一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料及其制备方法技术

本申请涉及高分子材料领域，具体公开了一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料及其制备方法。用于电池包外壳的阻燃尼龙材料包括以下重量份的组分：尼龙树脂50‑70份、微胶囊包覆红磷母粒8‑15份、短切玻璃纤维25‑35份、无水硼酸锌1‑3份、氧化锌1‑3份、马来酸酐接枝乙烯‑辛烯共聚物2‑5份、苯胺黑色母1‑3份、水滑石1‑3份、抗氧剂0.1‑1份、润滑剂0.1‑1份；其制备方法为：S1、称取原料；S2、混合；S3、挤出。本申请的用于电池包外壳的阻燃尼龙材料其具有优异的阻燃性、韧性和强度，质量轻，耐腐蚀性好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料及其制备方法
本申请涉及高分子材料
，更具体地说，它涉及一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料及其制备方法。
技术介绍
新能源汽车作为汽车行业发展的新一代的交通工具，在节能减排，减少对传统石油资源的依赖方面具有较大优势，而电池包是新能源汽车核心能量源，是新能源汽车内电池模块的承载体，一般安装在车体底部，主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不易损坏，对电池模块的安全防护起到关键作用。传统车用电池包外壳采用钢板、铝合金等材料铸造，然后对其表面进行喷涂处理，钢板和铝合金材料虽然具有使用寿命长、阻燃、无烟、雾度等优点，但质量较重，随着汽车节轻量化的发展，电池包外壳材料出现了玻纤增强复合材料、SMC片状材料和碳纤增强复合材料等多种轻量化材料。针对上述中的相关技术，专利技术人认为电池模块中的锂电池在使用过程中不断散发热量，易导致热量失控，甚至引起电池模块起火，造成安全事故，虽然轻量化材料具有质量轻，强度达钢材4倍的优点，但其阻燃性能有待提升。
技术实现思路
为提高用于电池包外壳材料的阻燃性能，本申请提供一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料及其制备方法。第一方面，本申请提供一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料，采用如下的技术方案：一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料，包括以下重量份的组分：尼龙树脂50-70份、微胶囊包覆红磷母粒8-15份、短切玻璃纤维25-35份、无水硼酸锌1-3份、氧化锌1-3份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2-5份、苯胺黑色母1-3份、水滑石1-3份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.1-1份。通过采用上述技术方案，由于采用尼龙树脂、短切玻璃纤维等组分制备电池包外壳用尼龙材料，尼龙树脂相较于钢材来说，质量轻、耐磨性好、耐疲劳强度和耐热性高，短切玻璃纤维主要用于增强尼龙材料的机械强度，另外氧化锌加入尼龙材料中，能使尼龙材料的热氧化降解过程发生改变，生成更多的剩炭，形成稳定的保护炭层，从而提高尼龙材料的阻燃性，水滑石在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和二氧化碳的形式脱出，起到降低燃烧气体温度、阻隔氧气的作用，且水滑石在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，水滑石与氧化锌配合作用，能有效改善尼龙材料的阻燃效果；微胶囊包覆红磷母粒是一种无卤、高效、低烟、无害的阻燃剂，阻燃效果好，另外马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的加入能改善尼龙树脂与微胶囊包覆红磷母粒、氧化锌等组分的相容性，从而改善尼龙材料的抗冲击性能。优选的，所述组分的重量份如下：尼龙树脂53-60.5份、微胶囊包覆红磷母粒10-12份、短切玻璃纤维28-33份、无水硼酸锌1.5-2.5份、氧化锌1.5-2.5份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2.5-4.5份、苯胺黑色母1.5-2.5份、水滑石0.4-0.8份、抗氧剂0.4-0.8份、润滑剂0.5-0.8份。通过采用上述技术方案，原料的用量更加精确，使制成的尼龙材料的阻燃效果好，力学性能更加优异。优选的，所述微胶囊包覆红磷母粒由以下方法制成：(1)将1-1.5重量份红磷研磨、烘干后与2-3重量份氨水、3.5-5重量份正硅酸乙酯、2-2.5重量份乙醇、3-4重量份二氧化铈混合，搅拌5-6h，离心、真空干燥；(2)将3-5重量份聚4-甲基-1-戊烯和10-20重量份步骤(1)所得物混合，挤出、造粒，制得微胶囊包覆红磷母粒。通过采用上述技术方案，尼龙树脂在与微胶囊包覆红磷母粒表面的有机或无机层进行混合时，因尼龙树脂与有机层或无机层相容性问题，易导致尼龙材料的力学性能下降，另外电池包外壳在电池模块长久使用后，出现漏液现象时，易被腐蚀，因此采用无机和有机双层包覆制备微胶囊包覆红磷母粒，其中添加耐腐蚀性优异的二氧化铈和二氧化硅作为无机层，再使用耐腐蚀性优异的聚4-甲基-1-戊烯作为有机层，以提高微胶囊包覆红磷母粒的耐腐蚀性，从而改善电池包外壳的耐腐蚀效果，另外有机层中聚4-甲基-1-戊烯与尼龙树脂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的相容性好，能有效改善尼龙树脂的力学性能，另外在燃烧时，聚4-甲基-1-戊烯的耐高温性能好，阻燃效果强，当聚4-甲基-1-戊烯被燃烧破坏时，二氧化硅和二氧化铈包覆在红磷母粒表面，红磷受热生成含氧酸，对尼龙树脂具有炭化脱水作用，二氧化硅和二氧化铈在炭层表面凝聚，起到增强阻隔作用，构成磷硅氮协效阻燃，从而改善了红磷母粒的隔热阻燃效果。优选的，所述步骤(2)中还加入了1-2重量份可膨胀石墨、0.5-1重量份马来酸酐接枝聚乙烯混合进行挤出造粒。通过采用上述技术方案，可膨胀石墨的耐热温度高，在发生火灾时，体积膨胀，阻隔火焰，同时生成的石墨膨胀体材料覆盖在电池包外壳上，隔绝热量传递和氧气的接触，其内部的酸根在膨胀时释放，促进了电池包外壳的炭化，并且可膨胀石墨具有耐酸碱腐蚀性好的优点，能改善电池包外壳的耐腐蚀性，马来酸酐接枝聚乙烯的加入，能改善可膨胀石墨与微胶囊包覆红磷石墨中聚4-甲基-1-戊烯的相容性，改善微胶囊包覆红磷母粒的力学效果。优选的，所述尼龙树脂由5-10重量份PA66烘干后与1-2重量份聚四氟乙烯、0.2-0.5重量份相容剂和1-3重量份三氧化二锑混合、挤出制成。通过采用上述技术方案，PA66的耐腐蚀性好，对酸碱盐等化学物质，以及油类的抗腐蚀能力较强，聚四氟乙烯的抗腐蚀性和力学性能优异，在相容剂的作用下，PA66和聚四氟乙烯混合均匀后，增大了尼龙树脂与微胶囊包覆红磷母粒中聚4-甲基-1-戊烯的相容性，从而制成了耐腐蚀、阻燃且力学性能优异的尼龙树脂。优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝POE中的一种或两种的组合物。通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝聚丙烯和马来酸酐接枝POE能增加PA66和聚四氟乙烯的相容性，改善尼龙树脂的抗冲击性和加工性。优选的，所述润滑剂为硬脂酸锌和石蜡按照1:1-2组成的混合物。通过采用上述技术方案，以硬脂酸锌和石蜡配合作为润滑剂，能有效改善尼龙材料加工时的流动性，起到促进熔融、防粘连和抗静电、爽滑的作用。优选的，所述抗氧剂为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和碳黑按照1:1-1.5组成的混合物。通过采用上述技术方案，4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)为抗氧剂300，是一种硫代双酚类抗氧剂，其具有游离基终止剂和氢过氧化物分解剂的双重功能，抗老化效果强，与碳黑协同使用，抗老化性能增强。优选的，所述短切玻璃纤维的直径为9-10um，长度为3-5mm。通过采用上述技术方案，短切玻璃纤维的原丝集束性好，毛屑含量低，干态流动性优良，分散效果好。第二方面，本申请提供一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：S1、称重：按照配比，称取各原料；S2、混合：将尼龙树脂、微胶囊包覆红磷母粒、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、苯胺黑色母、抗氧剂、润滑剂混合；S3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：尼龙树脂50-70份、微胶囊包覆红磷母粒8-15份、短切玻璃纤维25-35份、无水硼酸锌1-3份、氧化锌1-3份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2-5份、苯胺黑色母1-3份、水滑石1-3份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.1-1份。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电池包外壳的阻燃尼龙材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：尼龙树脂50-70份、微胶囊包覆红磷母粒8-15份、短切玻璃纤维25-35份、无水硼酸锌1-3份、氧化锌1-3份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2-5份、苯胺黑色母1-3份、水滑石1-3份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.1-1份。


2.根据权利要求1所述的用于电池包外壳的阻燃尼龙材料，其特征在于：所述组分的重量份如下：尼龙树脂53-60.5份、微胶囊包覆红磷母粒10-12份、短切玻璃纤维28-33份、无水硼酸锌1.5-2.5份、氧化锌1.5-2.5份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2.5-4.5份、苯胺黑色母1.5-2.5份、水滑石0.4-0.8份、抗氧剂0.4-0.8份、润滑剂0.5-0.8份。


3.根据权利要求1所述的用于电池包外壳的阻燃尼龙材料品，其特征在于，所述微胶囊包覆红磷母粒由以下方法制成：
（1）将1-1.5重量份红磷研磨、烘干后与2-3重量份氨水、3.5-5重量份正硅酸乙酯、2-2.5重量份乙醇、3-4重量份二氧化铈混合，搅拌5-6h，离心、真空干燥；
（2）将3-5重量份聚4-甲基-1-戊烯和10-20重量份步骤（1）所得物混合，挤出、造粒，制得微胶囊包覆红磷母粒。


4.根据权利要求3所述的用于电池包外壳的阻燃尼龙材料，其特征在于，所述步骤（2）中还加入了1-2重量份可膨胀石墨、0.5-1重量份马来酸酐接枝聚乙烯混合进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨万银，秦占伟，李延辉，张电丰，
申请(专利权)人：宁波普立隆高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33