本发明涉及胶粘剂技术领域，特别是涉及一种双组份动力电池结构胶及其制备方法。
背景技术：
我国新能源汽车的发展前景无限开阔。近些年来，中央政府不断加大对其资金的投入，各城市也不断在政策、发展规划、基础设施建设、消费补贴等环节积极参与新能源汽车的普及和推广。大多数国家以及车企在新能源汽车的开发重点集中在纯电动汽车上。
在纯电动汽车领域，其核心就是锂电池电力驱动系统。而胶粘剂是实现电力驱动系统稳定、高效、持久、安全工作的一个核心因素之一。当前锂电池电动汽车使用的动力电池由很多小电芯经过并联以及串联而组成在一起。汽车在行驶过程中存在很强的震动，震动冲击力导致电芯之间的摩擦碰撞不但影响电池的使用寿命，而且严重的情况下可能会导致爆炸起火。因此，开发出耐高温、耐老化、高强度的电芯粘接聚氨酯结构胶对于电动汽车安全极为重要。
然而，聚氨酯类型的结构胶存在在耐高温高湿环境下易热老化的缺点。而芳纶纤维具有超高强度、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、高模量和耐高温等优良性能，其特点正好可以弥补聚氨酯结构胶的不足。但是，现有的芳纶纤维与聚氨酯类型的结构胶相容性较差，至今很难运用于结构胶领域。
技术实现要素：
基于此，本发明提供一种双组份动力电池结构胶，其具有耐高温高湿、耐老化性能，并且粘接强度高。
具体技术方案为：
一种双组份动力电池结构胶，包括a组份和b组份，以重量份数计，
所述a组份包括有以下原料：
所述b组份包括有以下原料：
异氰酸树脂100份；
芳纶纳米纤维1～50份；
除水剂1～8份。
在其中一个实施例中，所述多元醇与所述芳纶纳米纤维的重量比为100：(20～30)；
所述异氰酸树脂与所述芳纶纳米纤维的重量比为100：(30～50)。
在其中一个实施例中，所述芳纶纳米纤维的制备方法包括以下步骤：
将100份芳纶纤维、1500-2500份二甲基亚砜和1-10份强碱性分散剂在氮气密封条件下混合搅拌，真空干燥即得；
所述强碱性分散剂选自氢氧化钠、氢氧化钾和叔丁醇钾中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述芳纶纤维、二甲基亚砜和强碱分散剂的重量比为100：(1800-2200)：(3-8)。
在其中一个实施例中，所述混合搅拌的温度为40-50℃，时间为48h-72h。
在其中一个实施例中，所述导热材料选自二氧化硅、碳酸钙、氮化铝、氮化硼、氧化锌、氧化镁和球形氧化铝中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述导热材料由重量比为30：(1-5)的球形氧化铝和氮化硼组成。
在其中一个实施例中，所述阻燃剂选自磷酸酯、氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二锑、聚磷酸酯、甲基磷酸二甲酯、阻燃剂fr-109、阻燃剂tcpp、weston430和exoiitop550中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述阻燃剂由重量比为50：(5-10)：(10-20)的氢氧化铝、阻燃聚醚多元醇和甲基膦酸二甲酯组成。
在其中一个实施例中，所述多元醇选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、蓖麻油改性多元醇和短链二醇中的一种或几种，粘度为5000～20000cps。
在其中一个实施例中，所属多元醇由重量比为(30～50)：(30～50)：20的聚醚多元醇、聚酯多元醇和蓖麻油改性多元醇组成。
在其中一个实施例中，所述异氰酸树脂选自hdi、hdi预聚体、聚合mdi、液化mdi、mdi预聚体中的一种或多种，粘度为100～2000cps。
在其中一个实施例中，所述催化剂选自有机锡类催化剂或叔胺类催化剂。
在其中一个实施例中，所述除水剂选自分子筛粉末、氯化钙、硫酸铝或噁唑烷。
在其中一个实施例中，所述助剂选自稀释剂、颜料、防沉剂、消泡剂、分散剂和流平剂中的一种或几种。
本发明还提供上述双组份动力电池结构胶的制备方法。
具体技术方案为：
一种双组份动力电池结构胶的制备方法，包括以下步骤：
a组份的制备：将所述多元醇、导热材料、阻燃剂和除水剂混合，常温搅拌，再加入所述芳纶纳米纤维和催化剂，常温搅拌，真空脱泡，即得a组分；
b组份的制备：将所述异氰酸树脂、芳纶纳米纤维和除水剂混合，常温搅拌，真空脱泡，即得b组分。
将所述a组份与所述b组份按照重量比为(2～5)：1混合，即得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
上述双组份动力电池结构胶将多元醇、异氰酸树脂和芳纶纳米纤维以特定比例分别加入到a组分和b组分中，配合导热材料和阻燃剂等原料，不但能够提高聚氨酯结构胶的高温高湿性、耐老化性，还能够提高聚氨酯结构胶的粘接强度，增加聚氨酯结构胶的抗冲击性能。其中，将芳纶纤维经过强碱处理得到芳纶纳米纤维，其主链含有大量苯环，与异氰酸树脂的苯环存在共轭作用，与聚氨酯结构胶中异氰酸树脂和其他组份相容性均较好，而且，能够提高a组份和b组份的粘度，有利于后续a、b两个组份的混合打胶，克服了芳纶材料难以运用到结构胶领域的技术难题。同时，传统的聚氨酯结构胶通过加入大量的填料粉末来增加胶的力学和耐热性能，而填料粉末容易导致粉尘、既破坏环境，又容易引起工人的呼吸系统疾病，本发明所述聚氨酯结构胶将芳纶纳米纤维引入，避免粉尘污染。本发明所述聚氨酯结构胶耐老化性能优异，力学性能突出，可用于动力电池模组中电芯的粘接，提高动力电池的寿命以及安全性。
本发明双组份动力电池结构胶中，导热材料优选为重量比为30：(1-5)的球形氧化铝和氮化硼，可以在保证结构胶粘结性和导热性的同时，减少导热材料的添加量，避免由于导热材料的增加，引起体系粘度增加，影响施工性能和粘结力。阻燃剂优选重量比为100：(5-10)：(10-20)的氢氧化铝、阻燃聚醚多元醇和甲基膦酸二甲酯，通过加入少量阻燃聚醚多元醇，配合特定比例的氢氧化铝和甲基膦酸二甲酯，可以进一步提高聚氨酯结构胶的阻燃性。并且，芳纶纳米纤维也可与上述阻燃体系相互作用，使聚氨酯结构胶具有更优异的耐高温和阻燃性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合具体实施例对本发明的双组份动力电池结构胶及其制备方法作进一步详细的说明。
以下具体实施方式中的所有原料均来源于市售。
阻燃剂fr-109、阻燃剂tcpp购自青岛联美化工公司。
weston430购自美国博格华纳公司。
exoiitop550购自德国科莱恩公司。
异氰酸树脂可选自如下商品化的产品，如：烟台万华的wannate系列；bayer的desmodur系列；日本三井化学株式会社的cosmonate系列；韩国锦湖株式会社的mdi-ll。
实施例1
本实施例提供一种芳纶纳米纤维及其制备方法，包括以下步骤：
将100份的芳纶纤维丝切割剪碎后放入带有2000份已除水的二甲基亚砜(dmso)的反应釜中，机械搅拌12小时。然后加入5份的叔丁醇钾，持续搅拌48小时。搅拌温度为45℃，在氮气密封条件下进行。之后将溶液真空干燥，除去多余的二甲基亚砜试剂，得芳纶纳米纤维。
芳纶纤维加入到二甲基亚砜中搅拌，溶液颜色逐渐从无色透明变为黑褐色，并且溶液粘度逐渐变大。加入碱性分散剂后，溶液粘度有一定范围的减少，溶液颜色变浅。
实施例2
本实施例提供一种双组份动力电池结构胶及其制备方法，包括以下步骤：
a组份制备过程如下：
取100份的多元醇(40份聚醚多元醇、40份聚酯多元醇以及20份蓖麻油改性多元醇)、300份球形氧化铝、10份氮化硼、25份氢氧化铝、5份阻燃聚醚多元醇、10份甲基膦酸二甲酯和15份分子筛粉末加入到反应釜中，常温搅拌20分钟，之后往反应釜中加入20份实施例1中制备的芳纶纳米纤维以及1份的二月桂酸丁基锡，常温下高速搅拌分散1个小时，真空脱泡。
上述a组份的粘度在8000～60000cps之间。
b组份制备过程如下：
取100份mdi预聚体，5份的噁唑烷，30份实施例1中制备的芳纶纳米纤维加入到行星机里，常温搅拌分散30分钟，之后真空脱泡。
上述b组份的粘度在200～10000cps之间。
将所述a组份与所述b组份按照重量比为4：1混合，即得动力电池结构胶。
实施例3
本实施例提供一种双组份动力电池结构胶及其制备方法，包括以下步骤：
a组份制备过程如下：
取100份的多元醇(40份聚醚多元醇、40份聚酯多元醇以及20份蓖麻油改性多元醇)、300份球形氧化铝、10份氮化硼、25份氢氧化铝、5份阻燃聚醚多元醇、10份甲基膦酸二甲酯和15份分子筛粉末加入到反应釜中，常温搅拌20分钟，之后往反应釜中加入30份实施例1中制备的芳纶纳米纤维以及1份的二月桂酸丁基锡，常温下高速搅拌分散1个小时，真空脱泡。
上述a组份的粘度在8000～60000cps之间。
b组份制备过程如下：
取100份mdi预聚体，5份的噁唑烷，50份实施例1中制备的芳纶纳米纤维加入到行星机里，常温搅拌分散30分钟，之后真空脱泡。
上述b组份的粘度在600～2000cps之间。
将所述a组份与所述b组份按照重量比为4：1混合，即得动力电池结构胶。
实施例4
本实施例提供一种双组份动力电池结构胶及其制备方法，包括以下步骤：
a组份制备过程如下：
取100份的多元醇(40份聚醚多元醇、40份聚酯多元醇以及20份蓖麻油改性多元醇)、310份球形氧化铝、25份氢氧化铝、5分阻燃聚醚多元醇、10份甲基膦酸二甲酯和15份分子筛粉末加入到反应釜中，常温搅拌20分钟，之后往反应釜中加入30份实施例1中制备的芳纶纳米纤维以及1份的二月桂酸丁基锡，常温下高速搅拌分散1个小时，真空脱泡。
上述a组份的粘度在10000～60000cps之间。
b组份制备过程如下：
取100份mdi预聚体，5份的噁唑烷，40份实施例1中制备的芳纶纳米纤维加入到行星机里，常温搅拌分散30分钟，之后真空脱泡。
上述b组份的粘度在200～4000cps之间。
将所述a组份与所述b组份按照重量比为4：1混合，即得动力电池结构胶。
实施例5
本实施例提供一种双组份动力电池结构胶及其制备方法，包括以下步骤：
a组份制备过程如下：
取100份的多元醇(40份聚醚多元醇、40份聚酯多元醇以及20份蓖麻油改性多元醇)、300份球形氧化铝、10份氮化硼、25份氢氧化铝、5份阻燃聚醚多元醇、15份甲基膦酸二甲酯和15份分子筛粉末加入到反应釜中，常温搅拌20分钟，之后往反应釜中加入10份实施例1中制备的芳纶纳米纤维以及1份的二月桂酸丁基锡，常温下高速搅拌分散1个小时，真空脱泡。
上述a组份的粘度在10000～60000cps之间。
b组份制备过程如下：
取100份mdi预聚体，5份的噁唑烷，30份实施例1中制备的芳纶纳米纤维加入到行星机里，常温搅拌分散30分钟，之后真空脱泡。
上述b组份的粘度在200～6000cps之间。
将所述a组份与所述b组份按照重量比为4：1混合，即得动力电池结构胶。
对比例1
本对比例提供一种双组份结构胶，与实施例2的原料和制备方法基本相同，区别在于：将a组份和b组份的芳纶纳米纤维均替换成同等重量份数的芳纶纤维。
对比例2
本对比例提供一种双组份结构胶，与实施例2的原料和制备方法基本相同，区别在于：对芳纶纤维进行改进的方法不同，具体为：将100份的芳纶纤维丝切割剪碎后放入带有2000份已除水的二甲基亚砜(dmso)的反应釜中，机械搅拌12小时。然后加入5份的吡啶，持续搅拌48小时。搅拌过程是在45℃温度下进行，在氮气密封条件下进行。之后将溶液过滤、真空干燥去除多余的二甲基亚砜试剂。
效果试验
将实施例1-5和对比例1-2的a组份与b组份以4:1的重量比混合，常温下固化，测试其性能，具体方法如下：
硬度测试的方法为：gb/t531-1999橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法。
粘接力测试方法为：gb/t13936-1992硫化橡胶与金属粘接拉伸剪切强度测定方法。
阻燃性测试方法为：gb/24267-2009建筑用阻燃密封胶。
导热系数测试方法为：gb/t10297-2015非金属固体材料导热系数的测定。
测试结果如表1和表2所示。
表1
其中，湿热贮存的条件为：在温度为85℃，湿度85％rh下，放置1000小时。
表2
由表1可知，实施例2-5的双组份结构胶固化后，粘接性能优异，高温高湿环境下贮存后，仍保持较高的粘接性能。尤其实施例3的各原料之间的比例关系最优，导热系数高、耐老化和粘接性能最好。实施例4中，导热材料中只加入球形氧化铝，其导热系数相对于实施例2和实施例3稍差。实施例5的数据显示，调整芳纶纳米纤维的加入量，在该原料配比下，结构胶的性能相对实施例2的粘接和老化性能稍差，并且硬度较低，导热系数较差。
对比例1中，芳纶纤维与聚氨酯的相容性不同，粘接性能较差。
对比例2中，采用弱碱方法对芳纶纤维进行改性，并以此方法改性后的芳纶纤维为原料，制备的结构胶，其的粘接强度和耐湿热老化性能提高不显著。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。