一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料及其制备方法。

背景技术

新能源汽车行业的发展成为战略性新兴产业，随着该行业的逐步壮大，下游配套设备呈现出爆发式的增长，电缆行业是其下游配套设备中的重要材料。

目前，充电桩线缆高端市场为TPU材质，其中的TPU是一种热塑性弹性体材料，具有高强度、高回弹、环保、无毒安全、耐候、耐疲劳、耐高温、加工性能优越等特点，线缆多采用聚醚型TPU制备，但是其价格昂贵，生产成本较高。与此同时，中低端市场有研究采用改性PVC作为充电桩线缆的树脂加工材料，但是目前改性PVC 所制备的充电桩线缆，其机械性、耐磨性、耐候性、耐疲劳较差。

近年来，人们常常通过TPU改性PVC提升整体材料的耐磨性、回弹性、机械性等性能，然而TPU与PVC的相容性较差，两者作为线缆的主体树脂与无机阻燃剂、增塑剂、热稳定剂等共混所制备的改性PVC线缆材料不能很好的发挥TPU材料的优势，所获共混材料的机械性、阻燃性、耐候性等性能一般。

发明内容

现有技术中存在的问题是：TPU与PVC相容性较差，两者作为充电桩线缆的两种主体树脂与无机阻燃剂、增塑剂、热稳定剂等共混所制备的改性PVC线缆材料，其机械性、阻燃性、耐候性较为一般，有待于进一步提高。针对上述问题，本发明提供一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，以重量份数计，包括以下成分：

具体地，所述PVC树脂为3型树脂。

具体地，所述CPVC树脂为挤出级CPVC树脂，氯含量在67％-70％。

具体地，所述氯醋树脂为二元氯醋CKD。

具体地，所述TPU弹性体为聚酯型TPU PS455-218。

具体地，所述增塑剂包括偏苯三酸三辛酯、环氧大豆油中的至少一种。

具体地，所述钙锌复合稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、赛克(三(2-羟乙基)异氰尿酸酯)、水滑石、β-二酮按重量比2:3:0.3:1:0.2复配而成。

具体地，所述润滑剂包括单硬脂酸甘油酯(GMS)、氧化聚乙烯蜡(OPE)(氧化聚乙烯蜡AC-316A)、聚乙烯蜡(PE蜡AC-617A)中的至少一种。

具体地，所述无卤阻燃剂氢氧化铝、硼酸锌、磷酸三苯酯中的至少一种。

具体地，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1076、抗氧化剂618中的至少一种。

具体地，所述无机填料为轻质碳酸钙与纳米碳酸钙按重量比为3:1复配而成。

具体地，所述充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将配方量的PVC树脂、CPVC树脂、氯醋树脂、TPU弹性体、钙锌复合稳定剂、增塑剂、润滑剂、无卤阻燃剂、抗氧化剂、无机填料加入高速捏合机中进行加热搅拌均匀，得到混合料，加热温度为110℃；

(2)将步骤(1)得到的混合料加入到双螺杆造粒机中挤出造粒，得到复合粒料，挤出工艺如下：

双螺杆机筒温度设定为一区130℃-140℃；二区140℃-150℃；三区150℃-160℃，四区160℃-170℃，模头温度为170℃-175℃，主机转速为25-35rpm，喂料转速为30-40 rpm。

有益效果

(1)本发明所获充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料中的PVC树脂、CPVC 树脂、氯醋树脂CKD均由氯乙烯单体聚合而得，三者拥有良好的相容性和阻燃性能；

(2)本发明所获充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料成分中的CPVC树脂具有强极性和强内聚力，能有效改善复合电缆材料的耐化学腐蚀性、耐高温、阻燃性、力学强度及尺寸保持率；

(3)本发明所获充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料成分中的二元氯醋树脂CKD具有较低的玻璃化温度和良好的流动性，能有效改善CPVC加工难度大的问题，并且氯醋CKD具有较多含量醋酸乙烯酯组分(12％左右)，与聚酯型TPU结构中的聚酯多元醇结构相似，能大大改善材料整体的相容性，有利于提高复合材料的综合性能；

(4)本发明所获充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料具有较好的力学强度、耐高低温、耐磨、耐化学腐蚀、耐水解等特性，能长期在户外各种条件下进行使用。

具体实施方式

本发明以下实施例中所采用的PVC树脂为天业3型树脂粉，平均聚合度为1300。

本发明以下实施例中所采用的CPVC树脂为理文化工挤出级CPVC树脂，氯含量在67％-70％。

本发明以下实施例中所采用的氯醋树脂为洪汇二元氯醋CKD，醋酸乙烯酯组分为12％左右。

本发明以下实施例中所采用的TPU弹性体为亨斯曼聚酯型TPU PS455-218。

本发明以下实施例中所采用的无机填料为轻质碳酸钙与纳米碳酸钙按重量比为3:1复配而成，所述轻质碳酸钙的平均粒径为1300目，纳米碳酸钙的平均粒径为2500 目。

本发明以下实施例中所采用的钙锌复合稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、赛克(三(2-羟乙基)异氰尿酸酯)、水滑石、β-二酮按重量比2:3:0.3:1:0.2复配而成。

具体地，所述润滑剂包括GMS、氧化聚乙烯蜡AC-316A、PE蜡AC-617A中的至少一种。

具体地，所述无卤阻燃剂氢氧化铝、硼酸锌、磷酸三苯酯中的至少一种。

具体地，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1076、抗氧化剂618中的至少一种。

具体地，所述无机填料为轻质碳酸钙与纳米碳酸钙按重量比为3:1复配而成。

实施例1

一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，以重量份数计，组成如下：

所述增塑剂由偏苯三酸三辛酯与环氧大豆油按照重量比4:1组成。

所述无卤阻燃剂由氢氧化铝、硼酸锌、磷酸三苯酯按照重量比2:2:1组成。所述抗氧化剂由抗氧剂1076与抗氧剂618按照重量比1.5:0.8组成。

实施例2

一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，以重量份数计，组成如下：

所述增塑剂由偏苯三酸三辛酯与环氧大豆油按照重量比6:1组成。

所述无卤阻燃剂由氢氧化铝、硼酸锌、磷酸三苯酯按照重量比3:2:1组成。所述抗氧化剂由抗氧剂1076与抗氧剂618按照重量比6:1组成。

实施例3

一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，以重量份数计，组成如下：

所述增塑剂由偏苯三酸三辛酯与环氧大豆油按照重量比5:1组成。

所述无卤阻燃剂由氢氧化铝、硼酸锌、磷酸三苯酯按照重量比4:3:3组成。

所述抗氧化剂由抗氧剂1076与抗氧剂618按照重量比7:8组成。

实施例4

一种充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，以重量份数计，组成如下：

所述增塑剂由偏苯三酸三辛酯与环氧大豆油按照重量比11:2组成。

所述无卤阻燃剂由氢氧化铝、硼酸锌、磷酸三苯酯按照重量比2:1:1组成。

所述抗氧化剂由抗氧剂1076与抗氧剂618按照重量比4:1组成。

对比例1同实施例1，不同之处在于，对比例1中未添加CPVC树脂，其氯醋树脂CKD添加的重量份数为60份。

对比例2同实施例1，不同之处在于，对比例2中未添加氯醋树脂，其CPVC 树脂添加的重量份数为60份。

对比例3同实施例1，不同之处在于，对比例3中未添加CPVC树脂和氯醋树脂，其PVC树脂添加的重量份数为100份。

对比例4同实施例1，不同之处在于，对比例4中未添加氯醋树脂，其TPU树脂添加的重量份数为80份。

对比例5同实施例1，不同之处在于，对比例5中未添加CPVC树脂，其TPU 树脂添加的重量份数为60份。

对比例6同实施例1，不同之处在于，对比例6中未添加TPU树脂，其氯醋树脂CKD添加的重量份数为80份。

对比例7同实施例1，不同之处在于，对比例7所采用的氯醋树脂为洪汇二元氯醋树脂LA。

对比例8同实施例1，不同之处在于，对比例8所采用的TPU弹性体为万华1565IC 的聚酯型TPU弹性体。

具体制备过程

本发明实施例1-4以及对比例1-8充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，按照以下步骤制备：

(1)将配方量的PVC树脂、CPVC树脂、氯醋树脂、TPU弹性体、钙锌复合稳定剂、增塑剂、润滑剂、无卤阻燃剂、抗氧化剂、无机填料加入高速捏合机中进行加热搅拌均匀，得到混合料，加热温度为110℃；

(2)将步骤(1)得到的混合料加入到双螺杆造粒机中挤出造粒，得到复合粒料，挤出工艺如下：

双螺杆机筒温度设定为一区135℃；二区145℃；三区155℃，四区170℃，模头温度为170℃℃，主机转速为35rpm，喂料转速为30rpm。

性能评价

本发明实施例1-4以及对比例1-8所获充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料，进行相关性能评价。具体测试结果如表1、续表1所示。

拉伸强度、断裂伸长率：按照GB/T 1040.3-2006进行测试。

邵氏硬度：按照GB/T 2411-2008进行测试。

热变形、热失重(110℃×168h)：按照GB/T 2951.7-2008进行测试。

低温冲击脆化性能：按照GB/T 5470-2008进行测试，30次低温冲击试验破15 及15以下为合格。

介电强度：按照国标GB/T 8815-2008进行测试。

热老化(158℃×168h)：按照GB/T 2951.12-2008进行测试。

耐酸腐蚀(标准草酸溶液)、耐碱腐蚀(标准氢氧化钠溶液)：按照CQC 1103-2014进行测试。

热延伸试验(250℃，15min，20N/cm

极限氧指数：按照GB/T 2406-1993进行测试。

耐水解性(80℃×168h)：按照GB/T 2951.13-2008进行测试。

表1

续表1

通过表1中实施例1与对比例3的比较中，可以看出CPVC树脂和氯醋树脂CKD 的加入可明显提升复合材料的综合性能。通过实施例1与对比例1的比较，无CPVC 的加入，复合材料的拉伸强度明显下降，但由于氯醋树脂的存在，改善了整体组分的相容性，对比例1综合性能仍优于对比例3。通过对比例2的测试结果可知，无氯醋 CKD的存在，整体复合材料的相容性差，导致整体材料机械强度下降明显。通过实施例1与对比例4和对比例5的比较可知，由于对比例5中由于未添加CPVC，导致其耐酸碱性和耐水解性能发生显著下降，但由于组分中TPU树脂的占比较大，还含有氯醋树脂，其低温脆化性能、断裂伸长率、热老化等性能仍能保持在较高水平。反观对比例4，虽然与对比例1相比加入了更多的TPU弹性体，但因无氯醋树脂CKD 的加入，其低温脆化冲击及耐酸碱腐蚀、耐水解等性能劣化更明显。实施例1和对比例6的比较中可以看出无TPU弹性体的加入，整体材料刚性增强，邵氏硬度较大，不适合作为电缆材料使用。通过实施例1和对比例7的比较中可知，氯醋树脂中醋酸乙烯酯含量降低会影响与聚酯型TPU弹性体的相容性，间接降低了复合材料的综合性能，此外还对比另一款万华聚酯型TPU 1565IC(对比例8)，可看出亨斯曼聚酯型 TPU PS455-218更适合用于本文中的充电桩电缆材料改性。

综上，本发明提供的充电桩电缆用环保阻燃高强度复合材料与常见PVC/TPU改性电缆料相比，具有更高的拉伸强度及极限氧指数，表现出了优异的耐老化性，提升了产品的使用寿命的同时兼顾优异的耐酸碱、耐高低温、尺寸稳定、耐水解等特性。本发明通过创新的加入CPVC树脂和氯醋树脂CKD发挥协同效果，有效改善了复合电缆材料的耐化学腐蚀性、耐高温、阻燃性、拉伸强度及尺寸保持率，提升加工性和整体材料的相容性，产生了意想不到的效果，能有效的应用在充电桩电线电缆行业中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。