CN117238570A - 一种新能源汽车用耐高温高压线缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车用耐高温高压线缆,属于电缆加工技术领域。本发明用于解决现有技术中的新能源汽车充电线缆在高温高压充电环境下,容易老化损坏和新能源汽车充电过程中的稳定性差,限制了充电的效率和安全性的技术问题,本发明包括若干根平行设置的电缆芯,若干电缆芯的外部包覆有护套层,护套层由复合电缆料经挤出机熔融挤出后,冷却成型得到。本发明制备的复合电缆料的耐高温性能与绝缘性能好,提高了电缆护套层机械性能与抗热老化性能的同时,还提高了其导热系数与阻燃性能,并且在对车辆充电过程中,表现出良好的充电稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电缆加工技术领域,具体涉及一种新能源汽车用耐高温高压线缆。
背景技术
随着全球对环境保护的日益关注,新能源汽车的发展势头迅猛。新能源汽车以电能为能量,在使用过程中需要使用线缆对其进行充电,直流充电(DC充电)是将电流直接从充电设备传输到电动车的电池中。直流充电通常以较高的电压(例如200-800伏特)和较大的电流(例如200-500安培)进行。直流充电具有快充的特点,可以在短时间内充满电动车的电池。因此,直流快充被广泛用于电动车充电站、公共充电桩和高功率充电设备。
现有技术中的新能源汽车充电线缆通常采用铜、铝等金属导体及聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)等塑料材料作为护套绝缘层,然而,高温高压充电环境下,这些材料易受热膨胀、软化和老化的影响,导致新能源充电线缆在高温高压充电环境下存在如绝缘层的老化、电流泄露等问题,电线缆的性能和安全性受到严重威胁,新能源汽车充电过程中的稳定性差,限制了充电的效率和安全性。
针对此方面的技术缺陷,现提出一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车用耐高温高压线缆,用于解决现有技术中新能源汽车充电线缆在高温高压充电环境下,容易受热膨胀、软化和老化的影响,导致新能源充电线缆的绝缘层老化、电流泄露等问题,电线缆的性能和安全性受到严重威胁,新能源汽车充电过程中的稳定性差,限制了充电的效率和安全性的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种新能源汽车用耐高温高压线缆,包括若干根平行设置的电缆芯,若干所述电缆芯的外部包覆有护套层,所述护套层由复合电缆料经挤出机熔融挤出后,冷却成型得到,其中,复合电缆料由以下步骤加工而成:
S1、将氯化聚氯乙烯粉末和40wt%氢氧化钠溶液加入到三氯烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至80-90℃,保温反应4-6h,后处理得到预处理氯化聚氯乙烯;
S2、将预处理氯化聚氯乙烯、改性剂与环己酮加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解,向三口烧瓶中加入引发剂,三口烧瓶温度升高至75-85℃,保温反应4-6h,后处理得到改性氯化聚氯乙烯;
S3、将聚氯乙烯、改性氯化聚氯乙烯加入到双辊开炼机上熔融混合均匀,再依次向开炼机上加入改性聚硅氧烷、填料、复合交联剂、氯铂酸和添加剂,出料,得到复合电缆料。
进一步的,所述护套层的上开设有沿电缆芯长度方向平行设置的进液通道和多个回液通道,其中,进液通道位于护套层的中心处,若干根电缆芯分布在进液通道的外部并以进液通道的轴心为圆心呈环形阵列设置,多个回液通道均为盘管状结构,将若干根电缆芯围合。
进一步的,步骤S1中氯化聚乙烯粉末、40wt%氢氧化钠溶液的用量比为1g:5mL,后处理操作包括:反应完成之后,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后,将滤饼转移到温度为60-70℃的干燥箱中干燥至恒重,得到预处理氯化聚氯乙烯;步骤S2中预处理氯化聚氯乙烯、改性剂、环己酮与引发剂的用量比为5g:1g:20mL:0.1g,所述引发剂为过氧化二苯甲酰,后处理操作包括:反应完成之后,三口烧瓶温度降低至室温,向三口烧瓶中加入无水乙醇,有大量固体析出,搅拌15-20min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为60-70℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性氯化聚氯乙烯。
进一步的,改性剂由以下步骤加工而成:
A1、将三聚氯氰、乙腈加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度降低至5-8℃,向三口烧瓶中缓慢滴加1,3-二氨基-2-丙醇,滴加完毕,保温搅拌30-50min,向三口烧瓶中滴加30wt%氢氧化钠溶液,滴加完毕,保温反应60-80min,三口烧瓶以0.5℃/min的速率升温至80-90℃,保温反应1-2h,后处理得到中间体I;
中间体I的合成反应原理为:
式中:
A2、将中间体I、丙酮和浓盐酸加入到三口烧瓶中搅拌,待体系溶解后,向三口烧瓶中滴加马来酸酐,滴加完毕,三口烧瓶温度升高至体系回流,保温反应6-8h,后处理得到改性剂。
改性剂的合成反应原理为:
进一步的,步骤A1中三聚氯氰、乙腈、1,3-二氨基-2-丙醇和30wt%氢氧化钠溶液的用量比为10g:50mL:7g:200g,后处理操作包括:反应完成之后,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后抽干,将滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中干燥至恒重,得到中间体I;步骤A2中中间体I、丙酮、浓盐酸与马来酸酐的用量比为3g:10mL:1mL:2g,所述浓盐酸的浓度为8-10mol/L,后处理操作包括:反应完成之后,蒸除三口烧瓶中的丙酮,向三口烧瓶中加入无水乙醇,室温下超声分散30-50min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为65-75℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性剂。
进一步的,改性聚硅氧烷的制备方法为:将含氢硅油、异丙醇和催化剂加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至体系微回流,向三口烧瓶中滴加混合液,滴加完毕,保温反应4-6h,后处理得到改性聚硅氧烷。
改性聚硅氧烷的合成反应原理为:
进一步的,所述混合液由全氟己基乙烯和聚醚F6按用量比1g:3g组成,所述含氢硅油、异丙醇、催化剂和混合液的用量比为4g:14mL:0.5g:2g,所述催化剂为氯铂酸,后处理操作包括:反应完成之后,蒸除异丙醇,得到改性聚硅氧烷。
进一步的,复合交联剂由以下步骤加工而成:
B1、将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷和引发剂加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至75-85℃,保温反应6-8h,向三口烧瓶中加入3mol/L盐酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺,保温反应22-26h,后处理得到改性DOPO;
改性DOPO的合成反应原理为:
式中:
B2、将改性DOPO、0.1mol/L盐酸加入三口烧瓶,超声分散30-50min,将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌,室温下,向三口烧瓶中缓慢滴加30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液,滴加完毕后,保温反应60-80min,后处理得到复合交联剂。
进一步的,步骤B1中9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷、引发剂、3mol/L盐酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺的用量比为21.6g:19g:1g:28mL:100mL,所述引发剂为偶氮二异丁腈,后处理操作包括:取另一个三口烧瓶,向三口烧瓶中加入大量去离子水搅拌,反应完成之后,将反应体系缓慢加入到装有去离子水的三口烧瓶中,有固体析出,三口烧瓶温度降低至15-20℃,保温析晶20-30min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤三次后转移到温度为80-85℃的干燥箱中,干燥至恒重,粉碎,过100目筛网,得到改性DOPO;步骤B2中改性DOPO、0.1mol/L盐酸和30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液的用量比为1g:5mL:5g,后处理操作包括:反应完成之后,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后转移到温度为80-85℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到复合交联剂。
进一步的,步骤S3中聚氯乙烯、改性氯化聚氯乙烯、改性聚硅氧烷、填料、复合交联剂、氯铂酸和添加剂的用量比为100g:25g:15g:20g:10g:3g:5g,双辊开炼机的转速为30-40r/min,混炼温度为140-150℃,混炼时长为60-80min,所述填料为石膏粉,所述添加剂由分散剂、抗氧剂、抗静电剂和润滑剂按用比1g:1g:1g:2g组成,其中,分散剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镉中的一种或多种,抗氧剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种或多种,抗静电剂为壬基苯氧基丙烷磺酸钠、对壬基二苯醚磺酸钾中的一种,润滑剂为硬脂酸丁酯、微晶石蜡中的一种。
本发明具备下述有益效果:
1、本发明的新能源汽车用耐高温高压线缆,通过在护套层设置进液通道与回液通道,在新能源汽车充电桩通过线缆对汽车进行充电时,将换热介质从进液通道输送到靠近汽车的充电枪头后,经过设置的线缆的端盖将换热介质分散到多个回液通道中,经过回液通回到充电桩的换热器中,形成换热介质循环,将高压线缆在对新能源汽车充电时产生的热量带走,若干根线缆位于进液通道与多个回液通道之间,有效的提高了对线缆的换热效果,环盘状的回液通道有效的增加了回液通道的长度,从而提高回液通道的换热面积,进而提高新能源汽车充电时充电状态的稳定性。
2、本发明的新能源汽车用耐高温高压线缆用复合电缆料,在制备时,通过三聚氯氰和1,3-二氨基-2-丙醇在碱性环境中发生取代加成反应,制备得到具有网状交联结构的中间体I,中间体I上的活性官能团羟基与马来酸酐在盐酸环境,通过水解后加成,制备得到具有马来酸修饰的改性剂;氯化聚氯乙烯在氢氧化钠溶液中进行高温处理,从氯化聚氯乙烯分子上脱去H-Cl形成烯烃双键后,在引发剂的作用下与改性剂上的烯烃发生自由基加成反应,制备得到改性氯化聚氯乙烯;通过在氯化聚氯乙烯上接枝修饰含有三嗪化物的改性剂后,有效的降低了氯化聚氯乙烯的含氯量,使得改性氯化聚氯乙烯的含氯量与聚氯乙烯的含氯量相当,提高了改性氯化聚氯乙烯与聚氯乙烯之间的相容性,改性氯化聚氯乙烯与聚氯乙烯更容易混合均匀,三嗪化物本身具有较高的耐热性能和化学稳定性,从而提高复合电缆料的耐热性能与绝缘性能。
3、本发明的新能源汽车用耐高温高压线缆用复合电缆料,在制备时,通过含氢硅油、全氟己基乙烯和聚醚F6在催化剂环境下进行加成反应,将全氟己基乙烯和聚醚F6接枝修饰在含氢硅油上,制备得到改性聚硅氧烷;通过聚醚F6和全氟己基乙烯对含氢硅油进行接枝修饰,能够提高含氢硅油的润滑性能和耐油性能,使得改性聚硅氧烷能够在复合电缆料中均匀分散,提高复合电缆料各组分的分散性和复合电缆的耐油性能的同时,改善电缆护套层的耐老化性能;9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷在引发剂的作用下发生取代加成反应,生成具有三甲氧基硅烷修饰的DOPO,在盐酸和DMF体系中,硅氧烷打开形成硅羟基,并进行缩合反应,生成具有球形结构的空间立体交联的改性DOPO;改性剂上含有的大量氮元素与DOPO能够形成互配作用,在燃烧过程中释放氮气,减少盐雾产生,提高电缆护套层的成碳性,进而提高电缆护套层的阻燃性能;改性DOPO与三甲氧基硅烷在酸性环境中反应,在改性DOPO表面上形成聚硅氧烷交联的包覆层,得到复合交联剂;复合交联剂表面上含有大量的Si-H,在氯铂酸和高温作用下,Si-H上的氢作用活性反应位点,能够与烯烃双键或其他活性官能团反应,形成具有网状交联的复合电缆料,提高复合电缆料的机械性能;聚硅氧烷通常具有较高的热导率,在复合电缆料中形成导热通道,进而提高电缆护套层的热传导性能,使得电缆中流动的换热介质能够更加容易的将电缆产生的热量带走,提高电缆对汽车充电过程中充电状态的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的新能源汽车用耐高温高压线缆的局部立体结构示意图;
图2为本发明的新能源汽车用耐高温高压线缆的端面剖视结构示意图;
图3为本发明的新能源汽车用耐高温高压线缆的局部正视剖视结构示意图。
图中:100、电缆芯;200、护套层;300、进液通道;400、回液通道。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3,本实施例提供一种新能源汽车用耐高温高压线缆,包括若干根平行设置的电缆芯100,若干电缆芯100的外部包覆有护套层200,护套层200的上开设有沿电缆芯100长度方向平行设置的进液通道300和多个回液通道400,其中,进液通道300位于护套层200的中心处,若干根电缆芯100分布在进液通道300的外部并以进液通道300的轴心为圆心呈环形阵列设置,多个回液通道400均为盘管状结构,将若干根电缆芯100围合,其中,护套层200由复合电缆料经挤出机熔融挤出后,冷却成型得到。
若干根电缆芯100均由多根导电铜丝与包覆在多根导电铜丝外部的绝缘橡胶层组成,高压电缆远离充电桩的一端设有端盖(图未示),若干根电缆芯100均延伸至端盖的外部,通过在电缆的一端设置端盖,使得从进液通道300输出的换热介质被输送到多个回液通道400中,经过回液通道400返回到充电桩内部的换热器中,通过换热介质在进液通道300与回液通道循环,能够尽可能的将高压线缆在对新能源汽车进行充电时所产生的热量带走,提高新能源汽车充电时充电状态的稳定性。
实施例3
本实施例提供一种新能源汽车用耐高温高压线缆用复合电缆料的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备改性剂
称取:三聚氯氰50g、乙腈250mL加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度降低至5℃,向三口烧瓶中缓慢滴加1,3-二氨基-2-丙醇35g,滴加完毕,保温搅拌30min,向三口烧瓶中滴加30wt%氢氧化钠溶液1000mL,滴加完毕,保温反应60min,三口烧瓶以0.5℃/min的速率升温至80℃,保温反应1h,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后抽干,将滤饼转移到温度为70℃的干燥箱中干燥至恒重,得到中间体I;
称取:中间体I 90g、丙酮300mL和8mol/L盐酸30mL加入到三口烧瓶中搅拌,待体系溶解后,向三口烧瓶中滴加马来酸酐60g,滴加完毕,三口烧瓶温度升高至体系回流,保温反应6h,蒸除三口烧瓶中的丙酮,向三口烧瓶中加入无水乙醇450mL,室温下超声分散30min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为65℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性剂。
S2、制备改性氯化聚氯乙烯
称取:氯化聚氯乙烯粉末100g和40wt%氢氧化钠溶液500mL加入到三氯烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至80℃,保温反应4h,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后,将滤饼转移到温度为60℃的干燥箱中干燥至恒重,得到预处理氯化聚氯乙烯;
称取:预处理氯化聚氯乙烯100g、改性剂20g与环己酮400mL加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解,向三口烧瓶中加入过氧化二苯甲酰2g,三口烧瓶温度升高至75℃,保温反应4h,三口烧瓶温度降低至室温,向三口烧瓶中加入无水乙醇800mL,有大量固体析出,搅拌15min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为60℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性氯化聚氯乙烯。
S3、制备改性聚硅氧烷
将全氟己基乙烯和聚醚F6按用量比1g:3g加入到烧杯中混合均匀,得到混合液;
称取:含氢硅油20g、异丙醇70mL和氯铂酸2.5g加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至体系微回流,向三口烧瓶中滴加混合液10g,滴加完毕,保温反应4h,蒸除异丙醇,得到改性聚硅氧烷。
S4、制备复合交联剂
称取:9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物43.2g、乙烯基三甲氧基硅烷38g和偶氮二异丁腈2g加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至75℃,保温反应6h,向三口烧瓶中加入3mol/L盐酸溶液56mL和N,N-二甲基甲酰胺200mL,保温反应22h;
取另一个三口烧瓶,向三口烧瓶中加入600mL去离子水搅拌,反应完成之后,将反应体系缓慢加入到装有去离子水的三口烧瓶中,有固体析出,三口烧瓶温度降低至15℃,保温析晶20min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤三次后转移到温度为80℃的干燥箱中,干燥至恒重,粉碎,过100目筛网,得到改性DOPO后处理得到改性DOPO;
称取:改性DOPO 20g、0.1mol/L盐酸100mL加入三口烧瓶,超声分散30min,将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌,室温下,向三口烧瓶中缓慢滴加30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液100mL,滴加完毕后,保温反应60min,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后转移到温度为80℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到复合交联剂。
S5、制备复合电缆料
称取:聚氯乙烯500g、改性氯化聚氯乙烯125g加入到双辊开炼机上熔融混合均匀,再依次向开炼机上加入改性聚硅氧烷75g、石膏粉100g、复合交联剂50g、氯铂酸15g、硬脂酸钠5g、丁基羟基茴香醚5g、壬基苯氧基丙烷磺酸钠5g和硬脂酸丁酯10g,设置双辊开炼机的转速为30r/min,混炼温度为140℃,混炼时长为60min,出料,得到复合电缆料。
实施例3
本实施例提供一种新能源汽车用耐高温高压线缆用复合电缆料的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备改性剂
称取:三聚氯氰50g、乙腈250mL加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度降低至7℃,向三口烧瓶中缓慢滴加1,3-二氨基-2-丙醇35g,滴加完毕,保温搅拌40min,向三口烧瓶中滴加30wt%氢氧化钠溶液1000mL,滴加完毕,保温反应70min,三口烧瓶以0.5℃/min的速率升温至85℃,保温反应1.5h,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后抽干,将滤饼转移到温度为75℃的干燥箱中干燥至恒重,得到中间体I;
称取:中间体I 90g、丙酮300mL和9mol/L盐酸30mL加入到三口烧瓶中搅拌,待体系溶解后,向三口烧瓶中滴加马来酸酐60g,滴加完毕,三口烧瓶温度升高至体系回流,保温反应7h,蒸除三口烧瓶中的丙酮,向三口烧瓶中加入无水乙醇450mL,室温下超声分散40min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为70℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性剂。
S2、制备改性氯化聚氯乙烯
称取:氯化聚氯乙烯粉末100g和40wt%氢氧化钠溶液500mL加入到三氯烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至85℃,保温反应5h,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后,将滤饼转移到温度为65℃的干燥箱中干燥至恒重,得到预处理氯化聚氯乙烯;
称取:预处理氯化聚氯乙烯100g、改性剂20g与环己酮400mL加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解,向三口烧瓶中加入过氧化二苯甲酰2g,三口烧瓶温度升高至80℃,保温反应5h,三口烧瓶温度降低至室温,向三口烧瓶中加入无水乙醇800mL,有大量固体析出,搅拌18min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为65℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性氯化聚氯乙烯。
S3、制备改性聚硅氧烷
将全氟己基乙烯和聚醚F6按用量比1g:3g加入到烧杯中混合均匀,得到混合液;
称取:含氢硅油20g、异丙醇70mL和氯铂酸2.5g加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至体系微回流,向三口烧瓶中滴加混合液10g,滴加完毕,保温反应5h,蒸除异丙醇,得到改性聚硅氧烷。
S4、制备复合交联剂
称取:9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物43.2g、乙烯基三甲氧基硅烷38g和偶氮二异丁腈2g加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至80℃,保温反应7h,向三口烧瓶中加入3mol/L盐酸溶液56mL和N,N-二甲基甲酰胺200mL,保温反应24h;
取另一个三口烧瓶,向三口烧瓶中加入600mL去离子水搅拌,反应完成之后,将反应体系缓慢加入到装有去离子水的三口烧瓶中,有固体析出,三口烧瓶温度降低至18℃,保温析晶25min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤三次后转移到温度为83℃的干燥箱中,干燥至恒重,粉碎,过100目筛网,得到改性DOPO后处理得到改性DOPO;
称取:改性DOPO 20g、0.1mol/L盐酸100mL加入三口烧瓶,超声分散40min,将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌,室温下,向三口烧瓶中缓慢滴加30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液100mL,滴加完毕后,保温反应70min,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后转移到温度为83℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到复合交联剂。
S5、制备复合电缆料
称取:聚氯乙烯500g、改性氯化聚氯乙烯125g加入到双辊开炼机上熔融混合均匀,再依次向开炼机上加入改性聚硅氧烷75g、石膏粉100g、复合交联剂50g、氯铂酸15g、硬脂酸钙5g、二丁基羟基甲苯5g、对壬基二苯醚磺酸钾5g和微晶石蜡10g,设置双辊开炼机的转速为35r/min,混炼温度为145℃,混炼时长为70min,出料,得到复合电缆料。
实施例4
本实施例提供一种新能源汽车用耐高温高压线缆用复合电缆料的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备改性剂
称取:三聚氯氰50g、乙腈250mL加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度降低至8℃,向三口烧瓶中缓慢滴加1,3-二氨基-2-丙醇35g,滴加完毕,保温搅拌50min,向三口烧瓶中滴加30wt%氢氧化钠溶液1000mL,滴加完毕,保温反应80min,三口烧瓶以0.5℃/min的速率升温至-90℃,保温反应2h,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后抽干,将滤饼转移到温度为80℃的干燥箱中干燥至恒重,得到中间体I;
称取:中间体I 90g、丙酮300mL和10mol/L盐酸30mL加入到三口烧瓶中搅拌,待体系溶解后,向三口烧瓶中滴加马来酸酐60g,滴加完毕,三口烧瓶温度升高至体系回流,保温反应8h,蒸除三口烧瓶中的丙酮,向三口烧瓶中加入无水乙醇450mL,室温下超声分散50min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为75℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性剂。
S2、制备改性氯化聚氯乙烯
称取:氯化聚氯乙烯粉末100g和40wt%氢氧化钠溶液500mL加入到三氯烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至90℃,保温反应6h,三口烧瓶温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后,将滤饼转移到温度为70℃的干燥箱中干燥至恒重,得到预处理氯化聚氯乙烯;
称取:预处理氯化聚氯乙烯100g、改性剂20g与环己酮400mL加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解,向三口烧瓶中加入过氧化二苯甲酰2g,三口烧瓶温度升高至85℃,保温反应6h,三口烧瓶温度降低至室温,向三口烧瓶中加入无水乙醇800mL,有大量固体析出,搅拌20min,抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次后抽干,将滤饼转移到温度为70℃的干燥箱中干燥至恒重,得到改性氯化聚氯乙烯。
S3、制备改性聚硅氧烷
将全氟己基乙烯和聚醚F6按用量比1g:3g加入到烧杯中混合均匀,得到混合液;
称取:含氢硅油20g、异丙醇70mL和氯铂酸2.5g加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至体系微回流,向三口烧瓶中滴加混合液10g,滴加完毕,保温反应6h,蒸除异丙醇,得到改性聚硅氧烷。
S4、制备复合交联剂
称取:9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物43.2g、乙烯基三甲氧基硅烷38g和偶氮二异丁腈2g加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至85℃,保温反应8h,向三口烧瓶中加入3mol/L盐酸溶液56mL和N,N-二甲基甲酰胺200mL,保温反应26h;
取另一个三口烧瓶,向三口烧瓶中加入600mL去离子水搅拌,反应完成之后,将反应体系缓慢加入到装有去离子水的三口烧瓶中,有固体析出,三口烧瓶温度降低至20℃,保温析晶30min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤三次后转移到温度为85℃的干燥箱中,干燥至恒重,粉碎,过100目筛网,得到改性DOPO后处理得到改性DOPO;
称取:改性DOPO 20g、0.1mol/L盐酸100mL加入三口烧瓶,超声分散50min,将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌,室温下,向三口烧瓶中缓慢滴加30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液100mL,滴加完毕后,保温反应80min,抽滤,滤饼用纯化水洗涤至中性后转移到温度为85℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到复合交联剂。
S5、制备复合电缆料
称取:聚氯乙烯500g、改性氯化聚氯乙烯125g加入到双辊开炼机上熔融混合均匀,再依次向开炼机上加入改性聚硅氧烷75g、石膏粉100g、复合交联剂50g、氯铂酸15g、硬脂酸锌5g、叔丁基对苯二酚5g、壬基苯氧基丙烷磺酸钠5g和硬脂酸丁酯10g,设置双辊开炼机的转速为40r/min,混炼温度为150℃,混炼时长为80min,出料,得到复合电缆料。
对比例1
本对比例与实施例4的区别在于,取消步骤S1和步骤S2,以氯化聚氯乙烯等量替代步骤S5中的改性氯化聚氯乙烯。
对比例2
本对比例与实施例4的区别在于,取消步骤S3,步骤S5中未加入改性聚硅氧烷。
对比例3
本对比例与实施例4的区别在于,取消步骤S4对改性DOPO的进一步处理,以改性DOPO等量替代步骤S5中的复合交联剂。
性能测试:
将实施例2-4和实施例1-3制备得到的复合电缆料制备成如实施例1所述的电缆,并对电缆护套层的绝缘性能、导热性能、机械性能、耐高温性能与抗老化性能进行测试,其中,绝缘性能参照标准GB/T 1692-2008《硫化橡胶体积电阻率率的测定》测定试样的体积电阻率,导热性能参照标准GB 3399-1982《塑料导热系数试验方法护热平板法》测定试样的导热系数,机械性能参照标准GB/T 2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分:通用试验方法厚度和外形尺寸测量机械性能试验》测定试样的抗张强度与断裂伸长率,抗老化性能参照标准GB/T 2951.12-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分:通用试验方法热老化试验方法》测定试样在100℃环境中热老化实验后的抗张强度与断裂伸长率,耐高温性能参照标准GB/T 1633-2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》测定试样的维卡软化温度,具体测试结果见下表:
数据分析:
通过对上表中的数据进行比较分析可知,由本发明实施例2-4制备的复合电缆料的体积电阻率达到7.5×1014Ω·m,导热系数达到1.35W·(m·K)-1,抗张强度达到28.8MPa,断裂伸长率达到375%,经过热老化处理后,抗张强度保有率达到92.7%,断裂伸长率的保有率达到94.9%,维卡软化温度达到185℃,本发明实施例2-4的各项检测数据均优于对比例,说明本发明实施例2-4制备的复合电缆料的耐高温性能与绝缘性能好,提高电缆护套层机械性能与抗热老化性能的同时,还提高了其导热系数,并且在实验过程中发现,本发明实施例制备的电缆的燃烧性能达到A级,并且在对新能源汽车进行充电时,充电前后,电缆温度升高低于10℃,远优于现有的新能源汽车充电电缆的散热性能。
以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种新能源汽车用耐高温高压线缆,包括若干根平行设置的电缆芯(100),其特征在于,若干所述电缆芯(100)的外部包覆有护套层(200),所述护套层(200)由复合电缆料经挤出机熔融挤出后,冷却成型得到,其中,复合电缆料由以下步骤加工而成:
S1、将氯化聚氯乙烯粉末和40wt%氢氧化钠溶液加入到三氯烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至80-90℃,保温反应4-6h,后处理得到预处理氯化聚氯乙烯;
S2、将预处理氯化聚氯乙烯、改性剂与环己酮加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解,向三口烧瓶中加入引发剂,三口烧瓶温度升高至75-85℃,保温反应4-6h,后处理得到改性氯化聚氯乙烯;
S3、将聚氯乙烯、改性氯化聚氯乙烯加入到双辊开炼机上熔融混合均匀,再依次向开炼机上加入改性聚硅氧烷、填料、复合交联剂、氯铂酸和添加剂,出料,得到复合电缆料。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,所述护套层(200)的上开设有沿电缆芯(100)长度方向平行设置的进液通道(300)和多个回液通道(400),其中,进液通道(300)位于护套层(200)的中心处,若干根电缆芯(100)分布在进液通道(300)的外部并以进液通道(300)的轴心为圆心呈环形阵列设置,多个回液通道(400)均为盘管状结构,将若干根电缆芯(100)围合。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,步骤S1中氯化聚乙烯粉末、40wt%氢氧化钠溶液的用量比为1g:5mL;步骤S2中预处理氯化聚氯乙烯、改性剂、环己酮与引发剂的用量比为5g:1g:20mL:0.1g,所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,改性剂由以下步骤加工而成:
A1、将三聚氯氰、乙腈加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度降低至5-8℃,向三口烧瓶中缓慢滴加1,3-二氨基-2-丙醇,滴加完毕,保温搅拌30-50min,向三口烧瓶中滴加30wt%氢氧化钠溶液,滴加完毕,保温反应60-80min,三口烧瓶以0.5℃/min的速率升温至80-90℃,保温反应1-2h,后处理得到中间体I;
A2、将中间体I、丙酮和浓盐酸加入到三口烧瓶中搅拌,待体系溶解后,向三口烧瓶中滴加马来酸酐,滴加完毕,三口烧瓶温度升高至体系回流,保温反应6-8h,后处理得到改性剂。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,步骤A1中三聚氯氰、乙腈、1,3-二氨基-2-丙醇和30wt%氢氧化钠溶液的用量比为10g:50mL:7g:200g;步骤A2中中间体I、丙酮、浓盐酸与马来酸酐的用量比为3g:10mL:1mL:2g,所述浓盐酸的浓度为8-10mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,改性聚硅氧烷的制备方法为:将含氢硅油、异丙醇和催化剂加入到三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至体系微回流,向三口烧瓶中滴加混合液,滴加完毕,保温反应4-6h,后处理得到改性聚硅氧烷。
7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,所述混合液由全氟己基乙烯和聚醚F6按用量比1g:3g组成,所述含氢硅油、异丙醇、催化剂和混合液的用量比为4g:14mL:0.5g:2g,所述催化剂为氯铂酸。
8.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,复合交联剂由以下步骤加工而成:
B1、将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷和引发剂加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌,三口烧瓶温度升高至75-85℃,保温反应6-8h,向三口烧瓶中加入3mol/L盐酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺,保温反应22-26h,后处理得到改性DOPO;
B2、将改性DOPO、0.1mol/L盐酸加入三口烧瓶,超声分散30-50min,将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌,室温下,向三口烧瓶中缓慢滴加30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液,滴加完毕后,保温反应60-80min,后处理得到复合交联剂。
9.根据权利要求6所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,步骤B1中9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷、引发剂、3mol/L盐酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺的用量比为21.6g:19g:1g:28mL:100mL,所述引发剂为偶氮二异丁腈;步骤B2中改性DOPO、0.1mol/L盐酸和30wt%三甲氧基硅烷/无水乙醇溶液的用量比为1g:5mL:5g。
10.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用耐高温高压线缆,其特征在于,步骤S3中聚氯乙烯、改性氯化聚氯乙烯、改性聚硅氧烷、填料、复合交联剂、氯铂酸和添加剂的用量比为100g:25g:15g:20g:10g:3g:5g,双辊开炼机的转速为30-40r/min,混炼温度为140-150℃,混炼时长为60-80min,所述填料为石膏粉,所述添加剂由分散剂、抗氧剂、抗静电剂和润滑剂按用比1g:1g:1g:2g组成,其中,分散剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镉中的一种或多种,抗氧剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种或多种,抗静电剂为壬基苯氧基丙烷磺酸钠、对壬基二苯醚磺酸钾中的一种,润滑剂为硬脂酸丁酯、微晶石蜡中的一种。
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