本發(fā)明涉及電磁屏蔽導(dǎo)熱材料領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及一種新能源汽車電池箱體用電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
2010年1月我國開始啟動新能源汽車“十城千輛”的推廣工程，計(jì)劃用3年左右的時(shí)間，每年發(fā)展10個(gè)城市，每個(gè)城市推出1000輛新能源汽車開展示范運(yùn)行，截至日前，覆蓋城市已經(jīng)由北京、上海、重慶等13個(gè)城市擴(kuò)大到25個(gè)。發(fā)展新能源汽是有效緩解能源和環(huán)境壓力，推動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。動力電池作為新能源汽車能量供給的核心零部件，其性能直接影響了新能源汽車的性能表現(xiàn)。動力電池箱體作為動力電池的載體，在動力電池安全工作和防護(hù)方面起著至關(guān)重要的作用。
傳統(tǒng)電動汽車動力電池箱體大多采用金屬材料制造，而金屬材料往往質(zhì)量較重，不利于實(shí)現(xiàn)動力電池的輕量化。隨著制造材料的發(fā)展，為了提高新能源汽車經(jīng)濟(jì)性及實(shí)現(xiàn)動力電池輕量化，復(fù)合材料被逐漸應(yīng)用到動力箱體設(shè)計(jì)中。目前動力電池箱體復(fù)合材料一般以澆注成型的熱固性材料為主，其成型周期較長、工藝復(fù)雜。熱塑性高分子復(fù)合材料能夠大大縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，然而一般的熱塑性高分子復(fù)合材料難以滿足動力電池箱體對材料的要求：高力學(xué)強(qiáng)度，比重低，耐腐蝕性好，阻燃。另外，電池在工作過程中會產(chǎn)生大量熱量，因此箱體材料需要具有良好的熱量傳導(dǎo)性能。目前市場上尚無材料能夠同時(shí)滿足可注塑成型、力學(xué)性能好、能有效屏蔽電磁干擾及傳導(dǎo)電池工作產(chǎn)生的熱量等性能要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于此，本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料質(zhì)量輕，可注塑成型，力學(xué)性能優(yōu)異，能夠有效屏蔽電磁干擾，熱變形溫度高，且能夠快速傳導(dǎo)電池工作產(chǎn)生的熱量。
本發(fā)明的另一目的在于提供所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法。
其技術(shù)方案如下：
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，包括如下按質(zhì)量百分比計(jì)算的組分：
尼龍樹脂30-40%；
碳材料10-25%；
金屬銦5-20%；
抗氧劑0.1-5%；
潤滑劑0.1-5%；
玻璃長纖5-30%；
相容劑1-10%；
其中，所述尼龍樹脂熔融指數(shù)為30-45g/10min；所述碳材料為納米級碳納米管或石墨烯或毫米級碳纖維。
尼龍作為工程塑料中一個(gè)重要的品種，具有力學(xué)強(qiáng)度高，耐熱性好，耐化學(xué)腐蝕，離火自熄等特點(diǎn)。發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在適宜熔融指數(shù)的尼龍樹脂中加入特定大小粒徑或直徑的炭材料和金屬銦能夠構(gòu)建優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通路，納米碳材料與金屬銦發(fā)生協(xié)同作用，大大提高尼龍材料的電磁屏蔽性能和導(dǎo)熱性。本發(fā)明所制備出的電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料具有很高的電磁屏蔽效能，且導(dǎo)熱系數(shù)高、力學(xué)性能良好、加工性能優(yōu)異。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳材料為納米級碳納米管，直徑為10-50nm。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳材料為納米級石墨烯，粒徑為10-20nm。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳材料為毫米級碳纖維，直徑為3-5mm。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述尼龍樹脂為尼龍6和/或尼龍66。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述尼龍樹脂的拉伸強(qiáng)度不低于70mpa。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑3114、抗氧劑1098和抗氧劑168中的一種或多種。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述潤滑劑為硬脂酸鈣、雙乙撐硬脂酸酰胺、聚丙烯蠟、硅酮粉中的一種或多種。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述相容劑為馬來酸酐接枝poe。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述玻璃長纖直徑為10-20μm。
所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
s1、按原料配比稱取各原料，將尼龍樹脂、碳材料、金屬銦、抗氧劑、潤滑劑和相容劑在高速混合機(jī)混合均勻；
s2、將混合好的原料加入雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出并造粒，干燥，得到尼龍母粒材料；
s3、通過長玻纖增強(qiáng)塑料專用擠出機(jī)，采用熔融浸漬模頭和浸漬工藝將尼龍母粒材料和玻璃長纖熔融混合并加工成電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料。
所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料在制備電動汽車動力電池箱體中的應(yīng)用。本發(fā)明所制備的電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料具有很高的電磁屏蔽效能和電導(dǎo)率，且導(dǎo)熱系數(shù)高、熱變形溫度高，力學(xué)性能良好、加工性能優(yōu)異，能夠滿足電動汽車動力電池箱體的性能要求。
本發(fā)明的有益效果在于：
（1）本發(fā)明在適宜熔融指數(shù)的尼龍樹脂中加入特定大小粒徑或直徑的炭材料和金屬銦構(gòu)建導(dǎo)電導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通路，碳材料與金屬銦能夠發(fā)生協(xié)同作用，大大提高了尼龍材料的電磁屏蔽性能和導(dǎo)熱性；
（2）采用新穎的生產(chǎn)加工工藝，引進(jìn)長玻纖熔融浸漬模頭和浸漬工藝，將母粒與長玻纖很好的融合起來，制備出力學(xué)性能優(yōu)異的電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料；
（3）本發(fā)明所制備的電磁屏蔽高導(dǎo)熱電池箱體尼龍復(fù)合材料具有導(dǎo)電性好、具有很高的電磁屏蔽效能、導(dǎo)熱系數(shù)高、力學(xué)性能良好、加工性能好等優(yōu)點(diǎn)；
（4）本發(fā)明材料所制備的電磁屏蔽高導(dǎo)熱電池箱體尼龍復(fù)合材料綜合性能優(yōu)異，非常適合應(yīng)用于新能源汽車電池箱體領(lǐng)域；
（5）本發(fā)明所用的生產(chǎn)制備工藝效率高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以下實(shí)施例所用原料如下：
pa6樹脂：廣東美達(dá)m2400，熔融指數(shù)為35-45g/10min；
pa66樹脂：河南神馬化工有限公司epr24，熔融指數(shù)為30-40g/10min；
碳納米管：中山卡耐特多壁碳納米管knt-01，直徑在15-30nm；
碳納米管：中山卡耐特多壁碳納米管knt-02，直徑在30-40nm；
碳纖維：日本mts公司，mc-6，直徑為3-4mm；
石墨烯：南京吉倉納米jcpg-99，粒徑為10-20nm；
金屬銦：湖南有色金屬股份有限公司；
相容劑：馬來酸酐接枝poe，沈陽科通塑膠有限公司kt-915；
玻璃長纖：重慶復(fù)合國際的4305pm-2400，單絲直徑14μm；
其他未特別說明的原料均為普通市售產(chǎn)品。
實(shí)施例1
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，其組分如下：尼龍樹脂pa636份；多壁碳納米管knt-0117份；金屬銦15份；抗氧劑1680.5份；抗氧劑1680.5份；潤滑劑ebs1份；玻璃長纖25份；相容劑5份。
按如下方法制備所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料：
s1、按上述原料配比稱取各原料，將尼龍樹脂、碳納米管、金屬銦、抗氧劑、潤滑劑和相容劑在高速混合機(jī)混合均勻。
s2、將混合好的原料加入雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出并造粒，干燥，得到尼龍母粒材料，其中，雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒的工藝參數(shù)為：一區(qū)溫度200-210℃，二區(qū)溫度230-235℃，三區(qū)溫度235-240℃，四區(qū)溫度235-240℃，五區(qū)溫度230-235℃，六區(qū)溫度230-235℃，七區(qū)溫度230-235℃，八區(qū)溫度230-235℃，九區(qū)溫度230-235℃，模頭溫度240-245℃，主機(jī)的轉(zhuǎn)速為240-260r/min，喂料的轉(zhuǎn)速為60-70r/min。
s3、通過長玻纖增強(qiáng)塑料專用擠出機(jī)，采用熔融浸漬模頭和浸漬工藝將尼龍母粒材料和玻璃長纖熔融混合并加工成電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料。
實(shí)施例2
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料的質(zhì)量份數(shù)不同，本實(shí)施例所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的組分如下：pa6樹脂39份；多壁碳納米管knt-0114份；金屬銦18份；馬來酸酐接枝poe4份；玻璃長纖23份；抗氧劑10980.5份；抗氧劑1680.5份；ebs1份。
實(shí)施例3
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料的質(zhì)量份數(shù)不同，本實(shí)施例所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的組分如下：pa6樹脂30份；多壁碳納米管knt-0125份；金屬銦20份；馬來酸酐接枝poe5份；玻璃長纖10份；抗氧劑10982.5份；抗氧劑1682.5份；ebs5份。
實(shí)施例4
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料的質(zhì)量份數(shù)不同，本實(shí)施例所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的組分如下：pa66樹脂38份；石墨烯jcpg-9910份；金屬銦11.5份；馬來酸酐接枝poe10份；玻璃長纖30份；抗氧劑10100.1份；抗氧劑31140.1份；硬脂酸鈣0.3份。
實(shí)施例5
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料的質(zhì)量份數(shù)不同，本實(shí)施例所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的組分如下：pa66樹脂38份；碳纖維mc-618份；金屬銦10份；馬來酸酐接枝poe4份；玻璃長纖28份；抗氧劑10980.5份；抗氧劑1680.5份；聚丙烯蠟1份。
實(shí)施例6
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料的質(zhì)量份數(shù)不同，本實(shí)施例所述電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的組分如下：pa66樹脂38份；多壁碳納米管knt-0221份；金屬銦5份；馬來酸酐接枝poe1份；玻璃長纖26份；抗氧劑10103.5份；抗氧劑1680.5份；硅酮粉5份。
對比例1
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅在于，用金屬錫替代金屬銦。
對比例2
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅在于，用直徑為15-20μm的碳納米管代替多壁碳納米管knt-01。
對比例3
一種電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，制備方法與實(shí)施例1相同，所用原料與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅在于，用pa6-8202（美國honeywell公司，熔融指數(shù)20-25g/10min）的尼龍樹脂代替實(shí)施例1中的pa6m2400樹脂。
對實(shí)施例和對比例制備的電磁屏蔽高導(dǎo)熱電池箱體尼龍復(fù)合材料及寶利瑪tc-3010導(dǎo)熱pa6進(jìn)行性能檢測。按下列方法標(biāo)準(zhǔn)測材料力學(xué)性能：將實(shí)施例、對比例造粒好的樹脂、寶利瑪tc-3010導(dǎo)熱pa6置于溫度為120-130℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥2-3小時(shí)，在80t注塑機(jī)上制樣。冷卻放置24小時(shí)后測試。測試標(biāo)準(zhǔn)為美國標(biāo)準(zhǔn)，測試溫度為室溫。具體測試標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：astmd638，樣條尺寸為57mm*127mm*3.2mm(有效尺寸），拉伸速度為50mm/min；
（2）彎曲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：astmd790，樣條尺寸為127mm*13mm*3.2mm，彎曲速度為2mm/min；懸臂梁沖擊標(biāo)準(zhǔn)：astmd256，樣條尺寸為64mm*12.7mm*3.2mm，缺口剩余寬度為10.12mm；
（3）熔融指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：astmd1238，測試條件為250°c/2.16kg；
（4）導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：gb22588-2008；
（5）電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)：gb11007-1989；
（6）電磁屏蔽效能：gb6190-2008。
測試結(jié)果見表1、表2。
由表1中的測試數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明制備的電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)3w/m·k以上，電磁屏蔽效能達(dá)到40db，電導(dǎo)率10-3s/m。綜合力學(xué)性能優(yōu)良、加工性能優(yōu)良，特別適用于新能源汽車電池箱體。
表1實(shí)施例1-6產(chǎn)品性能測試結(jié)果
表2對比例及市售導(dǎo)熱pa6性能測試結(jié)果
由實(shí)施例1與對比例1的對比可知，尼龍復(fù)合材料中添加的金屬的類別對尼龍復(fù)合材料的電磁屏蔽效能和電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)有較大影響，只有添加的金屬為銦時(shí)，才能同時(shí)顯著改善尼龍復(fù)合材料的電磁屏蔽效能、電導(dǎo)率。由實(shí)施例1與對比例2的對比可知，碳材料的直徑或粒徑也會對尼龍復(fù)合材料的電磁屏蔽效能、電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)具有很大影響。由實(shí)施例1與對比例3的對比可知，尼龍樹脂的熔融指數(shù)對尼龍復(fù)合材料的力學(xué)性能、電磁屏蔽效能、電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)也有較大影響。從實(shí)施例和市售導(dǎo)熱pa6的對比可知，本發(fā)明制備的電磁屏蔽高導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著優(yōu)于市售導(dǎo)熱pa6，且電磁屏蔽效能、電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)也顯著優(yōu)于市售導(dǎo)熱pa6。
以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。