随着人类环保意识的提高以及新能源汽车市场的迅速扩张,充电桩作为新能源汽车的重要配套设施,其需求也日益增长。在充电桩的制造过程中,材料的选择至关重要,它不仅决定了充电桩的性能,也影响了其使用寿命和安全性。

　　聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作为一种重要的热塑性聚酯材料,因其优异的性能被广泛应用于多个领域。

　　2023年我国新能源汽车销量达到958.7万辆,同比增长37.9%,市场占有率达到了31.6%。此外,我国新能源汽车销量在全球总量中占比63.5%，显示出我国在新能源车市场的总体优势。

　　截至2023年底,我国电动汽车充电基础设施总量达到859.6万台,同比增长65%,并已有12个省份实现了充电站和充电桩的全面覆盖。充电桩是新能源汽车充电基础设施的重要组成部分,它提供了将电网电能、太阳能、风能等转换为电动汽车电池所需电能的服务。

　　充电桩主要由壳体亚新yaxin体育官网、充电枪、连接器、充电模块、控制器、断路器、接触线、电压/电流传感器、保护装置和通信接口组成。在选择充电桩部件时,需要综合考虑阻燃性能、耐候性能、电气绝缘性能、机械强度、加工性能和成本等因素,并符合国家和国际相关的标准和规范。

　　上表是对材料性能要求的总结。目前,众多国内外企业已经投身于充电桩产业,专注于不同部件和材料的研发与生产。国外企业如LG化学、巴斯夫等,国内企业如日之升、银禧、金发等，都在这一领域展现出了强大的实力与潜力。

　　LG化学作为一家知名的韩国企业,其产品在充电桩领域有着广泛的应用亚新yaxin体育官网。例如，LG化学的注塑级聚碳酸酯(PC)+丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)无卤流动高充电桩配件阻燃塑胶原料，因其优异的阻燃和机械性能,被广泛应用于充电桩的外壳和内部结构件制造。

　　巴斯夫则在材料创新方面有着突出的贡献,他们利用UltramidⒸ聚酰胺(PA)、UltradurⒸPBT及ElastollanⒸ热塑性聚氨酯(TPU)等材料,制造充电桩的各种部件,如外壳、充电枪、断路器、开关、安全部件、电缆和冷却系统等。这些材料在高压充电时展现出了优异的机械性能、阻燃性能和耐候性能等,为充电桩的安全性和稳定性提供了有力保障。

　　在国内,日之升、银禧、金发等企业也在充电桩材料领域取得了显著的成果。例如，银禧科技的改性PC、改性PA66材料可用于充电桩壳体，而改性聚氯乙烯(PVC)、热塑性弹性体(TPE)材料则可用于充电桩线材。

　　金发科技则在充电桩内部控制元件方面完成了黄卡认证的全覆盖,并研发出具有多种优异性能的PBT材料，以满足充电桩未来电压高压化的发展趋势。随着充电桩行业的不断发展,越来越多的企业可能会加入这一领域。

　　PBT为五大工程塑料之一,具有优异的机械性能、绝缘性能和加工性能,因此在充电桩领域具有较大的应用潜力。从分子结构上看，PBT分子链中包含刚性的苯环结构,使得分子具有较高的机械强度。同时,由于脂肪链段的存在，PBT也具有良好的柔韧性。

　　(2)良好的绝缘性能,能够确保电能安全传输,防止电气故障和触电风险,符合充电桩组件对于安全性的严格要求;

　　(3)良好的化学稳定性,PBT对大多数化学试剂稳定,不易溶解,在某些溶剂或强酸强碱条件下仅发生部分水解;

　　(5)良好的低温性能,充电桩可能部署在各种气候条件下,包括寒冷地区。通过引入柔性链段或者添加增韧剂可有效提高PBT的低温韧性,在低温环境下不会变得过于脆弱,从而避免材料开裂或损坏;

　　并且,通过改性,可提高PBT的阻燃性能和缺口冲击性能，这些优点使得PBT在充电桩领域具有重要应用。

　　通过阻燃改性来提高PBT的阻燃性能，传统的卤素阻燃剂在燃烧过程中会释放出卤化物,这些卤化物被证实对环境和人体健康有害,如影响神经系统和免疫系统,长期接触还可能致癌。随着环保意识的增强,各国纷纷出台法规限制或禁止在电子电器产品中使用含卤阻燃剂,这推动了无卤阻燃材料的研究和应用。

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　　无机阻燃剂如氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)在受热分解时吸收大量热量,并释放水蒸气,从而降低材料表面温度,减缓燃烧过程。何伟壮等选用以氢氧化镁为载体的硅系阻燃剂(FRX-210)对PBT进行改性,结果表明,与30%FRX-210共混后,PBT的LOI提高至27.5%。在与磷酸硼混合后,PBT的LOI得到了进一步提升,达到36.0%。形貌分析与锥形量热仪分析结果表明该阻燃剂促进了PBT在燃烧过程中成炭,抑制了烟、热释放,因此亚新体育app免费下载提高了PBT的阻燃效果。然而,这类阻燃剂也存在一些局限性,比如使用较大量才能达到理想的阻燃效果,这会大幅破坏材料的机械性能。

　　磷系阻燃剂是目前最常用的无卤阻燃剂,其常常与氮系阻燃剂复配使用。在燃烧过程中,磷系阻燃剂分解产生磷酸气体,这些气体能够与自由基反应,中断燃烧链式反应;同时形成炭化层,这个炭化层能够隔绝氧气,阻止燃烧的进一步进行。氮系阻燃剂在燃烧时分解产生氮气,这些气体能够稀释可燃气体,降低燃烧区域的氧气浓度。

　　复配阻燃剂结合了磷系和氮系阻燃剂各自的优势,从而在不同的阻燃机制下达到更好的阻燃效果。

　　PBT增韧改性可分为化学法和物理法两类。化学增韧主要是通过在PBT分子中引入一些具有柔韧性的单体,如聚乙二醇、聚四氢呋喃等,这些柔韧性单体可以增加PBT分子链的柔韧性,从而提高材料的韧性,尤其是低温韧性。而且,通过改变单体比例可得到不同硬度的热塑性聚酯弹性体(TPEE)。目前国外商品化的TPEE主要有美国DuPont公司生产的Hytrc聚酯和GE公司生产亚新体育app免费下载的Lomod聚酯,国内的TPEE主要由仪征化纤、江阴和创、科奕莱、新疆屯河等公司生产。

　　物理增韧主要是将PBT与增韧剂共混,利用增韧剂吸收和分散冲击能量,降低材料受到冲击时的应力集中,提高材料的韧性。

　　朱文等比较了四种不同增韧剂对PBT的增韧效果,结果显示,含有环氧官能团的增韧剂效果最好。扫描电镜和结构分析数据表明增韧剂中的环氧基团可与PBT的端基发生反应,从而增强PBT与增韧剂界面间的相互作用力,诱发银纹和基体剪切屈服,实现更好的增韧效果。除了引入反应性增韧剂,加入反应性增容剂也可有效提高增韧效果。

　　目前,改性PBT材料在充电桩产业中的应用日益广泛,主要是在插头插座、内部控制元件和散热风扇方面。改性PBT材料具有良好的电气绝缘性能,能够确保电流的安全传输。同时,其可以方便地通过注塑等工艺成型,有助于提高生产效率和降低成本。

　　国外的研究机构和企业对PBT材料的研发和应用较早。其中,巴斯夫、杜邦、台湾长春、沙特基础等公司都是在这一领域具有显著影响力的企业。他们研发出多种型号的改性PBT材料,不仅提高了充电桩的安全性能,还满足了各种复杂环境下的使用需求。

　　巴斯夫的改性PBT材料在充电桩领域的应用尤为突出。这种材料具有优异的加工性能,可以方便地制成各种形状的零部件,且表面光滑,易于进行喷漆等表面处理。此外,巴斯夫PBT还具有良好的阻燃性、耐热性、耐磨性和化学稳定性,使得它在充电桩内部控制元件和散热风扇等部件中得到了广泛应用。

　　台湾长春和沙特基础等公司同样在改性PBT材料的研发和应用方面取得了显著成果。他们推出的阻燃增强PBT材料,不仅具有优异的阻燃性能,还具备高机械强度、良好的电气性能和化学稳定性等特点,使得它在充电桩领域的应用更加广泛和深入。

　　国内的PBT阻燃增强材料主要由金发科技股份有限公司生产,其通过引入阻燃剂、玻璃纤维、增韧剂和成核剂等,促使PBT具有优异的综合性能。通过注塑、挤出、模压等成型工艺,实现了稳定性连续生产,广泛应用于散热风扇、继电器和插头插座等。

　　此外,改性PBT材料在充电桩外壳和充电枪外壳等方面也具有较大的应用潜力。其优异的机械性能,使其可以承受日常使用中的机械应力。其对环境因素如温度、湿度、紫外线等有一定的抵抗能力,这有助于提高充电桩外壳的耐久性和可靠性。而且,其电气绝缘性能优异,能够确保充电枪在传输电流时保持安全,防止电气故障。但与PC相比,其阻燃性能和耐低温冲击性能仍有一定差距,因此常作为合金材料使用。

　　青岛国恩科技股份有限公司报道了一种充电桩面板用耐候无卤阻燃PC/PBT材料及其制备方法,通过使用无卤液体阻燃剂和辅助阻燃剂复配,使得PC/PBT材料制品在极薄状态下无需添加滴落剂就能够达到V-0级别的阻燃效果,且不影响力学性能。该材料综合性能优异,满足充电桩面板这类易燃设备的应用要求。

　　合诚技术股份有限公司报道了一种充电枪用无卤阻燃PBT/聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯(PCTG)合金材料,该合金材料以PBT为主体树脂,保证了材料整体的力学性能、耐化学性及电学性能;辅助材料PCTG树脂保证了充电枪具有优异的耐低温冲击性和尺寸稳定性,该合金材料在高温高湿(85℃,85%相对湿度)环境中1000h和冷热循环100次后汽车碾压均不开裂,使用六苯氧基环三磷腈和有机液体硅氧烷复配使PBT/PCTG达到阻燃V-0级,有望替代硅共聚阻燃PC。

　　总的来讲,PBT作为一种性能优异的工程塑料,其优异的机械性能、电气绝缘性和耐化学性使其成为制造充电设施的理想材料之一。随着新能源汽车市场的快速增长和充电基础设施的不断完善,PBT材料在充电设施领域的应用前景广阔。但另一方面,也面临着挑战,如其他材料的竞争(聚碳酸酯、尼龙等)，而且，原材料价格波动亚新yaxin体育官网、贸易摩擦以及环保法规的不断变化也为行业带来了挑战。

　　随着新能源汽车充电桩的发展,对材料性能的要求日益严格。PBT材料作为一种高性能的工程塑料,具有出色的机械性能和电气性能,在充电桩领域具有较大的应用潜力。通过精细的配方设计和先进的工艺技术,可以进一步提升PBT材料的性能,使其在充电桩领域发挥更加关键的作用。为了紧跟充电设施的发展,PBT生产商和制造商确实需要提前进行技术储备。以下是一些针对性的建议:

　　(1)阻燃性能:在提高阻燃性能的同时,需要尽可能地保留材料的物理性能,如力学强度等。可以通过优化阻燃剂的复配配方、添加量和加工工艺,尽可能实现这一平衡。同时,阻燃剂与聚合物基体之间的相容性也是影响阻燃效果的重要因素。可以通过引入相容性增强剂或者微胶囊包覆,提高阻燃剂与聚合物基体之间的相容性。此外,新型高效抗熔滴阻燃剂的研发和应用仍是无卤阻燃PBT聚酯领域的重点之一。

　　(2)轻量化设计:随着充电设施的广泛应用,对材料轻量化提出了更高要求。研究和开发具有轻量化特性的PBT材料,以减轻充电设施的重量,提高其能效具有重要意义。可以通过降低PBT材料的密度,并结合现代结构设计理念,如拓扑优化、薄壁设计等,减少不必要的材料使用,同时确保结构强度和稳定性。同时考虑将PBT与轻质增强材料(如碳纤维等)复合,提高材料性能的同时降低整体重量。

　　(3)智能化与互联互通:随着物联网技术的发展,充电设施将更加智能化。PBT材料需要具备更好的电磁兼容性,以适应充电设施中各种传感器和控制器的应用。为了解决这一问题,可以在PBT材料中引入长链脂肪族二元酸、二元醇或含氟单体,降低材料的介电常数和介质损耗,增强其电磁屏蔽性能。

　　(4)环保与可持续发展:考虑到环保和可持续发展的趋势,需要研究和开发利用可再生及生物资源制备PBT材料,降低对石油资源的依赖,减少环境污染。还需要建立完善的PBT材料回收体系,实现材料的循环利用,降低废弃物对环境的影响。并采用清洁生产技术和节能减排措施,降低PBT材料生产过程中的能耗。

　　在实际应用中,PBT材料还需要通过不同的改性和配方调整,以满足充电桩在不同应用场景下的特殊需求。例如,针对高温或低温环境下的使用需求,可以通过调整PBT材料的配方来提高其耐高温或耐低温性能,确保充电桩在不同气候条件下都能稳定运行。此外,针对充电桩的外观设计和功能需求,PBT材料还可以进行表面处理、增强增韧等改性处理,以提升其美观性和功能性。

　　PBT材料凭借其在新能源汽车充电桩领域的显著优势和巨大发展潜力,正逐渐成为该领域的关键材料。通过不断提升材料性能、实现功能化和轻量化等创新手段,PBT材料将为新能源汽车充电桩的安全、稳定和高效运行提供有力保障,同时推动新能源汽车产业的快速发展。随着科技的不断进步和市场的不断拓展,PBT材料在新能源汽车充电桩领域的应用将更加广泛和深入,为全球能源结构的绿色转型做出重要贡献。

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　　声明：本文由第八元素塑料版发布，部分素材来源中化仪征化纤，刘亚迪、张建等《PBT材料在新能源汽车充电桩领域的应用》，工程科技合成技术及应用2024年.02期、艾邦、网络等公开信息，个人观点仅供参考，如有任何问题请先与我们联系（），我们将在第一时间处理。