CN111621089A - 一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其由以下组分按重量份制备而成：聚丙烯65~85份、茂金属线性低密度聚乙烯5~10份、增韧剂5~10份、抗氧剂0.2~0.5份、晶须5~15份；所述的聚丙烯为高抗冲共聚聚丙烯与高结晶聚丙烯按照重量比1:1组成。本发明制备的材料模量高，韧性高，填充少。该材料经过注塑成阀控蓄电池外壳制件，其热封性能良好，可以达到蓄电池外壳的要求。

Description

一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料及其制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域和加工技术领域，具体是一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料及其制备方法与应用。
背景技术
阀控密封式铅酸蓄电池，是一种能量的备用储存装置，为全密封结构，用一安全阀控制电池内气体压力，正常使用时保持气密和液密的状态。当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体；当内部气压降低后，安全阀自动闭合使其密封，防止外部空气进入蓄电池蓄电池内部。由于电池在使用中要经常受到较大气体压力，且需要面临每年四季的使用环境温度变化的考验，因而对壳盖材料模量和韧性要求较高。
聚丙烯材料价格便宜、流动性好、耐热性、化学稳定性、绝缘性良好，被广泛应用于生产、生活的诸多领域，高冲击强度的聚丙烯材料也广泛用于制造蓄电池外壳。但是由于PP质地软，弹性模量较ABS低，因此也就容易变形鼓胀，不能满足阀控蓄电池的要求。一般阀控铅酸电池槽采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)材质，但是ABS在抗冲击破裂、老化、透水等方面不及聚丙烯材料(PP)。
行业内对PP材质的蓄电池壳体也多有研究，中国专利CN101320789B公开了“一种高韧性蓄电池壳体及制备方法”，该发明制备的蓄电池壳体材料采用聚丙烯为基体，添加线性低压聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体进行增韧，具有较高的冲击性和拉伸强度，但是该材料的弯曲模量较低，难以承受阀控密封式铅酸蓄电池的内部高压，不适合用于生产阀控蓄电池。
滑石粉对PP材料的增强有明显效果，但是高含量的滑石粉填充PP热封性能不好，影响蓄电池壳体的气密性，因此发明一种低填充、高模量、高韧性的阀控蓄电池材料就很有意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯65～85份
茂金属线性低密度聚乙烯5～10份
增韧剂5～10份
抗氧剂0.2～0.5份
晶须5～15份；
所述的聚丙烯为高抗冲共聚聚丙烯与高结晶聚丙烯按照重量比1:1组成。
进一步方案，所述高抗冲共聚聚丙烯与高结晶聚丙烯在230℃/2.16kg下熔体流动速率均为2～60g/10min；所述高结晶聚丙烯的结晶度为70-100％。
所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为1～20g/10min，密度为0.912～0.930g/cm3。
所述增韧剂为POE弹性体。
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；其中，主抗氧剂选自受阻酚或硫酯类抗氧剂中的至少一种；辅抗氧剂选自亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的至少一种。
所述的晶须为镁盐晶须，其相对密度为2.2～2.4g/cm3，化学式为MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O，长径比L/D≥30，且表面由铝钛复合偶联剂处理。
本发明的另一个发明目的在于提供上述低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将65～85份聚丙烯、5-10份茂金属线性低密度聚乙烯、5～10份增韧剂、0.2～0.5份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将5～15份晶须从侧喂料口加入，挤出切粒得到低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料。
进一步方案，所述的挤出机为双螺杆挤出机，挤出机料筒温度为：一区：190-210℃，二区：200-220℃，三区：210-230℃，四区：210-220℃。
本发明的第三个发明目的是提供述上述低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料在阀控蓄电池壳体中的应用。
本发明的有益效果：本发明制备的材料模量高，韧性高，填充少。该材料经过注塑成阀控蓄电池外壳制件，其热封性能良好，可以达到蓄电池外壳的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，包括聚丙烯65～85份、茂金属线性低密度聚乙烯5-10份、增韧剂5～10份、抗氧剂0.2～0.5份、晶须5～15份。在以下实施例复合材料的配方中，其中一种聚丙烯为中沙天津的生产的高结晶聚丙烯，商品名为311MK40T，其熔体流动速率30g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。另外一种聚丙烯为独山子石化生产的高抗冲共聚聚丙烯，商品名为K8003，其熔体流动速率为3g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。茂金属线性低密度聚乙烯为埃克森美孚的MLLDPE 1018HA。增韧剂为陶氏化学生产的POE弹性体，牌号为POE 8150。主抗氧剂为巴斯夫公司生产的1010，辅抗氧剂为巴斯夫公司生产的168。
下述实施例中晶须为镁盐晶须，其相对密度为2.2-2.4g/cm3，化学式为MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O，长径比L/D≥30，镁盐晶须表面均采用干法处理，具体操作步骤为：将镁盐晶须与铝钛复合偶联剂在高混机中高速混合3-5min，然后出料，得到处理好的镁盐晶须，铝钛复合偶联剂的添加量为镁盐晶须重量的1％。
本发明的对比例中使用的滑石粉为辽宁艾海生产的滑石粉，目数为5000目。
按照上述组分和重量配比称取各个组分，并将聚丙烯、茂金属线性低密度聚乙烯、增韧剂、抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将晶须从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒。双螺杆挤出机料筒温度为：一区：190-210℃，二区：200-220℃，三区：210-230℃，四区：210-220℃。
将按照上述步骤制备得到的粒子注塑成ISO标准样条后，进行性能测试。拉伸性能按照ISO 527执行，测试速度为50mm/min；弯曲性能按照ISO 178执行，测试速度为2mm/min；悬臂梁缺口冲击性能按照ISO 180执行，测试常温(23℃)和低温(-30℃)的悬臂梁缺口冲击性能；密度按照ISO 1183执行。材料的综合性能通过密度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度的数值进行评判。
实施例1
将85份聚丙烯、5份茂金属线性低密度聚乙烯、5份增韧剂、0.2份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将5份晶须从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：190℃，二区：200℃，三区：210℃，四区：210℃。
实施例2
将80份聚丙烯、5份茂金属线性低密度聚乙烯、5份增韧剂、0.3份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将10份晶须从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：195℃，二区：205℃，三区：215℃，四区：215℃。
实施例3
将75份聚丙烯、5份茂金属线性低密度聚乙烯、5份增韧剂、0.5份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将15份晶须从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：200℃，二区：210℃，三区：220℃，四区：215℃。
实施例4
将80份聚丙烯、7.5份茂金属线性低密度聚乙烯、7.5份增韧剂、0.5份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将10份晶须从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：205℃，二区：215℃，三区：225℃，四区：220℃。
实施例5
将65份聚丙烯、10份茂金属线性低密度聚乙烯、10份增韧剂、0.5份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将15份晶须从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：210℃，二区：220℃，三区：230℃，四区：220℃。
对比例1
将80份聚丙烯、5份茂金属线性低密度聚乙烯、5份增韧剂、0.3份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将10份滑石粉从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需对比材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：195℃，二区：205℃，三区：215℃，四区：215℃。
对比例2
将80份聚丙烯、5份茂金属线性低密度聚乙烯、5份增韧剂、0.3份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将20份滑石粉从侧喂料口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需对比材料；
双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区：195℃，二区：205℃，三区：215℃，四区：215℃。
各实施例和对比例的性能测试结果见下列表1：
表1实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0001980516760000071
从上述实施例1-5和对比例1-2的性能测试结果可以看出，本发明制备的材料模量高、韧性高、填充少。该材料经过注塑成阀控蓄电池外壳制件，其热封性能良好，可以达到蓄电池外壳的要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯65~85份
茂金属线性低密度聚乙烯5~10份
增韧剂5~10份
抗氧剂0.2~0.5份
晶须5~15份；
所述的聚丙烯为高抗冲共聚聚丙烯与高结晶聚丙烯按照重量比1:1组成。
2.根据权利要求1所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其特征在于：所述高抗冲共聚聚丙烯与高结晶聚丙烯在230℃/2.16kg下熔体流动速率均为2~60g/10min；所述高结晶聚丙烯的结晶度为70-100%。
3.根据权利要求1所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其特征在于：所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为1~20g/10min，密度为0.912~0.930g/cm3。
4.根据权利要求1所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其特征在于：所述增韧剂为POE弹性体。
5.根据权利要求1所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其特征在于：所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；其中，主抗氧剂选自受阻酚或硫酯类抗氧剂中的至少一种；辅抗氧剂选自亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料，其特征在于：所述的晶须为镁盐晶须，其相对密度为2.2~2.4g/cm3，化学式为MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O，长径比L/D≥30，且表面由铝钛复合偶联剂处理。
7.根据权利要求1至6任一项所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将65~85份聚丙烯、5-10份茂金属线性低密度聚乙烯、5~10份增韧剂、0.2~0.5份抗氧剂放入高速混合机中混合3~5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将5~15份晶须从侧喂料口加入，挤出切粒得到低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料。
8.根据权利要求7所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机，挤出机料筒温度为：一区：190-210℃，二区：200-220℃，三区：210-230℃，四区：210-220℃。
9.权利要求1-6任一项所述的低填充、高模量、高韧性蓄电池壳体材料在阀控蓄电池壳体中的应用。
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