與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源車增加了電池組、充電站、充電槍等部件，單體新能源車電池組的工程塑料用量約為30kg，新能源車的塑料殼目前主要為改性PP、充電槍等部件。充電站由于高使用標(biāo)準(zhǔn)和苛刻的使用環(huán)境，對(duì)工程塑料的需求很大，一個(gè)充電站需要約6公斤的工程塑料，目前常見的主要是PBT、PA和PC等。

阻燃材料在新能源汽車中的應(yīng)用

高分子材料應(yīng)用于汽車零部件，必須保障材料的阻燃防火性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)。由于大部分高分子材料阻燃性不夠，應(yīng)用于汽車零部件時(shí)，需要改良阻燃性，制備具有阻燃性的高分子材料，將其極限氧指數(shù)( LOI )提高到25. 0% ~ 35. 0%，有效提高汽車的安全指數(shù)。

1、高分子材料的燃燒機(jī)理

溫度、可燃物和氧氣是火災(zāi)發(fā)生的三要素。

溫度上升到一定值后，高分子材料通過熱首先分解為高分子化合物，之后也繼續(xù)分解為低分子化合物。這些低分子量化合物是揮發(fā)性可燃物質(zhì)，在空氣中積累到一定濃度后會(huì)發(fā)生燃燒現(xiàn)象，燃燒熱的釋放進(jìn)一步促進(jìn)了高分子材料的分解。高分子材料的燃燒分為熱氧的分解和燃燒兩個(gè)過程。

2、高分子材料的阻燃機(jī)理

高分子材料的燃燒機(jī)理表明，阻燃可以通過緩解或阻止一個(gè)或多個(gè)因素來實(shí)現(xiàn)。高分子材料的阻燃機(jī)理一般分為氣相阻燃、凝聚相阻燃和換熱中斷阻燃三大類。

1) 氣相阻燃機(jī)理：阻燃劑熱分解產(chǎn)生不燃性氣體，系統(tǒng)內(nèi)可燃性氣體和氧氣的濃度下降，火焰燃燒過程中止； 阻燃高分子材料在燃燒時(shí)釋放大量惰性氣體，稀釋O2終止燃燒過程，還可能釋放大量高密度蒸汽窒息燃燒，終止燃燒過程。

2) 凝聚相阻燃機(jī)理：阻燃劑的加入加速了高分子材料聚合物中化學(xué)鍵的斷裂，通過阻燃劑的熱解吸熱過程降低可燃物的表面溫度，緩解或中止燃燒； 阻燃劑熱分解過程中產(chǎn)生阻燃、隔熱的多孔碳層覆蓋燃燒物表面，碳層保護(hù)可燃物內(nèi)部的基體，阻隔可燃?xì)怏w和熱的擴(kuò)散和或中止了高分子材料的燃燒。

3) 中斷熱交換的阻燃機(jī)理：是指使阻燃高分子材料燃燒產(chǎn)生的熱的一部分移動(dòng)，使可燃物的溫度低于材料的熱分解溫度，無法維持揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生，通過燃燒結(jié)束而阻燃化。 根據(jù)不同的阻燃機(jī)理，阻燃劑一般分為添加型阻燃劑和反應(yīng)性阻燃劑兩種。 對(duì)高分子材料燃燒和阻燃理論的研究，可以為尋找新型高性能阻燃劑、確定合適的阻燃方法、提高阻燃水平提供理論依據(jù)，為汽車零部件用高分子材料提供更高效的阻燃解決方案。

阻燃高分子材料在汽車零部件上的應(yīng)用

目前，在汽車重物、新能源車電池組等汽車零部件上，高分子材料的應(yīng)用身影隨處可見。高分子材料在車用零部件上的應(yīng)用和提高汽車安全性的需求，促進(jìn)了阻燃高分子材料的發(fā)展。目前應(yīng)用的阻燃高分子材料主要以PP、PU、ABS和PC為主，也有根據(jù)汽車零部件的特殊需求使用復(fù)合材料(合金化)、PA、PBT和PMMA等材料。

1、阻燃PP

聚丙烯( PP )是車用塑料中用量最多的高分子材料，具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性，且加工過程簡單，成本低，適用于汽車儀表板、電池組外殼、車門護(hù)板、立柱、座椅護(hù)板、保險(xiǎn)杠等未添加阻燃劑前的PP阻燃型較差，其極限氧指數(shù)( LOI )為17. 8%，事故后易燃。

目前，國內(nèi)外汽車阻燃性PP研究主要以聚丙烯基體的改性為中心，同時(shí)通過添加低毒性、無鹵素阻燃劑，開發(fā)出具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻燃效果的聚丙烯復(fù)合材料，滿足汽車零部件的阻燃需求。

目前，適用于聚丙烯的阻燃劑主要是添加型阻燃劑，有鹵素類阻燃劑(溴類阻燃劑或溴-銻共軛阻燃類)、無機(jī)填充型阻燃劑)、三聚氰胺聚磷酸鹽、三聚氰胺酸銨、磷腈、磷酸烯隨著MPP等常用的嚴(yán)格環(huán)保政策的實(shí)施和無鹵化的普及，高分子材料用阻燃劑的無鹵化已是大勢(shì)所趨。

以聚丙烯為基體，長纖維為填充材料，加入磷酸氮類無鹵膨脹型阻燃劑、三聚氰胺尿酸鹽、聚膦酸三聚氰胺鹽制備的長纖維增強(qiáng)無鹵阻燃聚丙烯電池。制造過程中采用雙母粒子制造法，分別制造長纖維長纖維母粒子和無鹵素阻燃母粒子，兩者均勻混合后，直接用注塑制造阻燃PP產(chǎn)品。

二母粒子制造法可以避免長纖維母粒子制造過程中過度剪切引起的剪切區(qū)域溫度上升導(dǎo)致的阻燃劑分解和短纖維長度導(dǎo)致的力學(xué)性能下降。聚丙烯纖維/木纖維/麻纖維三元復(fù)合材料是常見的汽車內(nèi)飾材料。

在阻燃PP無鹵改性技術(shù)中，IFR因其對(duì)PP加工流動(dòng)性、低密度優(yōu)勢(shì)的影響最小且優(yōu)異的阻燃效率以及用量少、低煙無毒等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是無鹵阻燃PP中最有前景的發(fā)展方向之一。

阻燃PP在我國起步晚，但發(fā)展迅速。特別是近年來快速增長的新能源汽車行業(yè)直接推動(dòng)了阻燃PP需求量的快速增長，國內(nèi)許多高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都參與了車用零部件阻燃PP的開發(fā)。今后，車用阻燃PP的研究將重點(diǎn)放在效率和環(huán)境保護(hù)上，通過將無鹵阻燃劑、膨脹型阻燃劑、磷腈系阻燃劑及復(fù)配型阻燃劑同時(shí)與其他助劑組合，開發(fā)性能優(yōu)異的阻燃PP材料。

2、阻燃ABS

ABS是世界上使用量最大的家電用高分子材料，我國約80%的ABS消費(fèi)量用于家電生產(chǎn)。ABS因具有較強(qiáng)的塑料表面涂裝耐久性和防腐性，是適合汽車涂裝的典型材料，也應(yīng)用于汽車零部件的生產(chǎn)。

ABS樹脂只含有c、h、o三種元素，自身具有阻燃性，因此在高溫階段穩(wěn)定性差，容易燃燒；點(diǎn)火過程中也會(huì)產(chǎn)生異味氣體和黑煙粒子，將其直接用于車輛零部件有安全隱患。因此，在使用前必須對(duì)阻燃性、耐熱性進(jìn)行改性處理。

鹵素阻燃劑阻燃效率較高，其中溴系阻燃效果優(yōu)于氯系，環(huán)境壓力較大，但溴系阻燃劑依賴異常突出的阻燃效果和廉價(jià)成本兩大優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于一些阻燃標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的領(lǐng)域和阻燃性材料，溴系阻燃劑最為突出約70%的電子產(chǎn)品為溴類阻燃劑，其中十溴二苯乙烷主要用于ABS的阻燃。但是，隨著環(huán)保無鹵素的普及，將無鹵素、磷酸氮類阻燃劑用于ABS也備受關(guān)注。

熔融混合ABS和聚碳酸酯( PC )得到PC/ABS復(fù)合材料，該材料兼具ABS和PC的優(yōu)點(diǎn)，具有高熱變形溫度和穩(wěn)定性，改善了加工性能。PC/ABS合金是目前產(chǎn)量最多、增速最快的樹脂合金，可用于汽車儀表板、電池組、汽車車身等其他部件。

PC樹脂本身是阻燃自滅火材料，UL94為V2級(jí)，但與ABS混合后阻燃性會(huì)下降，因此在用于汽車零部件之前需要進(jìn)行阻燃改性。目前，PC /ABS合金阻燃改性常用的阻燃劑有鹵素阻燃劑、磷阻燃劑、納米阻燃劑等。

3、阻燃PC

聚碳酸酯( PC )作為五種工程塑料之一，因其具有高強(qiáng)度、高抗沖擊性、耐熱性等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于汽車零部件的生產(chǎn)。例如，汽車儀表板、照明系統(tǒng)、熱板、除霜器、聚碳酸酯合金制的保險(xiǎn)杠等。

隨著消費(fèi)升級(jí)，新能源車和輕量化的發(fā)展，國內(nèi)對(duì)PC的需求也在不斷增加，2019年全球PC產(chǎn)能將增加到640萬噸，中國占72%，達(dá)到460萬噸，2015-2019年全球產(chǎn)能年均增長PC本身具有一定的阻燃性，與PE、PP等普通高分子材料相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，LOI為21% ~ 24%，UL94為V2級(jí)。但是，在對(duì)汽車零部件阻燃要求相對(duì)較高的應(yīng)用領(lǐng)域，阻燃性能還不夠，還需要阻燃改性。

溴系阻燃劑能顯著提高PC的阻燃性，常用十溴二苯醚( DBDPO )、四溴雙酚a ) A (TBB-PA )等。但是，含溴阻燃材料在高溫下容易分解，產(chǎn)生腐蝕性氣體，會(huì)對(duì)汽車零部件造成損傷。另外，溴系阻燃劑的添加嚴(yán)重影響PC的透明性，同時(shí)無歐盟鹵化，不符合環(huán)保政策的要求。

目前，工業(yè)化PC產(chǎn)品中使用最多的磷系阻燃劑主要是TPP (膦酸三苯基)、RDP )二苯基磷酸酯)、BDP。TPP在常溫下為固體，熱穩(wěn)定性差，在PC加工溫度下容易揮發(fā)，只發(fā)揮氣相阻燃作用。RDP和BDP在常溫下為液體，具有良好的熱穩(wěn)定性，可以同時(shí)發(fā)揮氣相和固相的阻燃作用，同時(shí)BDP與PC有良好的相容性，可以發(fā)揮增速固化的作用，因此PC BDP體系成為較多使用的體系，BDP的添加比例為10%。

另外，含硅化合物作為新一代環(huán)保型阻燃劑，由于其高效、低毒性、無污染等特性，以及對(duì)聚硅氧烷、聚硅氧烷等PC加工性能和物理性能的影響小，而逐漸受到關(guān)注。汽車零部件用PC在選擇阻燃劑時(shí)也接近無鹵素環(huán)境，通過添加多種助劑或制造復(fù)合型阻燃劑，提高了PC的綜合性能。另外，PC通過與ABS、PBT等的復(fù)合改性，也最適合提高PC的加工性和阻燃性。

4、其他阻燃高分子材料

PP、PU、ABS和PC是目前主要應(yīng)用于汽車零部件生產(chǎn)的阻燃高分子材料，另外，兩種以上高分子材料熔融共混制備的復(fù)合材料也是目前較多使用的材料。例如為PC/ABS、PC/PBT、PC/FR復(fù)合材料等。

Polymaker公司推出了基于PC的3D打印材料，并將其用于車輛零部件的生產(chǎn)。三種產(chǎn)品分別為Polymaker PC-ABS、Polymaker PC-PBT、PolyMaxPC-FR，這三種產(chǎn)品各具特色，在耐熱性、耐沖擊性、加工性、阻燃性方面都是Polymaker PC-PBT 同樣，為了使材料UL94達(dá)到V0級(jí)，PolyMaxPC-FR大幅改善了阻燃性，被用于新能源汽車的電池箱

綜上所述，研究的重點(diǎn)是：

1 )汽車零部件用高分子材料的阻燃理論研究。

研究人員要根據(jù)汽車零部件應(yīng)用領(lǐng)域的特性，將分子材料阻燃研究的方法、機(jī)理和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于車用高分子材料的阻燃性能研究，探索如何提高汽車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劑的開發(fā)。

汽車零部件高分子材料用阻燃劑將來將朝著無鹵化和高性能化方向發(fā)展，高性能阻燃劑研究的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向復(fù)配增效阻燃技術(shù)、無鹵阻燃、膨脹型阻燃、超微細(xì)化、納米化技術(shù)、高效表面化學(xué)修飾技術(shù)和多功能化技術(shù)等方向發(fā)展。

3 )汽車零部件用高分子材料的改性優(yōu)化。

目前，國內(nèi)的改性塑料仍有較高的技術(shù)門檻，不僅強(qiáng)度、硬度、韌性等基礎(chǔ)要求不斷提高，在電性能、衛(wèi)生安全性能以及環(huán)境友好性能等方面也不斷提出新的要求，汽車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劑是不夠的，為了提高汽車零部件用阻燃高分子的綜合性能，需要提高各特殊性能。

4 )加強(qiáng)汽車零部件用阻燃高分子材料產(chǎn)品的立法工作。

目前還沒有比較健全的汽車阻燃領(lǐng)域的法律法規(guī)和測(cè)試方法，為了更好地服務(wù)和推動(dòng)汽車零部件阻燃行業(yè)的發(fā)展，制定更有效的汽車零部件用阻燃高分子材料測(cè)試方法和產(chǎn)品法規(guī)具有重要的意義。