CN115141428B - 一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜及制备方法，包括如下原料：聚丙烯、导热填料、抗氧剂、硅烷偶联剂、阻燃剂、增韧剂。本发明提供的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，在导热填料的作用下，薄膜具有良好的导热效果，所用的原料均为绝缘材料，整个薄膜具有良好的绝缘性能；所用的阻燃剂为含磷硅双官能团无卤阻燃剂，阻燃效果优异，符合当今社会对环保阻燃剂的发展需求。且该阻燃剂是具有一定聚合度的聚合物，和聚合物基材具有良好的相容性且不易从基材中迁移和渗出，这样阻燃剂能够在基材中分散的更加均匀，能够更好的发挥阻燃效果；其具有阻燃效果的同时也是一种填料，可以改善薄膜的加工性能和力学性能等。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及薄膜技术领域，更具体的说是涉及一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜及制备方法。
背景技术
随着新能源汽车在我国汽车行业的数量迅速增长，伴随着动力电池大规模应用，且动力电池作为新能源汽车能量供给的核心零部件，其安全性能直接影响了新能源汽车的安全性。新能源汽车的安全事故主要出现在动力电池部件上面，其中热失控是造成动力电池燃等不安全行为的根本原因。动力电池内部由于热失控释放的热量高于能耗的热量时，此时动力电池内部的热量急剧积累，将热量扩散到与它相邻的电池，电池模块内部的电池单体发生热失控扩散，加剧了电池退化。
聚丙烯薄膜被广泛的应用于动力电池中。但由于聚丙烯本身阻燃性能和导热性能差，其氧指数(LOI)仅为17，而且薄膜厚度非常小，导致聚丙烯薄膜更易燃烧。因为聚丙烯是非极性材料，与极性较强的阻燃剂相容性很差。对聚丙烯进行改性处理一方面可以提高其阻燃性，另一方面又可以引进一些极性集团，有利于增大阻燃剂和导热填料的填充量，制备出高性能的阻燃薄膜。
为了解决聚丙烯易燃性，一般是往其中添加阻燃剂和导热填料。近些年来随着环保的要求，人们开始研究寻找适用于高分子材料阻燃导热的高效添加剂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜及制备方法，不仅具有良好导热绝缘效果效果，而且能实现无卤阻燃的目的。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，包括如下质量份数的原料：聚丙烯82～93份、导热填料3～8份、抗氧剂2～6份、硅烷偶联剂3～5份、阻燃剂3～9份、增韧剂2～5份；
所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:1.0～2:0.005～0.01，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至150℃-160℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂，
聚合度n为不大于12的正整数。
具体的，一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，包括如下质量份数的原料：聚丙烯87份、导热填料6份、抗氧剂4份、硅烷偶联剂4份、阻燃剂6份、增韧剂3份；
所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝的组合物，其重量比为1:2～5:1～3。导热填料粒径为300目，形状为球形。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和硫酯类抗氧剂中的任意一种。
所述增韧剂为橡胶类增韧剂、聚烯烃弹性体类增韧剂和马来酸接枝聚乙烯类增韧剂中的任意一种。
具体的，所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:1.5:0.008，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至155℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂，
聚合度n为不大于12的正整数。
本发明还提供了一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按重量份计，选取聚丙烯82～93份、导热填料3～8份、抗氧剂2～6份、硅烷偶联剂3～5份、阻燃剂3～9份、增韧剂2～5份，使用搅拌机在10～50rpm的转速下，进行充分搅拌60～120min；
步骤2：使用双螺杆挤出机将步骤1中搅拌后的材料在180～200℃的温度下挤出造粒，冷却60～120min；
步骤3：将步骤2中制备的材料在190～210℃的温度下铺设于基膜上，冷却60～120min，得到厚度100～200μm的所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
优选的，步骤2中制备的材料在190～210℃的温度下均匀铺设于基膜上，经烘干后形成材料膜，通过剥离机构剥离后获得所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
优选的，所述剥离机构包括截面整体呈三角形的本体，本体的内部设置气体通道，本体的尾部设置有气管与气体通道的连通，本体的头部设置有横槽，本体上横槽内竖直方向固定设置有导气管，导气管与气体通道连通且导气管的两端封闭设置，导气管外壁转动套设有控制筒，控制筒与剥刀固定连接，导气管的侧壁上设置有两个通孔，控制筒上设置有两个通气孔且呈对称设置，剥刀为中空结构且剥刀内部设置有沿两个通孔的中心线的对称线方向设置隔板，两个通孔以隔板为对称面对称设置，两个通气孔的中心线的夹角大于两个通孔的中心线的夹角。
剥刀的前端中部设置有铲刀，剥刀的前方侧壁上设置有排风口。
本发明提供的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，在导热填料的作用下，所得薄膜具有良好的导热效果。导热填料具有粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性的特点，与聚丙烯原料匹配性好，还可提高复合材料的机械性能和导热介电性能。
所用的原料均为绝缘材料，整个薄膜具有良好的绝缘性能。所用的阻燃剂为含磷硅双官能团无卤阻燃剂，阻燃效果优异，符合当今社会对阻燃剂的发展需求；该阻燃剂由于含有磷和硅两种阻燃因子且一个聚合度内具有两个磷原子，二者之间还具有一定的协同阻燃作用，具有阻燃效率高、抑制烟雾效果好等优点；由于该阻燃剂是具有一定聚合度的聚合物，和聚合物基材具有良好的相容性且不易从基材中迁移和渗出，这样阻燃剂能够在基材中分散的更加均匀，能够更好的发挥阻燃效果；其具有阻燃效果的同时也是一种填料，可以改善薄膜的加工性能和力学性能等。
本发明通过剥离机构对获得材料膜进行剥离，获得所需的导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，剥离效果好，工效率高。
附图说明
图1是所述剥离机构的结构示意图；
图2是所述剥刀的结构示意图；
图3是控制筒的结构示意图；
图4是导气管的结构示意图。
图中，1、本体；2、气管；3、隔板；4、控制筒；5、导气管；6、铲刀；7、剥刀；8、排风口。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例1
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，包括如下质量份数的原料：聚丙烯82份、导热填料3份、抗氧剂2份、硅烷偶联剂3份、阻燃剂3份、增韧剂2份；
所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝的组合物，其重量比为1:2:1；导热填料粒径为300目，形状为球形。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂CHEMNOX1010。硅烷偶联剂为KH550。所述增韧剂为马来酸接枝聚乙烯类增韧剂，选用埃克森美孚公司生产的PE 1040。
所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:1.5:0.005，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至155℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂，
聚合度n为不大于12的正整数。
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按重量份计，选取聚丙烯82份、导热填料3份、抗氧剂2份、硅烷偶联剂3份、阻燃剂3份、增韧剂2份，使用搅拌机在10rpm的转速下，进行充分搅拌60min；
步骤2：使用双螺杆挤出机将步骤1中搅拌后的材料在180℃的温度下挤出造粒，冷却60min；
步骤3：将步骤2中制备的材料在190℃的温度下铺设于基膜上，冷却60min，得到厚度100μm的所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
实施例2
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，包括如下质量份数的原料：聚丙烯87份、导热填料6份、抗氧剂4份、硅烷偶联剂4份、阻燃剂6份、增韧剂3份；
所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝的组合物，其重量比为1:3.5:2；导热填料粒径为300目，形状为球形。
所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂亚磷酸三苯酯。硅烷偶联剂为KH550。所述增韧剂为橡胶类增韧剂聚丁二烯橡胶。
所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:1.5:0.008，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至155℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂，
聚合度n为不大于12的正整数。
本发明还提供了一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按重量份计，选取聚丙烯87份、导热填料6份、抗氧剂4份、硅烷偶联剂4份、阻燃剂6份、增韧剂3份；使用搅拌机在30rpm的转速下，进行充分搅拌90min；
步骤2：使用双螺杆挤出机将步骤1中搅拌后的材料在190℃的温度下挤出造粒，冷却90min；
步骤3：将步骤2中制备的材料在200℃的温度下铺设于基膜上，冷却90min，得到厚度150μm的所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
实施例3
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，包括如下质量份数的原料：聚丙烯93份、导热填料8份、抗氧剂6份、硅烷偶联剂5份、阻燃剂9份、增韧剂5份；
所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝的组合物，其重量比为1:5:3；导热填料粒径为300目，形状为球形。
所述抗氧剂为硫酯类抗氧剂硫代二丙酸酷。硅烷偶联剂为KH550。所述增韧剂为聚烯烃弹性体类增韧剂苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体。
所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:2:0.01，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至160℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂
聚合度n为不大于12的正整数。
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按重量份计，选取聚丙烯93份、导热填料8份、抗氧剂6份、硅烷偶联剂5份、阻燃剂9份、增韧剂5份，使用搅拌机在50rpm的转速下，进行充分搅拌120min；
步骤2：使用双螺杆挤出机将步骤1中搅拌后的材料在200℃的温度下挤出造粒，冷却120min；
步骤3：将步骤2中制备的材料在210℃的温度下铺设于基膜上，冷却120min，得到厚度200μm的所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
对比例1
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，包括如下质量份数的原料：聚丙烯87份、导热填料6份、抗氧剂4份、硅烷偶联剂4份、增韧剂3份；
所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝的组合物，其重量比为1:3.5:2；导热填料粒径为300目，形状为球形。
所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂亚磷酸三苯酯。硅烷偶联剂为KH550。所述增韧剂为橡胶类增韧剂聚丁二烯橡胶。
一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1基于材料的总重量份，按重量份计，选取聚丙烯87份、导热填料6份、抗氧剂4份、硅烷偶联剂4份、增韧剂3份；使用搅拌机在30rpm的转速下，进行充分搅拌90min；
步骤2：使用双螺杆挤出机将步骤1中搅拌后的材料在190℃的温度下挤出造粒，冷却90min；
步骤3：将步骤2中制备的材料在200℃的温度下铺设于基膜上，冷却90min，得到厚度150μm的所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
各实施例中样品分别按照UL-94燃烧测试标准和烟密度测试标准GB/T8627进行阻燃性能烟密度测试，结果如下：
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 阻燃等级 | V-0 | V-0 | V-0 | 没等级 |
| 烟密度等级 | 25 | 22 | 23 | 39 |
按各实施例中工艺制成100×6.5×3mm3尺寸的样品进行以下力学性能测试：
1.拉伸试验
拉伸试验在电子万能试验机上进行，仪器型号为Z010，仪器厂家为德国Zwick/Roell公司，执行标准为GB/T1040-92，实验拉伸速率为20mm/min。
2.弯曲试验
在电子万能试验机上进行，仪器型号为Z010，仪器厂家为德国Zwick/Roell公司，执行标准为GB/T9341-2000，压头速率为20mm/min,跨度为64mm。
测试结果如下：
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 弯曲强度(MPa) | 47.2 | 46.9 | 47.5 | 39.3 |
| 拉伸强度(MPa) | 33.2 | 33.5 | 32.8 | 27.6 |
从测试结构中红可以看出，样品中加入阻燃剂后，阻燃性能明显提高且也降低了烟密度；同时，由于阻燃剂作为一种填料，具有一定的补强效果，一定程度上提高了基材的力学性能。
在以上实施例及对比例中，步骤2中制备的材料在要求的温度下均匀铺设于基膜上，经烘干后形成材料膜，通过剥离机构剥离后获得所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
所述剥离机构包括截面整体呈三角形的本体1，本体1的内部设置气体通道，本体1的尾部设置有气管2与气体通道的连通，本体1的头部设置有横槽，本体1上横槽内竖直方向固定设置有导气管5，导气管5与气体通道连通且导气管5的两端封闭设置，导气管5外壁转动套设有控制筒4，控制筒4与剥刀7固定连接，导气管5的侧壁上设置有两个通孔，控制筒4上设置有两个通气孔且呈对称设置，剥刀7为中空结构且剥刀7内部设置有沿两个通孔的中心线的对称线方向设置隔板3，隔板3、控制筒4将剥刀7内部分割为两个独立的空间。两个通孔以隔板3为对称面对称设置，两个通气孔的中心线的夹角大于两个通孔的中心线的夹角。为了便于展示本实施例的技术方案，两个通气孔的中心线重合，两个通孔的中心线的夹角为90°。在实际应用中，两个通气孔的中心线的夹角和两个通孔的中心线的夹角可进行灵活调整，控制剥刀的旋转角度。
剥刀7的前端中部设置有铲刀6，剥刀7的前方侧壁上设置有排风口8。
剥离机构启动工作时，气管2经气体通道向导气管5内通入气体，此时导气管5上的其中一个通孔与控制筒4中的一个通气孔连通，气体进入相应的剥刀7内部空间，然后经剥刀7前方侧壁上一侧的排风口8排出吹向材料膜和基膜的连接部。与此同时，该侧的剥刀7收到排出的气体的反作用力，开始向远离材料膜和基膜的连接部的方向运动。另一侧的剥刀7则开始向靠近材料膜和基膜的连接部的方向运动，直至导气管5上的另一个通孔与控制筒4中的另一个通气孔连通，气体进入相应的剥刀7内部空间，然后经剥刀7前方侧壁上该侧的排风口8排出吹向材料膜和基膜的连接部。如此反复，实现对材料膜和基膜的分离。
在剥刀7往复旋转过程中，带动铲刀6旋转也对材料膜和基膜的连接部施加作用力，完成铲刀6前方位置材料膜和基膜的分离。
Claims (10)
1.一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，其特征在于，包括如下质量份数的原料：聚丙烯82～93份、导热填料3～8份、抗氧剂2～6份、硅烷偶联剂3～5份、阻燃剂3～9份、增韧剂2～5份；
所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:1.0～2:0.005～0.01，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至150℃-160℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂，
聚合度n为不大于12的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，其特征在于，包括如下质量份数的原料：聚丙烯87份、导热填料6份、抗氧剂4份、硅烷偶联剂4份、阻燃剂6份、增韧剂3份。
3.根据权利要求1所述的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，其特征在于，所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝的组合物，其重量比为1:2～5:1～3；导热填料粒径为300目，形状为球形。
4.根据权利要求1所述的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和硫酯类抗氧剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，其特征在于，所述增韧剂为橡胶类增韧剂、聚烯烃弹性体类增韧剂和马来酸接枝聚乙烯类增韧剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜，其特征在于，所述阻燃剂制备方法为：
步骤1：按摩尔比1:1.5:0.008，将焦磷酸二乙酯、二乙基硅二醇、甲醇钠催化剂加入到回流反应容器中，再加入10倍焦磷酸二乙酯重量的乙醚，逐渐升温至155℃反应至无馏分流出；
步骤2：将温度逐渐升高至170℃以上，减压反应至产物粘度不变；
步骤3：对步骤2所得物进行提纯即可得到结构为下式的阻燃剂，
聚合度n为不大于12的正整数。
7.如权利要求1所述的一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按重量份计，选取聚丙烯82～93份、导热填料3～8份、抗氧剂2～6份、硅烷偶联剂3～5份、阻燃剂3～9份、增韧剂2～5份，使用搅拌机在10～50rpm的转速下，进行充分搅拌60～120min；
步骤2：使用双螺杆挤出机将步骤1中搅拌后的材料在180～200℃的温度下挤出造粒，冷却60～120min；
步骤3：将步骤2中制备的材料在190～210℃的温度下铺设于基膜上，冷却60～120min，得到厚度100～200μm的所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
8.根据权利要求7所述一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中制备的材料在190～210℃的温度下均匀铺设于基膜上，经烘干后形成材料膜，通过剥离机构剥离后获得所述导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜。
9.根据权利要求8所述一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，所述剥离机构包括截面整体呈三角形的本体(1)，本体(1)的内部设置气体通道，本体(1)的尾部设置有气管(2)与气体通道的连通，本体(1)的头部设置有横槽，本体(1)上横槽内竖直方向固定设置有导气管(5)，导气管(5)与气体通道连通且导气管(5)的两端封闭设置，导气管(5)外壁转动套设有控制筒(4)，控制筒(4)与剥刀(7)固定连接，导气管(5)的侧壁上设置有两个通孔，控制筒(4)上设置有两个通气孔且呈对称设置，剥刀(7)为中空结构且剥刀(7)内部设置有沿两个通孔的中心线的对称线方向设置隔板(3)，两个通孔以隔板(3)为对称面对称设置，两个通气孔的中心线的夹角大于两个通孔的中心线的夹角。
10.根据权利要求9所述一种导热无卤阻燃绝缘聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，剥刀(7)的前端中部设置有铲刀(6)，剥刀(7)的前方侧壁上设置有排风口(8)。
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