CN110452503B - 一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，采用PET改性材料制备而成，PET改性材料包括如下重量百分数的组分：45‑70wt%的PET，15‑40wt%的增强纤维，2‑5wt%的空心微珠，8‑10 wt%的阻燃剂，1‑3wt%的增韧剂和0.5‑2wt%的加工助剂，制备方法包括如下具体制备步骤：a、将配方量的原料PET、增强纤维、空心微珠、阻燃剂、增韧剂和加工助剂均匀共混后挤出得到PET改性材料坯料；b、将制备的料坯置于模具中，通过液压机施加一定的压力，模压制得轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳。本发明材料和方法制备的新能源汽车阻燃动力电池包外壳具有密度低、高阻燃性、且力学性能优异的优点。

Description

一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池包外壳，具体涉及一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法。
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。新能源汽车动力电池包外壳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
本发明为克服现有技术弊端，提供一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，采用轻量高阻燃的PET改性材料制备而成，制备的新能源汽车动力电池包外壳具有密度低、高阻燃性且力学强度优异的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，采用PET改性材料制备而成，所述PET改性材料包括如下重量百分数的组分：45-70 wt%的PET，15-40 wt%的增强纤维，2-5 wt%的空心微珠，8-10 wt %的阻燃剂，1-3 wt%的增韧剂和0.5-2 wt %的加工助剂，制备方法包括如下具体制备步骤：
a、将配方量的原料PET、增强纤维、空心微珠、阻燃剂、增韧剂和加工助剂均匀共混后挤出得到轻量高阻燃的PET改性材料坯料；
b、将所述步骤a制备的料坯置于具有一定温度的模具中，通过液压机施加一定的压力，并保压一定时间，模压制得轻量高阻燃的新能源汽车动力电池包外壳。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述阻燃剂为磷系阻燃剂与金属化合物、氧化物的组合阻燃剂，三者添加的重量比为（6-7）：2：1，所述磷系阻燃剂为聚硫代苯基膦酸酯或苯基二羧苯基氧化磷，所述金属氧化物为碳酸锌或磷酸锆，所述氧化物为二氧化硅。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任意一种或多种。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述增韧剂为丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯或者POE-g-GMA。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述加工助剂为三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、硬脂酸镁或聚丙烯蜡中的一种或者多种。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述空心微珠的主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，其密度为0.5-0.8g/cm3。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述步骤a中，各原料均匀共混后挤出是通过螺杆挤出机在240-275℃下均匀混合挤出的。
上述轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，所述步骤b中，模具的温度为65-95℃，液压机施加的压力为6-15MPa，保压时间为60-110s。
本发明的有益效果是：本发明的轻量高阻燃的PET改性材料通过增强纤维改性来增强电池包外壳的力学性能，通过阻燃剂有效提升材料的阻燃性能，同时通过添加空心微珠实现材料的轻量化。
1）、本发明轻量高阻燃的PET改性材料在GB/T31467.3-2015中7.10规定的外部火烧测试中，离火80s内自熄灭，满足GB/T31467.3-2015的要求（离火2min内自熄灭），目前市场上还未有能满足GB/T31467.3-2015中7.10的外部火烧测试要求的热塑性电池包外壳的商品。
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PET的加工性能，改性后的轻量高阻燃的导电PET改性材料密度为1.3-1.5g/cm3，比现有电池包外壳（密度为1.6-1.8 g/cm3）更有利于新能源汽车轻量化。
3）、本发明的产品在阻燃过程中具有低毒、低烟的优点。
综上，本发明轻量高阻燃的PET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，可以满足动力电池包外壳作为结构件的应用。而且密度在1.3-1.5g/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动力电池包外壳具有密度低、高阻燃性、且力学性能优异等优点。
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。
PET具体化学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯，具有耐蠕变、耐抗疲劳性、耐磨擦和尺寸稳定性高等优点，容易满足电池壳的密封要求，但是在满足力学性能的前提下，实现PET材料的阻燃改性却很难GB/T31467.3-2015中7.10的外部火烧测试要求。本发明采用磷系阻燃剂与金属化合物、氧化物的组合阻燃剂改性PET材料，其中金属化合物和氧化物作为阻燃协同剂使用时，能有效提高聚硫代苯基膦酸酯或苯基二羧苯基氧化磷的阻燃效果，从而使PET改性材料达到高阻燃性能。
实施例1：
一种轻量高阻燃的新能源汽车动力电池包外壳的制备具体实施方案如下：
将60 wt %的PET、10 wt %的阻燃剂（聚硫代苯基膦酸酯：磷酸锆：二氧化硅重量比为6：2：1）、3 wt%的空心微珠，1 wt%的丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯、0.5 wt %的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，0.5 wt%的聚丙烯蜡和25 wt %的玻璃纤维使用螺杆挤出机在255±5℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为65℃的模具内，使用液压机合模并施加10 MPa的压力保压110s。卸压脱模后得到投影面积为2.2m2的产品。该产品的材料密度为1.44g/cm3，其阻燃等级达到UL94-V0，且阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试，离火自熄灭时间为70s。产品材料的抗拉强度为105MPa，拉伸模量为7.9GPa，弯曲强度为135MPa。
实施例2：
一种轻量高阻燃的新能源汽车动力电池包外壳的制备具体实施方案如下：
将45wt %的PET、8 wt %的阻燃剂（苯基二羧苯基氧化磷：碳酸锌：二氧化硅重量比为7：2：1）、5wt%的空心微珠，1.5 wt %的丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯、0.5 wt %的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，1%的硬脂酸镁和39 wt %的玻璃纤维使用螺杆挤出机在265±5℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为95℃的模具内，使用液压机合模并施加15MPa的压力保压80s。卸压脱模后得到投影面积为1.6m2的阻燃动力电池包外壳产品。该产品的材料密度为1.49g/cm3，其阻燃等级达到UL94-V0，且阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试，离火自熄灭时间为55s。产品材料的抗拉强度为136MPa，拉伸模量8.9GPa弯曲强度为152MPa。
实施例3：
一种新能源汽车阻燃动力电池包外壳的制备具体实施方案如下：
将70 wt %的PET、10 wt %的阻燃剂（苯基二羧苯基氧化磷：碳酸锌：二氧化硅重量比为7：2：1）、2wt%的空心微珠，2 wt %的丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯、0.5 wt %的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，0.5%的聚丙烯蜡和15 wt %的碳纤维使用螺杆挤出机在250±5℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为65℃的模具内，使用液压机合模并施加6MPa的压力保压80s。卸压脱模后得到投影面积为1.6m2的阻燃动力电池包外壳产品。该产品的材料密度为1.35g/cm3，其阻燃等级达到UL94-V0，且阻燃测试通过GB/T31467.3-2015中7.10外部火烧测试，离火自熄灭时间为75s。产品材料的抗拉强度为167MPa，拉伸模量9.2GPa弯曲强度为186MPa。
实施例4：
一种新能源汽车阻燃动力电池包外壳的制备具体实施方案如下：
将65 wt %的PET，9 wt %的阻燃剂（聚硫代苯基膦酸酯：磷酸锆：二氧化硅重量比为6：2：1）、3wt%的空心微珠，2 wt %的丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯，0.5 wt %的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，0.5%的硬脂酸镁和20 wt %的玄武岩纤维使用螺杆挤出机在265±5℃下混合均匀后挤出坯料。将坯料铺放于温度为70℃的模具内，使用液压机合模并施加9MPa的压力保压85s。卸压脱模后得到投影面积为1.6m2的阻燃动力电池包外壳产品。该产品的材料密度为1.41g/cm3，其阻燃等级达到UL94-V0，且阻燃测试通过GB/T 31467.3-2015中7.10外部火烧测试，离火自熄灭时间为70s。产品材料的抗拉强度为109MPa，拉伸模量7.8GPa弯曲强度为121MPa。

Claims (7)

1.一种轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征是：采用PET改性材料制备而成，所述PET改性材料包括如下重量百分数的组分：45-70wt%的PET，15-40wt%的增强纤维，2-5wt%的空心微珠，8-10 wt %的阻燃剂，1-3wt%的增韧剂和0.5-2wt %的加工助剂，制备方法包括如下具体制备步骤：
a、将配方量的原料PET、增强纤维、空心微珠、阻燃剂、增韧剂和加工助剂均匀共混后挤出得到轻量高阻燃的PET改性材料坯料；
b、将所述步骤a制备的料坯置于具有一定温度的模具中，通过液压机施加一定的压力，并保压一定时间，模压制得轻量高阻燃的新能源汽车动力电池包外壳；
所述阻燃剂为磷系阻燃剂与金属化合物、氧化物的组合阻燃剂，三者添加的重量比为（6-7）：2：1，所述磷系阻燃剂为聚硫代苯基膦酸酯或苯基二羧苯基氧化磷，所述金属化合物为碳酸锌或磷酸锆，所述氧化物为二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征是：所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任意一种或多种。
3.根据权利要求2所述的轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征是：所述增韧剂为丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯或者POE-g-GMA。
4.根据权利要求3所述的轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征是：所述加工助剂为三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、硬脂酸镁或聚丙烯蜡中的一种或者多种。
5.根据权利要求4所述的轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征是：所述空心微珠的主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，其密度为0.5-0.8g/cm3。
6.根据权利要求5所述的轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，各原料均匀共混后挤出是通过螺杆挤出机在240-275℃下均匀混合挤出的。
7.根据权利要求6所述的轻量高阻燃的汽车动力电池包外壳的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，模具的温度为65-95℃，液压机施加的压力为6-15MPa，保压时间为60-110s。
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