本發(fā)明屬于聚氨酯膠粘劑，具體涉及一種雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、近年來，全球新能源汽車銷量呈現(xiàn)爆炸式增長，中國已連續(xù)9年占據(jù)全球新能源汽車最大市場份額。電池包在新能源整車中占據(jù)及其重要的地位，主要體現(xiàn)在電池包是能量供應(yīng)核心，它決定整車續(xù)航能力，影響車輛的性能，尤其關(guān)乎整車的安全性。電池包從傳統(tǒng)的電芯-模組-電池包(cmp)結(jié)構(gòu)發(fā)展到電芯-電池包(ctp)和電池包-車身(ctb/ctc)結(jié)構(gòu)，而雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠和雙組分聚氨酯導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠在電池包的整個發(fā)展過程中起到了關(guān)鍵性作用，主要體現(xiàn)在其提供的導(dǎo)熱散熱和結(jié)構(gòu)粘結(jié)作用。然而，隨著新能源汽車設(shè)計和電池包技術(shù)的發(fā)展，越來越多的客戶對新能源汽車的續(xù)航能力和成本要求越來越高，因此在電池包制備中，整車和電池包生產(chǎn)商逐步在單個電池包的用膠量和電池包制備工藝簡化兩個方面做了優(yōu)化：一是減少涂膠面積，使得用膠成本降低，同時可以降低電池包的重量從而達到增加續(xù)航的目的；二是簡化電池包制備過程中的工藝，對電池包制備過程中使用的鋁和pet等基材不做額外的表面處理以達到降本的目的。從粘結(jié)原理上分析，減少粘結(jié)面積和對基材免表面處理都會大大降低絕對粘結(jié)強度，使得電池包中的電芯或模組在使用過程中存在脫膠失效等后果，這將大大影響整車安全性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的發(fā)明人通過對雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在電池包應(yīng)用中的受力進行分析后發(fā)現(xiàn)，市面上大量使用的雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠大部分界面剪切強度都能滿足9mpa以上的要求，但是t剝離強度基本上都是低于2n/mm甚至低于1n/mm。t-剝離強度在電池包應(yīng)用中的重要程度一直被行業(yè)低估，主要原因可能是：在涂膠面積大的情況下，絕對粘結(jié)強度高(界面剪切強度高)掩蓋了t剝離強度低在電池包應(yīng)用中的重要性。然而，在汽車行駛過程中產(chǎn)生的震動、加減速等復(fù)雜過程中至少存在剪切和拉拔兩種作用力，此時如果只是注重膠粘劑的界面剪切強度而忽視t-剝離強度，在減少粘結(jié)面積和簡化基材表面處理的情況下，很容易在頻繁上下震動中出現(xiàn)脫膠，造成重大的安全隱患。因此，本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠普遍存在界面剪切強度高但t剝離強度低導(dǎo)致電池包中電芯或模組在使用過程中容易發(fā)生脫膠失效的問題，而提供一種雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠及其制備方法和應(yīng)用，通過平衡雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)強度和內(nèi)聚強度實現(xiàn)兼顧優(yōu)異界面剪切強度和高t剝離強度的目的。
2、第一方面，本發(fā)明提供了一種雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠。
3、第二方面，本發(fā)明提供了上述雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的制備方法。
4、第三方面，本發(fā)明還提供了上述雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在新能源汽車的電池包結(jié)構(gòu)粘結(jié)中的應(yīng)用。
5、具體地，所述雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠包括獨立保存的a組分和b組分；所述a組分包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇以及任選的第一填料、第一分子篩、第一增塑劑、第一助劑；所述b組分包括異氰酸酯化合物、異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物以及任選的第二填料、第二分子篩、第二增塑劑、第二助劑；所述a組分包括第一填料和/或所述b組分包括第二填料；所述第一填料和第二填料各自獨立地選自經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性的填料；所述a組分中聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇的羥基與b組分中異氰酸酯化合物、異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物的異氰酸根的摩爾比為1:(1～1.5)。
6、本發(fā)明提供的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的制備方法包括：將聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇以及任選的第一填料、第一分子篩、第一增塑劑、第一助劑混合后，得到a組分；將異氰酸酯化合物、異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物以及任選的第二填料、第二分子篩、第二增塑劑、第二助劑混合后，得到b組分；所得a組分和b組分各自獨立保存。
7、有益效果：本發(fā)明的關(guān)鍵在于以具有長碳鏈結(jié)構(gòu)的聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇復(fù)配作為多元醇原料，以異氰酸酯化合物和異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物作為異氰酸酯原料，在此基礎(chǔ)上引入經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性的特定填料，由此所得的雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠能夠很好地平衡體系中的粘結(jié)強度和內(nèi)聚強度，從而同時具有優(yōu)異的界面剪切強度和t剝離強度。其關(guān)鍵原因可能在于：由于長碳鏈結(jié)構(gòu)的多元醇以及線性高分子異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物的存在，一方面有利于聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在粘接基材表面的鋪展，改善結(jié)構(gòu)膠對金屬和pet基材的濕潤性，同時賦予聚氨酯結(jié)構(gòu)膠一定的疏水性，從而能夠提高聚氨酯結(jié)構(gòu)膠對金屬和pet基材的附著力以及確保其具有一定的耐濕熱和耐冷熱沖擊老化性能，另一方面是長碳鏈結(jié)構(gòu)的存在能夠適當降低膠粘劑的內(nèi)聚強度，使得該雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠體系具有良好的粘結(jié)強度和內(nèi)聚強度平衡，從而使得其能夠?qū)崿F(xiàn)兼具良好的粘接強度和高t剝離強度；另外，使用硅烷偶聯(lián)劑對填料表面進行處理，將硅烷的有機功能基團引入到填料表面，既能改善填料與聚氨酯之間的相容性，又能使得功能性有機基團與聚氨酯中的羥基或異氰酸根發(fā)生反應(yīng)或通過氫鍵等作用提高膠體與基材的粘結(jié)力。
8、綜上所述，本發(fā)明提供的雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠具有優(yōu)秀的界面剪切強度性能和5n/mm以上的高t剝離強度，為雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在電池包中的應(yīng)用提供更加安全、可靠的解決方案。
1.一種雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，所述雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠包括獨立保存的a組分和b組分；所述a組分包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇以及任選的第一填料、第一分子篩、第一增塑劑、第一助劑；所述b組分包括異氰酸酯化合物、異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物以及任選的第二填料、第二分子篩、第二增塑劑、第二助劑；所述a組分包括第一填料和/或所述b組分包括第二填料；所述第一填料和第二填料各自獨立地選自經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性的填料；所述a組分中聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇的羥基與b組分中異氰酸酯化合物、異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物的異氰酸根的摩爾比為1:(1～1.5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，以所述雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的總質(zhì)量為基準，所述聚酯多元醇的含量為0.3～60wt％，所述聚醚多元醇的含量為0.3～60wt％，所述蓖麻油多元醇的含量為0.3～60wt％，所述異氰酸酯化合物的含量為0.3～7wt％，所述異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物的含量為3～57wt％，所述第一填料和第二填料的總含量為0.3～55wt％，所述第一分子篩和第二分子篩的總含量為0.3～10wt％，所述第一增塑劑和第二增塑劑的總含量為0.3～20wt％，所述第一助劑和第二助劑的總含量為0.3～10wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，以所述a組分的總質(zhì)量為基準，所述聚酯多元醇的含量為1～90wt％，所述聚醚多元醇的含量為1～90wt％，所述蓖麻油多元醇的含量為1～90wt％，所述第一填料的含量為1～50wt％，所述第一分子篩的含量為1～15wt％，所述第一增塑劑的含量為1～30wt％，所述第一助劑的含量為1～15wt％；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，所述a組分和b組分的質(zhì)量比為(1～2):1；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，所述聚酯多元醇的數(shù)均分子量為500～6000g/mol，羥基官能度為2～4；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，所述異氰酸酯化合物選自二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、二苯基甲烷-2,2’-二異氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯的混合物、二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯和二苯基甲烷-2,2’-二異氰酸酯或二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸的混合物、碳化二亞胺改性mdi、聚醚改性mdi、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯-2,6-二異氰酸酯、甲苯-2,4-二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、間苯二甲基異氰酸酯、對苯二甲基異氰酸酯和三苯基甲烷三異氰酸酯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，所述異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物的異氰酸根含量為5～30wt％；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，其特征在于，所述第一分子篩和第二分子篩各自獨立地選自絲光沸石分子篩、y沸石分子篩、zsm-5分子篩、mcm-22分子篩、mcm-56分子篩和beta分子篩中的至少一種；
9.權(quán)利要求1～8中任意一項所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將聚酯多元醇、聚醚多元醇、蓖麻油多元醇以及任選的第一填料、第一分子篩、第一增塑劑、第一助劑混合后，得到a組分；將異氰酸酯化合物、異氰酸根雙封端的聚氨酯預(yù)聚物以及任選的第二填料、第二分子篩、第二增塑劑、第二助劑混合后，得到b組分；所得a組分和b組分各自獨立保存。
10.權(quán)利要求1～8中任意一項所述的雙組份聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在新能源汽車的電池包結(jié)構(gòu)粘結(jié)中的應(yīng)用。