一种高压电容外壳的注塑工艺

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种高压电容外壳的注塑工艺。

背景技术

随着电子科技的发展，各类电子家电已逐渐普及进入千家万户，由此带来了电容元件的发展与兴盛，然而现有高压电容器元件常使用铝壳作为外壳材料，铝壳作为金属原料，具有着延展性好、易加工等优点，但是铝质在制备过程中常需要耗费大量的能源，且带来较重的环境污染，因而常导致铝价较高；且铝金属作为导电材料，利用其制备高压电容时，常需要在其与电容芯子之间注入绝缘油，以防止出现损坏，然而在使用过程中，由于温度变化以及加工工艺等问题，铝壳的高压电容易出现渗漏问题，造成安全隐患。因此有必要发明一种可以解决上述弊端的电容外壳，以满足市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压电容外壳的注塑工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高压电容外壳，具有以下特征：按重量份数计，所述高压电容外壳包括以下组分：30-40份双酚A型环氧树脂、25-35份支化阻燃环氧树脂、27-35.5份固化剂、10-15份阻燃无机填料、20-30份玻璃纤维、0.1-0.5份抗氧化剂。

进一步的，所述固化剂为马来酸酐、邻苯二甲酸酐、六氢苯酐中的任意一种或多种。

进一步的，所述阻燃无机填料为三氧化二锑；所述抗氧化剂为没食子酸丙酯。

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.将3,4,5-三羟基苯甲酸与丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入四丁基溴化铵，升温至85-95℃，回流反应6-12h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空干燥至恒重，得到端羟基预聚物；

S12.将步骤S11制备的端羟基预聚物溶于DMF中，冰水浴处理，加入四丁基溴化铵，混合均匀后，缓慢滴加至二氯二苯基硅烷中，滴加时间为2.5-4h，滴加结束后，升温至50-60℃，继续反应4-8h，使用去离子水洗涤至中性，真空干燥至恒重，得到含硅预聚体；

S13.氮气氛围保护，将苯硼酸溶于二氯乙烷中，冰水浴处理，得到苯硼酸溶液；将步骤S12制得的含硅预聚体溶于二氯乙烷中，缓慢滴加至苯硼酸溶液中，滴加结束后，升温至40-45℃，反应4-8h后，升温至70-80℃，继续反应4-8h，反应结束后，使用去离子水洗涤至中性，真空干燥至恒重，得到含硼硅预聚体；

S14.氮气氛围保护，将步骤S13制得的含硼硅预聚体溶于DMF中，加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与四丁基溴化铵，升温至85-95℃，反应4-8h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀3-5次后，收集沉淀物，并真空干燥至恒重，得到支化阻燃环氧树脂；

S2.将阻燃无机填料、玻璃纤维、抗氧化剂加入至支化阻燃环氧树脂中，搅拌分散30-45min后，加入双酚A环氧树脂，继续混合30-45min后，加入固化剂，混合10-15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至100-110℃，保温2-4h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

进一步的，按摩尔份数计，步骤S11中，3,4,5-三羟基苯甲酸、丁基缩水甘油醚与四丁基溴化铵的摩尔比为1：(0.8-1.1)：(0.03-0.05)。

进一步的，步骤S12中，按摩尔份数计，所述端羟基预聚物、四丁基溴化铵与二氯二苯基硅烷的摩尔比为1：：(0.03-0.05)：(3.5-4.5)。

进一步的，步骤S13中，按摩尔份数计，所述苯硼酸、含硅预聚体的摩尔比为(3.5-4.2)：1。

进一步的，步骤S14中，按摩尔份数计，所述含硼硅预聚体、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四丁基溴化铵的摩尔比为1：(3.5-4.5)：(0.05-0.08)。

本发明为避免铝壳电容的缺陷，使用了环氧树脂作为高压电容的外壳，但是单纯的环氧树脂并不足以满足电容外壳需求，因此本发明首先制备了具有支化结构与阻燃功能的支化阻燃环氧树脂；

本发明首先使用了3,4,5-三羟基苯甲酸作为核心分子，并将其与丁基缩水甘油醚混合反应，利用羧酸基团与环氧基反应，在3,4,5-三羟基苯甲酸进一步地接枝了羟基基团，之后将其与二氯二苯基硅烷混合，使二氯二苯基硅烷上的氯原子与羟基反应，将二氯二苯基硅烷接枝到3,4,5-三羟基苯甲酸上，且本发明在此过程中严格限定了反应温度与滴加顺序，在冰水浴环境下抑制反应体系活性，将端羟基预聚物滴加至二氯二苯基硅烷，使得端羟基预聚物优先与二氯二苯基硅烷中的活跃氯原子发生反应，从而将确保将二氯二苯基硅烷引入3,4,5-三羟基苯甲酸上的同时，保留有足够的反应基团参与后续反应；

在此基础上，本申请进一步地加入了苯硼酸，并限制滴加顺序与反应温度，从而将硼元素引入反应体系内，之后使用三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与其反应，从而制备得到端环氧基的支化阻燃环氧树脂；

本发明制备的支化阻燃环氧树脂具有球形结构，黏度小，具有较高的流动性，可以增加无机阻燃粒子以及玻璃纤维等物质在环氧树脂体系中饿分散性，且本发明在制备过程中，还在支化阻燃环氧树脂引入了硼元素与硅氧烷，硼元素在燃烧过程会生成硼酸或氧化硼等物质，在高温条件下会与环氧树脂基体热解产生的不稳定碳原子结合，从而抑制其高温挥发，抑制可燃气体生成，提高残碳量，进而保护环氧树脂内部基体，阻止燃烧反应的蔓延；硅氧烷则可以作为柔性链段分布在环氧树脂交联网络中，改善环氧树脂固化后脆性较大的问题，且燃烧时，硅元素可以辅助生成含硅碳壳层，进一步地增加碳壳层的阻燃性能，从而提高环氧树脂的阻燃能力。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明使用环氧树脂作为高压电容外壳材料，可以充分避免铝质外壳所面临的铝元素导电的问题，从而可以避免绝缘填充油的添加，从而可以免除渗漏问题的侵扰，且本发明所制备的环氧树脂外壳在其中引入了硅氧烷，可以充分增强环氧树脂的韧性，避免环氧树脂脆性过大，易开裂的问题；且本发明还在环氧树脂中引入了硼元素，与硅氧烷相互协同，进一步的提高了本发明制备的环氧树脂外壳的阻燃性能。

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，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。

本发明实施例与对比例中所使用的双酚A型环氧树脂为昆山南亚电子材料售卖的NPEL-128型环氧树脂；3,4,5-三羟基苯甲酸由湖北宏瀚生物科技有限公司购得；丁基缩水甘油醚为上海阿拉丁生化科技股份有限公司售卖的B152235型丁基缩水甘油醚；二氯二苯基硅烷由山东昌耀新材料有限公司购得；苯硼酸由山东力昂新材料科技有限公司购得；三羟甲基丙烷三缩水甘油醚由武汉贝乐叶生物医药科技有限公司购得；三氧化二锑由百运渡(上海)生物科技有限公司购得；玻璃纤维为河南高泽耐材有限公司售卖的ZC-6038型玻璃纤维；没食子酸丙酯由江苏久佳生物科技有限公司购得；

实施例1.

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.按摩尔份数计，将1份3,4,5-三羟基苯甲酸与0.8份丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入0.03份四丁基溴化铵，升温至85℃，回流反应6h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空60℃干燥至恒重，得到端羟基预聚物；邻苯二甲酸酐由广州西陇精细化工技术有限公司购得；

S12.将1份步骤S11制备的端羟基预聚物溶于DMF中，氮气氛围保护，冰水浴处理至恒温后，加入0.03份四丁基溴化铵，混合均匀后，缓慢滴加至3.5份二氯二苯基硅烷中，滴加时间为2.5h，滴加结束后，升温至50℃，继续反应4h，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硅预聚体；

S13.氮气氛围保护，将3.5份苯硼酸溶于10份二氯乙烷中，冰水浴处理至恒温，得到苯硼酸溶液；将1份步骤S12制得的含硅预聚体溶于5份二氯乙烷中，缓慢滴加至苯硼酸溶液中，滴加时间为2h，滴加结束后，升温至40℃，反应4h后，再次升温至70℃，继续反应4h，反应结束后，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硼硅预聚体；

S14.氮气氛围保护，将1份步骤S13制得的含硼硅预聚体溶于10份DMF中，加入3.5份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与0.05份四丁基溴化铵，升温至85℃，反应4h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀3次后，收集沉淀物，并真空80℃干燥至恒重，得到支化阻燃环氧树脂；

S2.按重量份数计，将10份三氧化二锑、20份玻璃纤维、0.1份没食子酸丙酯加入至25份支化阻燃环氧树脂中，搅拌分散30min后，加入30份双酚A环氧树脂，继续混合30min后，加入27份邻苯二甲酸酐固化剂，混合15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至100℃，保温2h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

实施例2.

与实施例1相比，本实施例增加了步骤S12中二氯二苯基硅烷的添加量；

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.按摩尔份数计，将1份3,4,5-三羟基苯甲酸与0.8份丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入0.03份四丁基溴化铵，升温至85℃，回流反应6h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空60℃干燥至恒重，得到端羟基预聚物；

S12.将1份步骤S11制备的端羟基预聚物溶于DMF中，氮气氛围保护，冰水浴处理至恒温后，加入0.03份四丁基溴化铵，混合均匀后，缓慢滴加至4.5份二氯二苯基硅烷中，滴加时间为2.5h，滴加结束后，升温至50℃，继续反应4h，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硅预聚体；

S13.氮气氛围保护，将3.5份苯硼酸溶于10份二氯乙烷中，冰水浴处理至恒温，得到苯硼酸溶液；将1份步骤S12制得的含硅预聚体溶于5份二氯乙烷中，缓慢滴加至苯硼酸溶液中，滴加时间为2h，滴加结束后，升温至40℃，反应4h后，再次升温至70℃，继续反应4h，反应结束后，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硼硅预聚体；

S14.氮气氛围保护，将1份步骤S13制得的含硼硅预聚体溶于10份DMF中，加入3.5份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与0.05份四丁基溴化铵，升温至85℃，反应4h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀3次后，收集沉淀物，并真空80℃干燥至恒重，得到支化阻燃环氧树脂；

S2.按重量份数计，将10份三氧化二锑、20份玻璃纤维、0.1份没食子酸丙酯加入至25份支化阻燃环氧树脂中，搅拌分散30min后，加入30份双酚A环氧树脂，继续混合30min后，加入27份邻苯二甲酸酐固化剂，混合15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至100℃，保温2h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

实施例3.

与实施例1相比，本实施例增加了步骤S13中苯硼酸的添加量；

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.按摩尔份数计，将1份3,4,5-三羟基苯甲酸与0.8份丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入0.03份四丁基溴化铵，升温至85℃，回流反应6h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空60℃干燥至恒重，得到端羟基预聚物；

S12.将1份步骤S11制备的端羟基预聚物溶于DMF中，氮气氛围保护，冰水浴处理至恒温后，加入0.03份四丁基溴化铵，混合均匀后，缓慢滴加至3.5份二氯二苯基硅烷中，滴加时间为2.5h，滴加结束后，升温至50℃，继续反应4h，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硅预聚体；

S13.氮气氛围保护，将4.2份苯硼酸溶于10份二氯乙烷中，冰水浴处理至恒温，得到苯硼酸溶液；将1份步骤S12制得的含硅预聚体溶于5份二氯乙烷中，缓慢滴加至苯硼酸溶液中，滴加时间为2h，滴加结束后，升温至40℃，反应4h后，再次升温至70℃，继续反应4h，反应结束后，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硼硅预聚体；

S14.氮气氛围保护，将1份步骤S13制得的含硼硅预聚体溶于10份DMF中，加入3.5份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与0.05份四丁基溴化铵，升温至85℃，反应4h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀3次后，收集沉淀物，并真空80℃干燥至恒重，得到支化阻燃环氧树脂；

S2.按重量份数计，将10份三氧化二锑、20份玻璃纤维、0.1份没食子酸丙酯加入至25份支化阻燃环氧树脂中，搅拌分散30min后，加入30份双酚A环氧树脂，继续混合30min后，加入27份邻苯二甲酸酐固化剂，混合15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至100℃，保温2h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

实施例4.

与实施例1相比，本实施例增加了步骤S2中支化阻燃环氧树脂的添加量；

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.按摩尔份数计，将1份3,4,5-三羟基苯甲酸与0.8份丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入0.03份四丁基溴化铵，升温至85℃，回流反应6h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空60℃干燥至恒重，得到端羟基预聚物；

S12.将1份步骤S11制备的端羟基预聚物溶于DMF中，氮气氛围保护，冰水浴处理至恒温后，加入0.03份四丁基溴化铵，混合均匀后，缓慢滴加至3.5份二氯二苯基硅烷中，滴加时间为2.5h，滴加结束后，升温至50℃，继续反应4h，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硅预聚体；

S13.氮气氛围保护，将3.5份苯硼酸溶于10份二氯乙烷中，冰水浴处理至恒温，得到苯硼酸溶液；将1份步骤S12制得的含硅预聚体溶于5份二氯乙烷中，缓慢滴加至苯硼酸溶液中，滴加时间为2h，滴加结束后，升温至40℃，反应4h后，再次升温至70℃，继续反应4h，反应结束后，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硼硅预聚体；

S14.氮气氛围保护，将1份步骤S13制得的含硼硅预聚体溶于10份DMF中，加入3.5份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与0.05份四丁基溴化铵，升温至85℃，反应4h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀3次后，收集沉淀物，并真空80℃干燥至恒重，得到支化阻燃环氧树脂；

S2.按重量份数计，将10份三氧化二锑、20份玻璃纤维、0.1份没食子酸丙酯加入至35份支化阻燃环氧树脂中，搅拌分散30min后，加入30份双酚A环氧树脂，继续混合30min后，加入27份邻苯二甲酸酐固化剂，混合15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至100℃，保温2h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

实施例5.

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.按摩尔份数计，将1份3,4,5-三羟基苯甲酸与1.1份丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入0.05份四丁基溴化铵，升温至95℃，回流反应12h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空60℃干燥至恒重，得到端羟基预聚物；

S12.将1份步骤S11制备的端羟基预聚物溶于DMF中，氮气氛围保护，冰水浴处理至恒温后，加入0.05份四丁基溴化铵，混合均匀后，缓慢滴加至4.5份二氯二苯基硅烷中，滴加时间为4h，滴加结束后，升温至60℃，继续反应8h，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硅预聚体；

S13.氮气氛围保护，将4.2份苯硼酸溶于10份二氯乙烷中，冰水浴处理至恒温，得到苯硼酸溶液；将1份步骤S12制得的含硅预聚体溶于5份二氯乙烷中，缓慢滴加至苯硼酸溶液中，滴加时间为4h，滴加结束后，升温至45℃，反应4h后，再次升温至80℃，继续反应8h，反应结束后，使用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥至恒重，得到含硼硅预聚体；

S14.氮气氛围保护，将1份步骤S13制得的含硼硅预聚体溶于10份DMF中，加入4.5份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与0.08份四丁基溴化铵，升温至95℃，反应8h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀5次后，收集沉淀物，并真空80℃干燥至恒重，得到支化阻燃环氧树脂；

S2.按重量份数计，将15份三氧化二锑、30份玻璃纤维、0.5份没食子酸丙酯加入至35份支化阻燃环氧树脂中，搅拌分散45min后，加入40份双酚A环氧树脂，继续混合45min后，加入35.5份邻苯二甲酸酐固化剂，混合15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至110℃，保温4h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

对比例1.

与实施例5相比，本对比例未添加二氯二苯基硅烷与苯硼酸对环氧树脂进行改性；

一种高压电容外壳的注塑工艺，包括以下步骤：

S1.制备支化阻燃环氧树脂；

S11.按摩尔份数计，将1份3,4,5-三羟基苯甲酸与1.1份丁基缩水甘油醚溶于DMF中，氮气氛围保护，加入0.05份四丁基溴化铵，升温至95℃，回流反应12h后，使用去离子水萃取，分离有机相，并使用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空60℃干燥至恒重，得到端羟基预聚物；

S12.氮气氛围保护，将1份端羟基预聚物溶于10份DMF中，加入4.5份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚与0.08份四丁基溴化铵，升温至95℃，反应8h后，使用热去离子水与乙醚洗涤沉淀5次后，收集沉淀物，并真空80℃干燥至恒重，得到支化环氧树脂；

S2.按重量份数计，将15份三氧化二锑、30份玻璃纤维、0.5份没食子酸丙酯加入至35份支化环氧树脂中，搅拌分散45min后，加入40份双酚A环氧树脂，继续混合45min后，加入35.5份邻苯二甲酸酐固化剂，混合15min，得到混合料；

S3.将混合料注塑到模具内，升温至110℃，保温4h后，脱模取出，得到高压电容外壳。

检测：根据ASTM-D638检测实施例1-5与对比例1的拉伸强度与断裂伸长率，检测条件为50mm/min；根据ASTmM-D790检测实施例1-5与对比例1的弯曲强度与弯曲模量，检测条件为5mm/min；依据ASTM-D256检测实施例1-5与对比例1的缺口冲击强度，检测条件为1/8",23℃；依据ASTM-D1238检测实施例1-5与对比例1的熔融指数，检测条件为230℃/2.16kg；依据ASTM-D955检测实施例1-5与对比例1的成型收缩率；依据ASTM-D648检测实施例1-5与对比例1的热变形温度，检测条件分别为0.46MPa、1.82MPa，依据UL94检测检测实施例1-5与对比例1的阻燃性能；检测结果见下表：

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。