本发明涉及配电箱材料领域，具体涉及一种配电箱外壳材料及其制备方法。
背景技术
配电箱是电力供电系统中用于进行电能分配、控制、计量以及连接线缆的配电设备，一般供电局、变电所都是用高压开关柜，然后经变压器降压低压侧引出到低压配电箱，低压配电箱在到各个用电的配电盘，控制箱，开关箱，里面就是通过将一些开关、断路器、熔断器、按钮、指示灯、仪表、电线之类保护器件组装成一体达到设计功能要求的配电装置的设备。高低压配电箱也叫做：高低压开关柜或高低压电气成套设备。
中国专利cn104151758b公开了一种配电箱外壳材料，其由如下原料制备而成，高岭土，玻璃纤维，正硅酸乙酯，乙酸丁酯，三聚磷酸铝，三氧化二锑，二乙二醇单丁醚，异丁醇，聚碳酸酯，单硬脂酸甘油酯，石英砂，酚醛树脂，硼砂，碳化硅以及丙烯酸树脂，本发明配电箱外壳材料具有良好的机械性能、阻燃性能也大幅提高，但是本发明配电箱外壳材料的阻燃性不足，易造成配电箱内部温度过高，影响内部的元件工作。
中国专利cn103360779b公开了一种复合树脂基材料10kv配电箱的制造方法。通过板条制作和配电箱制作过程完成。本发明由复合树脂基材料制成，轻质、强度高、耐腐蚀、使用寿命长的特点。树脂基复合材料中加有碳粉，能够导电，防止雷击和产生电磁屏蔽的作用。适宜作为配电箱的制造方法使用，但是本发明制备工艺复杂，难操作，因此推广应用范围小。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种配电箱外壳材料及其制备方法，本发明配电箱外壳材料通过原料间的协配作用，具有耐腐蚀、耐候性和耐温性好的优点，抗压、抗机械冲击性、抗刮痕性和导热性能优异。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种配电箱外壳材料，包括以下重量份计的原料：
聚碳酸酯35-50份、聚苯醚树脂20-28份、乙烯锌烯共聚物6-12份、邻苯二甲酸二辛酯3-8份、丙烯酸树脂14-20份、高岭土12-18份、白云石5-13份、三聚磷酸铝4-10份、碳化硅7-15份、改性碳纳米管6-12份、纳米二氧化钛5-10份、纳米氧化锌5-10份、白炭黑2-4份、聚乙烯蜡1-4份、硅烷偶联剂0.6-1.5份和抗氧化剂1.2-1.8份。
优选地，包括以下重量份计的原料：聚碳酸酯40-45份、聚苯醚树脂22-26份、乙烯锌烯共聚物8-10份、邻苯二甲酸二辛酯4-7份、丙烯酸树脂16-18份、高岭土14-16份、白云石7-11份、三聚磷酸铝5-9份、碳化硅9-13份、改性碳纳米管8-10份、纳米二氧化钛6-9份、纳米氧化锌6-9份、白炭黑2.5-3.5份、聚乙烯蜡2-3.5份、硅烷偶联剂0.8-1.3份和抗氧化剂1.4-1.6份。
优选地，包括以下重量份计的原料：聚碳酸酯43份、聚苯醚树脂24份、乙烯锌烯共聚物9份、邻苯二甲酸二辛酯6份、丙烯酸树脂17份、高岭土15份、白云石10份、三聚磷酸铝8份、碳化硅11份、改性碳纳米管9份、纳米二氧化钛8份、纳米氧化锌7份、白炭黑3份、聚乙烯蜡3份、硅烷偶联剂1.1份和抗氧化剂1.5份。
优选地，所述改性碳纳米管的制备方法如下：
(s1)将碳纳米管加入氯磺酸中，加热至80-100摄氏度溶胀1-3小时，冷却过滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，在1800-2000摄氏度氩气气氛中退火3-5小时，冷却至室温后，即得溶胀碳纳米管；
(s2)将溶胀碳纳米管加入质量分数为1-2％的十二烷基硫酸钠乙醇溶液中，于80-90摄氏度条件下搅拌30-60分钟，抽滤，烘干后边搅拌边加入30-40％的过氧化氢溶液中，于80-90摄氏度恒温加热8-10小时，抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性后转移至3-4摩尔/生的盐酸溶液中，超声震荡后抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，真空烘干，即得改性碳纳米管。
优选地，所述步骤(s1)中的冷却至室温为以4摄氏度/分钟的速度冷却至室温。
优选地，所述步骤(s2)中的超声震荡的功率为800-1000w，震荡时间为1.5-3小时。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种几种混合。
优选地，所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚、4,4-联苯基二膦酸四(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸二硬脂酸季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或几种结合。
本发明中公开了一种上述配电箱外壳材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯、聚苯醚树脂、乙烯锌烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、丙烯酸树脂、白炭黑和抗氧剂加入高速混合机中混合聚云后，加入双螺杆挤出机中挤塑造粒，粒料冷却干燥至恒重，研磨过150-300目筛，得基料；
(2)将硅烷偶联剂和丙酮按照1:5的质量比混稀释后，与高岭土、白云石、三聚磷酸铝、碳化硅、改性碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、白炭黑、聚乙烯蜡加入高速混合机中，以800-1200转/分钟的速度，搅拌混合20-25分钟，静置30分钟后，置入80-90摄氏度的烘箱中，真空干燥10小时，即得填料；
(2)将填料和基体加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，粒料冷却干燥，即得所述配电箱外壳材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为168-175摄氏度，螺杆转速为50-60转/分钟。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明配电箱外壳材料通过原料间的协配作用，具有耐腐蚀、耐候性和耐温性好的优点，抗压、抗机械冲击性、抗刮痕性和导热性能优异。
(2)本发明中添加碳纳米管，碳纳米管具有良好的力学性能和弹性模量，具有较高的导热系数，传热性能优异，本发明中通过对碳纳米管表面活化改性，增强了碳纳米管和树脂间的相容性和结合力，提高了材料结构的稳定性。
(3)本发明中通过三聚磷酸铝和白炭黑协通作用，提高材料的阻燃性，添加纳米二氧化钛和纳米氧化性，填充到材料空隙中，通过纳米微粒子的比表面效应，增强与材料的交联性，提高材料的耐磨性和耐机械冲击性，同时纳米二氧化钛可以提高材料的抗紫外线能力，提高材料的光稳定性。
(4)本发明通过碳化硅、高岭土和白云石的协配作用，增强材料的耐磨性、耐候性和综合力学性能，本发明制备方法首先将聚合物和助剂间挤出熔融造粒成基体颗粒再与填料混合熔融，提高树脂的改性效果，提高材料分布的均一性，提高材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种配电箱外壳材料，包括以下重量份计的原料：
聚碳酸酯35份、聚苯醚树脂20份、乙烯锌烯共聚物6份、邻苯二甲酸二辛酯3份、丙烯酸树脂14份、高岭土12份、白云石5份、三聚磷酸铝4份、碳化硅7份、改性碳纳米管6份、纳米二氧化钛5份、纳米氧化锌5份、白炭黑2份、聚乙烯蜡1份、硅烷偶联剂0.6份和抗氧化剂1.2份。
改性碳纳米管的制备方法如下：
(s1)将碳纳米管加入氯磺酸中，加热至80摄氏度溶胀1小时，冷却过滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，在1800摄氏度氩气气氛中退火3小时，冷却至室温后，即得溶胀碳纳米管；
(s2)将溶胀碳纳米管加入质量分数为1％的十二烷基硫酸钠乙醇溶液中，于80摄氏度条件下搅拌30分钟，抽滤，烘干后边搅拌边加入30％的过氧化氢溶液中，于80摄氏度恒温加热8小时，抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性后转移至3摩尔/生的盐酸溶液中，超声震荡后抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，真空烘干，即得改性碳纳米管。
步骤(s1)中的冷却至室温为以4摄氏度/分钟的速度冷却至室温。
步骤(s2)中的超声震荡的功率为800w，震荡时间为1.5小时。
硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚。
本实施例中的配电箱外壳材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯、聚苯醚树脂、乙烯锌烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、丙烯酸树脂、白炭黑和抗氧剂加入高速混合机中混合聚云后，加入双螺杆挤出机中挤塑造粒，粒料冷却干燥至恒重，研磨过150目筛，得基料；
(2)将硅烷偶联剂和丙酮按照1:5的质量比混稀释后，与高岭土、白云石、三聚磷酸铝、碳化硅、改性碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、白炭黑、聚乙烯蜡加入高速混合机中，以800转/分钟的速度，搅拌混合20分钟，静置30分钟后，置入80摄氏度的烘箱中，真空干燥10小时，即得填料；
(2)将填料和基体加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，粒料冷却干燥，即得所述配电箱外壳材料。
双螺杆挤出机的挤出温度为168摄氏度，螺杆转速为50转/分钟。
实施例2
一种配电箱外壳材料，包括以下重量份计的原料：
聚碳酸酯50份、聚苯醚树脂28份、乙烯锌烯共聚物12份、邻苯二甲酸二辛酯8份、丙烯酸树脂20份、高岭土18份、白云石13份、三聚磷酸铝10份、碳化硅15份、改性碳纳米管12份、纳米二氧化钛10份、纳米氧化锌10份、白炭黑4份、聚乙烯蜡4份、硅烷偶联剂1.5份和抗氧化剂1.8份。
改性碳纳米管的制备方法如下：
(s1)将碳纳米管加入氯磺酸中，加热至100摄氏度溶胀3小时，冷却过滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，在2000摄氏度氩气气氛中退火5小时，冷却至室温后，即得溶胀碳纳米管；
(s2)将溶胀碳纳米管加入质量分数为2％的十二烷基硫酸钠乙醇溶液中，于90摄氏度条件下搅拌60分钟，抽滤，烘干后边搅拌边加入40％的过氧化氢溶液中，于90摄氏度恒温加热10小时，抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性后转移至4摩尔/生的盐酸溶液中，超声震荡后抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，真空烘干，即得改性碳纳米管。
步骤(s1)中的冷却至室温为以4摄氏度/分钟的速度冷却至室温。
步骤(s2)中的超声震荡的功率为1000w，震荡时间为3小时。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
抗氧化剂为4,4-联苯基二膦酸四(2,4-二叔丁基苯基)酯。
本实施例中的配电箱外壳材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯、聚苯醚树脂、乙烯锌烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、丙烯酸树脂、白炭黑和抗氧剂加入高速混合机中混合聚云后，加入双螺杆挤出机中挤塑造粒，粒料冷却干燥至恒重，研磨过300目筛，得基料；
(2)将硅烷偶联剂和丙酮按照1:5的质量比混稀释后，与高岭土、白云石、三聚磷酸铝、碳化硅、改性碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、白炭黑、聚乙烯蜡加入高速混合机中，以1200转/分钟的速度，搅拌混合25分钟，静置30分钟后，置入90摄氏度的烘箱中，真空干燥10小时，即得填料；
(2)将填料和基体加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，粒料冷却干燥，即得所述配电箱外壳材料。
双螺杆挤出机的挤出温度为175摄氏度，螺杆转速为60转/分钟。
实施例3
一种配电箱外壳材料，包括以下重量份计的原料：
聚碳酸酯40份、聚苯醚树脂22份、乙烯锌烯共聚物8份、邻苯二甲酸二辛酯4份、丙烯酸树脂16份、高岭土14份、白云石7份、三聚磷酸铝5份、碳化硅9份、改性碳纳米管8份、纳米二氧化钛6份、纳米氧化锌6份、白炭黑2.5份、聚乙烯蜡2份、硅烷偶联剂0.8份和抗氧化剂1.4份。
改性碳纳米管的制备方法如下：
(s1)将碳纳米管加入氯磺酸中，加热至88摄氏度溶胀2小时，冷却过滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，在1900摄氏度氩气气氛中退火4小时，冷却至室温后，即得溶胀碳纳米管；
(s2)将溶胀碳纳米管加入质量分数为1-2％的十二烷基硫酸钠乙醇溶液中，于88摄氏度条件下搅拌45分钟，抽滤，烘干后边搅拌边加入36％的过氧化氢溶液中，于86摄氏度恒温加热9小时，抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性后转移至3.5摩尔/生的盐酸溶液中，超声震荡后抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，真空烘干，即得改性碳纳米管。
步骤(s1)中的冷却至室温为以4摄氏度/分钟的速度冷却至室温。
步骤(s2)中的超声震荡的功率为900w，震荡时间为2.5小时。
硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
抗氧化剂为二亚磷酸二硬脂酸季戊四醇酯。
本实施例中的配电箱外壳材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯、聚苯醚树脂、乙烯锌烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、丙烯酸树脂、白炭黑和抗氧剂加入高速混合机中混合聚云后，加入双螺杆挤出机中挤塑造粒，粒料冷却干燥至恒重，研磨过220目筛，得基料；
(2)将硅烷偶联剂和丙酮按照1:5的质量比混稀释后，与高岭土、白云石、三聚磷酸铝、碳化硅、改性碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、白炭黑、聚乙烯蜡加入高速混合机中，以1000转/分钟的速度，搅拌混合23分钟，静置30分钟后，置入86摄氏度的烘箱中，真空干燥10小时，即得填料；
(2)将填料和基体加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，粒料冷却干燥，即得所述配电箱外壳材料。
双螺杆挤出机的挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为58转/分钟。
实施例4
一种配电箱外壳材料，包括以下重量份计的原料：
聚碳酸酯45份、聚苯醚树脂26份、乙烯锌烯共聚物10份、邻苯二甲酸二辛酯7份、丙烯酸树脂18份、高岭土16份、白云石11份、三聚磷酸铝9份、碳化硅13份、改性碳纳米管10份、纳米二氧化钛9份、纳米氧化锌9份、白炭黑3.5份、聚乙烯蜡3.5份、硅烷偶联剂1.3份和抗氧化剂1.6份。
改性碳纳米管的制备方法如下：
(s1)将碳纳米管加入氯磺酸中，加热至95摄氏度溶胀1-3小时，冷却过滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，在1850摄氏度氩气气氛中退火3.8小时，冷却至室温后，即得溶胀碳纳米管；
(s2)将溶胀碳纳米管加入质量分数为1.8％的十二烷基硫酸钠乙醇溶液中，于88摄氏度条件下搅拌38分钟，抽滤，烘干后边搅拌边加入36％的过氧化氢溶液中，于87摄氏度恒温加热9小时，抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性后转移至3.2摩尔/生的盐酸溶液中，超声震荡后抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，真空烘干，即得改性碳纳米管。
步骤(s1)中的冷却至室温为以4摄氏度/分钟的速度冷却至室温。
步骤(s2)中的超声震荡的功率为850w，震荡时间为2.6小时。
硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
抗氧化剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
本实施例中的配电箱外壳材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯、聚苯醚树脂、乙烯锌烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、丙烯酸树脂、白炭黑和抗氧剂加入高速混合机中混合聚云后，加入双螺杆挤出机中挤塑造粒，粒料冷却干燥至恒重，研磨过260目筛，得基料；
(2)将硅烷偶联剂和丙酮按照1:5的质量比混稀释后，与高岭土、白云石、三聚磷酸铝、碳化硅、改性碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、白炭黑、聚乙烯蜡加入高速混合机中，以1000转/分钟的速度，搅拌混合24分钟，静置30分钟后，置入86摄氏度的烘箱中，真空干燥10小时，即得填料；
(2)将填料和基体加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，粒料冷却干燥，即得所述配电箱外壳材料。
双螺杆挤出机的挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为54转/分钟。
实施例5
一种配电箱外壳材料，包括以下重量份计的原料：
聚碳酸酯43份、聚苯醚树脂24份、乙烯锌烯共聚物9份、邻苯二甲酸二辛酯6份、丙烯酸树脂17份、高岭土15份、白云石10份、三聚磷酸铝8份、碳化硅11份、改性碳纳米管9份、纳米二氧化钛8份、纳米氧化锌7份、白炭黑3份、聚乙烯蜡3份、硅烷偶联剂1.1份和抗氧化剂1.5份。
改性碳纳米管的制备方法如下：
(s1)将碳纳米管加入氯磺酸中，加热至95摄氏度溶胀2.4小时，冷却过滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，在1850摄氏度氩气气氛中退火4.2小时，冷却至室温后，即得溶胀碳纳米管；
(s2)将溶胀碳纳米管加入质量分数为1.8％的十二烷基硫酸钠乙醇溶液中，于86摄氏度条件下搅拌55分钟，抽滤，烘干后边搅拌边加入37％的过氧化氢溶液中，于88摄氏度恒温加热9小时，抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性后转移至3.8摩尔/生的盐酸溶液中，超声震荡后抽滤，将过滤物用去离子水洗至ph呈中性，真空烘干，即得改性碳纳米管。
步骤(s1)中的冷却至室温为以4摄氏度/分钟的速度冷却至室温。
步骤(s2)中的超声震荡的功率为940w，震荡时间为2.5小时。
硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
抗氧化剂为二亚磷酸二硬脂酸季戊四醇酯。
本实施例中的配电箱外壳材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯、聚苯醚树脂、乙烯锌烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、丙烯酸树脂、白炭黑和抗氧剂加入高速混合机中混合聚云后，加入双螺杆挤出机中挤塑造粒，粒料冷却干燥至恒重，研磨过150-300目筛，得基料；
(2)将硅烷偶联剂和丙酮按照1:5的质量比混稀释后，与高岭土、白云石、三聚磷酸铝、碳化硅、改性碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、白炭黑、聚乙烯蜡加入高速混合机中，以1000转/分钟的速度，搅拌混合25分钟，静置30分钟后，置入86摄氏度的烘箱中，真空干燥10小时，即得填料；
(2)将填料和基体加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，粒料冷却干燥，即得所述配电箱外壳材料。
双螺杆挤出机的挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为57转/分钟。
对比例1：除不添加改性纳米管外，其余制备方法与实施例1相同；
将实施例1-5制得的配电箱外壳材料和对比例1制得的配电箱外壳材料进行性能测试，结果如下表1：
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明配电箱外壳材料通过原料间的协配作用，具有耐腐蚀、耐候性和耐温性好的优点，抗压、抗机械冲击性、抗刮痕性和导热性能优异。
(2)本发明中添加碳纳米管，碳纳米管具有良好的力学性能和弹性模量，具有较高的导热系数，传热性能优异，本发明中通过对碳纳米管表面活化改性，增强了碳纳米管和树脂间的相容性和结合力，提高了材料结构的稳定性。
(3)本发明中通过三聚磷酸铝和白炭黑协通作用，提高材料的阻燃性，添加纳米二氧化钛和纳米氧化性，填充到材料空隙中，通过纳米微粒子的比表面效应，增强与材料的交联性，提高材料的耐磨性和耐机械冲击性，同时纳米二氧化钛可以提高材料的抗紫外线能力，提高材料的光稳定性。
(4)本发明通过碳化硅、高岭土和白云石的协配作用，增强材料的耐磨性、耐候性和综合力学性能，本发明制备方法首先将聚合物和助剂间挤出熔融造粒成基体颗粒再与填料混合熔融，提高树脂的改性效果，提高材料分布的均一性，提高材料的力学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。