CN111171407A - 一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管及其制备方法，所述电动汽车电池冷却回路水泵出水软管由以下重量份的组分制成：丁腈橡胶50~80份，三元乙丙橡胶15~35份，氯磺化聚乙烯橡胶35~45份，聚氯乙烯20~40份，补强炭黑10~20份，促进剂3~5份，防老剂2~5份，硬脂酸0.5~2份，氧化锌2~6份，硫磺1~3份，增塑剂10~20份，软化剂10~15份，复合填料40~60份。本发明的出水软管采用丁腈橡胶，三元乙丙橡胶与氯磺化聚乙烯橡胶三种橡胶复配体系，结合疏水亲油改性的复合填料，各组分协同增效，具有优异的耐腐蚀性、耐高温性能和高拉伸强度制备工艺条件易于控制，对设备无特殊要求，能耗低，生产效率高，易于产业化。

Description

一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管及其制备方法。

背景技术

电动汽车电池组在充、放电时会释放一定的热量，故需要对电池组进行冷却。在低温环境下，需要对电池组进行加热处理，以提高运行效率，因此，动力电池采用冷却系统通过对动力电池冷却或加热，保持动力电池较佳的工作温度，以改善其运行效率并延长动力电池的寿命。现有的电动汽车多采用水冷式动力电池冷却系统，其原理是利用特殊的冷却液在动力电池内部的冷却液管路中流动，将动力电池产生的热量传递给冷却液，从而降低动力电池的温度。

冷却系统利用热传导的原理，通过冷却液在各个独立的冷却系统回路中循环，使驱动电机、逆变器(PEB)和动力电池保持最佳的工作温度。冷却液是50％的水和50％的有机酸(OAT)的混合物。冷却液要定期更换才能保持其最佳效率和耐腐蚀性。动力电池冷却系统结构主要由膨胀水箱、软管、冷却水泵、动力电池冷却器等组成，橡胶冷却液软管在各组件间传送冷却液。

现有的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管主要采用橡胶软管，其主要材质为丁腈橡胶，丁腈橡胶是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶，具有优异的耐油、物理机械性能和加工性能，丁腈橡胶内部大量不饱和双键的存在，当冷却回路温度较高以及酸浓度较大时会和有机酸发生加成反应，导致其耐老化性能、耐液体性能及拉伸强度较差，而其内壁长期与冷却液(50％水和50％的有机酸)接触，置于潮湿的环境中，易腐蚀，甚至发生破裂现象，使用寿命低导致电动汽车电池冷却回路发生故障，影响电动汽车的正常使用。

发明内容

本发明为了克服传统电动汽车电池冷却回路水泵出水软管耐液体性能和拉伸强度差的问题，提供了一种具有优异的耐腐蚀性、耐高温性、高拉伸强度的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

本发明还提供了一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的制备方法，该方法工艺条件易于控制，对设备无特殊要求，能耗低，生产效率高，易于产业化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，由以下重量份的组分制成：丁腈橡胶50～80份，三元乙丙橡胶15～35份，氯磺化聚乙烯橡胶35～45份，聚氯乙烯20～40份，补强炭黑10～20份，促进剂3～5份，防老剂2～5份，硬脂酸0.5～2份，氧化锌2～6份，硫磺1～3份，增塑剂10～20份，软化剂10～15份，复合填料40～60份。

本发明的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管采用丁腈橡胶，三元乙丙橡胶与氯磺化聚乙烯橡胶三种橡胶复配体系，丁腈橡胶是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶，具有优异的耐油、物理机械性能和加工性能，但其内部大量不饱和双键的存在，导致其易氧化，耐腐蚀性及拉伸强度较差；三元乙丙橡胶主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，具有优异的耐臭氧、耐高温、耐老化性能；氯磺化聚乙烯橡胶由低密度聚乙烯或高密度聚乙烯经过氯化和氯磺化反应制得，为白色或黄色弹性体，能够与三元乙丙橡胶和丁腈橡胶协同提高材料耐高温性、耐液体性能、化学腐蚀性和拉伸强度。由于能源危机及炭黑高生产成本，本发明在配方中降低补强炭黑的加入量，增大低成本的复合填料的加入量，与其他助剂一起复配，得到性能优异的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

作为优选，所述软化剂为松香和/或癸二酸二辛酯。

作为优选，所述电动汽车电池冷却回路水泵出水软管由以下重量份的组分制成：丁腈橡胶60份，三元乙丙橡胶20份，氯磺化聚乙烯橡胶40份，聚氯乙烯25份，补强炭黑15份，促进剂3.5份，防老剂2.5份，硬脂酸1份，氧化锌5份，硫磺1.5份，增塑剂15份，软化剂12份，复合填料50份。

作为优选，所述复合填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米碳酸钙粉末于丙烯酸六氟丁酯单体中超声分散均匀，得碳酸钙悬浮液；纳米碳酸钙粉末比表面积较大，具有很强的吸附作用，超声作用下，丙烯酸六氟丁酯单体可均匀吸附于纳米碳酸钙粉末表面，形成碳酸钙悬浮液；

(2)将纳米陶土于丙烯酸甲酯单体中超声分散均匀，得陶土悬浮液；纳米陶土表面含有大量的羟基基团，超声作用下，丙烯酸甲酯单体可与羟基发生络合，均匀吸附于纳米陶土表面，形成陶土悬浮液；

(3)将纳米陶土悬浮液缓慢滴加至碳酸钙悬浮液中，加入光引发剂，于紫外光照条件下，发生聚合反应，即得复合填料。该步骤中，吸附在纳米碳酸钙粉末表面的丙烯酸六氟丁酯单体与吸附在纳米陶土表面的丙烯酸甲酯单体发生光聚合反应，形成含氟丙烯酸酯树脂网络结构，将纳米碳酸钙粉末与纳米陶土复配，得到较小的复配单元，同时，还对两者亲水疏油表面改性为亲油疏水表面，使其与极性较大的聚合物具有良好的相容性，提高填料在橡胶体系中的分散性，以较小添加量实现较高的补强性能，提高橡胶体系的拉伸强度和耐液体性能。

碳酸钙和陶土是常用的橡胶填料，来源广，成本低，其表面具有大量的羟基基团，具有亲水疏油性，直接加入到橡胶体系中，分散性差，容易发生团聚，补强效果较差。本发明以低成本的碳酸钙和陶土为复配原料，并将亲水疏油表面改性为亲油疏水表面，形成含氟丙烯酸酯树脂网络结构，制得具有较好补强效果、与橡胶体系相容性较好的复合填料，降低补强炭黑的使用量，降低生产成本。复合填料的添加在橡胶体系中引入含氟基团，利用氟原子电负性强、半径小，极化率低的特点，有效降低电动汽车电池冷却回路水泵出水软管表面的表面自由能，液体难以在其表面润湿铺展，赋予其优异的疏水和疏油性能，减缓冷却液对其腐蚀，具有优异的耐液体性能及耐腐蚀性能。

作为优选，步骤(1)中，所述纳米碳酸钙粉末的平均粒径为50～100nm；所述纳米陶土的平均粒径为200～300nm，该粒径范围内的填料比表面积较大，对单体的吸附作用强。

作为优选，所述纳米碳酸钙粉末、纳米陶土、丙烯酸六氟丁酯单体和丙烯酸甲酯单体的质量比为(80～90):(40～45)：(5～8)：1。

作为优选，步骤(3)中，所述光引发剂为光引发剂TPO或光引发剂1173；所述光引发剂的加入量为丙烯酸六氟丁酯单体质量的0.025～0.035％。

一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照上述配比，将丁腈橡胶，三元乙丙橡胶，氯磺化聚乙烯橡胶，促进剂，防老剂送入混炼机中，塑炼，得塑炼胶，停放，备混炼用；

(2)依次将1/2硬脂酸、补强炭黑和软化剂加入到步骤(1)停放后得塑炼胶中，于混炼机中一段混炼，得到混炼胶，排胶；

(3)下片冷却，二段混炼，依次加入硫磺、剩余的1/2硬脂酸和氧化锌，加压硫化，得橡胶组合物；丁腈橡胶混炼生热大，易脱辊，本发明采用分段混炼工艺，能够有效降低胶料的结构化程度并改善硫化胶性能；

(4)将复合填料与聚氯乙烯于球磨机中球磨处理，得聚氯乙烯改性填料；该步骤利用球磨产生的剪切力，将复合填料预先分散于聚氯乙烯体系中，利用聚氯乙烯与橡胶聚合物较高的相容性，为进一步提高复合填料在橡胶体系中的分散性，增强补强性能，提高拉伸强度；

(5)将增塑剂和步骤(4)得到的聚氯乙烯改性填料加入到步骤(3)得到的橡胶组合物中，挤出成型，得到电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

作为优选，步骤(1)中，塑炼温度控制在45～60℃，停放时间控制在2～6h。

作为优选，步骤(2)中，一段混炼的温度为105～120℃，混炼时间为30～90min。

作为优选，步骤(3)中，硫化采用分段硫化：一段硫化温度为100～110℃，时间为25～35min；二段硫化温度为120～140℃，时间为20～40min。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管采用丁腈橡胶，三元乙丙橡胶与氯磺化聚乙烯橡胶三种橡胶复配体系，结合疏水亲油改性的复合填料，各组分协同增效，具有优异的耐液体性、耐高温性能和高拉伸强度；

(2)本发明的制备工艺条件易于控制，对设备无特殊要求，能耗低，生产效率高，易于产业化。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

一、制备复合填料：

(1)将平均粒径为80nm纳米碳酸钙粉末于丙烯酸六氟丁酯单体中超声分散均匀，得碳酸钙悬浮液；

(2)将平均粒径为250nm的纳米陶土于丙烯酸甲酯单体中超声分散均匀，得陶土悬浮液；纳米碳酸钙粉末、纳米陶土、丙烯酸六氟丁酯单体和丙烯酸甲酯单体的质量比为85:42:6:1；

(3)将纳米陶土悬浮液缓慢滴加至碳酸钙悬浮液中，加入丙烯酸六氟丁酯单体质量的0.030％的光引发剂TPO，于紫外光照条件下，发生聚合反应，即得复合填料。

二、制备电动汽车电池冷却回路水泵出水软管：

(1)将60kg丁腈橡胶，20kg三元乙丙橡胶，40kg氯磺化聚乙烯橡胶，促进剂DM，防老剂D送入混炼机中，50℃温度下塑炼，得塑炼胶，停放3h，备混炼用；

(2)依次将0.5kg硬脂酸、15kg补强炭黑和6kg癸二酸二辛酯，6kg松香加入到步骤(1)停放后得塑炼胶中，于混炼机中110℃一段混炼50min，得到混炼胶，排胶；

(3)下片冷却，二段混炼，依次加入1.5kg硫磺、0.5kg硬脂酸和5kg氧化锌，加压硫化，硫化采用分段硫化：一段硫化温度为105℃，时间为30min；二段硫化温度为135℃，时间为30min，得橡胶组合物；

(4)将50kg复合填料与25kg聚氯乙烯于球磨机中球磨处理，得聚氯乙烯改性填料；

(5)将15kg增塑剂DOP和步骤(4)得到的聚氯乙烯改性填料加入到步骤(3)得到的橡胶组合物中，挤出成型，得到电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

实施例2

一、制备复合填料：

(1)将平均粒径为50nm纳米碳酸钙粉末于丙烯酸六氟丁酯单体中超声分散均匀，得碳酸钙悬浮液；

(2)将平均粒径为300nm的纳米陶土于丙烯酸甲酯单体中超声分散均匀，得陶土悬浮液；纳米碳酸钙粉末、纳米陶土、丙烯酸六氟丁酯单体和丙烯酸甲酯单体的质量比为90:40:5:1；

(3)将纳米陶土悬浮液缓慢滴加至碳酸钙悬浮液中，加入丙烯酸六氟丁酯单体质量的0.035％光引发剂TPO，于紫外光照条件下，发生聚合反应，即得复合填料。

二、制备电动汽车电池冷却回路水泵出水软管：

(1)将50kg丁腈橡胶，15kg三元乙丙橡胶，45kg氯磺化聚乙烯橡胶，促进剂TMTD，防老剂4010送入混炼机中，45℃温度下塑炼，得塑炼胶，停放6h，备混炼用；

(2)依次将1kg硬脂酸、10kg补强炭黑和15kg癸二酸二辛酯加入到步骤(1)停放后得塑炼胶中，于混炼机中120℃一段混炼30min，得到混炼胶，排胶；

(3)下片冷却，二段混炼，依次加入1kg硫磺、1kg硬脂酸和2kg氧化锌，加压硫化，硫化采用分段硫化：一段硫化温度为100℃，时间为35min；二段硫化温度为120℃，时间为20min，得橡胶组合物；

(4)将40kg复合填料与40kg聚氯乙烯于球磨机中球磨处理，得聚氯乙烯改性填料；

(5)将10kg增塑剂DOP和步骤(4)得到的聚氯乙烯改性填料加入到步骤(3)得到的橡胶组合物中，挤出成型，得到电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

实施例3

一、制备复合填料：

(1)将平均粒径为100nm纳米碳酸钙粉末于丙烯酸六氟丁酯单体中超声分散均匀，得碳酸钙悬浮液；

(2)将平均粒径为200nm的纳米陶土于丙烯酸甲酯单体中超声分散均匀，得陶土悬浮液；纳米碳酸钙粉末、纳米陶土、丙烯酸六氟丁酯单体和丙烯酸甲酯单体的质量比为80:45:8:1；

(3)将纳米陶土悬浮液缓慢滴加至碳酸钙悬浮液中，加入丙烯酸六氟丁酯单体单体质量0.025％的光引发剂1173，于紫外光照条件下，发生聚合反应，即得复合填料。

二、制备电动汽车电池冷却回路水泵出水软管：

(1)将80kg丁腈橡胶，35kg三元乙丙橡胶，45kg氯磺化聚乙烯橡胶，促进剂DM，防老剂D送入混炼机中，60℃温度下塑炼，得塑炼胶，停放2h，备混炼用；

(2)依次将0.25kg硬脂酸、20kg补强炭黑和10g松香加入到步骤(1)停放后得塑炼胶中，于混炼机中105℃一段混炼90min，得到混炼胶，排胶；

(3)下片冷却，二段混炼，依次加入3kg硫磺、0.25kg硬脂酸和6kg氧化锌，加压硫化，硫化采用分段硫化：一段硫化温度为110℃，时间为25min；二段硫化温度为140℃，时间为40min，得橡胶组合物；

(4)将60kg复合填料与20kg聚氯乙烯于球磨机中球磨处理，得聚氯乙烯改性填料；

(5)将20kg增塑剂DOP和步骤(4)得到的聚氯乙烯改性填料加入到步骤(3)得到的橡胶组合物中，挤出成型，得到电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，将复合填料替换为碳酸钙，其余配方及工艺完全相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，将复合填料替换为陶土，其余配方及工艺完全相同。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于，聚氯乙烯于步骤(1)中塑炼工序中全部加入，无步骤(4)，复合填料与增塑剂一起加入到步骤(3)得到的橡胶组合物中，其余工艺完全相同。

对实施例1-3和对比例1-3制得的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的性能指标做检测：测试标准为：GB/T 528-2009、GB/T 528-2009、GB/T 3512-2001，GB/T 1692-92，GB/T 1690-2006分别测试其拉伸强度、耐热老化性和耐液体性测定，结果如表1所示：

表1.检测结果

由表1可以看出，本发明的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管具有优异的拉伸强度和耐液体性能，通过比较对比例1、2与实施例1的数据可知，未添加复合填料的出水软管的拉伸强度、耐热老化性及耐液体性均较差，这是因为常规的碳酸钙、陶土填料在橡胶体系中分散性不好，补强效果和疏水性差，导致低炭黑添加量橡胶体系的拉伸强度变差；本发明添加疏水亲油改性的复合填料，各组分协同增效，具有优异的耐液体性、耐高温性能和高拉伸强度；通过比较对比例3与实施例1的数据可知，加料顺序对出水软管的性能影响很大，未经聚氯乙烯球磨处理的复合填料在橡胶体系中的分散性不佳，导致拉伸强度变差；本发明将复合填料预先分散于聚氯乙烯体系中，利用聚氯乙烯与橡胶聚合物较高的相容性，有效提高复合填料在橡胶体系中的分散性，增强补强性能，提高拉伸强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，其特征在于，由以下重量份的组分制成：丁腈橡胶50~80份，三元乙丙橡胶15~35份，氯磺化聚乙烯橡胶35~45份，聚氯乙烯20~40份，补强炭黑10~20份，促进剂3~5份，防老剂2~5份，硬脂酸0.5~2份，氧化锌2~6份，硫磺1~3份，增塑剂10~20份，软化剂10~15份，复合填料40~60份。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，其特征在于，由以下重量份的组分制成：丁腈橡胶60份，三元乙丙橡胶20份，氯磺化聚乙烯橡胶40份，聚氯乙烯25份，补强炭黑15份，促进剂3.5份，防老剂2.5份，硬脂酸1份，氧化锌5份，硫磺1.5份，增塑剂15份，软化剂12份，复合填料50份。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，其特征在于，所述复合填料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纳米碳酸钙粉末于丙烯酸六氟丁酯单体中超声分散均匀，得碳酸钙悬浮液；

（2）将纳米陶土于丙烯酸甲酯单体中超声分散均匀，得陶土悬浮液；

（3）将纳米陶土悬浮液缓慢滴加至碳酸钙悬浮液中，加入光引发剂，于紫外光照条件下，发生聚合反应，即得复合填料。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，其特征在于，所述纳米碳酸钙粉末的平均粒径为50~100nm；所述纳米陶土的平均粒径为200~300nm。

5.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，其特征在于，所述纳米碳酸钙粉末、纳米陶土、丙烯酸甲酯单体和丙烯酸六氟丁酯单体的质量比为（80~90）:（40~45）：（5~8）：1。

6.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池冷却回路水泵出水软管，其特征在于，步骤（3）中，所述光引发剂为光引发剂TPO或光引发剂1173；所述光引发剂的加入量为丙烯酸六氟丁酯单体质量的0.025~0.035%。

7.一种如权利要求1-6任一所述的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照上述配比，将丁腈橡胶，三元乙丙橡胶，氯磺化聚乙烯橡胶，促进剂，防老剂送入混炼机中，塑炼，得塑炼胶，停放，备混炼用；

（2）依次将1/2硬脂酸、补强炭黑和软化剂加入到步骤（1）停放后得塑炼胶中，于混炼机中一段混炼，得到混炼胶，排胶；

（3）下片冷却，二段混炼，依次加入硫磺、剩余的1/2硬脂酸和氧化锌，加压硫化，得橡胶组合物；

（4）将复合填料与聚氯乙烯于球磨机中球磨处理，得聚氯乙烯改性填料；

（5）将增塑剂和步骤（4）得到的聚氯乙烯改性填料加入到步骤（3）得到的橡胶组合物中，挤出成型，得到电动汽车电池冷却回路水泵出水软管。

8.根据权利要求7所述的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，塑炼温度控制在45~60℃，停放时间控制在2~6h。

9.根据权利要求7所述的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，一段混炼的温度为105~120℃，混炼时间为30~90min。

10.根据权利要求7所述的电动汽车电池冷却回路水泵出水软管的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，硫化采用分段硫化：一段硫化温度为100~110℃，时间为25~35min；二段硫化温度为120~140℃，时间为20~40min。