CN120737601A - 一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料及其制备方法，属于高分子材料改性技术领域。本发明提供的长碳链尼龙包覆材料由低结晶度长碳链尼龙、增容剂、抗氧剂、色粉、分散剂和光稳定剂等组分制备而成，所述低结晶度长碳链尼龙的结晶度小于13％，在235℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为10‑30g/10min。本发明通过采用低结晶度长碳链尼龙替代常规均聚长碳链尼龙，改善尼龙成型结晶后收缩导致包覆层与金属界面粘附力下降问题。本发明制备的长碳链尼龙包覆材料成型收缩率小、金属粘附力强、断裂伸长率高，并具有良好拉伸性能和弯曲性能，适合三维折弯成型工艺，满足新能源汽车市场的应用需求。

Description

一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，具体是一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料及其制备方法。

背景技术

汇流排作为一种功率模块电连接部件广泛应用于新能源汽车领域，比起传统汽车线缆，汇流排适应各种布线角度与车辆结构；刚性结构定位简单，装配成本更低，质量更高，更安全；相同横截面的汇流排比电缆多负载10-20％的电流，可缩短充电时间。

根据制件结构和包覆材料不同，汇流排可以采用不同的加工方式，如热缩套管、嵌件注塑、浸塑、静电喷涂，挤出包覆(挤塑)等。汇流排对包覆或涂装的要求极为苛刻：材料需要通过电气测试认证和严格的热循环测试；具备耐热失控性能；代表高压的橙色持久稳定，即使长期处于高温环境下也不褪色；兼具高生产效率，节约制造时间和成本。为了避免包覆材料弯折出现应力发白或与金属脱壳，导致汇流排后续使用过程出现导电性能下降甚至接触不良等问题，尤其挤塑工艺对包覆材料的韧性及其与金属的粘结力提出了较高的要求。

长碳链尼龙具有高延伸率和耐温性能，成型后表面光滑无缺陷，十分适合三维折弯成型工艺，因此成为挤塑汇流排理想的包覆材料。挤塑汇流排加工过程中包覆材料内层优先接触金属芯材，且芯材需要预热来降低尼龙结晶速率，提高包覆材料与金属浸润性；包覆材料外层经过水冷凝固成型，外层凝固速率一般快于内层，尼龙中易存留内应力，导致包覆层易向外层翘曲，影响粘附效果。现有技术大多通过将增容剂和/或弹性体共混到均聚长碳链尼龙中来提高材料的极性与韧性，从而增强尼龙包覆层与金属界面的粘附力。公开号为CN 117024953A的中国专利公开了一种高韧性高金属粘结性聚酰胺组合物及其制备方法，该组合物包括下述质量份原料：长碳链聚酰胺树脂55～95.5份、弹性体粘合剂3～40份、抗氧剂0.2～3份、色母0～3份、光稳定剂0～3份；所述弹性体粘合剂为聚醚嵌段酰胺，该发明组合物以长碳链聚酰胺为树脂基体，分子中存在强极性的酰胺基团和牢固的氢键，熔点较高，同时长碳链聚酰胺分子中烷基链段含量较高，树脂韧性及抗冲击性能也较好；在此基础上，通过添加具有合适熔指以及聚醚比例的聚醚嵌段酰胺，其作为含有聚酰胺链段和聚醚链段的“两亲型”弹性体粘合剂，不仅保证了粘合剂与尼龙基体良好的界面相容性，还可以提高粘合剂与金属芯材间的分子间作用力和浸润效果，从而有效提高了聚酰胺组合物的断裂伸长率和金属粘结力，使得该组合物在弯折后不易出现应力发白或与金属脱壳等现象，适用于汇流排护套材料。但是随着电池包能量密度的提升，大容量电芯集成连接的复杂性提高，汇流排弯折曲率半径更大，对于挤塑汇流排包覆材料的金属粘附力提出了更高的要求，现有技术中通过将增容剂和/或弹性体来提高尼龙包覆层与金属界面的粘附力的方法已难以满足使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料及其制备方法，通过选择低结晶度的长碳链尼龙树脂替代常规均聚长碳链尼龙树脂，改善由于尼龙成型结晶后收缩导致的包覆层与金属表面分离，从而提高包覆层与金属界面之间的粘附力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，由以下组分按照重量份制备而成：

所述低结晶度长碳链尼龙包括低结晶度共聚长碳链尼龙和/或透明尼龙，低结晶度长碳链尼龙的结晶度小于13％，在235℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为10-30g/10min；当存在透明尼龙时，所述透明尼龙的熔体流动速率与结晶度均小于所述低结晶度共聚长碳链尼龙。

尼龙结晶度越高，材料加工成型后收缩程度越大，越容易导致包覆尼龙与金属界面粘附力下降；尼龙熔指过小，材料对金属表面的浸润性差，容易导致包覆尼龙与金属界面粘附效果变差；尼龙熔指过大，挤塑加工稳定性差，容易造成包覆尼龙上、下两面厚度不均；通过不同熔体流动速率与结晶度尼龙树脂并用，使得富集外层的透明尼龙与富集内层的共聚长碳链尼龙凝固时间差减少，避免尼龙内应力翘曲导致包覆层金属粘附效果劣化。

作为本发明的进一步方案：所述低结晶度共聚长碳链尼龙为PA610/PA66、PA612/PA66、PA612/PA610、PA612/PA614、PA1012/PA612、PA1012/PA1010、PA1012/PA1212中的至少一种；优选地，所述低结晶度共聚长碳链尼龙的结晶度为5-13％，在235℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为15-30g/10min。

作为本发明的进一步方案：所述透明尼龙为PAMACM12、PAPACM12、PAMACM12/Y、PAPACM12/Y、PA6I/Y、PATMDI/Y中的至少一种，其中Y为PA612，PA1012，PA1212中的一种；优选地，所述透明尼龙的结晶度<1％；透明尼龙在235℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为10-25g/10min；更优选地，所述透明尼龙的重量份为0～50份。

作为本发明进一步的方案：所述增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝马来酸酐(EMA-g-MAH)、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐(LLDPE-g-MAH)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐(SEBS-g-MAH)中的至少一种；优选地，所述增容剂的马来酸酐接枝率大于0.5％。

作为本发明进一步的方案：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；优选地，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(1098)、双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(S-9228)复配。

作为本发明进一步的方案：所述色粉为黄色色粉、橙色色粉、红色色粉、白色色粉、黑色色粉中的至少一种；优选地，材料表面颜色为Ral2003～Ral2011色号之间；更优选地，材料表面颜色为Ral2003。

作为本发明进一步的方案：所述分散剂为酰胺类化合物、硬脂酸酯类化合物、金属皂类化合物中的至少一种；优选地，所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺(EBS)。

作为本发明进一步的方案：所述光稳定剂为水杨酸酯类光稳定剂、三嗪类/有机络合物类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、取代丙烯腈类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂中的至少一种；优选地，所述光稳定剂为2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-辛氧基酚(UV-1164)。

本发明另一方面公开了上述挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按配比称取各组分原料进行混合，得到混合物料；

S2：将所述混合物料加入双螺杆挤出机主喂料口，经熔融、挤出、切粒、干燥后，即得挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料。

作为本发明进一步的方案：所述双螺杆挤出机的一区温度为150～190℃，其他各区及机头温度为180～240℃；螺杆转速为200～500r/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用低结晶度长碳链尼龙替代常规均聚长碳链尼龙，从树脂本征角度降低尼龙结晶度，改善尼龙成型后收缩导致的包覆层与金属界面粘附力下降问题。

2.本发明采用不同结晶度和熔体流动速率的尼龙树脂，缩短挤塑包覆尼龙的内外层凝固时间差，降低尼龙内应力翘曲导致包覆层金属粘附力劣化程度。

3.本发明采用低结晶度长碳链尼龙复配增容剂协同提高材料的韧性及各组分间的相容性，降低材料的吸水率和成本，同时，增容剂与尼龙树脂发生反应起到扩链作用，使得材料兼具良好拉伸性能和弯曲性能。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式，不是旨在限制本发明。

以下实施例和对比例中采用的原料均为市售产品，市购可得，具体信息如表1所示：

表1

上述物料均为市售常规产品。可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

实施例和对比例采用如下方法进行制备：

S1：按表2中重量份称取配方中各组分原料置于高混机中搅拌8min，得到混合物料；

S2：将混合物料加入双螺杆挤出机主喂料口，经熔融、挤出、切粒、干燥后，即得挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料。

其中，实施例1-5以及对比例1、2、3、6，双螺杆挤出机的一区温度设置为170℃，其他各区及机头温度设置为225℃，螺杆转速为300r/min；

对比例4中，双螺杆挤出机的一区温度设置为160℃，其他各区及机头温度设置为200℃，螺杆转速设置为300r/min；

对比例5中，双螺杆挤出机的一区温度设置为180℃，其他各区及机头温度设置为235℃，螺杆转速设置为300r/min。

表2

对上述各例制得的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料粒子均化处理后，注塑样条，进行性能测试，测试项目及结果如表3所示：

表3

表3中测试项目的测试标准具体如下：

拉伸性能测试标准参照ISO527，弯曲性能测试标准参照ISO178，冲击性能测试标准参照ISO179，吸水率(23℃/24h)测试标准参照ISO62，体积电阻率测试标准参照IEC60093，收缩率测试标准参照ISO294，热变形温度测试标准参照ISO75，最大剥离力测试标准参照ISO4624。

根据表3的测试结果可知，本发明实施例1～5的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料成型收缩率小(平行收缩率＜0.5％、垂直收缩率＜0.6％)、金属粘附力强(最大剥离力≥30N)、断裂伸长率高(断裂伸长率>105％)，具有良好的拉伸性能(拉伸强度>37MPa、拉伸模量>1100MPa、断裂伸长率>105％)和弯曲性能(弯曲强度≥40MPa、弯曲模量>1100MPa)。

实施例1和对比例1-2综合比较可以看出，通过使用共聚长碳链尼龙代替均聚长碳链尼龙，可以破坏尼龙分子链的规整性和结晶性，从而降低材料成型后收缩率，显著提升包覆尼龙与金属芯材的粘附力；添加增容剂能够改善尼龙与各组分之间的相容性，形成均匀的共混物，这种均匀的分散性有助于减少尼龙中的微孔和缺陷，从而降低吸水率，保证包覆材料使用过程中充分绝缘，同时提高材料韧性，满足挤塑汇流排三维折弯成型工艺的加工需求。

实施例2和对比例3-6综合比较可以看出，通过采用特定熔体流动速率和结晶度的共聚长碳链尼龙与透明尼龙并用，使得高熔指的共聚长碳链尼龙在挤塑过程中优先接触金属芯材，并通过预热金属来降低内层尼龙凝固速率，而富集外层的低结晶度透明尼龙，通过水冷加快其凝固速率，从而使包覆尼龙内、外层凝固时间接近，避免尼龙内应力造成包覆材料收缩翘曲，使得材料的收缩率进一步降低，且垂直收缩率与水平收缩率更为接近，保证包覆尼龙粘附效果的持久性。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：由以下组分按照重量份制备而成：

所述低结晶度长碳链尼龙为共聚长碳链尼龙和/或透明尼龙，所述低结晶度长碳链尼龙的结晶度小于13％，在235℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为10-30g/10min，且所述透明尼龙的熔体流动速率与结晶度均小于所述共聚长碳链尼龙。

2.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述共聚长碳链尼龙为PA610/PA66、PA612/PA66、PA612/PA610、PA612/PA614、PA1012/PA612、PA1012/PA1010、PA1012/PA1212中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述透明尼龙为PAMACM12、PAPACM12、PAMACM12/Y、PAPACM12/Y、PA6I/Y、PATMDI/Y中的至少一种，其中Y为PA612、PA1012或PA1212。

4.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐中的至少一种；所述增容剂中马来酸酐接枝率大于0.5％。

5.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述色粉为黄色色粉、橙色色粉、红色色粉、白色色粉、黑色色粉中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述分散剂为酰胺类化合物、硬脂酸酯类化合物、金属皂类化合物中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料，其特征在于：所述光稳定剂为水杨酸酯类光稳定剂、三嗪类/有机络合物类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、取代丙烯腈类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂中的至少一种。

9.一种如权利要求1所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：按配比称取各组分原料进行混合，得到混合物料；

S2：将所述混合物料加入双螺杆挤出机主喂料口，经熔融、挤出、切粒、干燥后，即得挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料。

10.根据权利要求9所述的挤塑汇流排用长碳链尼龙包覆材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的一区温度为150～190℃，其他各区及机头温度为180～240℃；螺杆转速为200～500r/min。