CN116355389B - 一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，所述复合材料包括TPU、改性尼龙纤维和弹性助剂经共混、挤出、造粒制成。所述改性尼龙纤维为表面接枝聚丙烯腈分子链尼龙纤维；所述弹性助剂为HDI三聚体构成的硬性链和双氨基硅油构成的软性链交替组成的低聚超支化聚合物，含有大量的脲基，利用该脲基强的氢键作用，使得弹性助剂具有优异的自修复能力，进而赋予共混料丰富的自修复能力，使冷却管即使在长久的外力作用下，也能保持良好的弹性，提高冷却管的使用寿命；且所述的双氨基硅油中含有硫基，该基团与改性尼龙纤维表面的接枝聚丙烯腈分子链中的双键发生光点击反应，提高了改性尼龙纤维的加工性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体地，涉及一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料。
背景技术
现有新能源汽车充电桩以快充、大功率为发展方向，以满足新能源汽车用电要求。相对于动辄几百千瓦功率的充电桩，传统的风冷技术早已不能满足散热需求，液冷技术成为目前最可靠的解决方案。液冷技术的是在电缆和充电枪之间设置一个专门的循环通道，通道内加入起散热作用的冷却液，就可以通过动力泵推动液体循环从而把热量带出。这种冷却系统的稳定性完全依托其用的冷却管，其不但需要能够适应充电发热的高温环境，还需要耐受冷却液的腐蚀。
现有充电桩冷却液用冷却管的主要树脂材料为聚氨酯材料(TPU)，利用TPU易挤出和共混加工特性。同时，为使获得的冷却管满足耐高温、耐腐蚀的特性，往往需向主要树脂材料中引入耐腐蚀或耐高温助剂。现有技术通常通过添加硅胶共聚物或氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)实现其的耐高温和耐腐蚀性能。但是通过添加硅胶共聚物制成的冷却管太软，难以固定冷却液的流向路劲，应用性能差。通过添加FEP制成的冷却管，耐弯折性较差，在长久的弯折外力下，弯折处易破裂，造成冷却系统失效，甚至会造成充电桩温度过高发生自燃或爆炸。即这种冷却管存在使用寿命短，冷却系统失效风险大的缺点。
基于此，本发明提供了一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，以解决现有技术中用的冷却管耐弯折性差、寿命短的问题。
本发明要解决的技术问题：
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，包括TPU、改性尼龙纤维、弹性助剂经共混、挤出、造粒制成。
进一步地，所述共混温度为140-170℃，共混时间为20-60m i n。优选地，所述共混温度为150-165℃，共混时间为30-40m i n。
进一步地，所述挤出温度为165-240℃。优选地，所述挤出温度为170-235℃。
进一步地，所述TPU、改性尼龙纤维、弹性助剂的质量比为100:15-25:20-40。
进一步地，所述TPU为聚酯型TPU和聚醚型TPU按照质量比70-85:15-30混合组成。
进一步地，所述改性尼龙纤维包括以下步骤制成：
在氮气保护下，75-85℃下，将尼龙纤维浸入活化溶液中，搅拌1-1.5h后，再向活化溶液中加入丙烯腈，搅拌3-6h，停止反应，取出尼龙纤维，洗涤，然后在DMF中超声振荡除去均聚物，再次水洗，干燥，得改性尼龙纤维，其中，所述尼龙纤维、丙烯腈、活化溶液的质量比为1:2-3:10，所述活化溶液由过硫化钾和去离子水按照质量比0.01-0.03:70-90混合组成。
在上述反应过程中，向尼龙纤维表面接枝聚丙烯腈分子链，提高尼龙纤维的共混加工性。
进一步地，所述弹性助剂为硬性链和软性链交替构成的低聚超支化聚合物，具有良好的弹性性能和自修复性能，将其引入到TPU基料中，因其超支化聚合物较低的粘度，易共混特性，能够在TPU基料中均匀分散，赋予共混料良好的自修复能力，所述自修复能力能够将冷却管所受的弯折力(或外力)通过自修复键的被破坏和修复的循环过程，使冷却管即使在长久的外力作用下，也能保持良好的弹性，提高冷却管的使用寿命。
进一步地，所述硬性链由HD I三聚体提供。
进一步地，所述软性链由双氨基硅油提供。
进一步地，所述弹性助剂包括以下步骤制成：
将HD I三聚体、双氨基硅油和二氧六环混合均匀后，在80-90℃、氮气保护下，搅拌反应2-4h，停止反应，旋蒸，干燥，即得，其中，所述HD I三聚体、双氨基硅油的质量比为5-8:20-40。
进一步地，所述双氨基硅油包括以下步骤制成：
将八甲基环四硅氧烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷和催化剂苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶混合均匀，升温至40-50℃，减压去除水和甲醇，搅拌2h后，加入氨基封端剂，升温至80-85℃，搅拌反应12-14h，升温破坏催化剂活性，停止反应，减压旋蒸，即得，其中，八甲基环四硅氧烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、氨基封端剂的质量比为30-40:10-20:13-17，催化剂苄基三甲基氢氧化铵的加入质量为八甲基环四硅氧烷质量的5-8％；且所述双氨基硅油的相对分子质量为1500-2000；
进一步地，所述氨基封端剂为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
进一步地，所述充电桩冷水管用聚合物还包括抗氧化剂，以提高所述充电桩冷水管的抗氧化性能，所述抗氧化剂为本领域技术人员熟知的塑料加工添加剂，如四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧化剂1010)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮(抗氧化剂1790)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧化剂168)。
进一步地，所述充电桩冷水管用聚合物还包括加工助剂，以提高所述充电桩冷水管的易加工性，如润滑剂，所述润滑剂也为本领域技术人员熟知的塑料加工添加剂，如硬脂酸、硬脂酸钙、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺、石蜡、聚乙烯等。
本发明的有益效果：
为解决背景技术中的问题，本发明采用向TPU基料中加入改性尼龙纤维，以尼龙纤维为填料，提高TPU复合材料的机械性能，同时，为提高尼龙纤维与复合材料其他材料混合的加工性能，本发明采用了向尼龙纤维表面接枝聚丙烯腈分子链，利用聚丙烯腈分子链与所引入的弹性助剂分子链之间的物理或化学作用，以提高尼龙纤维与复合材料其他材料的界面作用，提高复合材料的整体性；
同时为提高复合材料的耐高温、耐腐蚀性能和弹性性能，本发明采用向TPU基料中引入弹性助剂，且所述弹性助剂为HD I三聚体构成的硬性链和双氨基硅油构成的软性链交替构成的低聚超支化聚合物，将其引入到TPU基料中，因其支化聚合物较低的粘度，易共混特性，能够在TPU基料中均匀分散，利用复合材料中互穿网络的形成，而且所述弹性助剂是由氨基和异氰酸酯基反应形成的超支化聚合物，因此含大量的脲基，可利用该脲基强的氢键作用，使得弹性助剂具有优异的自修复能力，进而赋予共混料修复能力，所述自修复能力能够将冷却管所受的弯折力(或外力)通过自修复键的被破坏和修复的循环过程，使冷却管即使在长久的外力作用下，也能保持良好的弹性，提高冷却管的使用寿命；且所述的双氨基硅油中含有硫基，该基团能够与改性尼龙纤维表面的接枝聚丙烯腈分子链中的双键发生光点击反应，生成硫醚结构，且硫醚结构具有优异的韧性、粘结性和抗氧性，进而提高了改性尼龙纤维与复合材料的界面性能，提高了冷却管内材料的互穿网络稳定性，提高了所得冷却管的耐腐蚀性、耐高温性和弹性性能。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
改性尼龙纤维：
在氮气保护下，75℃下，将10g尼龙纤维浸入活化溶液中，搅拌1.5h后，再向100g活化溶液中加入20g丙烯腈，搅拌3h，停止反应，取出尼龙纤维，洗涤，然后在DMF中超声振荡除去均聚物，再次水洗，干燥，得改性尼龙纤维，其中，所述活化溶液由过硫化钾和去离子水按照质量比0.01:70混合组成。
实施例2
改性尼龙纤维：
在氮气保护下，85℃下，将10g尼龙纤维浸入活化溶液中，搅拌1h后，再向100g活化溶液中加入30g丙烯腈，搅拌6h，停止反应，取出尼龙纤维，洗涤，然后在DMF中超声振荡除去均聚物，再次水洗，干燥，得改性尼龙纤维，其中，所述活化溶液由过硫化钾和去离子水按照质量比0.03:90混合组成。
实施例3
双氨基硅油：
将30g八甲基环四硅氧烷、20g 3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷和催化剂苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液(质量分数为0.5％)混合均匀，升温至40℃，减压去除水和甲醇，搅拌2h后，加入13g氨基封端剂，升温至80℃，搅拌反应12h，升温破坏催化剂活性，停止反应，减压旋蒸，即得，其中，催化剂苄基三甲基氢氧化铵的加入质量为八甲基环四硅氧烷质量的5％，所述氨基封端剂为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；且所述双氨基硅油的相对分子质量为1500-2000。
实施例4
双氨基硅油：
将40g八甲基环四硅氧烷、10g 3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷和催化剂苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液(质量分数为0.5％)混合均匀，升温至50℃，减压去除水和甲醇，搅拌2h后，加入13-17g氨基封端剂，升温至85℃，搅拌反应14h，升温破坏催化剂活性，停止反应，减压旋蒸，即得，其中，催化剂苄基三甲基氢氧化铵的加入质量为八甲基环四硅氧烷质量的8％，所述氨基封端剂为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；且所述双氨基硅油的相对分子质量为1500-2000。
实施例5
弹性助剂：
将5gHD I三聚体、20g实施例3制备的双氨基硅油和100mL二氧六环混合均匀后，在80℃、氮气保护下，搅拌反应4h，停止反应，旋蒸，干燥，即得。
实施例6
弹性助剂：
将8gHD I三聚体、40g实施例4制备的双氨基硅油和100mL二氧六环混合均匀后，在90℃、氮气保护下，搅拌反应2h，停止反应，旋蒸，干燥，即得。
实施例7
复合材料：
步骤一、按照以下质量比准备原料：TPU、实施例1制备的改性尼龙纤维、实施例5制备的弹性助剂的质量比为100:15:20；
步骤二、将上述原料经共混、挤出、造粒制成，其中，所述共混温度为150℃，共混时间为40mi n；所述挤出温度为170-235℃。
实施例8
复合材料：
步骤一、按照以下质量比准备原料：TPU、实施例1制备的改性尼龙纤维、实施例5制备的弹性助剂的质量比为100:20:30；
步骤二、将上述原料经共混、挤出、造粒制成，其中，所述共混温度为155℃，共混时间为35mi n；所述挤出温度为170-235℃。
实施例9
复合材料：
步骤一、按照以下质量比准备原料：TPU、实施例1制备的改性尼龙纤维、实施例5制备的弹性助剂的质量比为100:15-25:20-40；
步骤二、将上述原料经共混、挤出、造粒制成，其中，所述共混温度为165℃，共混时间为30mi n；所述挤出温度为170-235℃。
实施例10
复合材料：
步骤一、按照以下质量比准备原料：TPU、实施例1制备的改性尼龙纤维、实施例5制备的弹性助剂、抗氧化剂、润滑剂的质量比为100:15:20:2:0.5,所述抗氧化剂为抗氧化剂为1010，所述润滑剂为硬脂酸；
步骤二、与实施例7步骤二相同。
对比例1
复合材料：
与实施例7相比，将原料中的改性尼龙纤维等量份替换成尼龙纤维，其余相同。
对比例2
复合材料：
与实施例7相比，将原料中的弹性助剂等量份替换成甲基硅油，其余相同。
对比例3
复合材料：
与实施例7相比，将原料中的弹性助剂等量份替换成FEP，其余相同。
实施例11
将实施例7-10和对比例1-3所得发复合材料经成型工艺(辐照)，获得的冷却管，进行物性性能测试。
表1中给出了冷却管试样进行抗张强度、断裂伸长率、弯曲强度测试结果；
表2给出了冷却管的耐腐蚀性能测试结果，其中，耐腐蚀测试方法：将冷却管试样分别浸入903#油和质量浓度5％的氯化钠溶液中，观察不同条件后抗张强度变化率、断裂伸长率变化率和体积膨胀率，其中，903#油中处理条件：100±2℃/168H，质量浓度5％的氯化钠溶液中处理条件：70±2℃/56×24h；
表1
表2
| 耐903#油 | 氯化钠溶液 | |
| 单位 | ％ | ％ |
| 实施例7 | -2.4 | -3.6 |
| 实施例8 | -2.2 | -3.4 |
| 实施例9 | -2.3 | -3.3 |
| 实施例10 | -2.2 | -3.6 |
| 对比例1 | -7.2 | -8.9 |
| 对比例2 | -6.6 | -7.5 |
| 对比例3 | -2.1 | -3.5 |
从表1中的数据可以看出实施例7-10获得的冷却管具有优异的弹性性能和弯曲性能；从表2中的数据可以看出实施例7-10获得的冷却管具有优异的耐腐蚀性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，其特征在于：包括TPU、改性尼龙纤维和弹性助剂经共混、挤出、造粒制成；
所述TPU、改性尼龙纤维、弹性助剂的质量比为100:15-25:20-40；
所述改性尼龙纤维包括以下步骤制成：
在氮气保护，75-85℃下，将尼龙纤维浸入活化溶液中，搅拌1-1.5h后，再向活化溶液中加入丙烯腈，搅拌3-6h，停止反应，取出尼龙纤维，经后处理，得改性尼龙纤维，其中，所述活化溶液由过硫化钾和去离子水按照质量比0.01-0.03:70-90混合组成；
所述尼龙纤维、丙烯腈、活化溶液的质量比为1:2-3:10；
所述弹性助剂包括以下步骤制成：
将HDI三聚体、双氨基硅油和二氧六环混合均匀后，在80-90℃、氮气保护下，搅拌反应2-4h，停止反应，经后处理，即得；
所述HDI三聚体、双氨基硅油的质量比为5-8:20-40；
所述双氨基硅油包括以下步骤制成：
将八甲基环四硅氧烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷和催化剂苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液混合均匀，升温至40-50℃，减压，搅拌2h后，加入氨基封端剂，升温至80-85℃，搅拌反应12-14h，经后处理，即得。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，其特征在于：所述共混温度为140-170℃，共混时间为20-60min。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，其特征在于：所述挤出温度为165-240℃。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电桩冷水管用复合材料，其特征在于：所述TPU为聚酯型TPU和聚醚型TPU按照质量比70-85:15-30混合组成。
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