CN105061975B

CN105061975B - 一种感温变色充电线材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105061975B
Application number: CN201510532153.5A
Authority: CN
Inventors: 李勇康; 唐杰; 江庆礼
Original assignee: Guangdong Omg Conduction Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Omg Conduction Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: CN105061975A

Abstract

本发明提供了一种感温变色充电线材料及其制备方法和应用，所述材料主要由以下原料按重量份计制备得到：SEBS 18～28份、聚丙烯10～20份、聚烯烃弹性体5～15份、环烷油10～20份、感温变色粉1.5～3份、氢氧化镁25～30份和溴系阻燃剂15～20份。本发明通过添加感温变色粉，并利用SEBS、PP和POE三者间的协同作用，以及Mg(OH)₂和溴系阻燃剂之间的协同作用制备出能够感应温度变化并能让人能够直接观察出其变化且兼具良好机械性能和阻燃性能的感温变色充电线材料。

Description

一种感温变色充电线材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电线电缆领域，涉及一种充电线材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种感温变色充电线材料及其制备方法和应用。

背景技术

近三十年，世界经济高速发展，同时使得人类面临的环境保护问题日益严峻。工业和汽车排放的尾气是当前造成温室效应、破坏环境和影响生活的重要因素，为此世界多国正在商议并寻找减少尾气排放和能源消耗的办法。随着汽车工业的发展和人民生活水平的提高，人民对汽车的需求与使用越来越多，汽车排放的尾气也急速增多。研究与开发新型环保节能汽车成为了当前话题，其中开发新能源电动汽车成为了首选。因此新型电动汽车充电电线的开发已成为线缆行业急需解决的问题。

汽车充电线缆常有两种使用模式：一种是存置于汽车上，跟随汽车在不同环境中使用；另一种是被安置于公路、车库、宾馆、商场、停车场的充电柱上被长期使用。无论那种使用模式，电缆都有可能受到包括日光、风化、潮湿、海水、油污、酸雨、冰冻等多种不利环境的影响，同时在使用中还经常要弯曲、拖拉，不可避免会发生磨擦、刮擦、压碾等机械损伤。

现今，电动汽车用充电电线材料大都选用PVC基材作为其电线用护套材料，虽然此种充电电线绝缘性好，表面耐磨且价格相对较低，但由于其燃烧会释放剧毒的氯化氢气体，具有较大的火灾隐患，这对于许多电动汽车用户使用过程中存在很大的潜在威胁。大多数电线电缆中为了达到阻燃效果多使用金属氢氧化物阻燃剂，如氢氧化铝和氢氧化镁，但由于需要加入高达40～60wt％的用量才能达到阻燃要求，往往又会影响材料的物理机械性能。专利CN 102140192A公开了一种低烟无卤聚烯烃复合材料及其制备方法，采用Mg(OH)₂对聚合物进行阻燃，其阻燃效率低，需要添加60wt％以上才能达到较高的阻燃要求，大大降低了材料的力学性能。专利CN 103073776A公开了一种无卤膨胀阻燃电线电缆绝缘料组合物，所述组合物的原料包括以下质量百分数配方组成：聚烯烃60～80％、无卤膨胀型阻燃剂15～35％、协效剂2～10％、相容剂1～10％、润滑剂0.1～1％以及抗氧剂0.1～1％；其阻燃剂的用量虽然仅占原料重量的15～35％，具有良好的阻燃性能，但是材料的机械性能并不理想。

在电动汽车充电过程中，会有较大电流快速充入线缆，使线缆在使用过程中急剧升温；同时，在充电过程中也存在反复弯曲拉扯的现象，电线易因短路造成线身温度过高而没有警示，存在烫伤使用人的隐患。

为此，开发出一种能够感应温度变化并能让人能够直接观察出其变化且兼具良好机械性能的电线电缆，在电力***中应用前景是十分巨大的。

发明内容

针对上述现有技术中的充电线缆在使用过程中因温度过高而没有警示存在的安全隐患问题，以及线缆无法兼具良好阻燃性和良好机械性能的问题，本发明提供了一种感温变色充电线材料及其制备方法和应用，本发明通过添加感温变色粉，并利用氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物(SEBS)、聚丙烯(PP)和聚烯烃弹性体(POE)三者间的协同作用，以及Mg(OH)₂和溴系阻燃剂之间的协同作用制备出能够感应温度变化并让人能够直接观察出其变化且兼具良好机械性能和阻燃性能的感温变色充电线材料。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种感温变色充电线材料，所述材料主要由以下原料按重量份计制备得到：

其中，SEBS的重量份可为18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份或28份等；PP的重量份可为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等；POE的重量份可为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等；环烷油的重量份可为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等；感温变色粉的重量份可为1.5份、1.7份、2份、2.3份、2.5份、2.7份或3份等；氢氧化镁的重量份可为25份、26份、27份、28份、29份或30份等；溴系阻燃剂的重量份可为15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

优选为，所述材料主要由以下原料按重量份计制备得到：

进一下优选为，所述材料主要有以下原料按重量份计制备得到：

其中，所述氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物(SEBS)、聚丙烯(PP)和聚烯烃弹性体(POE)三者间的协同作用使材料具有良好的机械性能。

所述环烷油是以环烷烃为主要成分的石油馏分，其酸值<0.15mgKOH/g，流动点为-40～-12℃，饱和烃含量为87.55％～93.86％，芳烃含量为6.14％～11.96％，沥青质含量为0～0.49％。

所述“感温变色粉”是一种微胶囊化的可逆感温变色物质，又称温变颜料或感温粉，微胶囊包裹着隐形材料、色形成剂及控温剂，藉由不同的控温因子材料选择，可制成不同温度区间的变色的色料。这种感温微胶囊粉粒径为3～10微米，颗粒呈圆球状，内部是变色物质，外部是一层厚约0.2～0.5微米既不能溶解也不会融化的透明外壳，可随温度的上升、下降发生可逆变色，在不同的温度下显现出不同的颜色。

所述Mg(OH)₂不仅可以起到溴系阻燃剂协同作用，使材料具有良好的阻燃性能，同时Mg(OH)₂还可作为受酸剂，使电线在湿热环境下使用时抑制铜导体的变色，同时保证了感温变色粉对温度的敏感性。

本发明中，所述材料的制备原料还包括抑烟剂、抗氧化剂、润滑剂或协效剂中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：抑烟剂和抗氧化剂的组合，抗氧化剂和润滑剂的组合，润滑剂和协效剂的组合。

上述所述的还包括抑烟剂、抗氧化剂、润滑剂或协效剂中任意一种或至少两种的组合，是指根据实际生产需要在制备感温变色充电线材料的过程中可选择不添加，也可根据需要添加抑烟剂、抗氧化剂、润滑剂或协效剂中任意一种或至少两种的组合。

本发明中，所述抑烟剂为硼酸锌、八钼酸铵、二氧化钼或氧化锡中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硼酸锌和八钼酸铵的组合，八钼酸铵和二氧化钼的组合，二氧化钼和氧化锡的组合，硼酸锌、八钼酸铵和二氧化钼的组合，硼酸锌、八钼酸铵、二氧化钼和氧化锡中的组合。

优选地，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂CA、抗氧剂2246、抗氧剂3114或抗氧剂3125中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：抗氧剂1010和抗氧剂1076的组合，抗氧剂264和抗氧剂CA的组合，抗氧剂2246和抗氧剂3114的组合，抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂264的组合等。

优选地，所述润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺或硬脂酸酰胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：芥酸酰胺和油酸酰胺的组合，油酸酰胺和硬脂酸酰胺的组合，芥酸酰胺、油酸酰胺和硬脂酸酰胺的组合等。

优选地，所述协效剂为二氧化硅、碳化硅、氧化锆、氧化锌、二氧化钛或氧化铝中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制实例有：二氧化硅和碳化硅的组合，碳化硅、氧化锆和氧化锌的组合，氧化锆、氧化锌、二氧化钛和氧化铝的组合等。

本发明中，所述材料的制备原料不包括表面处理剂和/或固化剂，即所述材料的制备原料不包括表面处理剂，所述材料的制备原料不包括固化剂，所述材料的制备原料不包括表面处理剂和固化剂；所述表面处理剂和固化剂为电线电缆材料生产过程中的常规添加剂，也指在电线电缆材料生产过程中改善界面性能的添加剂以及起到固化作用的添加剂。具体的表面处理剂例如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或甲基含氢硅等，但又不限于这些所列举这些物质；具体的固化剂例如乙烯基三胺、二氨基环己烷、亚甲基双环己烷胺、二乙胺基丙胺、间苯二甲胺或二氨基二苯基甲烷等，但又不限于这些所列举这些物质。

本发明中不添加表面处理剂和固化剂是由于在制备过程中，材料内部有时会产生强大的收缩应力，若添加表面处理剂和固化剂，不仅影响了材料的机械性能，还导致感温变色粉微胶囊外壳破裂，其它化学物质进入颜料内部使其失去变色性能。

本发明中，所述溴系阻燃剂为十溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚或溴化聚苯乙烯中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制实例有：十溴二苯醚和四溴双酚A的组合，十溴二苯乙烷和八溴醚的组合，八溴醚和溴化聚苯乙烯的组合，十溴二苯醚、四溴双酚A和十溴二苯乙烷的组合，十溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚和溴化聚苯乙烯的组合等。

本发明中，所述材料包括至少两种颜色变化，例如两种颜色变化、三种颜色变化、四种颜色变化或更多种。

优选地，所述材料包括至少两种不同温度感应范围的颜色变化。

所述材料具有多种温度等级的颜色变化，例如可从-40℃～150℃均有对应的颜色变化。通过需要选用添加不同的感温变色粉的材料，当所述线缆所感知的温度在预定温度范围例如40℃以内时颜色不变，当所述线缆所感知的温度超过40℃时，所述材料由黑色变为红色；再比如当所述线缆所感知的温度超过60℃时，所述材料由红色变为黄色。以上颜色变化过程均为可逆过程，当所述线缆所感知的温度恢复为预定温度范围以内后，所述材料的颜色也恢复成改变前的颜色，即所述材料包括至少两种颜色变化，且至少两种不同温度感应范围的颜色变化。

通过在预定温度下线缆能够显示出预定的颜色，可以容易地直观检验线缆的温度状态；并且可以在整条线缆上确定线缆的温度状态。所述线缆所感知的温度为由线缆本身负载产生的温升，或是线缆所置环境温度变化而产生的温度改变。

第二方面，本发明提供了上述感温变色充电线材料的制备方法，所述制备方法为：

按配方量将除感温变色粉以外的所有原料依次加入混合机中进行混合，混合均匀后加入感温变色粉继续混合，将混配好的物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒。

优选地，所述双螺杆挤出机的加工温度为150～200℃，例如150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，选为180～190℃。

第三方面，本发明提供了上述感温变色充电线材料制备得到的充电电线。

第四方面，本发明提供了上述感温变色充电线材料的应用，其应用于电动汽车领域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)应用本发明所述的感温变色充电线材料制备得到的电线置于不适宜的安装环境以及过电流状态下而导致电缆处于过热状态时，材料会响应预定的耐热温度范围而改变为预定的颜色从而起到警示的作用，排除安全隐患。

(2)利用氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物(SEBS)、聚丙烯(PP)和聚烯烃弹性体(POE)三者间的协同作用，以及Mg(OH)₂和溴系阻燃剂之间的协同作用制备出能够感应温度变化并能让人能够直接观察出其变化且兼具良好机械性能和阻燃性能的感温变色充电线材料，对应用感温变色充电线材料进行性能测试得到，其拉伸强度达20MPa以上，断裂伸长率达到600％，阻燃等级为V-0级。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明中各实施例的性能测试方法如下：

力学性能采用ASTM D638-89标准在23℃下进行，拉伸速率为500mm/min；阻燃性能测试采用美国UL94垂直燃烧测试标准；热老化性能采用GB/T2951.2测试标准，老化条件为136±2℃下老化168h。

实施例1：

将23份SEBS、15份PP、10份POE、15份环烷油、26份Mg(OH)₂和16份十溴二苯醚依次加入混合机中进行混合，混合均匀后加入2.3份橙黄感温变色粉继续混合，将混配好的物料转移至双螺杆挤出机中于185℃进行挤出造粒，得到感温变色充电线材料。

所得材料在45℃下呈橙色，当周围环境或其本身温度超过45℃后其呈黄色。

对所得材料进行力学性能测试和垂直燃烧测试，测试结果列于表1中。

实施例2：

将20份SEBS、13份PP、7份POE、13份环烷油、25份Mg(OH)₂、15份四溴双酚A、5份抑烟剂硼酸锌和6份抗氧剂1010依次加入混合机中进行混合，混合均匀后加入2份黑红感温变色粉继续混合，将混配好的物料转移至双螺杆挤出机中于180℃进行挤出造粒，得到感温变色充电线材料。

所得材料在40℃下呈黑色，当周围环境或其本身温度超过40℃后其呈红色。

实施例3：

将25份SEBS、17份PP、13份POE、17份环烷油、27份Mg(OH)₂、17份十溴二苯乙烷、6份抑烟剂二氧化硅、8份润滑剂芥酸酰胺和6份抑烟剂八钼酸铵依次加入混合机中进行混合，混合均匀后加入2.5份橙红感温色粉继续混合，将混配好的物料转移至双螺杆挤出机中于180℃进行挤出造粒，得到感温变色充电线材料。

所得材料在40℃下呈橙色，当周围环境或其本身温度超过40℃后其呈红色。

实施例4：

除了SEBS的重量份为18份、PP的重量份为10份、POE的重量份为5份、环烷油的重量份为10份、混合感温变色粉的重量份为1.5份、Mg(OH)₂的重量份为25份以及溴系阻燃剂八溴醚的重量份为15份外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

所得材料在40℃以下呈黑色，当周围环境或其本身温度介于40～60℃时呈红色，当周围环境或其本身温度超过60℃则呈黄色。

实施例5：

除了SEBS的重量份为28份、PP的重量份为20份、POE的重量份为15份、环烷油的重量份为20份、感温变色粉的重量份为3份、Mg(OH)₂的重量份为30份以及溴系阻燃剂八溴醚的重量份为20份外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

对比例1：

除了不添加SEBS外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

对比例2：

除了不添加PP外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

对比例3：

除了不添加POE外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

对比例4：

除了不添加Mg(OH)₂外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

对比例5：

除了不添加溴系阻燃剂外，其他步骤以及其他物质的添加量均与实施例1中相同。

表1：实施例1-5及对比例1-5所得材料性能测试表

综合实施例1-5和对比例1-5的结果可以看出，本发明利用氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物(SEBS)、聚丙烯(PP)和聚烯烃弹性体(POE)三者间的协同作用，以及Mg(OH)₂和溴系阻燃剂之间的协同作用制备出能够感应温度变化并能让人能够直接观察出其变化且兼具良好机械性能和阻燃性能的感温变色充电线材料，对应用感温变色充电线材料进行性能测试得到，其拉伸强度达20MPa以上，断裂伸长率达到600％，阻燃等级为V-0级。同时，应用本发明所述的感温变色充电线材料制备得到的电线置于不适宜的安装环境以及过电流状态下而导致电缆处于过热状态时，材料会响应预定的耐热温度范围而改变为预定的颜色从而起到警示的作用，排除安全隐患。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种感温变色充电线材料，其特征在于，所述材料主要由以下原料按重量份计制备得到：

所述材料的制备原料不包括表面处理剂和/或固化剂。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料主要由以下原料按重量份计制备得到：

3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述材料主要有以下原料按重量份计制备得到：

4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料的制备原料还包括抑烟剂、抗氧化剂、润滑剂或协效剂中任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，所述抑烟剂为硼酸锌、八钼酸铵、二氧化钼或氧化锡中任意一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂CA、抗氧剂2246、抗氧剂3114或抗氧剂3125中任意一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，所述润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺或硬脂酸酰胺中任意一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，所述协效剂为二氧化硅、碳化硅、氧化锆、氧化锌、二氧化钛或氧化铝中任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述溴系阻燃剂为十溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯乙烷、八溴醚或溴化聚苯乙烯中任意一种或至少两种的组合。

10.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料包括至少两种颜色变化。

11.根据权利要求10所述的材料，其特征在于，所述材料包括至少两种不同温度感应范围的颜色变化。

12.根据权利要求1-11任一项所述材料的制备方法，其特征在于，所述材料的制备方法为：

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的加工温度为150～200℃。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的加工温度为180～190℃。

15.一种应用权利要求1-11任一项所述材料制备得到的充电电线。

16.根据权利要求1-11任一项所述材料的应用，其应用于电动汽车领域。