来源：塑联网 阅读次数：412 发布时间：2022-01-13
目前应用于汽车零部件的阻燃高分子材料主要以PP、PU、ABS及PC等材料为主，针对部分汽车零部件的特殊需求，同时开发了一系列高性能的阻燃高分子材料。环保、高效、具有优良机械加工性能和力学性能的阻燃高分子材料是汽车零部件用改性塑料的发展方向。
与传统燃油车相比，新能源车增加了电池组、充电站、充电枪等部件，单体新能源车电池组的工程塑料用量约为30kg，新能源车的塑料壳目前主要为改性PP、充电枪等部件。充电站由于高使用标准和苛刻的使用环境，对工程塑料的需求很大，一个充电站需要约6公斤的工程塑料，目前常见的主要是PBT、PA和PC等。
高分子材料应用于汽车零部件，必须保障材料的阻燃防火性能符合国家标准。由于大部分高分子材料阻燃性不够，应用于汽车零部件时，需要改良阻燃性，制备具有阻燃性的高分子材料，将其极限氧指数(LOI)提高到25.0%~35.0%，有效提高汽车的安全指数。
高分子材料的燃烧机理和阻燃机理
1、高分子材料的燃烧机理
温度、可燃物和氧气是火灾发生的三要素。
温度上升到一定值后，高分子材料通过热首先分解为高分子化合物，之后也继续分解为低分子化合物。这些低分子量化合物是挥发性可燃物质，在空气中积累到一定浓度后会发生燃烧现象，燃烧热的释放进一步促进了高分子材料的分解。高分子材料的燃烧分为热氧的分解和燃烧两个过程。
2、高分子材料的阻燃机理
高分子材料的燃烧机理表明，阻燃可以通过缓解或阻止一个或多个因素来实现。高分子材料的阻燃机理一般分为气相阻燃、凝聚相阻燃和换热中断阻燃三大类。
1)气相阻燃机理：
阻燃剂热分解产生不燃性气体，系统内可燃性气体和氧气的浓度下降，火焰燃烧过程中止；阻燃高分子材料在燃烧时释放大量惰性气体，稀释O2终止燃烧过程，还可能释放大量高密度蒸汽窒息燃烧，终止燃烧过程。
2)凝聚相阻燃机理：
阻燃剂的加入加速了高分子材料聚合物中化学键的断裂，通过阻燃剂的热解吸热过程降低可燃物的表面温度，缓解或中止燃烧；阻燃剂热分解过程中产生阻燃、隔热的多孔碳层复盖燃烧物表面，碳层保护可燃物内部的基体，阻隔可燃气体和热的扩散，缓和或中止了高分子材料的燃烧。3)中断热交换的阻燃机理：
是指使阻燃高分子材料燃烧产生的热的一部分移动，使可燃物的温度低于材料的热分解温度，无法维持挥发性物质的产生，通过燃烧结束而阻燃化。根据不同的阻燃机理，阻燃剂一般分为添加型阻燃剂和反应性阻燃剂两种。对高分子材料燃烧和阻燃理论的研究，可以为寻找新型高性能阻燃剂、确定合适的阻燃方法、提高阻燃水平提供理论依据，为汽车零部件用高分子材料提供更高效的阻燃解决方案。
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阻燃高分子材料在汽车零部件上的应用
目前，在汽车重物、新能源车电池组等汽车零部件上，高分子材料的应用身影随处可见。高分子材料在车用零部件上的应用和提高汽车安全性的需求，促进了阻燃高分子材料的发展。目前应用的阻燃高分子材料主要以PP、PU、ABS和PC为主，也有根据汽车零部件的特殊需求使用复合材料(合金化)、PA、PBT和PMMA等材料。
1、阻燃PP
聚丙烯(PP)是车用塑料中用量最多的高分子材料，具有优良的耐化学药品性，且加工过程简单，成本低，适用于汽车仪表板、电池组外壳、车门护板、立柱、座椅护板、保险杠等未添加阻燃剂前的PP阻燃型较差，其极限氧指数(LOI)为17.8%，事故后易燃。目前，国内外汽车阻燃性PP研究主要以聚丙烯基体的改性为中心，同时通过添加低毒性、无卤素阻燃剂，开发出具有优异力学性能和阻燃效果的聚丙烯复合材料，满足汽车零部件的阻燃需求。
目前，适用于聚丙烯的阻燃剂主要是添加型阻燃剂，有卤素类阻燃剂(溴类阻燃剂或溴-锑共轭阻燃类)、无机填充型阻燃剂)、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺酸铵、磷腈、磷酸烯随着MPP等常用的严格环保政策的实施和无卤化的普及，高分子材料用阻燃剂的无卤化已是大势所趋。
以聚丙烯为基体，长纤维为填充材料，加入磷酸氮类无卤膨胀型阻燃剂、三聚氰胺尿酸盐、聚膦酸三聚氰胺盐制备的长纤维增强无卤阻燃聚丙烯电池。制造过程中采用双母粒子制造法，分别制造长纤维长纤维母粒子和无卤素阻燃母粒子，两者均匀混合后，直接用注塑制造阻燃PP产品。二母粒子制造法可以避免长纤维母粒子制造过程中过度剪切引起的剪切区域温度上升导致的阻燃剂分解和短纤维长度导致的力学性能下降。聚丙烯纤维/木纤维/麻纤维三元复合材料是常见的汽车内饰材料。
在阻燃PP无卤改性技术中，IFR因其对PP加工流动性、低密度优势的影响最小且优异的阻燃效率以及用量少、低烟无毒等优点被认为是无卤阻燃PP中最有前景的发展方向之一。
阻燃PP在我国起步晚，但发展迅速。特别是近年来快速增长的新能源汽车行业直接推动了阻燃PP需求量的快速增长，国内许多高校、科研机构和企业都参与了车用零部件阻燃PP的开发。今后，车用阻燃PP的研究将重点放在效率和环境保护上，通过将无卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、磷腈系阻燃剂及复配型阻燃剂同时与其他助剂组合，开发性能优异的阻燃PP材料。
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2、阻燃ABS
ABS是世界上使用量最大的家电用高分子材料，我国约80%的ABS消费量用于家电生产。ABS因具有较强的塑料表面涂装耐久性和防腐性，是适合汽车涂装的典型材料，也应用于汽车零部件的生产。ABS树脂只含有c、h、o三种元素，自身具有阻燃性，因此在高温阶段稳定性差，容易燃烧；点火过程中也会产生异味气体和黑烟粒子，将其直接用于车辆零部件有安全隐患。因此，在使用前必须对阻燃性、耐热性进行改性处理。
卤素阻燃剂阻燃效率较高，其中溴系阻燃效果优于氯系，环境压力较大，但溴系阻燃剂依赖异常突出的阻燃效果和廉价成本两大优点，相对于一些阻燃标准严格的领域和阻燃性材料，溴系阻燃剂最为突出约70%的电子产品为溴类阻燃剂，其中十溴二苯乙烷主要用于ABS的阻燃。但是，随着环保无卤素的普及，将无卤素、磷酸氮类阻燃剂用于ABS也备受关注。
熔融混合ABS和聚碳酸酯(PC)得到PC/ABS复合材料，该材料兼具ABS和PC的优点，具有高热变形温度和稳定性，改善了加工性能。PC/ABS合金是目前产量最多、增速最快的树脂合金，可用于汽车仪表板、电池组、汽车车身等其他部件。PC树脂本身是阻燃自灭火材料，UL94为V2级，但与ABS混合后阻燃性会下降，因此在用于汽车零部件之前需要进行阻燃改性。目前，PC/ABS合金阻燃改性常用的阻燃剂有卤素阻燃剂、磷阻燃剂、纳米阻燃剂等。
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3、阻燃PC
聚碳酸酯(PC)作为五种工程塑料之一，因其具有高强度、高抗冲击性、耐热性等优点而被应用于汽车零部件的生产。例如，汽车仪表板、照明系统、热板、除霜器、聚碳酸酯合金制的保险杠等。随着消费升级，新能源车和轻量化的发展，国内对PC的需求也在不断增加，2019年全球PC产能将增加到640万吨，中国占72%，达到460万吨，2015-2019年全球产能年均增长PC本身具有一定的阻燃性，与PE、PP等普通高分子材料相比具有一定的优势，LOI为21%~24%，UL94为V2级。但是，在对汽车零部件阻燃要求相对较高的应用领域，阻燃性能还不够，还需要阻燃改性。
溴系阻燃剂能显着提高PC的阻燃性，常用十溴二苯醚(DBDPO)、四溴双酚a)A(TBB-PA)等。但是，含溴阻燃材料在高温下容易分解，产生腐蚀性气体，会对汽车零部件造成损伤。另外，溴系阻燃剂的添加严重影响PC的透明性，同时无欧盟卤化，不符合环保政策的要求。目前，工业化PC产品中使用最多的磷系阻燃剂主要是TPP(膦酸三苯基)、RDP)二苯基磷酸酯)、BDP。TPP在常温下为固体，热稳定性差，在PC加工温度下容易挥发，只发挥气相阻燃作用。RDP和BDP在常温下为液体，具有良好的热稳定性，可以同时发挥气相和固相的阻燃作用，同时BDP与PC有良好的相容性，可以发挥增速固化的作用，因此PCBDP体系成为较多使用的体系，BDP的添加比例为10%
另外，含硅化合物作为新一代环保型阻燃剂，由于其高效、低毒性、无污染等特性，以及对聚硅氧烷、聚硅氧烷等PC加工性能和物理性能的影响小，而逐渐受到关注。汽车零部件用PC在选择阻燃剂时也接近无卤素环境，通过添加多种助剂或制造复合型阻燃剂，提高了PC的综合性能。另外，PC通过使用与ABS、PBT等的复合材料，也最适合提高PC的加工性和阻燃性。
4、其他阻燃高分子材料
PP、PU、ABS和PC是目前主要应用于汽车零部件生产的阻燃高分子材料，另外，两种以上高分子材料熔融共混制备的复合材料也是目前较多使用的材料。例如为PC/ABS、PC/PBT、PC/FR复合材料等.Polymaker公司推出了基于PC的3D打印材料，并将其用于车辆零部件的生产。三种产品分别为PolymakerPC-ABS、PolymakerPC-PBT、PolyMaxPC-FR，这三种产品各具特色，在耐热性、耐冲击性、加工性、阻燃性方面都是PolymakerPC-PBT同样，为了使材料UL94达到V0级，PolyMaxPC-FR在成本创Makrolon产品中大幅改善了阻燃性，被用于新能源汽车的电池箱。综上所述，研究的重点是
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1)汽车零部件用高分子材料的阻燃理论研究。
研究人员要根据汽车零部件应用领域的特性，将分子材料阻燃研究的方法、机理和标准应用于车用高分子材料的阻燃性能研究，探索如何提高汽车零部件用高分子材料的阻燃性能。
2)高性能高分子材料用阻燃剂的开发。
汽车零部件高分子材料用阻燃剂将来将朝着无卤化和高性能化方向发展，高性能阻燃剂研究的重点将转向复配增效阻燃技术、无卤阻燃、膨胀型阻燃、超微细化、纳米化技术、高效表面化学修饰技术和多功能化技术等方向发展。
3)汽车零部件用高分子材料的改性优化。
目前，国内的改性塑料仍有较高的技术门槛，不仅强度、硬度、韧性等基础要求不断提高，在电性能、卫生安全性能以及环境友好性能等方面也不断提出新的要求，汽车零部件用高分子材料也在性能高端化、功能光靠高性能阻燃剂是不够的，为了提高汽车零部件用阻燃高分子的综合性能，需要提高各特殊性能。
4)加强汽车零部件用阻燃高分子材料产品的立法工作。
目前还没有比较健全的汽车阻燃领域的法律法规和测试方法，为了更好地服务和推动汽车零部件阻燃行业的发展，制定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具有重要的意义。
