各种改性塑料、复合材料以及轻质合金材料运用日趋成熟,不仅在传统汽车发动机周边,而且在新能源汽车的动力电池上,都有各种塑料的应用。但这些塑料在阻燃这个安全问题上的表现其实并不理想,阻燃及其相关产业伴随“汽车轻量化”一起成为汽车行业的热点。
目前,用于汽车零部件的常见阻燃材料类型有PA、PC、ABS材料等,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PBT、PA和PC等。
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,在电动汽车等领域还会需要材料注重电气、加工、环保方面的要求。
阻燃剂将会朝着无卤化及高性能化方向发展,而高性能阻燃剂研究重点将朝着复配协效阻燃技术、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方向发展。
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,中国约80%的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C、H、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ABS而言,卤系阻燃剂的阻燃效率比较高,其中溴系阻燃效果又好于氯系。虽然卤系阻燃成本低、效果好,但从业者众所周知,今后卤素阻燃会面临来自政策和环保法规的巨大压力。
所以,ABS的阻燃改性仍然是重要的研发方向。
不过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。
PC/ABS兼备二者优点,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。
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。
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ABS、PBT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。
市场供应产品牌号有:科思创Bayblend PC/ABS塑料、帝人 Multilon PC/ABS塑料、沙特-SABIC Xenoy PC/PBT塑料、沙特-SABIC Cycoloy PC/ABS塑料。