一种充电线缆材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种充电线缆材料及其制备方法 (Charging cable material and preparation method thereof ) 是由 张晓虹 张志丽 郭宁 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种充电线缆材料及其制备方法；该复合材料由聚丙烯/SEBS基,氮化硼纳米片组成；该复合材料通过以下方法制得：将氮化硼纳米片在环己烷中溶解,随后将溶液置于超声细胞破碎机中进行超声处理,然后进行离心干燥得到导热填料；随后以不同共混顺序将导热填料与基体利用二步共混法,经过造粒,熔融热压实现充电线缆材料的制备；本发明通过让氮化硼选择性分布的方式提高了氮化硼在复合基料中的相对浓度,获得了具有高导热性能和良好绝缘性能的充电线缆材料。(The invention discloses a charging cable material and a preparation method thereof; the composite material consists of a polypropylene/SEBS base and a boron nitride nanosheet; the composite material is prepared by the following method: dissolving a boron nitride nanosheet in cyclohexane, then placing the solution in an ultrasonic cell crusher for ultrasonic treatment, and then carrying out centrifugal drying to obtain a heat-conducting filler; then, the heat-conducting filler and the matrix are subjected to granulation and hot-pressing melting by a two-step blending method according to different blending sequences to realize the preparation of the charging cable material; according to the invention, the relative concentration of boron nitride in the composite base material is improved in a manner of selectively distributing the boron nitride, so that the charging cable material with high heat-conducting property and good insulating property is obtained.)
技术领域
本发明涉及一种充电线缆材料及其制备方法，属于复合材料研究领域。
背景技术
新能源汽车是未来汽车行业转型升级的发展方向，发展新能源汽车，能够改善城市环境、降低对空气的污染、帮助实现碳中和；国内的新能源电动汽车充电时间较长，一般快充需要2-3h充至额定电量的80%，慢充则需要12h以上，这显然不能满足大功率充电的要求，未来的目标是充电10-15min、续航里程达到300km以上。
通常缩短充电时间需要提高充电电流，但是提高充电电流会提高电缆的温度；而提高电缆线芯直径，使得电缆线芯直径太大过于粗重，这不符合充电桩电缆的特定使用条件；因此，解决充电过程中电缆的散热问题是新能源汽车行业发展的关键；在充电桩电缆中，目前经常使用的材料有热塑性弹性体（TPE）、聚氯乙烯/丁腈橡胶（PVC/NBR）、交联聚烯烃（XLPO）、聚氨酯（TPU）和交联三元乙丙橡胶（EPR）等，这些材料具有弹性和良好的保护作用，然而导热能力不好，需要添加导热填料来提高复合材料的热导率；氮化硼（BN）作为无机非金属填料中热导率最高的一种，同时具有优异的绝缘性能，而热塑性弹性体易加工并具有良好的可回收性，边角料可循环使用，环保无毒。
目前，通过向聚合物基体添加导热填料来提高复合材料的导热率是最为常见的方法，但由于低填充下，导热通路并未形成，导热率提高并不明显；而高填充会伴随着复合材料力学性能与电学性能的下降；因此，开发一种兼具高导热与良好绝缘性能的充电线缆材料是很有必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种充电线缆材料及其制备方法，其目的是将氮化硼纳米片在某一相基体中选择性分布，从而有利于导热通路的构建，降低填料的含量，使得充电线缆材料具有较高的导热性能与优异的绝缘性能。
为实现以上目的，本发明提供了一种充电线缆材料，包括氮化硼纳米片，氮抗氧剂，聚丙烯以及SEBS，其中试样氮化硼纳米片占聚丙烯与SEBS的比重是20phr，聚丙烯与SEBS的比是2:3。
优选的，所述氮化硼纳米片的粒径为1-3μm，平均厚度小于100nm。
优选的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
优选的，所述SEBS分子量为18万。
优选的，所述抗氧剂为1010抗氧剂。
本发明提供了一种充电线缆材料及其制备方法，包括以下步骤：
（1）先将氮化硼纳米片与环己烷溶液按照设定的比例在超声细胞破碎机中超声处理180min，得到改性后的氮化硼纳米片；
（2）将步骤（1）中改性后的氮化硼纳米片与干燥后的聚丙烯加入到熔融混炼设备中进行熔融共混，得到一次共混母料；将共混物从熔融混炼设备中出料，降至常温，得到含有氮化硼纳米片的聚丙烯复合材料；
（3）将氮化硼纳米片与干燥后的SEBS加入充分的环己烷，在水浴加热的条件下进行溶液共混，最后将溶液共混物放置真空烘箱2h后，得到含有氮化硼纳米片的SEBS一次母料；
（4）将步骤（2）所得的一次母料与SEBS进行二次共混，得到（PP+BNNS）+SEBS充电线缆材料；
（5）将步骤（3）所得的一次母料与聚丙烯进行二次共混，得到（SEBS+BNNS）+PP充电线缆材料；
（6）将步骤（4）和步骤（5）中得到的充电线缆材料进行熔融压片。
优选的，所述步骤（2）、步骤（4）和步骤（5）中熔融共混的具体要求为：熔融温度为190℃，熔融设备为转矩流变仪，转子转速为90rmp/min，熔融混炼时间为10min。
优选的，所述步骤（6）中熔融压片条件为：压力5MPa，温度190℃，保压5分钟；压力10MPa，温度190℃，保压5分钟；压力15MPa，温度190℃，保压5分钟；之后冷压，条件为：压力15MPa，温度190℃，保压5分钟。
总体而言，通过本发明所构成的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
（1）本发明提供的充电线缆材料，将氮化硼导热填料选择性的分散到聚合物某一基体中，并通过热压取向，大幅降低了聚合物的界面热阻，提高了氮化硼纳米片在某一相中的相对浓度，有效的搭建了导热通路；
（2）本发明提供的充电线缆材料的制备方法，工艺简单，可以通过熔融共混与热压法配合制得，对设备要求低，操作方便，有利于大规模生产；
（3）本发明通过的制备方法及充电线缆材料，人为的将氮化硼纳米片选择性的分散到聚丙烯和SEBS中的任意一项，提高了氮化硼导热填料的相对浓度，使得充电线缆材料的导热通路更加完整、有效的建立，进而提高充电线缆材料的导热性能；同时充电线缆材料具有优异的力学性能与电学性能。
附图说明
图1是实施例制得的（PP+BNNS）+SEBS充电线缆材料的脆断面SEM图；
图2是实施例制得的充电线缆材料的导热率随共混顺序的变化；
图3是实施例制得的充电线缆材料的电导率随温度的变化；
图4是实施例制得的充电线缆材料的应力—应变曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种充电线缆材料的制备方法，具体实施方案如下。
实施例1：（SEBS+BNNS）+PP充电线缆材料
（1）取6.281g氮化硼纳米片于烧杯中，用200ml环己烷溶液将其完全溶解，置于超声细胞破碎机中，进行超声处理180min，得到改性后的氮化硼纳米片；
（2）将步骤（1）中改性后的氮化硼纳米片与干燥后的18.842gSEBS加入400ml的环己烷中，在50℃水浴加热的条件下进行溶液共混，最后将溶液共混物放置70℃真空烘箱2h后，得到含有氮化硼纳米片的SEBS一次母料；
（3）将步骤（2）所得的一次母料与干燥后的12.561g聚丙烯进行二次共混，得到（SEBS+BNNS）+PP充电线缆材料；
（4）将步骤（3）中得到的充电线缆材料进行熔融压片，厚度为200μm；
（5）所述步骤（4）熔融压片的条件为：压力5MPa，温度190℃，保压5分钟；压力10MPa，温度190℃，保压5分钟；压力15MPa，温度190℃，保压5分钟；之后冷压，条件为：压力15MPa，温度190℃，保压5分钟。
实施例2：（SEBS+PP）+ BNNS充电线缆材料
（1）取6.281g氮化硼纳米片于烧杯中，用200ml环己烷溶液将其完全溶解，置于超声细胞破碎机中，进行超声处理180min，得到改性后的氮化硼纳米片；
（2）将干燥后的18.842gSEBS与干燥后的12.561g聚丙烯加入到熔融混炼设备中进行熔融共混，得到一次共混母料；将共混物从熔融混炼设备中出料，降至常温，得到SEBS+PP复合材料；
（3）将步骤（2）所得的一次母料与步骤（1）中改性后的6.281g氮化硼纳米片进行二次共混，得到（SEBS+PP）+ BNNS充电线缆材料；
（4）将步骤（3）中得到的充电线缆材料进行熔融压片，厚度为200μm；
（5）所述步骤（2）和步骤（3）中熔融共混的具体条件为：熔融温度为190℃，熔融设备为转矩流变仪，转子转速为90rmp/min，熔融混炼时间为10min；
（6）所述步骤（4）熔融压片的条件为：压力5MPa，温度190℃，保压5分钟；压力10MPa，温度190℃，保压5分钟；压力15MPa，温度190℃，保压5分钟；之后冷压，条件为：压力15MPa，温度190℃，保压5分钟。
实施例3：（PP+BNNS）+SEBS充电线缆材料
（1）取6.281g氮化硼纳米片于烧杯中，用200ml环己烷溶液将其完全溶解，置于超声细胞破碎机中，进行超声处理180min，得到改性后的氮化硼纳米片；
（2）将步骤（1）中改性后的氮化硼纳米片与干燥后的12.561g聚丙烯加入到熔融混炼设备中进行熔融共混，得到一次共混母料；将共混物从熔融混炼设备中出料，降至常温，得到含有氮化硼纳米片的聚丙烯复合材料；
（3）将步骤（2）所得的一次母料与18.842gSEBS进行二次共混，得到（PP+BNNS）+SEBS充电线缆材料；
（4）将步骤（3）中得到的充电线缆材料进行熔融压片，厚度为200μm；
（5）所述步骤（2）和步骤（3）中熔融共混的具体条件为：熔融温度为190℃，熔融设备为转矩流变仪，转子转速为90rmp/min，熔融混炼时间为10min；
（6）所述步骤（4）熔融压片的条件为：压力5MPa，温度190℃，保压5分钟；压力10MPa，温度190℃，保压5分钟；压力15MPa，温度190℃，保压5分钟；之后冷压，条件为：压力15MPa，温度190℃，保压5分钟。
实施例4：SEBS+PP复合材料
（1）将干燥后的18.842gSEBS与干燥后的12.561g聚丙烯加入到熔融混炼设备中进行熔融共混，；将共混物从熔融混炼设备中出料，降至常温，得到SEBS+PP复合材料；
（2）将步骤（1）中得到的复合材料进行熔融压片，厚度为200μm；
（3）所述步骤（1）中熔融共混的具体条件为：熔融温度为190℃，熔融设备为转矩流变仪，转子转速为90rmp/min，熔融混炼时间为10min;
（4）所述步骤（2）熔融压片的具体方法为：压力5MPa，温度190℃，保压5分钟；压力10MPa，温度190℃，保压5分钟；压力15MPa，温度190℃，保压5分钟；之后冷压，条件为：压力15MPa，温度190℃，保压5分钟。
本发明结果阐述为：由图1（PP+BNNS）+SEBS充电线缆材料的脆断面SEM可以看出，氮化硼纳米片大多分布在聚丙烯与SEBS的相间面上，结合图2充电线缆材料的导热率随共混顺序的变化可以看出，实施例3制得的充电线缆材料（PP+BNNS）+SEBS导热最为优异，高达0.4043 W/m·K，与实施例4对照组相比，提高了近一倍；由图3充电线缆材料的电导率随温度的变化可以看出，氮化硼的加入，对充电线缆材料的电导率有着极大的改善作用，在100℃以下时，实施例制得的充电线缆材料的电导都低于1×10-14S/m，常温下都在8×10-16 S/m左右，完全满足充电线缆日常使用的绝缘要求；由图4充电线缆材料的力学性能随共混顺序的变化可以看出氮化硼的加入使得充电线缆材料的断裂伸长率减小，而实施例1制得的充电线缆材料屈服强度得到了提高；由此可以看出此充电线缆材料实现了高导热性能，同时具有良好的绝缘性能与优异的力学性能，具有广泛的应用前景。
申请人申明：凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
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