一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法与流程

本发明属于聚脲弹性体材料，具体而言，涉及一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法。

背景技术：

1、聚合物材料由于其优异的力学性能、耐环境腐蚀性和可加工性等特点,已经广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程和电子电气等诸多领域。其中,弹性体是一类具有良好柔韧性和高回弹性的聚合物材料,可通过化学交联或物理缔合手段获得,在汽车减震器、密封件、绝缘材料和生物医用材料等方面有着重要应用。

2、聚脲弹性体是一类重要的热固性弹性体材料,主要由异氰酸酯预聚体和胺基树脂发生加成聚合反应而制备,具有出色的力学性能、优异的耐磨损性和良好的耐化学品腐蚀性等优点。

3、目前,工业上生产聚脲弹性体主要采用两步法工艺。第一步是将异氰酸酯和多元醇在一定组成比例下预聚合形成低分子量的聚脲预聚物；第二步是在延长反应时间和升高温度的条件下,利用预聚物中残留的异氰酸酯基团和多元醇基团继续发生加成聚合和缩聚反应,形成三维网状结构的交联聚脲弹性体。

4、聚脲弹性体是由异氰酸酯组分与氨基化合物发生加成聚合反应生成的一种弹性体物质，具有具有零voc，良好的力学性能、优异的耐磨损性和良好的耐化学品腐蚀性等优点。通过调节原料单体的种类和组成比例,可以有效地调控聚脲弹性体的力学性能、硬度、热稳定性和化学稳定性等性能。

5、常用的刚性异氰酸酯单体有4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、1,5-萘二异氰酸酯(ndi)等；柔性异氰酸酯预聚体主要有聚酯型和聚醚型异氰酸酯预聚体等。刚性多元醇单体一般是三羟基或更高羟基价的芳香族化合物,如1,1,1-三(4-羟苯基)乙烷(thpe)、1,3,5-三(2-羟苯基)苯，刚性胺基扩链剂二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺等；柔性多元醇单体通常为分子量大于1000的聚酯型或聚醚型的多元醇。

6、工业生产中,为了满足不同用途对聚脲弹性体材料所提出的多样化性能要求,往往需要引入各种功能助剂,如增韧剂(纳米sio2、碳纳米管等)、阻燃剂(无机氢氧化金属盐、有机磷硅等)、抗老化剂(酚类、胺类等)等。这些助剂通过物理或化学作用,可以显著改善聚脲弹性体的力学强度、耐热性、绝缘性、阻燃性等综合性能。

7、在一些特殊应用场景中,高绝缘、阻燃型聚脲弹性体材料备受关注。例如,电力系统的户外高压输电线路经常暴露在复杂的自然环境之中,极易遭受雷电、盐雾、酸雨等因素的侵蚀,因此对绝缘罩层材料提出了极高的绝缘性和阻燃性能要求。此外,一些电子电气设备的外壳和密封件,如电视机后盖、电机固体绝缘外包等,也需要使用具有良好绝缘阻燃性的聚脲弹性体材料。

8、传统的解决方案是在通用型聚脲弹性体中大量添加无机阻燃填料(如氢氧化铝、氧化锑等),并配以适量的增韧剂等助剂,以满足一定的阻燃等级和绝缘性能。但这类简单的物理掺混方式,难免会在一定程度上降低聚脲材料的力学性能、加工性和耐环境性等综合性能。

9、此外,在聚脲弹性体配方设计方面,长期依赖于人工经验和大量试验工作,缺乏系统化的理性设计方法，反应物之间的比例依靠大量实验来试取,效率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，能够解决现有的聚脲弹性体配方设计往往依靠人工经验和大量试验，存在反应物之间的比例依靠大量实验来试取,效率较低的技术问题。

2、本发明是这样实现的：本发明的提供一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其中，包括以下步骤：

3、s10、配制异氰酸酯组分和树脂组分,其中异氰酸酯组分包含刚性异氰酸酯单体和柔性异氰酸酯预聚体,树脂组分包含刚性多元胺单体、刚性多元醇单体和柔性多元单体；

4、s20、根据目标分子量、交联密度和力学性能要求,使用遗传算法计算异氰酸酯组分和多元醇组分的最佳组成比例；

5、s30、将异氰酸酯组分和树脂组分按遗传算法优化的比例混合形成高聚物溶液；

6、s40、向高聚物溶液中加入适量的助剂,包括偶联剂、增韧剂、阻燃剂；

7、s50、将混合溶液进行搅拌反应一定时间,形成中间体溶液；

8、s60、对中间体溶液进行减压和加热处理,延长反应时间；

9、s70、将反应后的溶液进行浇注或喷涂在取样板表面；

10、s80、将喷涂取样板的材料进行加热固化处理,形成交联的聚脲弹性体涂层；

11、s90、对固化后的聚脲弹性体材料进行理化性能测试评估,包括拉伸强度、断裂伸长率、绝缘性能、阻燃性能，完成高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备。

12、其中，所述刚性异氰酸酯单体采用4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯。

13、其中，所述柔性异氰酸酯预聚体采用聚酯型或聚醚型异氰酸酯预聚体。

14、其中，所述刚性多元胺单体采用二乙基甲苯二胺。

15、其中，所述刚性多元醇单体采用1,1,1-三(4-羟苯基)乙烷。

16、其中，所述柔性多元单体采用分子量大于1000的聚醚多元胺、聚醚型多元醇。

17、其中，所述增韧剂采用纳米氧化硅。

18、其中，所述阻燃剂采用如mg3n2盐。

19、其中，所述步骤s50中搅拌反应时间控制在1-2小时。

20、与现有技术相比较，本发明提供的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法的有益效果是：本发明采用了遗传算法进行配方设计和性能优化。传统的材料配方设计过于依赖经验和大量实验探索,效率低下且很难取得全局最优解。相比之下,遗传算法是一种高效的组合优化算法,能够在多参数、多指标、非线性和不连续等复杂情况下快速收敛,给出可行的最优解。

21、在本发明的配方设计过程中,遗传算法以期望的最终性能指标(如阻燃性能、绝缘性能、机械强度等)作为目标函数,以单体和助剂的种类、含量比例等作为自变量,进行多轮迭代计算,不断产生新的解种群。每轮迭代后,都会根据目标函数值对新种群进行评估,筛选出适者保留、不适者淘汰。

22、这一过程的快速收敛性得益于遗传算法中的优化机制,如选择、交叉和变异操作。选择操作确保了优良个体有更大概率被保留；交叉操作通过重组个体基因获得新的更优解；变异操作则避免了过早收敛于局部最优解。

23、同时,遗传算法的迭代过程中还会对聚合物材料的各项性能指标进行测试表征,并将测试结果反馈至算法,以指导下一轮迭代优化,最终给出满足多重性能指标的最优配方。

24、因此，本发明的方案解决了现有的聚脲弹性体配方设计往往依靠人工经验和大量试验，存在反应物之间的比例依靠大量实验来试取,效率较低的技术问题。

技术特征：

1.一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述刚性异氰酸酯单体采用4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯。

3.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述柔性异氰酸酯预聚体采用聚酯型或聚醚型异氰酸酯预聚体。

4.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述刚性多元胺单体采用二乙基甲苯二胺。

5.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述刚性多元醇单体采用1,1,1-三(4-羟苯基)乙烷。

6.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述柔性多元单体采用分子量大于1000的聚醚多元胺、聚醚型多元醇。

7.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述增韧剂采用纳米氧化硅。

8.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂采用mg3n2盐。

9.根据权利要求1所述的一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s50中搅拌反应时间控制在1-2小时。

技术总结本发明提供了一种高绝缘、阻燃型喷涂聚脲弹性体材料的制备方法，属于聚脲弹性体材料技术领域，包括：首先配制异氰酸酯组分和树脂组分,其中异氰酸酯组分包含刚性单体和柔性预聚体,树脂组分包含刚性单体和柔性单体。利用遗传算法计算出满足目标分子量、交联密度和力学性能要求的最佳组成比例。然后将两种组分按比例混合,加入助剂,进行搅拌反应形成中间体溶液。对溶液进行减压加热处理以延长反应时间。将处理后的溶液浇注或喷涂在取样板上,固化形成交联的聚脲弹性体涂层。最后对固化后的材料进行理化性能测试,包括拉伸强度、断裂伸长率、绝缘性能和阻燃性能等。本发明采用了遗传算法优化算法辅助配方设计，减少了研发周期。技术研发人员：鞠家辉,黄微波,梁龙强,何朋祥,肖晓伟,辛未,李华阳,许圣鸣,马丰涛受保护的技术使用者：青岛沙木新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17