低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料及其制备方法与用途与流程

本发明涉及新能源汽车充电桩，具体涉及一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料及其制备方法与用途。

背景技术：

1、当今能源愈加紧缺，电动汽车由于其具有低能耗、低噪声、低碳排放、高安全性等优点而具有广阔的市场前景，因此电动汽车充电站—充电桩也随之得到了大力推广。由于充电桩是大功率能量转换装置，在充电时充电桩内部会产生大量的热量，因此就需要考虑到充电桩中各塑料部件在高低温循环变化条件下的尺寸稳定性，若尺寸变化过大，会导致充电桩内部电器元件温漂过大和损坏，从而降低充电桩的工作效率和使用寿命。另外，现有的充电桩在使用时，部分驾驶员会因驾驶技术不够熟练，导致在倒车时发生车尾与充电桩前侧壁碰撞的事故，不仅给充电桩造成损坏，严重还会造成起火等安全隐患。因此，提供一种充电桩用近零膨胀系数、高冲击强度的塑料材料，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

2、在现有技术中，例如中国专利(cn116120747a)公开了一种塑料腔体滤波器用导热超低线性膨胀系数pps复合材料及其制备方法，其制备的pps复合材料虽然在-30～150℃之间的线膨胀系数相对较低(最小为14μm/m·℃)，但这种材料的缺口冲击强度也低(仅为6～11kj/m2)。中国专利(cn115594917a)公开了一种低线性膨胀系数聚丙烯复合材料及其制备方法，其制备的聚丙烯复合材料虽然在-30～80℃的缺口冲击强度相对较高一些(约为18～40kj/m2)，但这种聚丙烯复合材料的线性膨胀系也较高(最小为25μm/m·℃)(线性膨胀系数较高)。综上，目前的低线性膨胀系数塑料材料研发状况仍不能完全满足大功率快速充电桩低膨胀系数和高冲击强度的实际使用要求，因此十分需要提供一种低膨胀系数、高冲击强度塑料材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前的低线性膨胀系数塑料依旧存在不能兼具低膨胀系数和高冲击强度的问题，本发明提供了一种新的塑料材料，其具有近零膨胀系数和高冲击强度的特性，解决了上述问题。

2、为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料，所述的塑料材料包括如下重量分数的组分：偶联剂0.1～0.5wt％，抗氧化剂0.1～0.5wt％，润滑剂0.1～0.5wt％，增强材料2.0～5.0wt％，热缩填料30.0～50.0wt％以及树脂余量。

4、本发明的这种材料是一种近零膨胀系数、高冲击强度的塑料材料，其可以解决现有充电桩用塑料材料热膨胀系数较高，高温下尺寸变化过大以及冲击强度低的问题。

5、进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料：所述的偶联剂选自硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中至少一种；所述的抗氧化剂选自硫酸钠、焦亚硫酸钠、硫酸氢钠、硫代硫酸钠中至少一种；所述的润滑剂选自天然石蜡和/或石墨。

6、优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570三种偶联剂的混合物，三者按重量1：1：1配比。

7、优选的，所述的抗氧化剂为硫酸钠、焦亚硫酸钠、硫酸氢钠、硫代硫酸钠四种抗氧化剂的混合物，按重量1：1：1：1配比。

8、优选的，所述的润滑剂为天然石蜡和石墨的混合物，按质量1：1进行配比。

9、进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料：所述的增强材料选用短切丝素，且所述短切丝素的长度为200～500μm、直径为13～20nm。

10、进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料：所述热缩填料选用直径20～50nm的hf2w3o12晶须，其具有较大的负热胀系数。

11、更进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料：所述hf2w3o12晶须的制备方法，包括如下步骤：

12、s1、将蚕丝进行精炼脱胶，获得丝素纤维；

13、s2、将所述丝素纤维浸入含hfcl4和wcl4的混合溶液中，而后干燥，煅烧，制得具有负热膨胀系数的hf2w3o12晶须。

14、更进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料：所述hf2w3o12晶须的制备方法，包括如下具体步骤：

15、s1、将蚕丝浸泡于120～150℃的热水中并超声振动24～48小时以进行精炼脱胶，获得丝素纤维；

16、s2、将所述丝素纤维浸入含hfcl4和wcl4的混合溶液中5～10分钟，而后在80～100℃下干燥8～24小时，再置于真空炉中通入高纯氧气以1000～1200℃煅烧2～4小时，从而制得具有负热膨胀系数的hf2w3o12晶须；其中：所述的混合溶液中含有1.0～10.0wt％的hfcl4和1.0～10.0wt％的wcl4。

17、进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料：所述的树脂包括pc树脂和pmma树脂，且所述pc树脂和pmma树脂的重量比为(3～5)：(1～2)。

18、具体的，本发明所选用的pc树脂的熔体流动速率在300℃/1.2kg条件下测试的熔融指数为10～25g/10min；所选用的pmma树脂的熔体流动速率在300℃/1.2kg条件下测试的熔融指数为6～12g/10min。

19、本发明还提供了一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料的制备方法：该方法包括如下步骤：

20、s1、按配比，将该塑料材料的各组分混合均匀；

21、具体是，室温下在低速混合搅拌机中将各组分混合均匀，搅拌时间设定为30～60分钟，搅拌速度设定为10～20转/分钟；

22、s2、将混配好的材料通过挤出机共混造粒，制得该塑料材料。

23、其中：挤出机长径比为44：1、螺杆直径为36mm；挤出工艺设定为：温度200～220℃，主机转速300～400rpm，挤出的长条通过水槽冷却和造粒成型。

24、本发明还提供了一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料的用途：可以将上述的塑料材料用于制造充电桩用塑料零部件，其制造方法包括如下步骤：

25、s1、将所述塑料材料经塑化、注射充型、保压，从而获得充电桩用塑料零部件预制品；

26、s2、对所述预制品进行电子束辐照；

27、s3、对辐照处理后的预制品进行退火处理，从而制得充电桩用塑料零部件。

28、进一步的，一种低膨胀系数、高冲击强度的塑料材料的用途：所述充电桩用塑料零部件的制造方法，包括如下具体步骤：

29、s1、将所述塑料材料采用注射机进行塑化、注射充型、保压处理，从而获得充电桩用塑料零部件预制品；

30、其中：塑化温度为240～285℃，注射压力设定为80～130mpa，注射时间设定为1～5秒，保压压力设定为40～50mpa，保压时间设定为30～90秒；

31、s2、将所述的充电桩用塑料零部件预制品采用电子静电加速器进行电子束辐照；

32、其中，辐照工艺设定为：电压1.0～3.0mv，电流0.2～1.0ma，功率0.2～3.0kw，辐照时间10～30秒；

33、s3、将经辐照处理后的预制品浸入100～120℃的热水中保温10～20分钟以进行退火处理，而后自然冷却至室温，从而制得充电桩用塑料零部件。

34、具体的，在充电桩用塑料零部件的制造过程中：充电桩用塑料零部件经过电子束辐照后会发生大分子交联反应，会形成网状结构，再进行退火处理后，可以消除残余内应力。所述的充电桩用塑料零部件采用热流道模具进行注射成型。

35、本发明的有益效果：

36、(1)本发明的材料是一种近零膨胀系数、高冲击强度的塑料材料，其在-30℃～150℃温度条件下具有稳定的近零热膨胀系数0±1×10-6/℃，其冲击强度达45kj/m2，同时本发明的这种塑料材料具有较高的强度和流动性，适用于对尺寸稳定性要求高的大功率充电桩。

37、(2)本发明采用的这种热缩填料(hf2w3o12晶须)其具有负热胀系数，可以抵消树脂(pc树脂和pmma树脂)的正热胀系数，进一步使所得塑料材料的膨胀系数更低。

38、(3)本发明的塑料材料精确控制各组分的比例，通过热缩填料(hf2w3o12晶须)与树脂的优化配比，可以将该塑料材料的热膨胀系数控制在近零左右。本发明的塑料材料还利用了蚕丝的强韧性，通过添加短切丝素提高了材料的冲击强度，从而使制造的充电桩塑料产品兼具了较高的冲击强度和较低膨胀系数的双重优势。

39、(4)本发明制造充电桩用塑料零部件的方法还采用了辐照工艺，利用辐照的强辐射性，从而使树脂(pc树脂和pmma树脂)的大分子链发生交联反应，具有不溶、不熔的特点。