一种低温柔性的聚氨酯泡沫材料的制作方法

本发明涉及缓冲材料，具体涉及一种低温柔性的聚氨酯泡沫材料。

背景技术：

1、新能源电动汽车的核心部件是动力电池。动力电池的集成是将电芯通过串并联的方式组成电池模组，再将电池模组集成动力电池包。电动汽车在崎岖路段难免会有颠簸，动力电池包也随之产生振动。因此，需要一种缓冲材料，可以很好地固定电芯，避免电芯间由于互相挤压导致的变形、老化甚至起火等情况。

2、另一方面，动力电池包大多分布于车身底板下方，由于整车行驶环境的复杂性，尤其在冬天低温的条件下（例如-5℃，甚至极端气温-40℃），电池充放电时间变长，电芯间的膨胀力持续增加，电芯间由于互相挤压导致的变形、老化甚至起火等风险在增加。因此，上述缓冲材料需要在低温条件下，仍然可以提供合适的压缩应力，而不是过高的压缩应力，否则电池寿命容易受损。

3、现有技术中，在新能源汽车行业内通常采用硅胶泡棉作为缓冲材料。硅胶泡棉具有优异的耐低温性能，能够在-5℃甚至-40℃的环境下，仍然保持柔软性，然而它的成本十分高昂，在新能源车行业竞争激烈的大环境下，难以推广和实施。另一方面，硅胶泡棉由于分子结构中含有聚硅氧烷，在泡棉生产时一旦反应不够充分，则一些低分子量的聚硅氧烷因分子链短、迁移性强，容易通过表面扩散，分散在泡棉的表面上。这些低分子量的聚硅氧烷，表面张力较低，容易造成双面胶与泡棉不易粘合，从而影响了硅胶泡棉与电芯之间的背胶工艺，进而影响电池包的集成效率。

4、现有技术中，在新能源汽车行业内也采用聚氨酯泡棉作为缓冲材料。聚氨酯泡棉因其分子链段中，软硬度可调，具有较宽的压缩应力范围，可作为电池包的电芯间的缓冲材料，能够很好地固定电芯。而且，与硅胶泡棉不同的是，聚氨酯泡棉一般不含有低分子量的聚硅氧烷，因此可以避免硅胶泡棉存在的上述背胶工艺不易实施的问题。为了能够更好地适应电芯的膨胀与收缩，需要聚氨酯泡棉具备平稳的压缩应力曲线，即泡棉的压缩应力随着压缩量的增加而缓慢平稳地增加。然而，本发明人发现，现有技术中，在常温下具有平稳的压缩应力曲线的聚氨酯泡棉，往往对低温非常敏感，存在低温下容易变硬的问题，这导致泡棉在低温下的压缩应力急剧增加，可能导致电池寿命受损。也就是说，现有的聚氨酯泡棉难以在常温下提供合适的压缩应力的同时还具有较好的低温柔性。

5、有鉴于此，开发一种聚氨酯泡沫材料，使其既具有较好的低温柔性又能够在常温下提供合适的压缩应力，仍然是本领域亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低温柔性的聚氨酯泡沫材料。该聚氨酯泡沫材料既具有较好的低温柔性又能够在常温下提供合适的压缩应力，从而在低温和常温条件下均具有较好的缓冲性能。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种低温柔性的聚氨酯泡沫材料，所述聚氨酯泡沫材料中包括多个交联点，相邻交联点之间通过聚合链段连接，相邻交联点之间的聚合链段的数均分子量4300≤mnc≤41000；

3、其中，mnc通过以下式（1）计算得到：

4、 式（1），

5、式（1）中，mnc为相邻交联点之间的聚合链段的数均分子量；wn为所述聚氨酯泡沫材料的反应物中除气体之外的第n种反应物的用量；w气为所述聚氨酯泡沫材料的反应物进行反应的过程中气体的产生量；en为所述聚氨酯泡沫材料的反应物中除气体之外的第n种反应物的当量；fn为所述聚氨酯泡沫材料的反应物中除气体之外的第n种反应物的官能度。

6、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料的玻璃化转变温度tg≤-40℃。

7、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料的表观总密度为150-500kg/m3。

8、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料的低温敏感指数h具有以下范围1≤h≤3，其中，h通过以下式（2）计算得到：

9、h=d0/dt 式（2），

10、式（2）中，h为低温敏感指数；d0为在相对湿度为（50±5）%rh、温度为（-40±2）℃的条件下，放置（6±0.5）h，测得的所述聚氨酯泡沫材料的邵氏c硬度值；dt为在相对湿度为（50±5）%rh、温度为（23±2）℃的条件下，放置（6±0.5）h，测得的所述聚氨酯泡沫材料的邵氏c硬度值。

11、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料在相对湿度为（50±5）%rh、温度为（-40±2）℃的条件下，放置（6±0.5）h，测得的邵氏c硬度值d0为10-90 hc。

12、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料在经过低温冲击后，其压缩应力应变曲线的偏移率≤10%。

13、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料满足以下条件：所述聚氨酯泡沫材料在-40℃条件下放置（5±0.25）h后，将其弯曲180°，所述聚氨酯泡沫材料不开裂。

14、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料的压缩应力满足以下条件：在相对湿度为（50±5）%rh，（23±2）℃的条件下，所述聚氨酯泡沫材料以10%的压缩量保持8小时，其压缩应力≥15kpa；在相对湿度为（50±5）%rh，（23±2）℃的条件下，所述聚氨酯泡沫材料以75%的压缩量保持8小时，其压缩应力≤350kpa。

15、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述聚氨酯泡沫材料在经过1万次压缩后的厚度损失率≤5%。

16、本发明至少具有以下有益效果：

17、本发明的聚氨酯泡沫材料在低温和常温条件下均具有较好的缓冲性能，可以作为电池包模组中的缓冲材料。一方面，该聚氨酯泡沫材料在常温（23±2）℃下，应用于电池包模组的电芯间，可以提供合适的压缩应力，起到固定电芯以及电芯间减震缓冲的功能，为电芯提供保驾护航。另一方面，该聚氨酯泡沫材料具备良好的低温柔性，即使在冬季极端低温的恶劣环境条件（-40℃）下，该聚氨酯泡沫材料仍然可以正常使用，避免冬季低温时，电池长时间充电导致电芯间的膨胀力持续增加，电芯老化甚至起火等风险。

1.一种低温柔性的聚氨酯泡沫材料，所述聚氨酯泡沫材料中包括多个交联点，相邻交联点之间通过聚合链段连接，相邻交联点之间的聚合链段的数均分子量4300≤mnc≤41000；

2.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料的玻璃化转变温度tg≤-40℃。

3.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料的表观总密度为150-500kg/m3。

4.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料的低温敏感指数h具有以下范围1≤h≤3，其中，h通过以下式（2）计算得到：

5.根据权利要求4所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料在相对湿度为（50±5）%rh、温度为（-40±2）℃的条件下，放置（6±0.5）h，测得的邵氏c硬度值d0为10-90 hc。

6.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料在经过低温冲击后，其压缩应力应变曲线的偏移率≤10%。

7.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料满足以下条件：所述聚氨酯泡沫材料在-40℃条件下放置（5±0.25）h后，将其弯曲180°，所述聚氨酯泡沫材料不开裂。

8.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料的压缩应力满足以下条件：在相对湿度为（50±5）%rh，（23±2）℃的条件下，所述聚氨酯泡沫材料以10%的压缩量保持8小时，其压缩应力≥15kpa；在相对湿度为（50±5）%rh，（23±2）℃的条件下，所述聚氨酯泡沫材料以75%的压缩量保持8小时，其压缩应力≤350kpa。

9.根据权利要求1所述的低温柔性的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料在经过1万次压缩后的厚度损失率≤5%。