本发明涉及一种橡胶电缆料，特别涉及一种电动汽车充电桩电缆用高导热绝缘橡胶料及制备方法。
背景技术：
随着传统化石能源的枯竭以及生态环境的恶化，发展新能源成为了各国应对能源问题及环境问题的战略手段。相比于传统的燃油汽车，电动汽车(ev)因拥有零污染排放，高能源效率等优点而得到了越来越广泛的关注。根据国际能源机构(iea)2017年给出的报告，截止2016年年底，全球电动汽车库存量超过200万辆，其中中国拥有大约1/3全球总量的电动汽车。但是，电动汽车的进一步推广受到了续航里程及充电时间的限制，一般来说，传统充电技术使得充电时间长达6-8小时，这使得电动汽车的长途行驶几乎不可能。要想使得电动汽车像燃油汽车一样得到更普遍的应用，电动汽车充电时间需要减小到30分钟以内。因此，基于快速充电技术的大功率充电站为电动汽车的推广提供了可能。
快速充电技术的发展对充电桩电缆提出了更高的要求，而短时间内完成大功率的充电意味着更大电流的传输，根据国际汽车工程师协会给出的建议，电动汽车快充电流将达到400a甚至更高。大电流的传输使得电缆发热问题更加严峻，过多热量的积累将会加速电缆的老化及寿命的缩短。为了保证电缆的安全，电缆温度必须保持一定范围内，这也同时限制了电缆传输电流的能力。而电缆温度与电缆各层结构的散热能力密切相关，构成电缆绝缘及护套的材料往往是聚合物材料，其导热能力极差，这极大的限制了电缆的散热能力，进而限制了电缆载流能力的提升。这就需要我们寻找新工艺，在保证电缆机械性能与电气性能的同时，提升电缆的散热能力，从而实现一定截面积下电缆载流能力的提升。因此，本发明提出了一种兼具优异机械性能及电气性能的高导热橡胶绝缘料配方及制备方法，这对提升电动汽车充电桩电缆的散热能力及载流能力具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电动汽车充电桩电缆用高导热绝缘橡胶料及制备方法，制备出橡胶料机械性能较好，绝缘性能优异，具有较高的导热能力。
本发明为解决上述技术问题，提出第一个技术方案为：一种电动汽车充电桩电缆用高导热绝缘橡胶料，包括本体，所述本体由以下重量份数的原料制备而成：
三元乙丙橡胶70～90份；
乙烯-辛烯共聚物10～20份；
tpu热塑性弹性体5～10份；
补强填充剂滑石粉30～40份，绝缘陶土40～50份；
软化剂石蜡油10～15份，微晶石蜡5～8份；
防老剂rd1～2份，防老增强剂mb2～3份；
白炭黑15～25份，硫化剂dcp3～4份，硫化助剂taic3份；
活性剂氧化锌8～10份，硬脂酸1份；
偶联剂kh-5501份，过氧化二异丙苯3～4份；
引入质量份数为45～50份的微、纳共混体系填充到上述本体中。
所述微、纳共混体系采用填充质量复配比为3：1的氮化硼/氮化铝颗粒共混物，其中氮化硼尺寸为2微米，氮化铝尺寸为30～50纳米。
本发明提出第二个技术方案为：一种电动汽车充电桩电缆用高导热绝缘橡胶料制备方法，包括如下步骤：
1)处理填料：
(1)将质量份数为45～50份质量复配比为3：1的氮化硼/氮化铝颗粒共混物置于烤箱中除去残留水分，其中氮化硼尺寸为2微米，氮化铝尺寸为30～50微米，得到高导热填料；
(2)使用硅烷偶联剂对上述步骤(1)中得到高导热填料进行表面处理，得到处理后的高导热填料；
2)打开双辊开炼机对辊筒进行加热，控制辊筒温度保持在160±10℃，调整双棍间距离到2±0.5mm；
3)混炼：
(1)基体处理：将70～90质量份三元乙丙橡胶，10～20质量份乙烯-辛烯共聚物以及5～10质量份tpu热塑性弹性体置于双辊之间加热15min,使其充分软化粘棍；
(2)调节双辊机前辊转速25r/min和前后辊筒转速比1:1.3，进行双辊混炼；
(3)共混加入添加剂：加入补强填充剂滑石粉30～40质量份，绝缘陶土40～50质量份；软化剂石蜡油10～15质量份，微晶石蜡5～8质量份；防老剂rd1～2质量份，防老增强剂mb2～3质量份；白炭黑15～25质量份；活性剂氧化锌8～10质量份，硬脂酸1质量份；偶联剂kh-5501质量份，过氧化二异丙苯3～4质量份；
(4)加入上述步骤1)分步骤(2)中处理后的高导热填料，调节双棍间距4±0.5mm,转速调至30r/min,混炼20-30min后得到混炼混合物；
4)硫化：称取硫化剂dcp3～4质量份，硫化助剂taic3质量份加入到上述混炼混合物中，继续混炼5～10min，使填料在基体中能够均匀分散，得到混炼胶；
5)将平板硫化机中的模具加热至160±10℃，将上述步骤4)中混炼胶放置于双层pet薄膜间，再整体移入模具，在160±10℃、10±1mpa的条件下热压10-20min；
6)热压结束后在取出冷却至室温，即得到电动汽车充电桩用高导热电缆橡胶绝缘料。
有益效果
1、本发明为了提高绝缘橡胶料整体导热性能，对橡胶绝缘料进行了微观结构设计，即采用微、纳混合体系对橡胶进行填充。其中，随着导热填料的加入，微米颗粒在基体内形成导热主网路，纳米颗粒凭借其巨大的比表面积及较小的尺寸，改善了导热网路与聚合物基体间的界面特性，减少了导热载体的散射。同时，为了提高无机颗粒与聚合物基体间的相容性，所有导热微米、纳米颗粒均采用硅烷偶联剂kh550进行了表面处理。在进行绝缘料配方调控中，为了克服直接将导热体系引入绝缘橡胶料内引起的机械性能的下降，本发明根据多种配方的尝试，基体中引入tpu热塑性弹性体并适当减少了补强填充剂含量，增加了软化剂用量，最后选出了一种电动汽车充电桩电缆用高导热橡胶绝缘料，其机械性能较好，绝缘性能优异且具有较高的导热能力，有望改善充电桩电缆负载运行中的发热问题，提升电缆载流量。
2、由附图1可见，高导热橡胶绝缘料比传统绝缘料导热能力有了较大的提升，将近提高了89％，这意味着电缆绝缘料导热能力有了大幅提升。
3、由附图2可见，高导热橡胶绝缘料机械性能优异，满足电动汽车充电桩用电缆的要求。
4、由附图3可见，高导热橡胶绝缘料电气击穿性能优异，击穿场强满足电动汽车充电桩用电缆的要求。
5、由附图4可见，高导热橡胶绝缘料电气绝缘性能优异，绝缘电阻率满足电动汽车充电桩用电缆的要求。
附图说明
图1为高导热绝缘橡胶热导率数值与传统绝缘橡胶料的比较。
图2为高导热绝缘橡胶料机械性能参数。
图3为实施例1高导热绝缘橡胶料与传统绝缘橡胶料击穿强度的比较。
图4为实施例1高导热绝缘橡胶料绝缘电阻率与传统绝缘橡胶料的比较。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种电动汽车充电桩电缆用高导热绝缘橡胶料，由以下组分制成：45质量份的填充质量复配比为3：1的氮化硼/氮化铝颗粒共混物，其中高导热微米氮化硼bn颗粒，尺寸为2μm；高导热纳米氮化铝aln颗粒，尺寸为30nm；三元乙丙橡胶(韩国锦湖kep210)80份，乙烯-辛烯共聚物15质量份，tpu热塑性弹性体10质量份；补强填充剂滑石粉35质量份，绝缘陶土40质量份；软化剂石蜡油15质量份，微晶石蜡8质量份；防老剂rd1.6质量份，防老增强剂mb2.5质量份；白炭黑20质量份；活性剂氧化锌10质量份，硬脂酸1质量份；偶联剂kh-5501质量份，过氧化二异丙苯4质量份；4质量份硫化剂dcp与3质量份硫化助剂taic。
按照上述配方制备电动汽车充电桩电缆用高导热绝缘橡胶料的方法，包括1)处理填料：
(1)取45质量份的填充质量复配比为3：1的氮化硼/氮化铝颗粒共混物，其中高导热微米氮化硼bn颗粒，尺寸为2μm；高导热纳米氮化铝aln颗粒，尺寸为30nm，放入烤箱中于80℃环境下烘烤24h去除材料中的残留水分，得到干燥后的高导热填料；
(2)表面处理：
(2.1)将适量无水乙醇和去离子水充分混合成混合溶液；
(2.2)然后将硅烷偶联剂kh550加入上述混合溶液中得到混合液，搅拌均匀；其中硅烷偶联剂kh550用量为上述步骤1)中高导热填料质量的1％；
(2.3)称取上述步骤(1)中干燥后的高导热填料加入上述步骤(2.2)中混合液中，在60℃下搅拌2小时，再用超声波对混合溶液分散2小时；
(2.4)采用砂芯漏斗和布氏烧瓶进行三次过滤和洗涤；
(2.5)随后在真空干燥箱中120℃下干燥24h，得到处理后的高导热填料；
2)打开双辊开炼机对辊筒进行加热，调节温度控制辊筒温度保持在160℃，调整双棍间距离到2mm；
3)混炼：
(1)称取三元乙丙橡胶80质量份，乙烯-辛烯共聚物15质量份，tpu热塑性弹性体10质量份置于双辊之间加热15min，使其充分软化粘棍；
(2)调节双辊机前辊转速为25r/min，前后辊筒转速比为1:1.3，进行双辊混炼；
(3)混炼过程中，均匀分批量共混加入补强填充剂滑石粉35质量份，绝缘陶土40质量份；软化剂石蜡油15质量份，微晶石蜡8质量份；防老剂rd1.6质量份，防老增强剂mb2.5质量份；白炭黑20质量份；活性剂氧化锌10质量份，硬脂酸1质量份；偶联剂kh-5501质量份，过氧化二异丙苯4质量份；
(4)加入上述步骤(2.5)中得到高导热填料48份，逐渐调节双棍间距至4mm，将转速调至30r/min，混炼20min，充分混合后得到混炼混合物；
4)将4质量份硫化剂dcp与3质量份硫化助剂taic加入到上步骤(4)得到混炼混合物中，继续混炼5min；
5)将平板硫化机中的模具加热至160℃，将上述混炼胶放置于双层pet薄膜间，再整体移入模具，在160℃、10mpa的条件下热压15min。
6)得到用于电动汽车充电桩电缆的高导热橡胶绝缘材料。
性能检测结果：
高导热绝缘橡胶热导率数值与传统绝缘橡胶料的比较结果见图1；
高导热绝缘橡胶料机械性能参数见图2；
图3为高导热绝缘橡胶料与传统绝缘橡胶料击穿强度的比较；
图4为高导热绝缘橡胶料绝缘电阻率与传统绝缘橡胶料的比较。
实施例2
本实施例中所使用的填料、基体、添加剂和硫化剂各组分配方按照表1给出，制备方法中的其他条件与实施例1相同：高导热绝缘橡胶热导率数值与传统绝缘橡胶料的比较结果见图1；高导热绝缘橡胶料机械性能参数见图2。
实施例3
本实施例中所使用的填料、基体、添加剂和硫化剂组分配方按照下表给出，制备方法中的其他条件与实施例1相同：高导热绝缘橡胶热导率数值与传统绝缘橡胶料的比较结果见图1；高导热绝缘橡胶料机械性能参数见图2。
表1实施例1至实施例3中的填料、基体、添加剂和硫化剂组分配方
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。