目前,在汽車承重件、新(xin)能(neng)源(yuan)車(che)電(dian)池(chi)組(zu)等(deng)汽(qi)車(che)零(ling)部(bu)件(jian)中(zhong),隨(sui)處(chu)可(ke)見(jian)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)應(ying)用(yong)的(de)身(shen)影(ying)。高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)在(zai)車(che)用(yong)零(ling)部(bu)件(jian)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong),以(yi)及(ji)提(ti)升(sheng)汽(qi)車(che)安(an)全(quan)性(xing)的(de)需(xu)求(qiu),促(cu)進(jin)了(le)阻(zu)燃(ran)型(xing)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)的(de)發(fa)展(zhan)。當(dang)下(xia)應(ying)用(yong)的(de)阻(zu)燃(ran)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)主(zhu)要(yao)以(yi)PP、PU、ABS和PC為主,根據汽車零部件的特殊需求也相應有複合材料(合金化)、PA、PBT和PMMA等材料的使用。
1.阻燃PP
PP是車用塑料中用量最大的高分子材料,具有優異的耐化學腐蝕,並且加工過程簡單、成本低。目前廣泛應用於汽車儀表盤、電池包外殼、門護板、立柱、座椅護板、保險杠等。但由於未添加阻燃劑的PP阻燃性能很差,其LOI僅為17. 8%,非常容易燃燒。
國內外對汽車阻燃用PP研究主要圍繞對聚丙烯基體進行改性,同時通過添加低毒、無鹵阻燃劑,開發具有優異力學性能和阻燃功效的聚丙烯複合材料,以滿足汽車零部件的阻燃需求。
目前,適用於PP的阻燃劑主要為添加型阻燃劑,應用較多的有鹵係阻燃劑(如溴係阻燃劑、溴-銻協效阻燃體係)、無機填充型阻燃劑(如氫氧化鎂、氫氧化鋁)、磷氮係(如MPP、APP、MCA、磷腈、磷酸酯等)以及膨脹型阻燃劑(IFR)。
正如我們上文所說,隨著嚴苛的環保政策的施行,高分子材料用阻燃劑無鹵化已是大勢所趨。結合具體案例來看,目前已經有以PP為基體,以長玻纖(LGF)為填充材料,加入磷氮係無鹵膨脹型阻燃劑、MCA等,製備得到LGF增強無鹵阻燃聚丙烯電池槽的例子。
製備過程中采用雙母粒製備法,通過分別製備LGF母粒和無鹵阻燃母粒,將兩者混合均勻後直接注塑製得阻燃PP製zhi品pin。雙shuang母mu粒li製zhi備bei法fa避bi免mian了le長chang玻bo纖xian母mu粒li製zhi造zao過guo程cheng中zhong由you於yu過guo度du剪jian切qie引yin起qi的de剪jian切qie區qu溫wen度du過guo高gao引yin起qi阻zu燃ran劑ji降jiang解jie和he玻bo纖xian長chang度du短duan引yin起qi的de力li學xue性xing能neng下xia降jiang問wen題ti。
阻燃PP無鹵化改性技術中,IFR因其對PP加工流動性和低密度優勢影響最小、阻燃效率優異、用量少、低煙無毒等優點,被認為是無鹵阻燃PP中最優前景的發展方向之一。
阻燃PP在我國起步較晚,但發展很快。特別是近年來增長迅猛的新能源汽車行業直接推動了阻燃PP需求量的快速增長,國內眾多高校、科研機構以及企業參與到車用零部件阻燃PP的開發中來。今後,車用阻燃PP的研究將重點聚焦於高效和環保,通過選擇無鹵阻燃劑、膨脹型阻燃劑、磷氮係阻燃劑以及複配型阻燃劑同時結合其他助劑,開發出性能優異的阻燃PP材料。
2.阻燃ABS
ABS在汽車行業崛起之前,也是全球用量最大的家電高分子材料之一。據不完全統計,我國約80%的ABS消費量來自於家電領域,而這主要得益於ABS出眾的表麵塗裝性能、耐久性和防腐性。也是這些特點,讓ABS在汽車塗裝領域成為了典型。但ABS樹脂的分子結構中隻有C、H、O三san種zhong元yuan素su,所suo以yi不bu具ju備bei阻zu燃ran性xing能neng,在zai高gao溫wen階jie段duan的de穩wen定ding性xing很hen差cha,極ji易yi燃ran燒shao。同tong時shi在zai燃ran燒shao過guo程cheng中zhong還hai會hui產chan生sheng刺ci鼻bi氣qi味wei和he黑hei煙yan,無wu法fa直zhi接jie用yong於yu汽qi車che零ling部bu件jian。
目前,ABS的主要應用方向是通過阻燃或耐高溫改性,亦或者與PC共混合成PC/ABS複合材料,下文也會詳細介紹。對於ABS而言,鹵係阻燃劑的阻燃效率比較高,其中溴係阻燃效果又好於氯係。雖然鹵係阻燃成本低、效果好,但從業者眾所周知,今後鹵素阻燃會麵臨來自政策和環保法規的巨大壓力。所以,ABSdezurangaixingrengranshizhongyaodeyanfafangxiang。buguohuashuohuilai,duiyuzuranbiaozhunyangedeyingyongchangjing,xiuxizuranjihaishimuqianzuizhuliudexuanze。juxi,yongyudianzidianqichanpinzhongdeABS約有70%都采用溴係阻燃劑。
PC/ABS兼備二者優點,具有更好的耐熱性和穩定性,加工性能也更好,目前已是產量最大、技術最成熟的塑料合金,也是目前在汽車零部件領域應用最廣泛的材料之一。諸如汽車儀表板、蓄電池組、車身、內飾等部位,都用到了PC/ABS材料。不過要注意的是,在某些指標上還是有“1+1<2”的情況:PC本身是一種自熄材料,UL94可達V2級,但PC/ABS的阻燃性能有所下降,需要補足。
目前常用的除了鹵係和磷係,值得關注的發展方向還有納米阻燃劑,諸如納米級的三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂以及納米層狀雙氫氧化物等等。
3.阻燃PC
PC作為五大工程塑料之一,在汽車零部件上的應用也相當成熟,諸如汽車儀表板、車燈係統、加熱板、除霜器甚至是一些PC合金製作的保險杠等等。
如我們剛才所言,PC本身具有一定阻燃性,相較於其它高分子材料(如PE、PP等)擁有一定優勢,LOI可到21-24%。然而對汽車零部件阻燃要求相對較高的應用領域,其阻燃性能還是難以勝任,仍還需要對其進行阻燃改性。溴係阻燃劑能明顯提高PC的阻燃性能,常用的有十溴二苯醚(DBDPO)、四溴雙酚A(TBB-PA)等。但含溴的阻燃材料在高溫下容易分解產生腐蝕性氣體,使汽車零部件受損。此外,溴係阻燃劑的添加會嚴重影響PC的透明性,同時也不符合歐盟無鹵化、環保政策的要求。當前,工業化的PC產品中使用最多的磷係阻燃劑主要是TPP、RDP和BDP。
其中,TPP常溫下為固態,熱穩定性較差,在PC加工溫度下容易揮發,僅發揮氣相阻燃作用。RDP和BDP常溫下為液體,具有較好的熱穩定性,可同時發揮氣相和固相阻燃作用,同時BDP與PC有較好的相容性,可起到增速硬化的作用,所以PC+BDP體係成為使用較多的一種體係,BDP添加比例大約為10%。
此外,含矽化合物作為新一代環保型阻燃劑,因其高效、低毒、無汙染等特性,以及對PC加工性能和物理性能影響較小也逐漸受到關注,如聚矽烷、聚矽氧烷等。
汽車零部件用PC在選用阻燃劑時也在向無鹵環保靠近,通過添加多種助劑或者製備複合型阻燃劑等途徑,提升PC的綜合性能。此外,PC通過與ABS、PBT等組成複合材料也是提升PC加工性能和阻燃性能的不二選擇。
4.其他阻燃材料
PP、PU、ABS和PC是(shi)目(mu)前(qian)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)零(ling)部(bu)件(jian)生(sheng)產(chan)的(de)阻(zu)燃(ran)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)。此(ci)外(wai),將(jiang)兩(liang)種(zhong)或(huo)以(yi)上(shang)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)熔(rong)融(rong)共(gong)混(hun)製(zhi)備(bei)的(de)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)也(ye)是(shi)目(mu)前(qian)使(shi)用(yong)較(jiao)多(duo)的(de)一(yi)種(zhong)材(cai)料(liao),如(ru)PC/ABS,PC/PBT,PC/FR複合材料等。