一种阻燃型聚氨酯缓冲材料及其制备方法与流程

本发明属于聚氨酯发泡材料领域，具体涉及一种阻燃型聚氨酯缓冲材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，新能源汽车的快速发展对动力电池的安全性、可靠性和使用寿命提出了严格要求。聚氨酯泡沫材料凭借质轻、可压缩、吸能缓冲等特性，已在电池模组中被广泛用作电芯间的缓冲与防护介质，用于吸收车辆行驶中的振动冲击和电芯充放电过程中的体积膨胀应力，同时还需具备阻燃能力以抑制热失控蔓延。兼具缓冲与阻燃双重功能的聚氨酯泡沫，已成为电池安全防护领域的研究热点。

2、目前，制备阻燃型聚氨酯缓冲泡沫多采用在发泡原料中添加含磷、含氮或无机组分的方法，通过可膨胀石墨、聚磷酸铵、金属氢氧化物等阻燃剂复配使用以实现协同阻燃。然而，当阻燃剂填料添加量达到较高水平以追求更高阻燃等级时，常面临填料分散困难、泡孔结构劣化、材料缓冲性能显著下降等问题，难以兼顾优异的阻燃性与稳定的力学响应。

3、在电池保护的实际应用中，理想的防护材料须同时承受循环压缩载荷和提供可靠的热安全屏障。聚磷酸铵与可膨胀石墨等阻燃剂虽可赋予材料较高的极限氧指数，但高填充量往往导致泡沫收缩、压缩永久变形增大以及应力保持能力不足，使阻燃性能和缓冲性能难以在同一配方体系中协同匹配。如何在保持聚氨酯泡沫优异粘弹性与长期抗压缩性能的前提下，实现稳定的高阻燃等级，仍是当前领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种阻燃型聚氨酯缓冲材料及其制备方法，解决了现有技术中高填充量阻燃剂添加下缓冲性能与阻燃性能难以兼顾的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案:

3、一种阻燃型聚氨酯缓冲材料，由a组分和b组分按100:55-65的质量比混合发泡制成，所述a组分由如下重量百分比的原料组成：35-45%慢回弹聚醚、0.5-1.5%交联剂、0.1-1%催化剂、2-8%开孔剂、0.2-1%硅油8681、8-12%第一粉体阻燃剂、12-16%第二粉体阻燃剂、0.3-0.8%水，余量为聚醚多元醇；b组分为改性异氰酸酯。

4、更进一步地，所述慢回弹聚醚由以下方法制得：

5、(1)在氮气保护下，将三羟甲基丙烷、苯酐按摩尔比1:1.5～1:2.5投入反应釜，搅拌升温至140～160℃反应1～2h，然后降温至120～140℃，加入环氧丙烷，环氧丙烷的加入量为苯酐质量的40～80%，加料完毕后继续反应1～2h，减压蒸馏，得到芳酯低聚物多元醇；

6、(2)在氮气保护下，将步骤（1）所得芳酯低聚物多元醇与双金属氰化物催化剂投入反应釜，催化剂用量为芳酯低聚物多元醇质量的0.002～0.01%，氮气置换后升温至110～130℃真空脱水，然后升温至120～140℃，连续通入环氧丙烷与环氧乙烷的混合物，控制反应压力0.2～0.5mpa，在密闭条件下继续反应1-2h，真空脱气，经脱水、过滤，即得慢回弹聚醚。

7、更进一步地，所述环氧丙烷与环氧乙烷的混合物中，环氧丙烷占70～85wt%，环氧乙烷占15～30wt%。

8、更进一步地，所述交联剂选自二乙醇胺、乙二醇、1,4-丁二醇中的任意一种。

9、更进一步地，所述催化剂选自催化剂a33、dabco 33-lv中的任意一种。

10、更进一步地，所述开孔剂选自开孔剂skc-1900、glk-15中的任意一种。

11、更进一步地，所述第一粉体阻燃剂选自聚磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐中的任意一种；所述第二粉体阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、可膨胀石墨中的任意一种。

12、更进一步地，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇gep-560d、ep-551c中的任意一种。

13、更进一步地，所述改性异氰酸酯由以下方法制得：在氮气保护下，将含磷含氮预聚体加入反应釜中，搅拌升温至60-80℃，加入含磷含氮预聚体质量5-15%的双酚a型环氧树脂e-51和含磷含氮预聚体质量0.1-0.5%的苄基三乙基氯化铵，在80-100℃下反应，每隔30min取样检测-nco含量，待-nco含量达到20-26%时加入含磷含氮预聚体质量0.5-3%的甲基三甲氧基硅烷，搅拌1-2h，降温至40℃以下，出料，即得改性异氰酸酯。

14、更进一步地，所述含磷含氮预聚体由以下方法制得：

15、步骤一、将二苯基甲烷二异氰酸酯加入反应釜中，搅拌升温至50-60℃，在氮气保护下加入二苯基甲烷二异氰酸酯质量10-30%的科莱恩exolit op 560，在70-80℃下反应2-4h，每隔30min取样检测-nco含量，待-nco含量达到21-25%时加入二苯基甲烷二异氰酸酯质量1-5%的dabco tmr，在70-80℃下搅拌反应1-3h，加入苯甲酰氯终止反应，氮气鼓泡脱气20-40min，降温至40℃以下，出料，得到含异氰脲酸酯环的中间体；

16、步骤二、将步骤一所得含异氰脲酸酯环的中间体加入反应釜中，升温至65-80℃，加入该中间体质量3-10%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应1-3h，降温至40℃以下，出料，氮气保护下密封储存，即得含磷含氮预聚体。

17、一种阻燃型聚氨酯缓冲材料的制备方法，包括以下步骤：

18、s1.按配方量将聚醚多元醇、慢回弹聚醚、开孔剂、硅油8681投入反应釜中，在25-35℃、搅拌转速200-500r/min下混合20-40min，得到预混料；在搅拌转速800-1500r/min下，将第一粉体阻燃剂和第二粉体阻燃剂分3-5批加入，每批加入后搅拌5-10min，加料完毕后继续搅拌30-60min；随后在搅拌转速200-500r/min下，加入交联剂、催化剂和水，混合10-20min，真空脱泡10-30min，得到a组分，密封备用；

19、s2.将a组分与b组分按质量比100:55-65混合均匀，混合温度25-35℃，然后将所得混合物料浇注至模具中，在40-60℃下发泡成型，熟化15-30min后脱模，室温放置熟化24-48h，经切片和修边处理，即得阻燃型聚氨酯缓冲材料。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是:

21、本发明a组分中采用芳酯低聚物多元醇为起始剂经烷氧基化反应制得的慢回弹聚醚，其分子主链中引入了芳香族酯基结构，有助于增强泡沫基体的内聚强度和承载能力，同时该慢回弹聚醚与开孔剂协同作用，可在高填充量粉体阻燃剂存在的条件下维持良好的泡孔开孔状态，避免泡沫收缩。b组分为含磷含氮预聚体经噁唑烷酮化及硅烷交联改性制得的改性异氰酸酯，其中含磷多元醇通过化学键合将阻燃元素嵌入异氰酸酯分子骨架，赋予异氰酸酯组分本征阻燃特性且不易迁移；噁唑烷酮杂环结构的引入提升了异氰酸酯组分及最终泡沫的热稳定性，硅烷交联改性则进一步增强了聚合物网络的结构致密性。在发泡成型过程中，a组分中的添加型粉体阻燃剂与b组分中的反应型阻燃结构相互配合，形成气相阻燃、凝聚相成炭及物理屏障并存的协同阻燃体系，使材料在阻燃剂总添加量较高的条件下仍能保持稳定的缓冲性能和较低的压缩永久变形，解决了高填充量阻燃剂添加下缓冲性能与阻燃性能难以兼顾的问题。