CN114456533A - 电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型tpe复合材料及其制备方法 - Google Patents

电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型tpe复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料及其制备方法，该TPE复合材料的组成成分包括如下重量份数原料：弹性复合材料30‑40份、聚丙烯树脂15‑25份、木粉5‑15份、聚乳酸15‑25份、硅烷偶联剂5‑10份、增容剂10‑20份、聚丙烯5‑15份、硅灰石4‑8份、抗氧剂3‑9份、阻燃剂10‑20份。本发明中，聚乳酸与木粉配合，用于制备电动汽车充电桩用复合材料，有利于提高复合材料的韧性、耐热性和耐刮擦性。

Description

电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及TPE复合材料技术领域，具体涉及一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料及其制备方法。
背景技术
在全球汽车工业领域，由于汽车尾气所造成的污染引起人们广泛关注，对新能源汽车的研发与推广得到许多国家重视，许多发达国家汽车厂商陆续推出不同品牌的电动汽车，同时在本国范围内建造汽车充电站以满足日益发展的电动汽车市场的需要。而目前，电动汽车用充电电线材料大都仍选用含卤PVC基材作为其电线用护套材料，此种充电电线绝缘性好，表面耐磨且价格相对较低。
传统技术中的电线电缆行业主要用PVC作线缆的包覆材料，但PVC、含溴类阻燃电线电缆在燃烧过程中产生大量有毒浓烟以及腐蚀性气体，这将加速火灾现场人员的窒息和加大救援人员的救援难度。此外，卤系阻燃剂在生产、运输、储藏、应用、废弃产品的回收过程中存在毒性积累以及产生致癌物质。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料及其制备方法，该TPE复合材料具有耐热和耐刮擦等优点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料的组成成分包括如下重量份数原料：弹性复合材料30-40份、聚丙烯树脂15-25份、木粉5-15份、聚乳酸15-25份、硅烷偶联剂5-10份、增容剂10-20份、聚丙烯5-15份、硅灰石4-8份、抗氧剂3-9份、阻燃剂10-20份。
优选的，该TPE复合材料的组成成分包括如下重量份数原料：弹性复合材料35份、聚丙烯树脂20份、木粉10份、聚乳酸20份、硅烷偶联剂7份、增容剂15份、聚丙烯10份、硅灰石6份、抗氧剂6份、阻燃剂15份。
优选的，所述弹性复合材料选用型号为SBS LG-501的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
优选的，所述聚丙烯树脂的分子量为3×106～4×106。
优选的，所述聚乳酸的分子量为16000-20000。
优选的，所述硅烷偶联剂为KH560或KH-902。
优选的，所述增容剂选用马来酸酐接枝聚乙烯。
优选的，所述聚丙烯的分子量为60000-80000。
优选的，所述抗氧剂为二苯胺或对苯二胺；阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
该电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料的制备方法包括如下几个步骤：
(1)按比例称取木粉、硅烷偶联剂和聚乳酸，将硅烷偶联剂配置成质量分数为3％的无水乙醇-硅烷偶联剂混合溶液，对木粉进行处理，随后与聚乳酸共混，备用；
(2)按比例称取增容剂、聚丙烯和硅灰石，在转速为300-400r/min的高速混合机中搅拌10min～20min，然后在180℃～220℃条件下的双螺杆挤出机中进行挤出，水冷、风干、切粒，备用；
(3)按比例称取剩余物料，与步骤(1)和步骤(2)所得粒料共同加入高速混合器中混合均匀，随后在温度为140～150℃、螺杆转速为200-300r/min的双螺杆挤出机混炼造粒，即得电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料。
本发明的有益效果为：
硅烷偶联剂中的硅氧基团可与木粉中的羟基发生反应，减少了木粉表面的羟基，提高了木粉的疏水性，降低了表面张力。硅烷偶联剂能在木粉表面形成均匀的单分子层，提高了木粉和聚乳酸之间的相容性，从而使复合材料形成完整的木粉-聚乳酸相界面。当受外力作用时，通过相界面把外力均匀地传递给木粉，使木粉有效地吸收外力，从而使聚乳酸复合材料的韧性得到进一步提高。聚乳酸与木粉配合，用于制备电动汽车充电桩用复合材料，有利于提高复合材料的韧性、耐热性和耐刮擦性。
增容剂马来酸酐接枝聚乙烯的加入提高了聚丙烯与硅灰石之间的结合力，达到了分子级的相容，这种聚丙烯与填料粒子间界面结合强度的提高减小了界面变形初期产生的龟裂，使所得TPE复合材料的耐刮擦性能得到明显提高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料的组成成分包括如下重量份数原料：弹性复合材料30-40份、聚丙烯树脂15-25份、木粉5-15份、聚乳酸15-25份、硅烷偶联剂5-10份、增容剂10-20份、聚丙烯5-15份、硅灰石4-8份、抗氧剂3-9份、阻燃剂10-20份。
其中：
弹性复合材料选用型号为SBS LG-501的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
聚丙烯树脂的分子量为3×106～4×106。
聚乳酸的分子量为16000-20000。
硅烷偶联剂为KH560或KH-902。
增容剂选用马来酸酐接枝聚乙烯。
聚丙烯的分子量为60000-80000。
抗氧剂为二苯胺或对苯二胺；阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料的制备方法，包括如下几个步骤：
(1)按比例称取木粉、硅烷偶联剂和聚乳酸，将硅烷偶联剂配置成质量分数为3％的无水乙醇-硅烷偶联剂混合溶液，对木粉进行处理，随后与聚乳酸共混，备用；
(2)按比例称取增容剂、聚丙烯和硅灰石，在转速为300-400r/min的高速混合机中搅拌10min～20min，然后在180℃～220℃条件下的双螺杆挤出机中进行挤出，水冷、风干、切粒，备用；
(3)按比例称取剩余物料，与步骤(1)和步骤(2)所得粒料共同加入高速混合器中混合均匀，随后在温度为140～150℃、螺杆转速为200-300r/min的双螺杆挤出机混炼造粒，即得电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料。
实施例1：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料中各原料组分的配比如下：
表1实施例1中各原料组分的配比
Figure BDA0003538490130000041
Figure BDA0003538490130000051
实施例2：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料中各原料组分的配比如下：
表2实施例2中各原料组分的配比
组分 重量/g
SBS LG-501的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 400
分子量为4×10<sup>6</sup>的聚丙烯树脂 250
木粉 150
分子量为20000聚乳酸 250
KH-902 100
马来酸酐接枝聚乙烯 200
分子量为80000的聚丙烯 150
硅灰石 80
对苯二胺 90
氢氧化镁 200
实施例3：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料中各原料组分的配比如下：
表3实施例3中各原料组分的配比
组分 重量/g
SBS LG-501的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 350
分子量为3×10<sup>6</sup>的聚丙烯树脂 200
木粉 100
分子量为16000-聚乳酸 200
KH560 75
马来酸酐接枝聚乙烯 150
分子量为60000的聚丙烯 100
硅灰石 60
二苯胺 60
氢氧化铝 150
实施例4：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料中各原料组分的配比如下：
表4实施例4中各原料组分的配比
Figure BDA0003538490130000061
Figure BDA0003538490130000071
实施例5：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料中各原料组分的配比如下：
表5实施例5中各原料组分的配比
组分 重量/g
SBS LG-501的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 400
分子量为4×10<sup>6</sup>的聚丙烯树脂 250
木粉 150
分子量为20000聚乳酸 250
KH-902 100
马来酸酐接枝聚乙烯 200
分子量为80000的聚丙烯 150
硅灰石 80
对苯二胺 90
氢氧化镁 200
对比例1：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：未添加木粉。
对比例2：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：未添加聚乳酸。
对比例3：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：未添加KH560。
对比例4：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：未添加马来酸酐接枝聚乙烯。
对比例5：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：未添加聚丙烯。
对比例6：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：未添加硅灰石。
对比例7：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯树脂的分子量为1×106。
对比例8：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯树脂的分子量为2×106。
对比例9：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯树脂的分子量为5×106。
对比例10：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯树脂的分子量为6×106。
对比例11：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚乳酸的分子量为14000。
对比例12：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚乳酸的分子量为15000。
对比例13：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚乳酸的分子量为17000。
对比例14：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯的分子量为40000。
对比例15：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯的分子量为50000。
对比例16：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯的分子量为90000。
对比例18：
一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，该TPE复合材料与实施例3之间的区别仅在于：聚丙烯的分子量为100000。
将上述实施例1-5、对比例1-18所得TPE复合材料进行性能测试，测得TPE复合材料中的综合性能，结果参见表6。
表6实施例1-3、对比例1-18所得TPE复合材料的性能参数
Figure BDA0003538490130000091
Figure BDA0003538490130000101
由表6可知：
实施例1-5中所得各TPE复合材料的硬度、耐刮擦性和拉伸强度数值接近，各组分含量的差异未能影响TPE复合材料的硬度、耐刮擦性和拉伸强度。
由对比例1-3可知，未添加木粉、聚乳酸和硅烷偶联剂，均使得TPE复合材料的耐刮擦性能大幅降低，使得TPE复合材料的硬度和拉伸强度有所下降。
由对比例4-6可知，未添加增容剂、聚丙烯和硅灰石，均使得TPE复合材料的耐刮擦性能大幅降低，使得TPE复合材料的硬度和拉伸强度有所下降。
由对比例7-18可知，聚丙烯树脂的分子量、聚乳酸的分子量和聚丙烯的分子量变化，均使得TPE复合材料的硬度、耐刮擦性和拉伸强度有所下降。
综上所述，硅烷偶联剂中的硅氧基团可与木粉中的羟基发生反应，减少了木粉表面的羟基，提高了木粉的疏水性，降低了表面张力。硅烷偶联剂能在木粉表面形成均匀的单分子层，提高了木粉和聚乳酸之间的相容性，从而使复合材料形成完整的木粉-聚乳酸相界面。当受外力作用时，通过相界面把外力均匀地传递给木粉，使木粉有效地吸收外力，从而使聚乳酸复合材料的韧性得到进一步提高。聚乳酸与木粉配合，用于制备电动汽车充电桩用复合材料，有利于提高复合材料的韧性、耐热性和耐刮擦性。
增容剂马来酸酐接枝聚乙烯的加入提高了聚丙烯与硅灰石之间的结合力，达到了分子级的相容，这种聚丙烯与填料粒子间界面结合强度的提高减小了界面变形初期产生的龟裂，使所得TPE复合材料的耐刮擦性能得到明显提高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，该TPE复合材料的组成成分包括如下重量份数原料：
弹性复合材料30-40份、聚丙烯树脂15-25份、木粉5-15份、聚乳酸15-25份、硅烷偶联剂5-10份、增容剂10-20份、聚丙烯5-15份、硅灰石4-8份、抗氧剂3-9份、阻燃剂10-20份。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，该TPE复合材料的组成成分包括如下重量份数原料：
弹性复合材料35份、聚丙烯树脂20份、木粉10份、聚乳酸20份、硅烷偶联剂7份、增容剂15份、聚丙烯10份、硅灰石6份、抗氧剂6份、阻燃剂15份。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述弹性复合材料选用型号为SBS LG 501的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂的分子量为3×106～4×106。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述聚乳酸的分子量为16000-20000。
6.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH560或KH-902。
7.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述增容剂选用马来酸酐接枝聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述聚丙烯的分子量为60000-80000。
9.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为二苯胺或对苯二胺；阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下几个步骤：
(1)按比例称取木粉、硅烷偶联剂和聚乳酸，将硅烷偶联剂配置成质量分数为3％的无水乙醇-硅烷偶联剂混合溶液，对木粉进行处理，随后与聚乳酸共混，备用；
(2)按比例称取增容剂、聚丙烯和硅灰石，在转速为300-400r/min的高速混合机中搅拌10min～20min，然后在180℃～220℃条件下的双螺杆挤出机中进行挤出，水冷、风干、切粒，备用；
(3)按比例称取剩余物料，与步骤(1)和步骤(2)所得粒料共同加入高速混合器中混合均匀，随后在温度为140～150℃、螺杆转速为200-300r/min的双螺杆挤出机混炼造粒，即得电动汽车充电桩用耐热耐刮擦型TPE复合材料。
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