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电动汽车用阻燃材料

作者: 苏州善德宸信 编辑: 苏州善德宸信 来源: 苏州善德宸信 发布日期: 2022.02.23
信息摘要:
汽车工业的高速发展带来的最关键趋势之一就是轻量化,无论是在传统汽车发动机周边,还是新能源汽车的动力电池上,都能看到各种塑料的身影,用于汽车零…

汽车工业的高速发展带来的最关键趋势之一就是轻量化,无论是在传统汽车发动机周边,还是新能源汽车的动力电池上,都能看到各种塑料的身影 用于汽车零部件的常见阻燃材料类型有PPPA PUPC ABS材料,以及由它们组成的各种改性材料和复合材料。

相比于传统燃油车,新能源汽车新增了电池组模块、充电桩及充电枪等部件,单台新能源车电池组模块工程塑料的使用量约30kg ,新能源车塑料壳体目前主要使用改性PP,以及改性PPS PPO等耐高温塑料。充电桩由于较高的使用标准和严苛的使用环境对工程塑料需求较大,每个充电桩约需6kg 工程塑料,目前常见的主要有PBTPA PC等。当下应用的阻燃高分子材料主要以PP PUABS PC为主,根据汽车零部件的特殊需求也相应有复合材料(合金化)、PA PBTPMMA等材料的使用。


阻燃PP

PP是车用塑料中用量最大的高分子材料,具有优异的耐化学腐蚀,并且加工过程简单、成本低。目前广泛应用于汽车仪表盘、电池包外壳、门护板、立柱、座椅护板、保险杠等 但由于未添加阻燃剂的PP 阻燃性能很差,其LOI仅为17. 8%,非常容易燃烧。

国内外对汽车阻燃用PP研究主要围绕对聚丙烯基体进行改性,同时通过添加低毒、无卤阻燃剂,开发具有优异力学性能和阻燃功效的聚丙烯复合材料,以满足汽车零部件的阻燃需求。目前,适用于 PP的阻燃剂主要为添加型阻燃剂,应用较多的有卤系阻燃剂(如溴系阻燃剂、溴-锑协效阻燃体系)、无机填充型阻燃剂(如氢氧化镁、氢氧化铝)、磷氮系(如 MPPAPPMCA 、磷腈、磷酸酯等)以及膨胀型阻燃剂(IFR)。


阻燃PC

PC作为五大工程塑料之一,在汽车零部件上的应用也相当成熟,诸如汽车仪表板、车灯系统、加热板、除霜器甚至是一些 PC合金制作的保险杠等等。

PC本身具有一定阻燃性,相较于其它高分子材料(如PE PP等)拥有一定优势,LOI可到 21-24%。然而对汽车零部件阻燃要求相对较高的应用领域,其阻燃性能还是难以胜任,仍还需要对其进行阻燃改性。汽车零部件用PC在选用阻燃剂时也在向无卤环保靠近,通过添加多种助剂或者制备复合型阻燃剂等途径,提升 PC的综合性能。此外,PC通过与 ABSPBT等组成复合材料也是提升 PC加工性能和阻燃性能的不二选择。


阻燃ABS

ABS在汽车行业崛起之前,也是全球用量最大的家电高分子材料之一。据不完全统计,我国约80% ABS消费量来自于家电领域,而这主要得益于ABS 出众的表面涂装性能、耐久性和防腐性。也是这些特点,让ABS在汽车涂装领域成为了典型。但ABS 树脂的分子结构中只有CH O三种元素,所以不具备阻燃性能,在高温阶段的稳定性很差,极易燃烧。同时在燃烧过程中还会产生刺鼻气味和黑烟,无法直接用于汽车零部件。

目前,ABS的主要应用方向是通过阻燃或耐高温改性,亦或者与 PC共混合成PC/ABS复合材料 对于阻燃标准严格的应用场景,溴系阻燃剂还是目前最主流的选择。据悉,用于电子电器产品中的ABS约有 70%都采用溴系阻燃剂。


阻燃PC/ABS

PC/ABS兼备PC ABS二者优点,具有更好的HDT 和稳定性,加工性能也更好,目前已是产量最大、技术最成熟的塑料合金,也是目前在汽车零部件领域应用最广泛的材料之一。诸如汽车仪表板、蓄电池组、车身、内饰等部位,都用到了PC/ABS材料。

不过要注意的是,在某些指标上还是有1+1 2”的情况:PC本身是一种自熄材料, UL94可达V2级,但PC/ABS 的阻燃性能有所下降,需要补足。目前常用的除了卤系和磷系,值得关注的发展方向还有纳米阻燃剂,诸如纳米级的三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁以及纳米层状双氢氧化物等等。


其他阻燃材料

PPPU ABSPC是目前主要应用于汽车零部件生产的阻燃高分子材料。此外,将两种或以上高分子材料熔融共混制备的复合材料也是目前使用较多的一种材料,如 PC/ABSPC/PBTPC/FR 复合材料等。

具体到案例上来说,Polymaker公司推出三款基于 PC3D打印材料,将其用于车用零部件的生产,三款产品分别为 Polymaker PC-ABSPolymaker PC-PBT PolyMax PC-FR,这三款产品各有特色,在耐热性、耐冲击、易加工以及阻燃性能方面,均具有较好的表现。Polymaker PC-PBT在科思创 Makroblend®系列产品基础上进行改进,提升了材料综合性能。同样PolyMax PC-FR是在科思创 Makrolon®产品上对阻燃性能做了较大改进,使材料UL94达到 V0级,将该材料用于新能源汽车电池外壳。


未来阻燃材料研究重点

配套汽车零部件高分子材料用的阻燃剂,未来应朝着环保及高性能化方向发展,重点研究复配协效阻燃技术、无卤化阻燃、膨胀型阻燃、超细化、纳米化技术、高效表面化学修饰技术以及多功能化技术等,还需要在各项特殊性能上有所提高,才能提升汽车零部件用阻燃高分子的综合性能。

目前,还没有比较健全的汽车阻燃领域的法律法规以及测试方法,为更好地服务及推动汽车零部件阻燃行业的发展,制定出更有效的汽车零部件用阻燃高分子材料测试方法和产品法规将有重要意义。


未来阻燃塑料的发展方向

一般来说,制备阻燃塑料时大多会将其极限氧指数LOI提升到 25-35%左右,才能有效提升汽车整体安全指数。此外,加上目前电气化和碳中和的双重背景,塑料这种以石油为原料的产品,以及各种含有卤素的阻燃剂,都将会受到更多限制。所以,未来阻燃塑料的发展方向,除了需要足够的机械性能,以满足轻量化需求之外,电动汽车等领域还会需要材料注重阻燃、电气、加工、环保方面的要求。

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