一种新能源电池薄膜的PP无卤阻燃母粒及其制备方法与流程

一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及新能源电池薄膜材料技术领域，具体涉及一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒及其制备方法。


背景技术：

2.传统的聚丙烯pp材料阻燃，采用的阻燃剂有溴系、以及多聚磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐等磷-氮混配体系。
3.其中，pp溴系阻燃存在的问题是有卤不环保问题，尤其在新能源汽车动力电池，对溴系的规避以及电性能cti提不上来等安全问题。无卤磷-氮混配阻燃剂体系目前存在添加量大，大约20-30％质量百分比甚至更高，即使这样大的添加量也只能达到1.6mm厚度或者2.0mm厚度的ul 94-v0阻燃等级。
4.然而，新能源电池组使用场景需要的厚度0.375mm、0.175mm甚至更薄壁的厚度，就很难达到阻燃等级ul 94-v0的标准，即使继续提高磷-氮混配体系的阻燃剂添加份量，仍达不到ul 94-v0的阻燃等级，这是磷-氮体系结构和阻燃机理决定的，同时，阻燃剂添加量20-40％的比例，不仅破坏了pp物性，同时磷也易于析出表面，测试燃烧时伴随滴落现象。当下新能源动力电池或者储能电池领域，一直期待有一种pp阻燃薄膜材料，真正实现无卤、不滴落、高cti、以及0.175mm甚至更薄壁的厚度阻燃的薄膜材料，应用于新能源行业。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，高cti值，可以提高新能源动力电池组的安全性和可靠性，且具有阻燃稳定性高、良好的机械稳定性以及优秀的电性能等特点；该阻燃母粒应用于聚丙烯制备薄膜，在0.175mm厚度薄膜阻燃等级仍能达到vtm-v0级。
6.本发明的另一目的在于提供一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
7.本发明的目的通过下述技术方案实现：一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，包括如下重量份的原料：
[0008][0009]
本发明薄壁pp无卤不滴落高cti/600v阻燃母粒，采用了硅系列阻燃剂为主，其他功能性阻燃剂为辅助，附加特殊的加工工艺，保证的材料功能性需求，以及加工成型需求。
[0010]
优选的，所述有机硅阻燃剂为有机倍半硅氧烷；所述阻燃协效剂为次磷酸盐。
[0011]
优选的，所述有机倍半硅氧烷为无规倍半硅氧烷、梯形倍半硅氧烷、桥型倍半硅氧烷和笼型倍半硅氧烷中的至少一种。
[0012]
更优选的，所述有机倍半硅氧烷的型号选自fr-si9800、hy-sifr或sifr-9500；所述次磷酸盐为次磷酸钠、次磷酸钙或次磷酸铵。
[0013]
优选的，所述耐火填料为改性滑石粉和/或高岭土。
[0014]
优选的，所述改性滑石粉为经甲基苯基硅氧烷浸泡处理的滑石粉。
[0015]
优选的，所述陶瓷化成炭剂为陶瓷化硼酸锌。
[0016]
优选的，所述抗滴落剂为三菱抗滴落剂a3000。
[0017]
优选的，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶。
[0018]
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：上述的新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0019]
(s1)、按重量份取聚丙烯、有机硅阻燃剂、耐火填料、阻燃协效剂、陶瓷化成炭剂、抗滴落剂、硅酮粉、ams树脂和硅橡胶，备用；
[0020]
(s2)、将聚丙烯、抗滴落剂、硅酮粉、陶瓷化成炭剂和ams树脂混合，在600-1000rpm转速下搅拌2-5min，然后再加入耐火填料、有机硅阻燃剂、阻燃协效剂和硅橡胶，在300-500rpm转速下搅拌8-12min，得到混合材料；
[0021]
(s3)、将步骤(s2)的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机在一定温度和转速下挤出造粒，过筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0022]
优选的，所述高扭矩双螺杆挤出机的下料口采用翻滚密炼工艺；混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，双锥强制喂料机的喂料转速为20-40hz；所述高扭矩双螺杆挤出机的挤出温度为180-220℃、主机转速为300-500rpm。
[0023]
更优选的，步骤(s3)中，过筛的目数为100-200目。
[0024]
本发明的有益效果在于：
[0025]
(1)、本发明的新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，以有机倍半硅氧烷作为主要阻燃剂，采用次磷酸盐进行协效阻燃，而加入的耐火填料起到耐燃作用和提高材料cti值，且与陶瓷化成炭剂协同作用，在燃烧过程中形成更难燃的微小粒子从而达到更好的阻燃效果，硅酮粉起到优异的分散作用，硅橡胶有效改善了大量填充物对材料整体的韧性影响，而抗滴落剂a3000和ams树脂的加入，赋予聚丙烯材料的分散性能的同时也提供更好的成膜性能；相比传统的抗滴落剂，本发明的抗滴落剂a3000分散性好，对聚丙烯材料的成膜稳定性更佳。
[0026]
(2)、本发明的新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，实现聚丙烯pp薄壁化0.05-0.375mm阻燃达到v0级，以及高cti值，同时表面不析出；是动力电池和储能电池组最需求的性能，本发明正好弥补了当下电池板块隔膜片或绝缘片防火性能不足、以及电性能cti值不够高的缺陷。
[0027]
(3)、本发明的pp无卤阻燃母粒的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
具体实施方式
[0028]
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0029]
实施例1
[0030]
一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0031]
步骤一：在高速罐中加入聚丙烯60kg、三菱抗滴落剂a30002.5kg、硅酮粉gt602.5kg、陶瓷化硼酸锌2.5kg、ams树脂2.5kg，在高速罐转速为800rpm条件下搅拌3min，然后再加入经甲基苯基硅氧烷浸泡处理的滑石粉5kg、有机倍半硅氧烷fr-si980015kg、次磷酸钠8kg、二甲基硅橡胶2kg，在高速罐转速为400rpm条件下搅拌10min，得到混合材料；
[0032]
步骤二：高扭矩双螺杆挤出机的温度为：210℃，把主机转速设定为：400rpm，然后把步骤一的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机挤出造粒，其下料口采用翻滚密炼工艺，混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，喂料转速为30hz，控制双锥转速12r/min，过170目筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0033]
实施例2
[0034]
一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0035]
步骤一：在高速罐中加入聚丙烯30kg、三菱抗滴落剂a30004kg、硅酮粉gt604kg、陶瓷化硼酸锌5kg、ams树脂4kg，在高速罐转速为800rpm条件下搅拌3min，然后再加入经甲基苯基硅氧烷浸泡处理的滑石粉5kg、有机倍半硅氧烷fr-si980026kg、高岭土5kg、次磷酸钠15kg、二甲基硅橡胶2kg，在高速罐转速为400rpm条件下搅拌10min，得到混合材料；
[0036]
步骤二：高扭矩双螺杆挤出机的温度为：210℃，把主机转速设定为：400rpm，然后把步骤一的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机挤出造粒，其下料口采用翻滚密炼工艺，混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，喂料转速为30hz，控制双锥转速12r/min，过170目筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0037]
实施例3
[0038]
一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0039]
步骤一：在高速罐中加入聚丙烯30kg、三菱抗滴落剂a30004kg、硅酮粉gt604kg、陶瓷化硼酸锌5kg、ams树脂4kg，在高速罐转速为800rpm条件下搅拌3min，然后再加入有机倍半硅氧烷fr-si980026kg、高岭土10kg、次磷酸钠15kg、二甲基硅橡胶2kg，在高速罐转速为400rpm条件下搅拌10min，得到混合材料；
[0040]
步骤二：高扭矩双螺杆挤出机的温度为：210℃，把主机转速设定为：400rpm，然后把步骤一的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机挤出造粒，其下料口采用翻滚密炼工艺，混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，喂料转速为30hz，控制双锥转速12r/min，过170目筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0041]
对比例1
[0042]
一种pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0043]
步骤一：在高速罐中加入聚丙烯60kg、三菱抗滴落剂a30002.5kg、硅酮粉2.5kg、氧化锌1kg、焦磷酸哌嗪22kg，三聚氰胺聚磷酸盐app10212kg，在高速罐转速为600rpm条件下搅拌13min得到混合材料；
[0044]
步骤二：高扭矩双螺杆挤出机的温度为：210℃，把主机转速设定为：400rpm，然后把步骤一的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机挤出造粒，其下料口采用翻滚密炼工艺，混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，喂料转速为30hz，控制双锥转速12r/min，过170目筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0045]
对比例2
[0046]
一种pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0047]
步骤一：在高速罐中加入聚丙烯30kg、三菱抗滴落剂a30004kg、硅酮粉4kg、氧化锌1kg、焦磷酸哌嗪41kg，三聚氰胺聚磷酸盐app10220kg，在高速罐转速为600rpm条件下搅拌13min得到混合材料；
[0048]
步骤二：高扭矩双螺杆挤出机的温度为：210℃，把主机转速设定为：400rpm，然后把步骤一的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机挤出造粒，其下料口采用翻滚密炼工艺，混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，喂料转速为30hz，控制双锥转速12r/min，过170目筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0049]
对比例3
[0050]
一种pp无卤阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
[0051]
步骤一：在高速罐中加入聚丙烯62.5kg、三菱抗滴落剂a30002.5kg、硅酮粉gt602.5kg、ams树脂2.5kg，在高速罐转速为800rpm条件下搅拌3min，然后再加入经甲基苯基硅氧烷浸泡处理的滑石粉5kg、有机倍半硅氧烷fr-si980015kg、次磷酸钠8kg、二甲基硅橡胶2kg，在高速罐转速为400rpm条件下搅拌10min，得到混合材料；
[0052]
步骤二：高扭矩双螺杆挤出机的温度为：210℃，把主机转速设定为：400rpm，然后把步骤一的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机挤出造粒，其下料口采用翻滚密炼工艺，混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，喂料转速为30hz，控制双锥转速12r/min，过170目筛，得到pp无卤阻燃母粒。
[0053]
性能测试
[0054]
阻燃pp制样：取上述实施例1-3和对比例1-3的阻燃母粒，加入到pp中制样；
[0055]
具体地，按照下表1的比例把阻燃母粒加到pp中一起干燥，然后进行双螺杆挤出拉膜，把实验机的温度设置为：180-220℃，通过工艺以及调整模头分别得到0.175mm和0.375mm厚度的薄膜、以及注塑打板得到1.6mm厚度的阻燃样条以及测试cti样板，并对相关厚度的材料进行阻燃测试和cti测试。
[0056]
各试样原料用量百分比如下表1所示：
[0057]
表1
[0058]
项目实验组1实验组2实验组3对比组1对比组2对比组3聚丙烯pp105050105010实施例1的阻燃母粒90/////实施例2的阻燃母粒/50////实施例3的阻燃母粒//50///对比例1的阻燃母粒///90//对比例2的阻燃母粒////50/对比例3的阻燃母粒/////90
[0059]
各试样测试结果如下表2所示：
[0060]
表2
[0061][0062]
其中，阻燃测试采用ul94标准，cti测试采用iec 60112标准，拉伸性能测试采用gb/t 1040标准。
[0063]
通过上述测试结果可以看出，本发明制备的阻燃pp具有优异的阻燃性能，达到ul94 v0级(0.375mm厚)和vtm-v0(0.175mm厚)，且具有优异的耐漏电性能，cti值达到600v，真正实现无卤、不滴落、高cti、以及0.175mm甚至更薄壁的厚度阻燃的薄膜材料，适合应用于新能源行业。与对比组1相比，实验组1的阻燃母粒采用的特殊阻燃剂、耐火填料、陶瓷化成炭剂、协效阻燃剂和硅橡胶，对断裂伸长率、cti值和薄壁阻燃有预料不到的技术效果；与对比组2相比，实验组2的阻燃母粒采用的特殊阻燃剂、耐火填料、陶瓷化成炭剂、协效阻燃剂和硅橡胶，对断裂伸长率、cti值和薄壁阻燃有预料不到的技术效果。与对比组3相比，实验组1的阻燃母粒采用的陶瓷化成炭剂对0.175mm薄壁阻燃效果起到重要作用。
[0064]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于，包括如下重量份的原料：2.根据权利要求1所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述有机硅阻燃剂为有机倍半硅氧烷；所述阻燃协效剂为次磷酸盐。3.根据权利要求2所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述有机倍半硅氧烷为无规倍半硅氧烷、梯形倍半硅氧烷、桥型倍半硅氧烷和笼型倍半硅氧烷中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述耐火填料为改性滑石粉和/或高岭土。5.根据权利要求4所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述改性滑石粉为经甲基苯基硅氧烷浸泡处理的滑石粉。6.根据权利要求1所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述陶瓷化成炭剂为陶瓷化硼酸锌。7.根据权利要求1所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述抗滴落剂为三菱抗滴落剂a3000。8.根据权利要求1所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒，其特征在于：所述硅橡胶为二甲基硅橡胶。9.一种如权利要求1-8任意一项所述的新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(s1)、按重量份取聚丙烯、有机硅阻燃剂、耐火填料、阻燃协效剂、陶瓷化成炭剂、抗滴落剂、硅酮粉、ams树脂和硅橡胶，备用；(s2)、将聚丙烯、抗滴落剂、硅酮粉、陶瓷化成炭剂和ams树脂混合，在600-1000rpm转速下搅拌2-5min，然后再加入耐火填料、有机硅阻燃剂、阻燃协效剂和硅橡胶，在300-500rpm转速下搅拌8-12min，得到混合材料；(s3)、将步骤(s2)的混合材料经高扭矩双螺杆挤出机在一定温度和转速下挤出造粒，过筛，得到pp无卤阻燃母粒。
10.根据权利要求9所述的一种新能源电池薄膜的pp无卤阻燃母粒的制备方法，其特征在于：所述高扭矩双螺杆挤出机的下料口采用翻滚密炼工艺；混合材料通过双锥强制喂料机送入高扭矩双螺杆挤出机，双锥强制喂料机的喂料转速为20-40hz；所述高扭矩双螺杆挤出机的挤出温度为180-220℃、主机转速为300-500rpm。

技术总结
本发明涉及新能源电池薄膜材料技术领域，具体涉及一种新能源电池薄膜的PP无卤阻燃母粒及其制备方法，该PP无卤阻燃母粒，包括如下原料：聚丙烯、有机硅阻燃剂、耐火填料、阻燃协效剂、陶瓷化成炭剂、抗滴落剂、硅酮粉、AMS树脂和硅橡胶，实现聚丙烯PP薄壁化0.05-0.375mm阻燃达到V0级，以及高CTI值，同时表面不析出；是动力电池和储能电池组最需求的性能，本发明正好弥补了当下电池板块隔膜片或绝缘片防火性能不足、以及电性能CTI值不够高的缺陷。以及电性能CTI值不够高的缺陷。


技术研发人员：罗立才 王启瑶 刘卫 年福伟 黎许和
受保护的技术使用者：铨盛聚碳科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/28