CN111040428A - 一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发公开了一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，通过本发明制得的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料能够同时满足可注塑成型、力学性能好、热变形温度高、能有效屏蔽电磁干扰及传导电池工作产生的热量等性能要求，且其屏蔽高频电磁波、电磁屏蔽效果好，力学、阻燃、导热等性能优异，复合材料密度低，使用寿命长，制作成本低，应用范围广泛，可用于新能源汽车电池箱体。本发明提出了一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法，该方法操作简单，可大批量、高效率的生产，市场应用前景广泛。

Description

一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于有高分子材料技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
中国新能源汽车产业始于21世纪初。发展新能源汽是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的重要途径。动力电池作为新能源汽车能量供给的核心零部件，其性能直接影响了新能源汽车的性能表现。动力电池箱体作为动力电池的载体，在动力电池安全工作和防护方面起着至关重要的作用。
传统电动汽车的动力电池箱体大多采用金属材料制造，质量较重，不利于实现动力电池的轻量化。随着制造材料的发展，为了提高新能源汽车经济性及实现动力电池轻量化，复合材料被逐渐应用到动力箱体设计中。目前动力电池箱体复合材料一般以浇注成型的热固性材料为主，其成型周期较长、工艺复杂。热塑性高分子复合材料可大大缩短生产周期，提高生产效率，然而一般的热塑性高分子复合材料的综合性能较低，主要表现在力学强度不够、比重低、耐腐蚀性不够、阻燃性能不达标等等，因此，一般的热塑性高分子复合材料难以满足电动汽车的动力电池箱体轻量化的要求。此外，电池在工作过程中会产生大量热量，因此箱体材料需要具有良好的热量传导性能。
现有的高分子复合材料并不能同时满足可注塑成型、力学性能好、热变形温度高、能有效屏蔽电磁干扰及传导电池工作产生的热量等性能要求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料及其制备方法。
为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，按重量份计包括如下组分：粘结剂树脂5-50份；尼龙树脂30-100份；碳材料10-25份；抗氧剂 1-5份；润滑剂0.1-5份；二氧化硅5-30份；相容剂1-10份、改性赤泥10-80份、阻燃剂0.1-10份、抗菌剂0-2份、偶联剂0.5-2.5份。
其中，抗氧剂包括二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌；N-苯基-α-萘胺和烷基吩噻嗪；苯并三氮唑衍生物和巯基苯并噻唑衍生物；所述溶剂为正己烷、二甘醇单乙基醚、4-甲基-2-戊酮、醋酸正丁酯、2-乙氧基乙醇、丁酮、甲基异丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、丁醇、丙二醇甲醚、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、卤代烷烃中的一种或几种的混合；阻燃剂选自为聚膦酸酯、聚膦-碳酸酯树脂、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、硼酸锌、赤磷、磷酸酷、有机硅类磺酸盐、氮系阻燃剂、钼类化合物、锡类化合物或铁类化合物中的中的至少一种，能够保证壳体的耐热性，降低车辆自燃的风险，提升车辆、特别是电动车辆的安全性。
作为上述方案的进一步改进，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料按重量份计包括：粘结剂树脂5份；尼龙树脂30份；碳材料10份；抗氧剂1份；润滑剂0.1份；二氧化硅5份；相容剂1份、改性赤泥 10份、阻燃剂0.1份、偶联剂0.5份。
作为上述方案的进一步改进，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料按重量份计包括：粘结剂树脂50份；尼龙树脂100份；碳材料25份；抗氧剂5份；润滑剂5份；二氧化硅30份；相容剂10份、改性赤泥 80份、阻燃剂10份、抗菌剂2份、偶联剂2.5份。
作为上述方案的进一步改进，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料按重量份计包括：粘结剂树脂25份；尼龙树脂60份；碳材料18份；抗氧剂3份；润滑剂3.5份；二氧化硅15份；相容剂5份、改性赤泥35份、阻燃剂5份、抗菌剂1份、偶联剂1.5份。
作为上述方案的进一步改进，所述粘结剂树脂选自酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、丙烯酸树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂、有机硅树脂中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的，制备方法如下：将赤泥、偶联剂和水进行反应，反应温度为60-100℃，经反应3-6h后，在50-100℃下进行干燥，再对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥。通过偶联剂对赤泥进行改性，赤泥与尼龙树脂聚合物之间能够形成化学键，因而赤泥表面被尼龙树脂严密包裹，改善了赤泥与尼龙树脂之间的界面性能，提高了赤泥的分散度以及赤泥与尼龙树脂之间的相容性及结合强度，由此获得的改性赤泥在尼龙树脂中的分散性、相容性、润湿性大大提高，使得制得的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料综合性能明显改善。
作为上述方案的进一步改进，所述碳材料为纳米级碳纳米管或石墨烯，其中，所述纳米级碳纳米管直径为15-40nm，所述石墨烯粒径为10-20nm。碳材料在不明显增加材料成本的基础上显著提高了复合材料的各项综合性能。
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法，按如上所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的原料配方称取原料，将除尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥以外的原料加入高速混合机进行混合均匀；将混合好的原料加入挤出机，并加入尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥，在挤出机中进行混炼、成型，再经熔融挤出并造粒，干燥，即得电磁屏蔽高导热尼龙复合材料。
作为上述方案的进一步改进，所述混炼过程中的温度升至 100-170℃，保温时长0.5-2.5h。
将如上所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料用于新能源汽车电池箱体。
本发明的有益效果：本发明提出了一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，通过本发明制得的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料能够同时满足可注塑成型、力学性能好、热变形温度高、能有效屏蔽电磁干扰及传导电池工作产生的热量等性能要求，且其屏蔽高频电磁波、电磁屏蔽效果好，力学、阻燃、导热等性能优异，复合材料密度低，使用寿命长，制作成本低，应用范围广泛，可用于新能源汽车电池箱体。本发明提出了一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法，该方法操作简单，可大批量、高效率的生产，市场应用前景广泛。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明所作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或提取方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或提取方法。
实施例1
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，按重量份计包括：粘结剂树脂5份；尼龙树脂30份；碳材料10份；抗氧剂1份；润滑剂0.1份；二氧化硅5份；相容剂1份、改性赤泥10份、阻燃剂0.1份、偶联剂0.5份。
按上述配方称取原料，将赤泥、偶联剂和水进行反应，反应温度为60℃，经反应3后，在50℃下进行干燥，再对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥1。
再将除尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥以外的原料加入高速混合机进行混合均匀；将混合好的原料加入挤出机，并加入尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥1，在挤出机中进行混炼、成型，混炼过程中的温度升至110℃，保温时长0.5h，再经熔融挤出并造粒，干燥，即得电磁屏蔽高导热尼龙复合材料成品1。
实施例2
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，按重量份计包括：粘结剂树脂50份；尼龙树脂100份；碳材料25份；抗氧剂5份；润滑剂5份；二氧化硅30份；相容剂10份、改性赤泥80份、阻燃剂10份、抗菌剂2份、偶联剂2.5份。
按上述配方称取原料，将赤泥、偶联剂和水进行反应，反应温度为100℃，经反应6h后，在100℃下进行干燥，再对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥2。
再将除尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥以外的原料加入高速混合机进行混合均匀；将混合好的原料加入挤出机，并加入尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥2，在挤出机中进行混炼、成型，混炼过程中的温度升至170℃，保温时长2.5h，再经熔融挤出并造粒，干燥，即得电磁屏蔽高导热尼龙复合材料成品2。
实施例3
一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，按重量份计包括：粘结剂树脂25份；尼龙树脂60份；碳材料18份；抗氧剂3份；润滑剂3.5 份；二氧化硅15份；相容剂5份、改性赤泥35份、阻燃剂5份、抗菌剂1份、偶联剂1.5份。
按上述配方称取原料，将赤泥、偶联剂和水进行反应，反应温度为80℃，经反应4.5h后，在75℃下进行干燥，再对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥3。
将除尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥以外的原料加入高速混合机进行混合均匀；将混合好的原料加入挤出机，并加入尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥3，在挤出机中进行混炼、成型，混炼过程中的温度升至140℃，保温时长1.5h，再经熔融挤出并造粒，干燥，即得电磁屏蔽高导热尼龙复合材料成品3。
对比例1
市场购自佛山宝利玛工程塑料有限公司，牌号为TC-3010导热 PA6的复合材料，记为对比例成品1。
实施例4
将实施例1-3制得的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料成品1-3及宝利玛TC-3010导热PA6分别进行性能检测。按下列方法标准测材料力学性能：将电磁屏蔽高导热尼龙复合材料成品1-3和宝利玛 TC-3010导热PA6分别置于温度为120-130℃的鼓风干燥箱中干燥2-3 小时，在80T注塑机上制样。冷却放置24小时后测试。测试标准为美国标准，测试温度为室温。
具体测试标准如下：
(1)拉伸强度标准：ASTM D638，样条尺寸为 57mm*127mm*3.2mm(有效尺寸)，拉伸速度为60mm/min；
(2)弯曲强度标准：ASTM D790，样条尺寸为127mm*13mm*3. 2mm，弯曲速度为2mm/min；悬臂梁冲击标准：ASTM D256，样条尺寸为64mm*12.7mm*3.2mm，缺口剩余宽度为10.12mm；
(3)导热系数标准：GB 22588-2008；
(4)电导率标准：GB 11007-1989。
测试结果如下表1所示。
表1电磁屏蔽高导热尼龙复合材料成品1-3分别用于滤芯后过滤水的各项指标
Figure RE-GDA0002387403650000081
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，按重量份计包括如下组分：粘结剂树脂5-50份；尼龙树脂30-100份；碳材料10-25份；抗氧剂1-5份；润滑剂0.1-5份；二氧化硅5-30份；相容剂1-10份、改性赤泥10-80份、阻燃剂0.1-10份、抗菌剂0-2份、偶联剂0.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料按重量份计包括：粘结剂树脂5份；尼龙树脂30份；碳材料10份；抗氧剂1份；润滑剂0.1份；二氧化硅5份；相容剂1份、改性赤泥10份、阻燃剂0.1份、偶联剂0.5份。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料按重量份计包括：粘结剂树脂50份；尼龙树脂100份；碳材料25份；抗氧剂5份；润滑剂5份；二氧化硅30份；相容剂10份、改性赤泥80份、阻燃剂10份、抗菌剂2份、偶联剂2.5份。
4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料按重量份计包括：粘结剂树脂25份；尼龙树脂60份；碳材料18份；抗氧剂3份；润滑剂3.5份；二氧化硅15份；相容剂5份、改性赤泥35份、阻燃剂5份、抗菌剂1份、偶联剂1.5份。
5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述粘结剂树脂选自酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、丙烯酸树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂、有机硅树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的，制备方法如下：将赤泥、偶联剂和水进行反应，反应温度为60-100℃，经反应3-6h后，在50-100℃下进行干燥，再对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥。
7.根据权利要求1所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料，其特征在于，所述碳材料为纳米级碳纳米管或石墨烯，其中，所述纳米级碳纳米管直径为15-40nm，所述石墨烯粒径为10-20nm。
8.一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，按权利要求1-7任意项所述电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的原料配方称取原料，将除尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥以外的原料加入高速混合机进行混合均匀；将混合好的原料加入挤出机，并加入尼龙树脂、阻燃剂、相容剂和改性赤泥，在挤出机中进行混炼、成型，再经熔融挤出并造粒，干燥，即得电磁屏蔽高导热尼龙复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混炼过程中的温度升至100-170℃，保温时长0.5-2.5h。
10.一种电磁屏蔽高导热尼龙复合材料的应用，其特征在于，将权利要求1-7任意项所述的电磁屏蔽高导热尼龙复合材料用于新能源汽车电池箱体。
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