CN117986738A - 一种电机外壳用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电机外壳用聚丙烯复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，所述电机外壳用聚丙烯复合材料包括以下原料：聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料，其中，导热阻燃填料由以下方法制备而成：将甲基苯基乙烯基硅树脂、硫酸镁与碳化硅加入到甲醇中超声，然后加入椰壳粉搅拌，静置，干燥，煅烧，得到复合活性炭；将复合活性炭加入水中混合均匀，然后加入硫酸镧超声，再加入磷酸铵混合均匀，静置，过滤、洗涤，干燥，即得。本发明还提供了上述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法。本发明的电机外壳用聚丙烯复合材料具有良好的阻燃、导热和力学性能。

Description

一种电机外壳用聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种电机外壳用聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是通过丙烯的聚合反应制得的一种聚合物，呈白色蜡状，外观透明而轻。作为一种轻质通用塑料，聚丙烯具有卓越的耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和出色的加工性能，广泛用于器械、汽车、零部件、输送管道、化工容器、服装等生产领域。电机外壳在电机运行中扮演着重要角色，提供定位支撑、保护内部转子和电子线圈，并促进电机的散热。随着电子和电器设备向轻薄化、精巧化的发展，用塑料替代金属成为替代电机金属外壳的趋势。尽管聚丙烯材料具有许多优势，如易加工性和耐化学性，但其易燃性和导热性较差是存在的挑战。在应用于电机外壳时，这可能导致电机产生的热量难以有效散发，同时也存在一定的安全隐患。
为解决这些问题，可以通过添加填料来改善聚丙烯材料的导热性能、阻燃性能和机械性能。这些改进措施有助于提高聚丙烯在电机外壳中的性能，使其更适用于现代电子和电器设备的要求。中国专利CN201310358462公开了一种微电机外壳用改性聚丙烯材料，由下述组分制成：聚丙烯、玻璃纤维、相容剂、复合润滑分散剂、复合无卤阻燃剂、抗氧剂，所述复合润滑分散剂由光亮润滑剂TAS-2A、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸盐、聚乙烯蜡组成，所述复合无卤阻燃剂由有机硅树脂、纳米级三氧化二锑组成；该专利的改性聚丙烯材料具有较高的力学性能和一定的阻燃性，但是阻燃剂等填料用量大导致成本较高，此外上述改性聚丙烯材料的导热性能也有待提升。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电机外壳用聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明的电机外壳用聚丙烯复合材料通过添加特定的导热阻燃填料，可以在较低加入量的情况下有效提升复合材料的导热性能和阻燃性能，保证材料本身的优良性能不受影响。
本发明采用技术方案是：
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，包括以下原料：聚丙烯、玻璃纤维、相容剂马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料。
优选的，一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下重量份原料制备而成：50-100重量份聚丙烯、5-20重量份玻璃纤维、2-8重量份相容剂马来酸酐接枝聚丙烯、1-5重量份增塑剂、0.5-2重量份抗氧剂、1-5重量份分散剂、1-5重量份润滑剂、10-30重量份导热阻燃填料。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、环氧脂肪酸甲酯中任意一种。
优选的，所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比1-3:1组成的混合物。
优选的，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比0.5-2:1组成的混合物。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:1-2组成的混合物。
本发明上述电机外壳用的聚丙烯复合材料中各原料共同发挥作用实现了复合材料的优异性能。其中，玻璃纤维的加入可以进一步提高复合材料的机械强度、电绝缘性和耐久性，使其在应用中能够承受更大的负载，还能增强复合材料的耐高温性能，使其在高温环境下仍能保持结构完整性和强度。马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂提高了聚丙烯和玻璃纤维之间的黏结强度，增强了复合材料的整体机械性能。增塑剂如邻苯二甲酸二甲酯通过发挥增塑作用，改善聚丙烯的加工性能和柔韧性。聚乙烯蜡和乙撑双硬脂酰胺的混合物作为分散剂的主要作用是确保在复合材料中的各种原料如玻璃纤维、导热阻燃填料等能够均匀分散在聚丙烯基体中，均匀分散有助于提高复合材料的综合性能。季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙的混合物作为润滑剂可以有效降低复合材料中各原料之间的内部摩擦，提高加工性能，使得材料更易加工，这对于注塑、挤出等加工过程中的流动性和成型性非常重要。抗氧剂1330和抗氧剂1790的混合物共同提供了对不同氧化过程的抗氧化保护，防止复合材料在使用过程中由于氧气、紫外线等引起的氧化反应，从而提高材料的耐老化性能，延长了材料的使用寿命。
优选的，所述导热阻燃填料由以下方法制备而成：
将5-10重量份甲基苯基乙烯基硅树脂、1-3重量份硫酸镁与0.5-2重量份碳化硅加入到甲醇中超声，然后加入10-20重量份椰壳粉搅拌，密封后静置，结束后干燥，煅烧，得到复合活性炭；
将2-8重量份复合活性炭加入水中混合均匀，然后加入0.1-0.3重量份硫酸镧超声，再加入0.1-0.5重量份磷酸铵混合均匀，将pH调至中性，密封后静置，过滤、洗涤，干燥，得到所述导热阻燃填料。
本发明的导热阻燃填料与聚丙烯基体相容性好，可以同时提高复合材料的导热性能和阻燃性能，解决了传统阻燃剂喂料难、分散性差的缺点。
本发明通过镁离子与碳化硅对甲基苯基乙烯基硅树脂进行预处理，然后加入椰壳粉静置吸附并经过煅烧得到改性的镁硅复合活性炭，不仅作为载体，还可以起到导热通路的作用，最后将磷酸镧吸附于复合活性炭表面制得导热阻燃填料。其中，镁离子对甲基苯基乙烯基硅树脂进行预处理，通过与硅树脂相互作用增强其活性和亲和性，有助于后续添加物的吸附，煅烧后其转化为氧化镁，可以通过抑制火焰传播、降低火焰温度等方式发挥阻燃效果。碳化硅的引入提高了复合活性炭的导热性能，有助于提高整体导热性。磷酸镧通过水热处理被吸附到复合活性炭孔隙结构表面，在高温下磷酸镧分解释放出氧化镧，形成一层致密的氧化物保护层覆盖在材料表面，阻挡氧气的进入，减缓燃烧的进行，有助于进一步提高填料的阻燃性能。复合活性炭作为导热阻燃填料的载体，其表面经过改性和吸附后形成导热通路，有助于在聚丙烯基体中形成导热网络，提高整体导热性能。本发明的导热阻燃填料通过改性复合活性炭的形成，充分发挥了每个结构的作用，实现了导热性和阻燃性的双重功能。
优选的，所述导热阻燃填料由以下方法制备而成：
将5-10重量份甲基苯基乙烯基硅树脂、1-3重量份硫酸镁与0.5-2重量份碳化硅加入到30-50重量份甲醇中超声0.2-0.8h，超声功率为100-300W，然后加入10-20重量份椰壳粉搅拌1-3h，搅拌速率为200-500rpm，密封后静置5-10h，结束后在70-80℃干燥10-20h，再置于500-800℃、氮气气氛下煅烧3-6h，得到复合活性炭；
将2-8重量份复合活性炭加入70-120重量份水中混合均匀，然后加入0.1-0.3重量份硫酸镧超声0.2-0.8h，超声功率为100-300W，再加入0.1-0.5重量份磷酸铵混合均匀，将pH调至中性，密封后静置1-3h，过滤、洗涤，在70-80℃下干燥3-10h，得到所述导热阻燃填料。
在具体实施方式中聚丙烯，重均分子量：50万g/mol，Mw/Mn＝10。
在具体实施方式中玻璃纤维，长度：6-8mm，单丝直径：5-10μm。
在具体实施方式中马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率：1％，熔指(2.16kg/230℃)：9-20G/10min。
在具体实施方式中甲基苯基乙烯基硅树脂，乙烯基含量：5％，粘度：16000mpa.s，折光率：1.53。
在具体实施方式中碳化硅，粒径：5-10μm。
本发明还提供了上述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料加入混炼机中200-220℃熔融共混10-30min，再加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述电机外壳用聚丙烯复合材料。其中，挤出机各区温度分别为200-210℃、220-230℃、230-240℃、230-240℃。
本发明的有益效果：本发明制备的电机外壳用聚丙烯复合材料通过添加特定的导热阻燃填料，可以在较低加入量的情况下有效提升复合材料的导热性能和阻燃性能，保证材料本身的优良性能不受影响。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。
实施例1
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下原料制备而成：50重量份聚丙烯、5重量份玻璃纤维、2重量份马来酸酐接枝聚丙烯、1重量份邻苯二甲酸二甲酯、0.5重量份抗氧剂、1重量份分散剂、1重量份润滑剂、10重量份导热阻燃填料。
所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比1:1组成的混合物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比0.5:1组成的混合物。
所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:1组成的混合物。
所述导热阻燃填料由以下方法制备而成：
将8重量份甲基苯基乙烯基硅树脂、1.8重量份硫酸镁与1重量份碳化硅加入到45重量份甲醇中超声0.5h，超声功率为200W，然后加入15重量份椰壳粉(500目)搅拌1.5h，搅拌速率为300rpm，密封后静置8h，结束后在78℃干燥15h，再置于700℃、氮气气氛下煅烧5h，得到复合活性炭；
将5重量份复合活性炭加入100重量份水中混合均匀，然后加入0.2重量份硫酸镧超声0.5h，超声功率为200W，再加入0.3重量份磷酸铵混合均匀，将pH调至中性，密封后静置1.5h，过滤、洗涤，在78℃下干燥5h，得到所述导热阻燃填料。
所述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料加入混炼机中210℃熔融共混20min，再加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述电机外壳用聚丙烯复合材料。其中，挤出机各区温度分别为200℃、220℃、230℃、235℃。
实施例2
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下原料制备而成：70重量份聚丙烯、10重量份玻璃纤维、5重量份马来酸酐接枝聚丙烯、2重量份邻苯二甲酸二甲酯、1重量份抗氧剂、3重量份分散剂、2重量份润滑剂、15重量份导热阻燃填料。
所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比2:1组成的混合物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比1:1组成的混合物。
所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:1.5组成的混合物。
所述导热阻燃填料的制备方法与实施例1相同。
所述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下原料制备而成：100重量份聚丙烯、20重量份玻璃纤维、8重量份马来酸酐接枝聚丙烯、5重量份邻苯二甲酸二甲酯、2重量份抗氧剂、5重量份分散剂、5重量份润滑剂、30重量份导热阻燃填料。
所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比3:1组成的混合物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比2:1组成的混合物。
所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:2组成的混合物。
所述导热阻燃填料的制备方法与实施例1相同。
所述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下原料制备而成：70重量份聚丙烯、10重量份玻璃纤维、5重量份马来酸酐接枝聚丙烯、2重量份邻苯二甲酸二甲酯、1重量份抗氧剂、3重量份分散剂、2重量份润滑剂、15重量份导热阻燃填料。
所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比2:1组成的混合物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比1:1组成的混合物。
所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:1.5组成的混合物。
所述导热阻燃填料由以下方法制备而成：
将8重量份甲基苯基乙烯基硅树脂、1.8重量份硫酸镁与1重量份碳化硅加入到45重量份甲醇中超声0.5h，超声功率为200W，然后加入15重量份椰壳粉(500目)搅拌1.5h，搅拌速率为300rpm，密封后静置8h，结束后在78℃干燥15h，再置于700℃、氮气气氛下煅烧5h，得到所述导热阻燃填料。
所述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料加入混炼机中210℃熔融共混20min，再加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述电机外壳用聚丙烯复合材料。其中，挤出机各区温度分别为200℃、220℃、230℃、235℃。
实施例5
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下原料制备而成：70重量份聚丙烯、10重量份玻璃纤维、5重量份马来酸酐接枝聚丙烯、2重量份邻苯二甲酸二甲酯、1重量份抗氧剂、3重量份分散剂、2重量份润滑剂、15重量份导热阻燃填料。
所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比2:1组成的混合物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比1:1组成的混合物。
所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:1.5组成的混合物。
所述导热阻燃填料由以下方法制备而成：
将5重量份市售活性炭(500目)加入100重量份水中混合均匀，然后加入0.2重量份硫酸镧超声0.5h，超声功率为200W，再加入0.3重量份磷酸铵混合均匀，将pH调至中性，密封后静置1.5h，过滤、洗涤，在78℃下干燥5h，得到所述导热阻燃填料。
所述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料加入混炼机中210℃熔融共混20min，再加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述电机外壳用聚丙烯复合材料。其中，挤出机各区温度分别为200℃、220℃、230℃、235℃。
实施例6
一种电机外壳用聚丙烯复合材料，由以下原料制备而成：70重量份聚丙烯、10重量份玻璃纤维、5重量份马来酸酐接枝聚丙烯、2重量份邻苯二甲酸二甲酯、1重量份抗氧剂、3重量份分散剂、2重量份润滑剂、15重量份导热阻燃填料。
所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺以重量比2:1组成的混合物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙以重量比1:1组成的混合物。
所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790以重量比1:1.5组成的混合物。
所述导热阻燃填料由市售活性炭(500目)、碳化硅与聚磷酸铵以重量比15:1:1组成。
所述电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料加入混炼机中210℃熔融共混20min，再加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述电机外壳用聚丙烯复合材料。其中，挤出机各区温度分别为200℃、220℃、230℃、235℃。
测试例1
阻燃性：将上述实施例得到的电机外壳用聚丙烯复合材料注塑成型制成试样，参照标准GB/T 2406.2-2009测试氧指数，平行五组，取平均值。
表1.电机外壳用聚丙烯复合材料的氧指数
氧指数(％)
实施例1 39.3
实施例2 38.6
实施例3 40.5
实施例4 31.0
实施例5 32.2
实施例6 28.7
测试例2
导热性：将上述实施例得到的电机外壳用聚丙烯复合材料注塑成型制成试样，参照标准GB/T 3139-2005测试导热系数，平行五组，取平均值。
表2.电机外壳用聚丙烯复合材料的导热系数
导热系数(W/m·K)
实施例2 4.25
实施例5 0.93
实施例6 2.81
从上述结果可知，本发明制备的电机外壳用聚丙烯复合材料通过添加特定的导热阻燃填料，可以在较低加入量的情况下有效提升复合材料的导热性能和阻燃性能，其原因是本发明采用的导热阻燃填料通过镁离子与碳化硅对甲基苯基乙烯基硅树脂进行预处理，然后加入椰壳粉静置吸附并经过煅烧得到改性的镁硅复合活性炭，不仅作为载体，还可以起到导热通路的作用，最后将磷酸镧吸附于复合活性炭表面制得导热阻燃填料。其中，镁离子煅烧后转化为氧化镁，可以通过抑制火焰传播、降低火焰温度等方式发挥阻燃效果。碳化硅的引入提高了复合活性炭的导热性能，有助于提高整体导热性。磷酸镧通过水热处理被吸附到复合活性炭孔隙结构表面，在高温下磷酸镧分解释放出氧化镧，形成一层致密的氧化物保护层覆盖在材料表面，阻挡氧气的进入，减缓燃烧的进行，有助于进一步提高填料的阻燃性能。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下原料：聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料。
2.如权利要求1所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述导热阻燃填料由以下方法制备而成：
将5-10重量份甲基苯基乙烯基硅树脂、1-3重量份硫酸镁与0.5-2重量份碳化硅加入到甲醇中超声，然后加入10-20重量份椰壳粉搅拌，密封后静置，结束后干燥，煅烧，得到复合活性炭；将2-8重量份复合活性炭加入水中混合均匀，然后加入0.1-0.3重量份硫酸镧超声，再加入0.1-0.5重量份磷酸铵混合均匀，将pH调至中性，密封后静置，过滤、洗涤，干燥，得到所述导热阻燃填料。
3.如权利要求2所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，煅烧的条件为：500-800℃、氮气气氛下煅烧3-6h。
4.如权利要求1所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：50-100重量份聚丙烯、5-20重量份玻璃纤维、2-8重量份马来酸酐接枝聚丙烯、1-5重量份增塑剂、0.5-2重量份抗氧剂、1-5重量份分散剂、1-5重量份润滑剂、10-30重量份导热阻燃填料。
5.如权利要求1所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、环氧脂肪酸甲酯中任意一种。
6.如权利要求1所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺的混合物。
7.如权利要求1所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙的混合物。
8.如权利要求1所述的电机外壳用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1330、抗氧剂1790的混合物。
9.如权利要求1-8任一项所述的电机外壳用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、抗氧剂、分散剂、润滑剂、导热阻燃填料加入混炼机中熔融共混，再加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到所述电机外壳用聚丙烯复合材料。
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