一种高熵塑料合金材料及其用途的制作方法

本发明涉及新能源汽车充电桩，具体涉及一种高熵塑料合金材料及其用途。

背景技术：

1、新能源汽车具有节能、环保、高效等优点，在国家一系列支持和鼓励政策的推动下得到了迅速发展，我国新能源汽车产业已进入快速发展阶段。目前，新能源汽车中采用电能作为驱动力来源的占大多数，对于采用电能驱动的新能源汽车而言，其充电桩必不可少，可以在短时间内，更安全高效的为新能源汽车补充电能。

2、塑料充电桩壳体作为充电桩的对外防护部件，不仅需要满足运输、安装和使用过程中可能发生碰撞的保护要求，还必须适应复杂的使用工况环境，特别是在极寒地区(最低气温达零下71.2℃)的使用工况下塑料容易形成微观撕裂，造成分子链断裂，导致充电桩发硬、开裂，从而无法正常工作，这严重限制了充电型新能源汽车在极寒地区的普及。因此，在极寒地区对充电桩壳体用塑料材料的耐低温性能有着较高的要求，故开发一种能够适用于极寒地区充电桩壳体用的塑料材料具有比较重大的意义。

3、在现有技术中，例如中国专利cn108102328a公开了一种超耐低温耐候低烟无卤阻燃pc材料及其制备方法，该方法制备的材料仅适用于-60℃低温环境，且在-60℃缺口冲击强度约为60kj/m2；中国专利cn113817307a公开了一种低温低烟无卤阻燃pc材料组合物及其制备方法，该方法制备的材料仅适用于-40℃低温环境，且在-40℃缺口冲击强度仅为21kj/m2；中国专利cn113980448a公开了一种低温高抗冲的pc/abs合金材料的制备方法，该方法制备的材料仅适用于-30℃低温环境，其在-30℃缺口冲击强度为25.2kj/m2。可以发现，目前充电桩壳体用塑料材料一般仅能满足-60℃～-30℃温度下的耐冲击性要求，其无法满足更低温度下(低于-60℃)充电桩壳体对塑料材料的力学性能要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有的耐低温材料无法满足极低温度下充电桩壳体对塑料材料力学性能要求的问题，本发明提出了一种高熵塑料合金材料，以此材料制造的充电桩壳体可以满足极低温度下的力学性能要求，解决了这些问题。

2、为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种高熵塑料合金材料，该高熵塑料合金材料包括如下重量份的组分：pc树脂10～20份、ppo树脂10～20份、tpe树脂10～20份、pmma树脂10～20份、abs树脂10～20份、相容剂5～10份、酯交换促进剂0.01～0.5份、抗氧剂0.01～0.3份、阻燃剂5～10份、润滑剂1.9～6.5份以及纳米粒子5～15份；

4、其中：所述的相容剂选用苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的四元共聚物；所述的酯交换促进剂选用季戊四醇硬脂酸脂、聚甲基丙烯酰甲亚胺、丙烯酸酯低聚物的三元共聚物。

5、进一步的，一种高熵塑料合金材料：所述的抗氧剂选用硫代二丙酸双十八醇酯、硫代硫酸钠、硫代二丙酸二月桂酸酯组成的混合物；所述的阻燃剂选用氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和锡酸锌组成的混合物；所述的润滑剂选用季戊四醇酯、硬脂酸镁、硬脂酸和聚乙烯蜡组成的混合物；所述的纳米粒子选用al2o3、tio和sio2组成的混合物。

6、更进一步的，一种高熵塑料合金材料：所述的抗氧剂选用硫代二丙酸双十八醇酯、硫代硫酸钠和硫代二丙酸二月桂酸酯按重量1：1：1配比组成的混合物；所述的阻燃剂选用氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、锡酸锌按重量1：1：1：1配比组成的混合物；所述的润滑剂选用季戊四醇酯、硬脂酸镁、硬脂酸、聚乙烯蜡按重量1：1：1：1配比组成的混合物；所述的纳米粒子选用al2o3、tio、sio2按重量1：1：1配比组成的混合物，且所述纳米粒子的粒径为20～80nm。

7、进一步的，一种高熵塑料合金材料：所述的相容剂选用苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯按重量1：1：1：1配比聚合形成的四元共聚物；所述的酯交换促进剂选用季戊四醇硬脂酸脂、聚甲基丙烯酰甲亚胺、丙烯酸酯低聚物按重量1：1：1配比聚合形成的三元共聚物。

8、本发明还提供了一种高熵塑料合金材料的用途，将上述的高熵塑料合金材料用于制造可适于极寒地区使用的充电桩壳体。

9、进一步的，一种高熵塑料合金材料的用途：所述充电桩壳体的制造方法，包括如下步骤：

10、s1、pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂线材的制备：按重量份配比，先称取所述pc树脂、ppo树脂、tpe树脂、以及相容剂，再称取部分的pmma树脂和abs树脂，将其搅拌混合后进行熔融挤出，从而获得pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂线材；

11、s2、pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂三维骨架成型：以所述pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂线材作为打印材料，通过3d打印工艺，从而制得丝瓜络状充电桩壳体三维骨架；

12、s3、pmma/abs合金树脂的制备：称取剩余部分的pmma树脂和abs树脂，将其与所述酯交换促进剂、抗氧剂、阻燃剂、纳米粒子以及润滑剂均匀混合后进行熔融挤出，从而制得pmma/abs合金树脂；

13、s4、三维骨架活化处理：对制得的丝瓜络状充电桩壳体三维骨架进行活化处理；具体的，可采用硅胶对其进行活化处理：其是将所得三维骨架于高温下浸泡在硅胶1～3小时后，再用浓度10～20wt％的盐酸进行淋洗1～3小时；

14、s5、充电桩壳体真空热模压一体成型：将活化处理后的充电桩壳体三维骨架与所述pmma/abs合金树脂置于模压设备中并抽真空，而后进行预热、加热、模压、保压、排气，破真空取出产品，时效处理，制得可适用于极寒地区的充电桩壳体。

15、具体的，pmma/abs合金树脂充当该充电桩壳体的基体材料。

16、具体的，通过本发明提供的高熵塑料合金材料制备的充电桩壳体，其具有优异的低温韧性，该充电桩壳体能够应用于-196℃～-70℃的极低温度下，对促进新能源汽车在极寒地区的普及具有巨大应用价值。

17、更进一步的，一种高熵塑料合金材料的用途：步骤s1、pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂线材的制备：按重量份配比，先称取所述pc树脂、ppo树脂、tpe树脂、以及相容剂，再称取重量份40～60％的pmma树脂和abs树脂，将其搅拌混合30～60分钟后投入双螺杆挤出机的料筒中进行熔融，塑化后挤出模口，从而获得pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂线材；

18、其中：挤出机料筒的真空度为-0.03～-0.6mpa、加料段温度为240～260℃、塑化段温度为270～290℃、挤出段温度为300～320℃、螺杆转速为600～800rpm，挤出树脂线材的直径为φ1.75～3.0mm。

19、更进一步的，一种高熵塑料合金材料的用途：步骤s2中采用熔丝堆积3d打印工艺，三维骨架的孔隙率为60～70％、孔径范围100～400μm；3d打印温度为240～260℃，3d打印过程中喷头流动速度为20～40mm/s。

20、更进一步的，一种高熵塑料合金材料的用途：步骤s3、pmma/abs合金树脂的制备：称取剩余的pmma树脂和abs树脂，将其与所述酯交换促进剂、抗氧剂、阻燃剂、纳米粒子以及润滑剂均匀混合30～60分钟后加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，从而制得pmma/abs合金树脂；其中：挤出机料筒的真空度为-0.03～-0.6mpa、加料段温度为210～240℃、塑化段温度为250～270℃、挤出段温度为250～270℃、螺杆转速为400～500rpm。

21、更进一步的，一种高熵塑料合金材料的用途：步骤s5中所述充电桩壳体三维骨架与所述pmma/abs合金树脂的体积比为(6～7)：(4～3)；所述的预热温度为180～200℃、加热温度为300～320℃、模压压力为1.0～2.0mpa、保压压力为1.0～1.5mpa；所述时效处理的过程包括：对取出的产品进行超声清洗以及清洗后置于80～100℃的去离子水中进行保温2～4小时。

22、本发明的有益效果：

23、(1)本发明方法制备的充电桩壳体，其是由五元高熵塑料合金材料(即丝瓜络状pc/ppo/tpe/pmma/abs高熵合金树脂三维骨架材料)和二元塑料合金材料(即pmma/abs合金树脂)模压而成，骨架结构与基体界面结合强度高，组织致密度高，制备的充电桩壳体具有超薄壁厚(0.5～1.0mm)的特点，其在-196℃～-70℃的超低温下最高缺口冲击强度可达80kj/m2，耐冲击性能明显优于现有的材料。

24、(2)本发明的提供的这种高熵塑料合金材料通过将五种具有线型分子结构的树脂聚合成一种具有巨型网状分子结构的高熵塑料合金材料，解决了目前市场上三维网状结构大分子结构稳定性差的问题。本发明采用通过将五种不同低温性能的高分子树脂聚合成一种高熵塑料合金材料，利用高熵塑料合金材料多组元的鸡尾酒效应，使得高熵塑料合金材料的低温韧性大幅度提高，从而解决当前塑料合金材料易低温脆断的问题。

25、(3)本发明制造的这种充电桩壳体不仅在于对制造材料的优选，还在于本发明将充电桩壳体设计为“三维骨架+基体”的结构，三维骨架设计为多级孔仿生丝瓜络状结构，丝瓜络结构具有强吸收撞击能量的作用，骨架多级孔结构与基体机械结合强度高，解决了当前充电桩壳体用塑料合金材料界面结合强度低，在外力作用下易开裂的问题。

26、(4)本发明制造充电桩壳体的方法是结合了塑料3d打印技术可制备复杂结构的优点，可根据具体服役环境的性能要求，对三维骨架结构进行调控，解决了当前充电桩壳体生产工艺适用性单一的问题。

27、(5)本发明制备的充电桩壳体具有超薄壁厚(0.5～1.0mm)和轻量化的特点，所制备的充电桩壳体在超低温环境下(低于-60℃)具有高的低温缺口冲击强度，解决了当前充电桩壳体用的塑料材料在超低温环境下易脆裂的问题，本发明制造的充电桩壳体其在-196℃～-70℃的超低温环境下能够保持优异的冲击性能，其缺口冲击强度≥70kj/m2，最高可以达到80kj/m2；同时本发明提供的高熵塑料合金材料的加工流动性优异。

28、(6)利用本发明提供的高熵塑料合金材料制备的充电桩壳体具有优异的低温韧性，能够适用于-196℃～-70℃的极低温度，对促进新能源汽车在极寒地区的普及具有巨大应用价值。