一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料及其制备方法与流程

1.本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料及其制备方法。


背景技术：

2.近年来新能源汽车的发展已成为全球趋势，新能源汽车产业也已步入快速发展阶段。然而，新能源汽车核心痛点在于补能慢。正常情况下，一辆汽油车的补能时间约为5min，对比之下，新能源汽车充电50％时间远大于半小时。因此，充电慢、充电难制约着新能源汽车发展。解决新能源用户“补能难题”除了增设充电桩外，充电速度也需要快速提升。目前针对充电慢得现状，实现大功率超充有两种路线：大电流和高电压，而这将面临散热挑战。其中，充电桩作为新能源汽车的重要元器件之一，在长时间处于高电压大电流的状态使用时，导体会产生大量的热量，使得电缆整体温度升高，从而限制了电缆载流能力的提升，影响充电效率。除此之外，充电桩在充电过程中产生热量之大，若不及时散出，会造成极大地安全事故，因此，散热问题是充电桩系统推广建设必须解决的难题之一！
3.然而，充电桩中所使用的传统电缆料热导率很低(一般在0.2w
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左右)，导热能力极差。将高热导率填料加入高分子聚合物材料中可以有效改善复合材料的导热性能。但由于导热填料在聚合物基体中的分散性和相容性较差，容易在聚合物基体中发生团聚以及分散不均，填充量受限，极大程度上影响了导热性能的发挥；另外，充电桩电缆料作为新能源汽车的重要元器件之一，在柔软度和机械物理性能等方面都提出了较高要求，但是随着填充量的增加，使得电缆料机械性能显著降低。因此，在提高电缆料导热的同时并保证其机械性能是充电桩电缆料面临的一大挑战。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料及其制备方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是：本发明一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料，该充电桩电缆料的各个组分的重量份为：
6.[0007][0008]
进一步，所述相容剂为马来酸酐接枝epdm。
[0009]
进一步，所述分散剂为分子量4000的聚乙二醇、α-蒎烯树脂或二甲苯树脂中的一种或多种。
[0010]
进一步，所述防老剂为辛基化二苯胺、2-巯基苯并咪唑(防老剂rd)、2-巯基苯并咪唑(防老剂mb)、4,4-二(苯基异丙基)二苯胺或防老剂nbc的一种或多种。
[0011]
进一步，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物或2,4-二叔丁基过氧化异丙苯中的一种或多种。
[0012]
进一步，所述促进剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、n,n
′‑
间亚苯基双马来酰亚胺、助交联剂vp-4、s或三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或多种。
[0013]
进一步，所述的改性导热填料a包括占导热填料质量的0.05-1wt％的硅烷偶联剂，剩余为导热填料a；
[0014]
所述硅烷偶联剂为正辛基三乙氧基硅烷、kh-550、kh-560或kh-570；
[0015]
所述导热填料a为氧化铝、氮化硼及氮化铝的一种或多种。
[0016]
本发明的另一目的是提供一种制备如上述的充电桩电缆料的方法，该述方法具体包括以下步骤：
[0017]
s1)制备改性导热填料a；
[0018]
s2)按照配比分别三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油和分散剂，先将三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油、分散剂和s1)得到改性导热填料a的一半依次添加至密炼机中，温度设定85～100℃，混炼3～5min后排胶得母胶料；
[0019]
s3)将s2)得到的母胶料在65℃的开炼机塑炼后，加入聚四氟乙烯，继续塑炼均匀后加入剩余的填料a继续混炼3～5min后，最后依次加入防老剂、促进剂、交联剂开炼1～2min，待助剂完全混入胶料中后，打三角包6-10次，薄通3-5次后出片；
[0020]
s4)将混炼胶放入模具并置于平板硫化机中硫化，压力为10-15mpa，温度为175℃，保温保压15min，硫化后即可得到协同改性高导热绝缘充电桩电缆料。
[0021]
进一步，所述s1)中的改性处理具体为：
[0022]
s1.1)将导热填料a置于700～800℃的马弗炉中高温煅烧2～4h后备用；
[0023]
s1.2)将s1.1)处理后的导热填料a与一定量的硅烷偶联剂混合，超声分散2～6h
后，再在温度为45～75℃下加热搅拌4h，烘干，得到混合物料；
[0024]
s1.3)再将s1.2)处理后的混合物料放入球磨罐中，球磨2～4h，即得到、改性导热填料a。
[0025]
进一步，所述高导热绝缘充电桩电缆料的导热系数不小于1.36w
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,抗张强度11.1mpa,断裂伸长率243％。
[0026]
本发明的有益效果：由于采用上述技术方案，本发明通过高温处理以及干湿法联用对导热填料进行协同处理改性，利用不同处理方法之间的协同作用可以提高导热填料a在高分子基体中的分散性和相容性，并提高填充量，改善电缆料的导热性和机械性能。同时本发明的方法将导热填料和小料分两批次加入，使其与高分子基体混合更充分。本发明电缆料不仅具有优异的导热性和绝缘性，而且同时还具有良好的机械性能、耐臭氧、耐老化等优点，满足电动汽车充电用电缆标准(gb/t33594-2017)。
附图说明
[0027]
图1为本发明一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料的制备方法的流程框图。
[0028]
图2为采用本发明制备方法的实施例4中加改性处理导热填料a通过扫描电子显微镜对电缆料的微观形貌进行表征的结果示意图。
[0029]
图3为采用本发明制备方法的实施例4制备得到的高导热绝缘充电桩电缆料的力学测试曲线示意图。
具体实施方式
[0030]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0031]
本发明的改性导热填料a的改性填料采用氧化铝、氮化铝或氮化硼的一种或几种复配，并经过高温热处理、湿法改性和干法改性协同改性，再与一定比例的ptfe、相容剂、分散剂份、白炭黑、防老剂配合，同时添加原料时将改性导热填料a和小料分两批次加入，使其与高分子基体混合更充分，不仅使电缆料具有优异的导热性和绝缘性，而且同时还具有良好的机械性能、耐臭氧、耐老化等优点。
[0032]
实施例1
[0033]
三元乙丙橡胶95份、聚四氟乙烯5份、相容剂1份、石蜡油10份、白炭黑15份、改性导热填料125份、分散剂0.75、促进剂0.5份、防老剂3份、交联剂2份。
[0034]
相容剂为聚乙二醇，导热填料为氧化铝，促进剂为taic，防老剂为rd，交联剂为dcp。
[0035]
制备方法如下：制备改性填料a：
[0036]
改性导热填料由以下方法制得：a)高温热处理：将导热填料置于700-800℃的马弗炉中高温煅烧2h后备用；b)湿法改性：将高温处理后填料加入到0.5％的正辛基三乙氧基硅烷溶液中，超声分散2h后，再在一定温度下加热搅拌4h，烘干处理待用；c)干法改性：将烘干后的填料和kh550硅烷放入球磨罐中，球磨2h，其中硅烷所占导热填料质量的1wt％，即得到
处理后的改性导热填料a。
[0037]
将三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油、二分之一的改性导热填料a、分散剂依次添加至密炼机中，温度设定85℃，混炼3min后排胶得三元乙丙母胶料；
[0038]
将三元乙丙母胶料在65℃的开炼机塑炼后，加入聚四氟乙烯，继续塑炼均匀后加入剩余的填料a继续混炼3min后，最后依次加入防老剂、交联剂及促进剂开炼1min，待助剂完全混入胶料中后，打三角包10次，薄通3次后出片；
[0039]
将混炼胶放入模具并置于平板硫化机中硫化，压力为15mpa，温度为170℃，保温保压15min，硫化后即可得到高导热绝缘充电桩电缆料，如图1所示。
[0040]
实施例2
[0041]
三元乙丙橡胶95份、聚四氟乙烯5份、相容剂1份、石蜡油10份、白炭黑15份、改性导热填料165份、分散剂0.75份、促进剂0.5份、防老剂3份、交联剂2份。
[0042]
相容剂为聚乙二醇，导热填料为氧化铝，促进剂为taic，防老剂为rd，交联剂为dcp。其中，改性导热填料由以下方法制得：a)高温热处理：将导热填料置于700-800℃的马弗炉中高温煅烧2h后备用；b)湿法改性：将高温处理后填料加入到0.5％的正辛基三乙氧基硅烷溶液中，超声分散2h后，再在一定温度下加热搅拌4h，烘干处理待用；c)干法改性：将烘干后的填料和kh550硅烷放入球磨罐中，球磨2h，其中硅烷所占导热填料质量的1wt％，即得到处理后的改性导热填料a。
[0043]
高导热绝缘充电桩电缆料的制备方法：
[0044]
将三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油、二分之一的改性导热填料a、分散剂依次添加至密炼机中，温度设定85℃，混炼3min后排胶得三元乙丙母胶料；
[0045]
将三元乙丙母胶料在65℃的开炼机塑炼后，加入聚四氟乙烯，继续塑炼均匀后加入剩余的填料a继续混炼3min后，最后依次加入防老剂、交联剂及促进剂开炼1min，待助剂完全混入胶料中后，打三角包10次，薄通3次后出片；
[0046]
将混炼胶放入模具并置于平板硫化机中硫化，压力为15mpa，温度为175℃，保温保压15min，硫化后即可得到高导热绝缘充电桩电缆料。
[0047]
实施例3
[0048]
三元乙丙橡胶95份、聚四氟乙烯5份、相容剂1份、石蜡油10份、白炭黑15份、改性导热填料205份、分散剂0.75份、促进剂0.5份、防老剂3份、交联剂2份。
[0049]
相容剂为聚乙二醇，导热填料为氧化铝，促进剂为taic，防老剂为rd，交联剂为dcp。其中，改性导热填料由以下方法制得：a)高温热处理：将导热填料置于700-800℃的马弗炉中高温煅烧2h后备用；b)湿法改性：将高温处理后填料加入到0.5％的正辛基三乙氧基硅烷溶液中，超声分散2h后，再在一定温度下加热搅拌4h，烘干处理待用；c)干法改性：将烘干后的填料和kh550硅烷放入球磨罐中，球磨2h，其中硅烷所占导热填料质量的1wt％，即得到处理后的改性导热填料a。
[0050]
高导热绝缘充电桩电缆料的制备方法：
[0051]
将三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油、二分之一的改性导热填料a、分散剂依次添加至密炼机中，温度设定85℃，混炼3min后排胶得三元乙丙母胶料；
[0052]
将三元乙丙母胶料在65℃的开炼机塑炼后，加入聚四氟乙烯，继续塑炼均匀后加入剩余的填料a继续混炼3min后，最后依次加入防老剂、交联剂及促进剂开炼1min，待助剂
完全混入胶料中后，打三角包10次，薄通3次后出片；
[0053]
将混炼胶放入模具并置于平板硫化机中硫化，压力为15mpa，温度为175℃，保温保压15min，硫化后即可得到高导热绝缘充电桩电缆料。
[0054]
实施例4
[0055]
三元乙丙橡胶95份、聚四氟乙烯5份、相容剂1份、石蜡油10份、白炭黑15份、改性导热填料245份、分散剂0.75份、促进剂0.5份、防老剂3份、交联剂2份。
[0056]
相容剂为聚乙二醇，导热填料为氧化铝，促进剂为taic，防老剂为rd，交联剂为dcp。其中，改性导热填料由以下方法制得：a)高温热处理：将导热填料置于700-800℃的马弗炉中高温煅烧2h后备用；b)湿法改性：将高温处理后填料加入到0.5％的正辛基三乙氧基硅烷溶液中，超声分散2h后，再在一定温度下加热搅拌4h，烘干处理待用；c)干法改性：将烘干后的填料和kh550硅烷放入球磨罐中，球磨2h，其中硅烷所占导热填料质量的1wt％，即得到处理后的改性导热填料a，所得的改性导热填料a通过扫描电子显微镜对电缆料的微观形貌进行表征，如图2所示。
[0057]
高导热绝缘充电桩电缆料的制备方法：
[0058]
将三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油、二分之一的改性导热填料a、分散剂依次添加至密炼机中，温度设定85℃，混炼3min后排胶得三元乙丙母胶料；
[0059]
将三元乙丙母胶料在65℃的开炼机塑炼后，加入聚四氟乙烯，继续塑炼均匀后加入剩余的填料a继续混炼3min后，最后依次加入防老剂、交联剂及促进剂开炼1min，待助剂完全混入胶料中后，打三角包10次，薄通3次后出片；
[0060]
将混炼胶放入模具并置于平板硫化机中硫化，压力为15mpa，温度为175℃，保温保压15min，硫化后即可得到高导热绝缘充电桩电缆料，其力学测试曲线如图3所示。
[0061]
表1高导热绝缘充电桩电缆料中原料配方
[0062] 实施例1实施例2实施例3实施例4三元乙丙橡胶95959595聚四氟乙烯5555相容剂1111石蜡油10101010白炭黑15151515促进剂0.50.50.50.5防老剂3333交联剂2222分散剂0.750.750.750.75导热填料125165205245
[0063]
对实施例1-4制备得到的充电桩电缆料进行性能检测，其结果如下表二所示。
[0064]
表2测试结果
[0065]
[0066][0067]
上表的数据表明，实施例1-4制备的充电桩电缆料具有较优异的导热性能、绝缘性能、力学性能及抗老化性能。
[0068]
以上对本技术实施例所提供的一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料及其制备方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
[0069]
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
[0070]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0071]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料，其特征在于：所述充电桩电缆料的各个组分的重量份为：2.根据权利要求1所述的充电桩电缆料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝epdm，接枝率为1.2％。3.根据权利要求1所述的充电桩电缆料，其特征在于，所述分散剂为分子量4000的聚乙二醇、α-蒎烯树脂或二甲苯树脂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的充电桩电缆料，其特征在于，所述防老剂为辛基化二苯胺、2-巯基苯并咪唑(防老剂rd)、2-巯基苯并咪唑(防老剂mb)、4,4-二(苯基异丙基)二苯胺或防老剂nbc的一种或多种。5.根据权利要求1所述的充电桩电缆料，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物或2,4-二叔丁基过氧化异丙苯中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的充电桩电缆料，其特征在于，所述促进剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、n,n
′‑
间亚苯基双马来酰亚胺、助交联剂vp-4、s或三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的充电桩电缆料，其特征在于，所述的改性导热填料a包括占导热填料质量的0.05-1wt％的硅烷偶联剂，剩余为导热填料a；所述硅烷偶联剂为正辛基三乙氧基硅烷、kh-550、kh-560或kh-570；所述导热填料a为氧化铝、氮化硼及氮化铝的一种或多种。8.一种制备如权利要求1-7任意一项所述的充电桩电缆料的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：s1)制备改性导热填料a；s2)按照配比分别三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油和分散剂，先将三元乙丙橡胶生胶、相容剂、石蜡油、分散剂和s1)得到改性导热填料a的一半依次添加至密炼机中，温度设定85～100℃，混炼3～5min后排胶得母胶料；s3)将s2)得到的母胶料在65℃的开炼机塑炼后，加入聚四氟乙烯，继续塑炼均匀后加
入剩余的填料a继续混炼3～5min后，最后依次加入防老剂、促进剂、交联剂开炼1～2min，待助剂完全混入胶料中后，打三角包6-10次，薄通3-5次后出片；s4)将混炼胶放入模具并置于平板硫化机中硫化，压力为10-15mpa，温度为175℃，保温保压15min，硫化后即可得到协同改性高导热绝缘充电桩电缆料。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述s1)中的改性处理具体为：s1.1)将导热填料a置于700～800℃的马弗炉中高温煅烧2～4h后备用；s1.2)将s1.1)处理后的导热填料a与一定量的硅烷偶联剂混合，超声分散2～6h后，再在温度为45～75℃下加热搅拌4h，烘干，得到混合物料；s1.3)再将s1.2)处理后的混合物料放入球磨罐中，球磨2～4h，即得到、改性导热填料a。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高导热绝缘充电桩电缆料的导热系数可达1.36w
·
m-1
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k-1
,抗张强度11.1mpa,断裂伸长率243％。

技术总结
本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种协同改性高导热绝缘充电桩电缆料及其制备方法。该制备方法通过高温处理以及干湿法联用对导热填料进行协同处理改性，利用不同处理方法之间的协同作用可以提高导热填料A在高分子基体中的分散性和相容性，并提高填充量，改善电缆料的导热性和机械性能。同时本发明的方法将导热填料和小料分两批次加入，使其与高分子基体混合更充分。本发明电缆料不仅具有优异的导热性和绝缘性，而且同时还具有良好的机械性能、耐臭氧、耐老化等优点，满足电动汽车充电用电缆标准(GB/T33594-2017)。2017)。2017)。


技术研发人员：王小飞 张露露 张凡 石红义 虞锦洪
受保护的技术使用者：江西铜业技术研究院有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/5