乙烯。
优选地，所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min；
优选地，所述聚乙烯的拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％；
优选地，所述聚乙烯材料的维卡软化点为90-100℃；
作为本发明的优选技术方案，所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
优选地，所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，断裂伸长率在490％；
热塑性聚酯弹性体(TPEE)与橡胶相比，具有更好的加工性能和更长的使用寿命；与工程塑料相比同样具有强度高的特点，柔韧性和动态力学性能更好。
作为本发明的优选技术方案，所述相容剂为PE-g-MAH、EVA-g-MAH或POE-g-MAH中的一种或至少两种的组合。
相容剂又称增容剂，是指借助于分子间的键合力，促使不相容的两种聚合物结合在一体，进而得到稳定的共混物的助剂。马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂，能大大提高复合材料的相容性和填料的分散性，从而提高复合材料机械强度。
优选地，所述相容剂的马来酸酐接枝率在0.5-1％；
作为本发明的优选技术方案，所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
作为本发明的优选技术方案，所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
作为本发明的优选技术方案，所述阻燃剂为氢氧化铝、高岭土、氢氧化镁、膨胀型阻燃剂(IFR)、磷氮系阻燃剂、硅灰石粉中的一种或多种的混合物；
膨胀型阻燃剂(IFR)、磷氮系阻燃剂，该类阻燃剂的阻燃效率高，同时具有较小的比重，添加到体系里面能减少氢氧化铝的使用，具备良好的阻燃效果的同时也能降低体系的硬度，提高体系的力学性能。
作为本发明的优选技术方案，所述润滑剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、硅酮母粒中的一种或多种的混合物。
作为本发明的优选技术方案，所述交联剂为TAIC、DCP、TMPTMA中的一种或多种的混合物。
作为本发明的优选技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂736、抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或多种的混合物；
第二方面，本发明提供一种上述电缆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各原料组分通过密炼机密炼，得到混合均匀的料团；
(2)将步骤(1)得到的塑料团通过第一挤出机挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的胶粒通过第二挤出机挤出成线材；
(4)将步骤(3)得到的线材在合适的辐照剂量下辐照交联，得到所述电缆料。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述的密炼温度为165-175℃；
优选地，所述密炼时间为15-25min；
优选地，步骤(2)中所述第一挤出机为单螺杆挤出机；
优选地，所述单螺杆挤出机包括依次连接的第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区和第七区，步骤(1)得到的胶料团依次通过各区，所述第一区的工作温度为160-170℃，所述第二区的工作温度为160-170℃，所述第三区的工作温度为165-175℃，所述第四区的工作温度为165-175℃，所述第五区的工作温度为160-165℃，所述第六区的工作温度为160-165℃，所述第七区的工作温度为165-160℃；
优选地，步骤(3)所述第二挤出机为线材挤出机；
优选地，所述线材挤出机包括依次连接的A区、B区、C区以及D区，步骤(2)得到的料粒依次通过各区，所述A区的工作温度为160-165℃，所述B区的工作温度为165-175℃，所述C区的工作温度为165-175℃，所述D区的工作温度为175-180℃；
优选地，所述辐照通过电子加速器进行，辐照剂量为12-16Mrad。
第三方面，本发明提供一种上述电缆料的用途，所述电缆料用作电动汽车用抗撕裂辐照交联材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于特定的基体树脂相互配合，同时配合适合的阻燃体系以及良好的助剂体系，可以得到撕裂强度在40N/mm，硬度在80A左右，抗张强度在10Mpa以上，断裂伸长率在200％以上，同时能通过单根垂直燃烧的线缆材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min，拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％，维卡软化点为90-100℃；
所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
所述相容剂为POE-g-MAH，所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，所述的交联剂为TAIC。
所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
上述电缆料的制备方法如下：
(1)将各原料组分加入密炼机中，在165℃下密炼25min，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入单螺杆挤出机中进行挤出造粒；
其中，单螺杆挤出机包括次连接的第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区和第七区，步骤(1)得到的料团依次通过各区，各区工作温度分别为第一区160℃，第二区165℃，第三区165℃，第四区170℃，第五区165℃，第六区160℃，第七区160℃；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入线材挤出机中，挤出成线材；
其中，线材挤出机包括依次连接的A区、B区、C区以及D区，步骤(2)得到的料粒依次通过各区，各区工作温度分别为A区160℃，B区165℃，C区165℃，D区165℃；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为14Mrad，得到上述电缆料。
实施例2
本实施例提供一种电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min，拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％，维卡软化点为90-100℃；
所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
所述相容剂为POE-g-MAH，所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，所述的交联剂为TAIC。
所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
上述电缆料的制备方法如实施例1：
实施例3
本实施例提供一种电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min，拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％，维卡软化点为90-100℃；
所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
所述相容剂为POE-g-MAH，所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，所述的交联剂为TAIC。
所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
上述电缆料的制备方法如实施例1：
实施例4
本实施例提供一种电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min，拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％，维卡软化点为90-100℃；
所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
所述相容剂为POE-g-MAH，所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，所述的交联剂为TAIC。
所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
上述电缆料的制备方法如实施例1：
实施例5
本实施例提供一种电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min，拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％，维卡软化点为90-100℃；
所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
所述相容剂为POE-g-MAH，所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，所述的交联剂为TAIC。
所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDM Melos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
上述电缆料的制备方法如实施例1：
对比例1
与实施例4的区别在于，所用的阻燃剂为氢氧化铝50份，膨胀型阻燃剂(IFR)5份，其他原料组分、用量及制备方法与实施例4相同。
对比例2
与实施例4的区别在于，所用的交联剂为DCP 0.5份，其他原料组分、用量及制备方法与实施例4相同。
对比例3
与实施例4的区别在于，所用的相容剂为PE-g-MAH 0.5份，其他原料组分、用量及制备方法与实施例4相同。
对比例4
与实施例4的区别在于，所用的阻燃剂为氢氧化铝50份，膨胀型阻燃剂(IFR)5份，所用的交联剂为DCP 0.5份，相容剂为PE-g-MAH 0.5份，其他原料组分、用量及制备方法与实施例4相同。
按照CQC11-463427，CQC1122，GBT 25085，QC-T1037，SAE J1128对上述实施例和对比例提供的电缆料的性能进行测试，测试结果如下表1所示：
表1
由表1的结果可知，可以得到撕裂强度在40N/mm，硬度在80A左右，抗张强度在10Mpa以上，断裂伸长率在200％以上，同时能通过单根垂直燃烧的线缆材料。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种电缆料，其特征在于，所述电缆料包括如下重量份数的原料组分：
2.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述电缆料包括如下重量份数的原料组分：
3.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述聚烯烃为茂金属聚乙烯。
优选地，所述聚乙烯的熔体流动速率为0.5-0.8g/10min；
优选地，所述聚乙烯的拉伸强度为25-30Mpa，断裂伸长率为580-650％；
优选地，所述聚乙烯材料的维卡软化点为90-100℃。
4.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的熔体流动速率为5-10g/10min，密度为1.12-1.20g/cm3，硬度在35-40A，拉伸强度在25-30Mpa，断裂伸长率在450-500％。
优选地，所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)的硬度为40A，拉伸强度在25Mpa，断裂伸长率在490％。
5.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述相容剂为PE-g-MAH、EVA-g-MAH或POE-g-MAH中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述相容剂的马来酸酐接枝率在0.5-1％。
6.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述聚丙烯为中石化产，为F5006、K5809Y、F280M、F300M、F300D中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶产自德国，为EPDMMelos,其硬度为60A，拉伸强度在5Mpa，断裂伸长率在480-520％。
8.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化铝、高岭土、氢氧化镁、膨胀型阻燃剂(IFR)、磷氮系阻燃剂、硅灰石粉中的一种或多种的混合物。
9.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、硅酮母粒中的一种或多种的混合物。
10.根据权利要求1或2所述的电缆料，其特征在于，所述交联剂为TAIC、DCP、TMPTMA中的一种或多种的混合物。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的电缆料，其特征在于，所述电缆料还包括1-3份抗氧剂；
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂736、抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或多种的混合物。
12.一种如权利要求1-11任一项所述的电缆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将各原料组分通过密炼机密炼，得到混合均匀的料团；
(2)将步骤(1)得到的塑料团通过第一挤出机挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的胶粒通过第二挤出机挤出成线材；
(4)将步骤(3)得到的线材在合适的辐照剂量下辐照交联，得到所述电缆料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的密炼温度为165-175℃；
优选地，所述密炼时间为15-25min；
优选地，步骤(2)中所述第一挤出机为单螺杆挤出机；
优选地，所述单螺杆挤出机包括依次连接的第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区和第七区，步骤(1)得到的胶料团依次通过各区，所述第一区的工作温度为160-170℃，所述第二区的工作温度为160-170℃，所述第三区的工作温度为165-175℃，所述第四区的工作温度为165-175℃，所述第五区的工作温度为160-165℃，所述第六区的工作温度为160-165℃，所述第七区的工作温度为165-160℃；
优选地，步骤(3)所述第二挤出机为线材挤出机；
优选地，所述线材挤出机包括依次连接的A区、B区、C区以及D区，步骤(2)得到的料粒依次通过各区，所述A区的工作温度为160-165℃，所述B区的工作温度为165-175℃，所述C区的工作温度为165-175℃，所述D区的工作温度为175-180℃；
优选地，所述辐照通过电子加速器进行，辐照剂量为12-16Mrad。
14.一种如权利要求1-13中任一项所述的电缆料的用途，其特征在于，所述电缆料用作电动汽车用抗撕裂高压线缆材料。
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