CN113817319A - 一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新能源汽车电池包上盖用连续玄武岩纤维增强聚苯硫醚阻燃材料及其制备方法，涉及工程塑料改性技术领域；该阻燃材料由47～88份PPS树脂、45～50份连续玄武岩纤维、3～5份相容剂、1～2份抗氧剂和4～5份PPS基阻燃母粒组成。其制备方法包括：首先制备PPS基阻燃母粒；其次批混PPS树脂、相容剂和抗氧剂获得预混料；最后将预混料由主喂料、PPS基阻燃母粒由侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出成条，经冷却、牵引与切粒后获得该阻燃材料。本发明连续玄武岩纤维增强PPS阻燃材料具有力学强度高、阻燃性能好等特点，满足新能源汽车电池包上盖材料标准要求，有助于实现电池包部件的轻量化。

Description

一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及工程塑料改性技术领域，具体涉及一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料及其制备方法。

背景技术

为了应对环境污染与资源消耗等问题，新能源汽车应运而生，新能源汽车具有节能减排、保护环境等多方面的优点，也代表世界汽车产业的发展方向。新能源汽车的核心是三电系统，包括电驱动，电池和电控，动力电池是目前电动汽车重要的动力源。新能源汽车动力电池包的承载壳体一般包括下壳体与上盖，其中下壳体又被称为托盘、箱体或者电池包下盖。电池包壳体主要用于保护动力电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏。电池壳体作为电池模块的承载体，对电池模块的安全工作和防护起着关键作用。

电动汽车动力电池包的轻量化是目前的主要发展方向。在动力电池系统中，电池壳体占系统总重量约20-30％，是主要结构件，因此在保证电池系统功能安全和车辆整体安全的前提下，电池壳的轻量化已经成为电池系统主要改进目标之一。当前，轻量化材料中以铝合金和复合材料为重点；另外，热固性塑料在电池包上盖领域也逐渐成熟应用。但是，金属材质重量重、不耐腐蚀，热固性材质加工效率低、非环保、难以循环再利用，都制约了电力电池包的发展。若采用热塑性材质加工制造电池包壳体，不仅具有加工效率高、环保、可以多次循环回收再利用，而且在实现轻量化方面效果更加显著。

聚苯硫醚(PPS)是一种半结晶特种工程塑料，具有优异的理化性能，主要表现在：机械强度高、耐高温、高阻燃、耐化学药品性能强、抗辐射、硬度高、热稳定性好、电性能优良、极好的尺寸稳定性等方面，其长玻纤增强材料可以进一步提高其力学性能和热性能，PPS的应用领域涉及电子电器、精密机械、汽车及石油、化工等行业。经过长玻纤增强的PPS虽然力学性能得到提升，但是长玻纤在PPS材料中存在“灯芯效应”，降低了PPS的阻燃性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料及其制备方法，通过利用连续玄武岩纤维增强聚苯硫醚，不仅可以提高其力学强度，而且也能提升其阻燃性能，并通过同时加入PPS基阻燃母粒，优化改性材料的阻燃性能，满足电池包上盖材料的使用标准。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，由下列组分按重量份数构成：

进一步的，所述聚苯硫醚阻燃材料中连续玄武岩纤维的占比为30～50％。

进一步的，所述PPS基阻燃母粒为无卤PPS基阻燃颗粒，所述无卤PPS基阻燃颗粒包括按重量份数计的以下组分：PPS树脂17份、阻燃剂80份、相容剂 1份、抗氧剂1份和润滑剂1份；其中，所述阻燃剂为氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂中的一种或几种。

进一步的，所述聚苯硫醚阻燃材料中阻燃剂的占比为2％～4％。

进一步的，所述相容剂为接枝率0.5～1％POE接枝马来酸酐、SEBS接枝马来酸酐、丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯中的一种或几种。

进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂608、抗氧剂1024、抗氧剂TP-24中的一种或几种。

进一步的，所述连续玄武岩纤维采用规格为600～2400tex的无捻粗纱。

本发明另一目的在于公开一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)制备PPS基阻燃母粒：根据PPS基阻燃母粒配方称取原材料均匀混合后采用三螺杆挤出机于280～330℃温度条件下塑炼共混造粒；

(2)混料：根据聚苯硫醚阻燃材料的配方按重量份数称取原材料PPS树脂、相容剂和抗氧剂后，均匀混合获得预混料；

(3)挤出造粒：将预混料通过主喂料、PPS基阻燃母粒通过侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出，再经风冷机和牵引机，由长纤切粒机剪切造粒，制得该聚苯硫醚阻燃材料。

进一步的，所述步骤(3)中双螺杆挤出机各区工作温度如下：一区温度小于200℃、料筒温度300～340℃，浸渍模头温度320～360℃。

进一步的，所述步骤(2)获得预混料的混料机条件为：转速为100～300r/min，混合时间5～20min。

由以上技术方案可知，本发明的技术方案获得了如下有益效果：

本发明公开的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料及其制备方法，该阻燃材料由下列组分按重量份数构成：PPS树脂47～88份、连续玄武岩纤维 45～50份、相容剂3～5份、抗氧剂1～2份、PPS基阻燃母粒4～5份；该阻燃材料解决了采用普通长玻纤增强的PPS树脂在玻纤的“灯芯效应”作用下阻燃性能下降的技术问题，以连续玄武岩纤维替代长玻纤作为增强材料改性PPS树脂，由于连续玄武岩纤维优异的耐燃性能，使得增强后的PPS材料不仅具有较高的力学性能，同时也具有较优的阻燃性能。

本发明在该阻燃材料制备挤出时同时加入预制的无卤PPS基阻燃母粒，再通过侧喂料与其它成分一起挤出，可优化改性加工PPS材料并有效提升阻燃材料的阻燃效果。制得的连续玄武岩纤维增强PPS阻燃材料具有力学强度高、阻燃性能好等特点，满足新能源汽车电池包上盖材料的标准要求，有助于实现电池包部件的轻量化。此外，本发明公开的阻燃材料的制备方法简单易行，可操作性强，包括预制PPS基阻燃母粒、预混料和熔融挤出造粒，因此便于实现工业化生产。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合实施例从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

基于聚苯硫醚优异的理化性能，其长玻纤改性材料由于具有优良的力学性能和热性能在电子电器、精密机械、汽车及石油、化工等行业应用广泛；但是，长玻纤改性PPS的力学性能得到提升，但是长玻纤在PPS材料中存在“灯芯效应”，大大降低了PPS的阻燃性能；本发明旨在于解决上述技术问题，采用连续玄武岩纤维增强聚苯硫醚，避免“灯芯效应”，不仅提升材料的力学强度，还进一步提升阻燃性能，满足新能源汽车电池包上盖材料的标准要求。

本发明公开的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，由下列组分按重量份数构成：PPS树脂47～88份、连续玄武岩纤维45～50份、相容剂3～5 份、抗氧剂1～2份、PPS基阻燃母粒4～5份，材料中连续玄武岩纤维的占比为 30～50％；其制备方法主要包括三步：首先制备PPS基阻燃母粒；其次批混PPS 树脂、相容剂和抗氧剂获得预混料；最后将预混料由主喂料、PPS基阻燃母粒由侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出成条，经冷却、牵引与切粒后获得该阻燃材料。

其中，相容剂为接枝率0.5～1％POE接枝马来酸酐、SEBS接枝马来酸酐、丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯中的一种或几种；抗氧剂为抗氧剂608、抗氧剂1024、抗氧剂TP-24中的一种或几种；PPS基阻燃母粒为无卤PPS基阻燃颗粒，无卤 PPS基阻燃颗粒包括按重量份数计的以下组分：PPS树脂17份、阻燃剂80份、相容剂1份、抗氧剂1份和润滑剂1份；其中，所述阻燃剂为氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂中的一种或几种，阻燃剂在聚苯硫醚阻燃材料中的占比为2％～4％。

下面结合具体实施例对本发明公开的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料及其制备方法作进一步具体介绍。

实施例1

按照PPS基阻燃母粒配方称取各原材料高速混合后，阻燃剂选择氮系阻燃剂，利用三螺杆挤出机于280～330℃温度条件下塑炼共混造粒，获得氮系PPS 基阻燃母粒；按重量份数称取原材料PPS树脂75.5份、连续玄武岩纤维45份、接枝率0.5～1％POE接枝马来酸酐3份、抗氧剂1024 1份和氮系PPS基阻燃母粒4份，并采用高速混合机将其混匀，控制混料机的转速为300r/min，混合时间 10min；检查设备和各部位转动完好情况，启动温控开关并将控温表调到工作温度，双螺杆挤出机各区温度如下：加料段温度190℃、料筒温度300～340℃，浸渍模头温度360℃，待温度升到目标温度后恒温30分钟；最后，将预混料通过主喂料、氮系PPS基阻燃母粒通过侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出，样条穿过风冷机和牵引机，并由长纤切粒机剪切造粒成12mm颗粒，制得新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料。

实施例2

按照PPS基阻燃母粒配方称取各原材料高速混合后，阻燃剂选择磷系阻燃剂，利用三螺杆挤出机于280～330℃温度条件下塑炼共混造粒，获得磷系PPS 基阻燃母粒；按重量份数称取原材料PPS树脂62.6份、连续玄武岩纤维48份、接枝率0.5～1％POE接枝马来酸酐4份、抗氧剂1024 1份和磷系PPS基阻燃母粒4.4份，并采用高速混合机将其混匀，控制混料机的转速为250r/min，混合时间13min；检查设备和各部位转动完好情况，启动温控开关并将控温表调到工作温度，双螺杆挤出机各区温度如下：加料段温度190℃、料筒温度300～340℃，浸渍模头温度360℃，待温度升到目标温度后恒温30分钟；最后，将预混料通过主喂料、磷系PPS基阻燃母粒通过侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出，样条穿过风冷机和牵引机，并由长纤切粒机剪切造粒成12mm颗粒，制得新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料。

实施例3

按照PPS基阻燃母粒配方称取各原材料高速混合后，阻燃剂选择氮系阻燃剂和磷系阻燃剂混合，利用三螺杆挤出机于280～330℃温度条件下塑炼共混造粒，获得氮磷复配系PPS基阻燃母粒；按重量份数称取原材料PPS树脂75.5份、连续玄武岩纤维45份、丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯3份、抗氧剂6081份和氮磷复配系PPS基阻燃母粒4份，并采用高速混合机将其混匀，控制混料机的转速为200r/min，混合时间15min；检查设备和各部位转动完好情况，启动温控开关并将控温表调到工作温度，双螺杆挤出机各区温度如下：加料段温度190℃、料筒温度300～340℃，浸渍模头温度360℃，待温度升到目标温度后恒温30分钟；最后，将预混料通过主喂料、氮磷复配系PPS基阻燃母粒通过侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出，样条穿过风冷机和牵引机，并由长纤切粒机剪切造粒成12mm颗粒，制得新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料。

对比例一

制备一种连续玻璃纤维增强PPS阻燃材料。按重量份数称取PPS树脂76.3 份、接枝率0.5～1％POE接枝马来酸酐3份、抗氧剂1024 1份，并采用高速混合机将其混匀，控制混料机的转速为300r/min，混合时间10min，获得预混料；检查设备和各部位转动完好情况，启动温控开关并将控温表调到工作温度，双螺杆挤出机各区温度如下：加料段温度190℃、料筒温度300～340℃，浸渍模头温度360℃，待温度升到目标温度后恒温30分钟；将预混料通过主喂料、氮系阻燃剂3.2份通过侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玻璃纤维经浸渍模具共同挤出，样条穿过风冷机和牵引机，并由长纤切粒机剪切造粒成12mm颗粒，即可制得一种连续玻璃纤维增强PPS阻燃材料。

取实施例1至实施例3和对比例一的样料检测其基本力学性能和阻燃性能，具体试验结果见表1。

表1实施例和对比例材料性能检测结果

综合上述表1所示，实施例1至实施例3采用连续玄武岩纤维增强PPS阻燃材料，充分保留连续玄武岩纤维高阻燃性能和优异的力学性能，相较于长玻纤增强PPS材料阻燃性能大大提升，其在新能源汽车电池包上盖上应用时充分满足GB 38031-2020中规定的电池包材料使用标准要求；替代当前电池包材料主要采用的金属材质或热固性复合材料，达到电池包组件整体减重的技术效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，由下列组分按重量份数构成：

2.根据权利要求1所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，所述聚苯硫醚阻燃材料中连续玄武岩纤维的占比为30～50％。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，所述PPS基阻燃母粒为无卤PPS基阻燃颗粒，所述无卤PPS基阻燃颗粒包括按重量份数计的以下组分：PPS树脂17份、阻燃剂80份、相容剂1份、抗氧剂1份和润滑剂1份；其中，所述阻燃剂为氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，所述聚苯硫醚阻燃材料中阻燃剂的占比为2％～4％。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，所述相容剂为接枝率0.5～1％POE接枝马来酸酐、SEBS接枝马来酸酐、丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂608、抗氧剂1024、抗氧剂TP-24中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料，其特征在于，所述连续玄武岩纤维采用规格为600～2400tex的无捻粗纱。

8.一种新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备PPS基阻燃母粒：根据PPS基阻燃母粒配方称取原材料均匀混合后采用三螺杆挤出机于280～330℃温度条件下塑炼共混造粒；

(2)混料：根据聚苯硫醚阻燃材料的配方按重量份数称取原材料PPS树脂、相容剂和抗氧剂后，均匀混合获得预混料；

(3)挤出造粒：将预混料通过主喂料、PPS基阻燃母粒通过侧喂料加入到双螺杆挤出机中，与连续玄武岩纤维经浸渍模具共同挤出，再经风冷机和牵引机，由长纤切粒机剪切造粒，制得该聚苯硫醚阻燃材料。

9.根据权利要求8所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中双螺杆挤出机各区工作温度如下：一区温度小于200℃、料筒温度300～340℃，浸渍模头温度320～360℃。

10.根据权利要求8所述的新能源汽车电池包上盖用聚苯硫醚阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)获得预混料的混料机条件为：转速为100～300r/min，混合时间5～20min。