CN112552613A - 一种蓄电池外壳专用高韧高刚abs复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种蓄电池外壳专用高韧高刚abs复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料及其制备方法和应用。所述复合材料包括如下按重量份计算的组分：ABS树脂10～20份；ABS高胶粉10～25份；苯乙烯‑丙烯腈树脂40～55份；硅灰石4～8份；阻燃剂16～25份；抗氧剂0.3～1份；所述硅灰石为纤维状硅灰石。本发明的ABS复合材料同时具有高刚性和高韧性，弯曲模量大于2300MPa，韧性大于21kJ/m2，能够应用于蓄电池外壳中。

Description

一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及工程塑料领域，更具体地，涉及一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
蓄电池(Storage Battery)是将化学能直接转化成电能的一种装置，应用十分广泛。蓄电池通常都有防火要求，因此目前蓄电池的外壳通常由阻燃塑料制成。蓄电池在运输、储存和使用过程中，可能遇到撞击、跌落等状况，因此对蓄电池外壳材料的韧性有很高的要求，一般都需要通过落锤冲击测试。蓄电池在使用过程中存在的另一个问题是，由于通电时间过长、极板硫化、电解液粘度过大或电解液量过少等情况导致蓄电池外壳发生鼓胀、变形，影响蓄电池的使用寿命和安全性，这就对蓄电池外壳材料提出了高刚性的要求。对于塑料材料，材料的韧性和刚性往往是相对立的，会相互限制。因此，目前用于制备蓄电池外壳的ABS材料的现状是，高韧性和高刚性无法同时很好地满足。
中国专利(CN108752840A)公开了一种蓄电池外壳专用耐热、高抗冲、阻燃树脂，具体公开了ABS高胶粉30-50份，苯乙烯-丙烯腈树脂40～60份，丁二烯10～30份，耐热剂20～35份，溴系阻燃剂10～18份，锑系阻燃剂3～8份，抗氧剂0.5～2份，抗滴落剂0.1～1份，虽然该产品提高了ABS的韧性，但是其刚性依然没有提高，不能完全满足蓄电池外壳制品对性能的要求。
因此，目前用于蓄电池外壳用的ABS材料还存在以上不足，因此发明一种同时兼顾高韧性和高刚性的阻燃ABS材料是非常有意义的。
发明内容
本发明为克服现有技术的蓄电池外壳不能兼顾高韧性和高刚性的缺陷，提供一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料。
本发明的另一目的在于提供所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002798553430000021
所述硅灰石为纤维状硅灰石。
本发明利用ABS高胶粉、苯乙烯-丙烯腈树脂和纤维状硅灰石复配，实现了ABS复合材料的高刚性和高韧性。其中ABS高胶粉和苯乙烯-丙烯腈树脂能够调控ABS复合材料的韧性；纤维状硅灰石具有针状晶体的结构，能够增强其ABS复合材料的刚性，且纤维状硅灰石的加入不会降低复合材料的韧性。如常规的碳酸钙、玻纤虽然能提高刚性，但是其对复合材料的韧性有很大影响，不能满足复合材料的高刚性和高韧性。
纤维状硅灰石是指呈现细长柱状、密集平行排列，具有一定长度和宽度的硅灰石，一般纤维状硅灰石的平均长度为20～150μm和长径比8～50，发明人意外发现，当平均长度为40～90μm和长径比15～30，复合材料的效果更显著。更优选，所述纤维状硅灰石的平均长度为50～70μm，所述纤维状硅灰石的长径比为20～25，复合材料的韧性和刚性的效果更好。
与一维的纤维状硅灰石不同的是，片状硅灰石的结构是二维的，加入片状硅灰石，对材料的韧性影响很大，冲击强度下降很快。因此，选择一维的纤维状的硅灰石。
优选地，所述ABS高胶粉的胶含量为ABS高胶粉总重量的35～60％。高胶粉低于35％，高胶粉的增韧效果不好；高胶粉高于60％，材料偏软，刚性太差。
优选地，所述苯乙烯-丙烯晴树脂中的丙烯腈含量为苯乙烯-丙烯晴树脂总重量的20～40％，此范围内的苯乙烯-丙烯腈树脂具有一定的刚性。
优选地，所述阻燃剂包括氯化聚乙烯3～5份；溴系阻燃剂10～15份；锑系阻燃剂3～5份。
所述溴系阻燃剂为溴代三嗪、四溴双酚A和溴化环氧中至少一种。
优选地，所述锑系阻燃剂为三氧化二锑和/或五氧化二锑。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂。
优选地，所述复合材料的组分还包括润滑剂。
所述润滑剂的含量按重量份计算为0.3～1份。
所述润滑剂为酰胺类、硬脂酸盐类或酯类润滑剂中的至少一种。
本发明还包括所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.称取ABS树脂、ABS高胶粉、苯乙烯-丙烯腈树脂、硅灰石、氯化聚乙烯、溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、抗氧剂加入混合机中混合均匀，得到预混物；
S2.将S1制备得到的预混物送入挤出机中混炼、挤出、后加工制得。
所述后加工为拉条、冷却、切粒。
所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料在制备蓄电池外壳中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，采用ABS高胶粉、苯乙烯-丙烯腈树脂和硅灰石复配，实现了ABS复合材料同时具有高刚性和高韧性，弯曲模量大于2300MPa，韧性大于21kJ/m2，能够应用于制备蓄电池外壳制品。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
ABS树脂：AG10NP-AK，台湾化学纤维股份有限公司；
ABS高胶粉A：WD-132，胶含量45％，山东万达集团股份有限公司；
ABS高胶粉B：ABS 60P，胶含量70％，台湾国乔石油化学股份有限公司；
苯乙烯-丙烯腈树脂A：SAN NF2200 AK，丙烯腈含量30％，台湾化学纤维股份有限公司；
苯乙烯-丙烯腈树脂B：丙烯腈含量50％，SAN-2437，中国石油吉化集团公司；
纤维状硅灰石A：平均长度：20μm，长径比为8，牌号SYW-XA 180
纤维状硅灰石B：平均长度：50μm，长径比为20，牌号SYW-XA 450
纤维状硅灰石C：平均长度：70μm，长径比为25，牌号SYW-XA 600
纤维状硅灰石D：平均长度：90μm，长径比为30，牌号SYW-XA 800
纤维状硅灰石E：平均长度：40μm，长径比为15，牌号SYW-XA 360
纤维状硅灰石F：平均长度：120μm，长径比为40，牌号SYW-XA 1150
以上硅灰石均由思远矿业有限公司提供。
溴系阻燃剂：溴化环氧(F-3014)由美国雅宝公司提供，溴代三嗪(FR-245)和四溴双酚A(FR-1524)，由以色列死海溴公司提供；
锑系阻燃剂：三氧化二锑和五氧化三锑，华昌锑业公司；
氯化聚乙烯：CPE-132C，科利化工有限公司；
抗氧剂：亚磷酸酯类抗氧剂亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯，受阻酚类抗氧剂THANOX 1010，汽巴CIBA精化公司提供的；
润滑剂：硬脂酸锌、硬脂酸镁和乙撑双硬脂酰胺，东莞市诺佳塑化有限公司；
碳酸钙：CARBITAL S，益瑞石铝酸盐有限公司；
玻璃纤维：ECS-13-4.5-526，中国巨石股份有限公司
长石粉：水磨钾长石粉，冠泓新材料有限公司
片状硅灰石：XYNFW-B，南方硅灰石股份有限公司
本发明各实施例及对比例的蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料通过如下过程制备得到：
S1.称取ABS树脂、ABS高胶粉、苯乙烯-丙烯腈树脂、硅灰石、氯化聚乙烯、溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、抗氧剂加入混合机中混合均匀，得到预混物；
S2.将S1制备得到的预混物送入挤出机中混炼、挤出、后加工制得。挤出温度为180-190℃，转速300r/min，喂料50kg/h。
实施例1～3
本实施例提供一系列高韧高刚ABS复合材料，不同实施例选用的ABS高胶粉含量不一样，具体配方如表1，以探究不同ABS高胶粉含量对复合材料性能的影响。
表1实施例1～3复合材料的配方(份)
实施例1 实施例2 实施例3
ABS树脂 16 16 16
ABS高胶粉A 10 15 25
苯乙烯-丙烯腈树脂A 40 40 40
纤维状硅灰石B 6 6 6
氯化聚乙烯 3 3 3
溴系阻燃剂 14 14 14
锑系阻燃剂 3 3 3
抗氧剂 0.3 0.3 0.3
实施例4～6
本实施例提供一系列高韧高刚ABS复合材料，不同实施例选用的苯乙烯-丙烯腈树脂含量不一样，具体配方如表2，以探究不同苯乙烯-丙烯腈树脂含量对复合材料性能的影响。
表2实施例4～6复合材料的配方(份)
实施例4 实施例5 实施例6
ABS树脂 16 16 16
ABS高胶粉A 15 15 15
苯乙烯-丙烯腈树脂A 45 50 55
纤维状硅灰石B 6 6 6
氯化聚乙烯 3 3 3
溴系阻燃剂 14 14 14
锑系阻燃剂 3 3 3
抗氧剂 0.3 0.3 0.3
实施例7～9
本实施例提供一系列高韧高刚ABS复合材料，不同实施例选用的硅灰石含量不一样，具体配方如表3，以探究不同硅灰石含量对复合材料性能的影响。
表3实施例7～9复合材料的配方(份)
Figure BDA0002798553430000051
Figure BDA0002798553430000061
实施例10～17
本实施例提供一系列的高韧高刚ABS复合材料，其配方如表4
表4实施例10～17的配方(份)
Figure BDA0002798553430000062
Figure BDA0002798553430000071
对比例1～7
对比例提供一系列的高韧高刚ABS复合材料，其配方如表5
表5对比例1～7的配方(份)
Figure BDA0002798553430000072
以下实施例和对比例的制备的样品测试采用ISO标准测试其相关性能；
阻燃测试标准：UL 94-2018，样条厚度2.0mm；
悬臂梁缺口冲击强度：ISO 180-2000；
弯曲模量：ISO 178-2010；
落锤冲击测试：落锤质量为1kg，测试高度为60cm，测试样品为注塑成型的2.0*100*100mm的方板，总共测试5次。
表6各实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0002798553430000073
Figure BDA0002798553430000081
从实施例1～3看，随着高胶粉含量的增加，复合材料的韧性(冲击强度)不断提高，刚性(弯曲模量)逐渐下降。高胶粉具有显著的增韧效果，但使用过多会影响刚性。
从实施例2和4～6看，提高苯乙烯-丙烯腈树脂的用量，复合材料的刚性随之提高，韧性相应的降低。苯乙烯-丙烯腈树脂树脂具有一定的增刚效果，同时会影响材料的韧性。
从实施例2和7～9看，增加硅灰石B的添加量，复合材料的刚性不断提高，韧性略微下降。这说明，硅灰石B的增韧效果显著，且不会降低材料的韧性。
实施例10增加了润滑剂，不影响ABS复合材料的高韧和高刚性。
从实施例2和11～15看，随着所使用的纤维状硅灰石平均长度从20μm增加到120μm，长径比从8增加到40，结果显示，使用平均长度为50～70μm，长径比为20～25时的纤维状硅灰石，材料的刚性和韧性有很好的平衡。
从实施例16～17看，使用胶含量为70％的ABS高胶粉，其刚性会下降；当丙烯腈含量为50％的苯乙烯-丙烯腈树脂时，其韧性也会下降。
从对比例1～3看，不加入高胶粉，材料的韧性十分差；不加入苯乙烯-丙烯腈树脂和硅灰石，材料的刚性低，都不能满足蓄电池外壳的要求。
从对比例4～7看，加入颗粒粉状的碳酸钙，材料的刚性没有提高，不能满足蓄电池外壳的要求；玻璃纤维、长石粉和片状硅灰石具有很好的增刚效果，但是都会影响材料的韧性。
另外，可以看到实施例1～15都能通过评估蓄电池材料的落锤冲击测试，并且兼具了刚韧平衡；而对比例1和5～7韧性较差，无法通过落锤冲击测试。对比例2～3的弯曲模量偏低，刚性不足。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure FDA0002798553420000011
所述硅灰石为纤维状硅灰石。
2.如权利要求1所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述纤维状硅灰石的平均长度为40～90μm，所述纤维状硅灰石的长径比为15～30。
3.如权利要求1所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述纤维状硅灰石的平均长度为50～70μm，所述纤维状硅灰石的长径比为20～25。
4.如权利要求1所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述ABS高胶粉的胶含量为ABS高胶粉总重量的35～60％。
5.如权利要求1所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述苯乙烯-丙烯腈树脂中的丙烯腈含量为苯乙烯-丙烯腈树脂总重量的20～40％。
6.如权利要求1所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述阻燃剂包括氯化聚乙烯3～5份；溴系阻燃剂10～15份；锑系阻燃剂3～5份。
7.如权利要求5所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述锑系阻燃剂为三氧化二锑和/或五氧化二锑。
8.如权利要求1所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括润滑剂。
9.如权利要求1～8任一项所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.称取ABS树脂、ABS高胶粉、苯乙烯-丙烯腈树脂、硅灰石、氯化聚乙烯、溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、抗氧剂加入混合机中混合均匀，得到预混物；
S2.将S1制备得到的预混物送入挤出机中混炼、挤出、后加工制得。
10.权利要求1～8任一项所述蓄电池外壳专用高韧高刚ABS复合材料在制备蓄电池外壳中的应用。
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WO2022110662A1 (zh) * 2020-11-25 2022-06-02 金发科技股份有限公司 一种蓄电池外壳专用高韧高刚abs复合材料及其制备方法和应用

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