汽车零部件高分子材料的燃烧机理和阻燃机理研究

目前汽车零部件使用的阻燃高分子材料主要有PP、PU、ABS和PC。针对一些汽车零部件的特殊需求，开发了一系列高性能阻燃聚合物。材料。环保、高效、阻燃、具有优良机械加工性能和力学性能的高分子材料是汽车零部件改性塑料的发展方向。

与传统燃油汽车相比，新能源汽车增加了电池组、充电站、充电枪等部件。单个新能源汽车电池组的工程塑料用量约为30kg。新能源汽车的塑料外壳目前主要是改性PP、充电枪等部件。由于充电站使用标准高、使用环境恶劣，对工程塑料的需求量很大。一个充电站需要大约6公斤的工程塑料。目前最常见的是PBT、PA和PC。

高分子材料在汽车零部件中的应用，必须保证材料的阻燃性和耐火性符合国家标准。由于大部分高分子材料的阻燃性不足，因此应用于汽车零部件时，需要提高阻燃性，制备具有阻燃性的高分子材料，将极限氧指数（LOI）提高到25. 0 % ~ 35. 0%，有效提高汽车的安全指标。

高分子材料的燃烧机理与阻燃机理

1、高分子材料的燃烧机理

温度、可燃物和氧气是火的三个要素。

温度升高到一定值后，高分子材料先受热分解成高分子化合物，然后继续分解成低分子化合物。这些低分子化合物是易挥发、可燃的物质，在空气中积累到一定浓度就会燃烧，燃烧热的释放进一步促进高分子材料的分解。高分子材料的燃烧分为热氧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，阻燃性可以通过减轻或阻止一种或多种因素来实现。高分子材料的阻燃机理一般分为气相阻燃、凝聚相阻燃和热交换中断阻燃三类。

1）气相阻燃机理：

阻燃剂热分解产生不可燃气体，系统中可燃气体和氧气的浓度降低，火焰燃烧过程终止；阻燃高分子材料在燃烧过程中释放出大量惰性气体，O2的稀释终止燃烧过程，也可能释放出大量高密度蒸汽使燃烧窒息而终止燃烧过程。

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过程降低可燃材料的表面温度，缓解或停止燃烧；阻燃隔热的多孔碳层覆盖在可燃材料的表面。碳层保护可燃材料内部的基体，阻挡可燃气体和热量的扩散，缓解或阻止聚合物材料的燃烧。 3）中断热交换的阻燃机理：

是指将阻燃高分子材料燃烧产生的部分热量移动，使可燃材料的温度低于材料的热分解温度，不能产生挥发性物质得到维护。根据阻燃机理的不同，阻燃剂一般分为两种：添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。高分子材料燃烧与阻燃理论的研究可为寻找新的高性能阻燃剂、确定合适的阻燃方法、提高阻燃水平提供理论依据，为汽车用高分子材料提供更高效的抗阻性能。部分。燃烧溶液。

阻燃高分子材料在汽车零部件中的应用

目前，高分子材料在汽车重物、新能源汽车电池组等汽车零部件中的应用随处可见。高分子材料在汽车零部件中的应用以及提高汽车安全性的需要，推动了阻燃高分子材料的发展。目前使用的阻燃高分子材料主要有PP、PU、ABS和PC，根据汽车零部件的特殊需要，也有一些复合材料（合金化）、PA、PBT、PMMA等材料。

1、阻燃PP

聚丙烯 (PP) 是汽车塑料中使用最广泛的聚合物材料。它具有优良的耐化学性阻燃剂 tbc，加工简单，成本低。适用于汽车仪表板、电池组外壳、门护板、支柱、座椅护板、保险杠等添加阻燃剂前的PP阻燃型较差，其极限氧指数（LOI）为17.8%，事故发生后易燃。目前，国内外对汽车阻燃性的研究主要集中在聚丙烯基体的改性上。同时，通过添加低毒无卤阻燃剂，开发出具有优异力学性能和阻燃效果的聚丙烯复合材料，满足汽车零部件阻燃需求。

目前适用于聚丙烯的阻燃剂主要为添加型阻燃剂，包括卤素阻燃剂（溴系阻燃剂或溴锑共轭阻燃剂）、无机填充阻燃剂）、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺铵、磷腈、磷烯随着MPP等常用的严格环保政策的实施和无卤化的普及，高分子材料用无卤阻燃剂已成为大势所趋。

长纤维增强无卤阻燃聚丙烯电池是以聚丙烯为基体，长纤维为填充材料，加入磷酸盐氮基无卤膨胀型阻燃剂、三聚氰胺尿酸盐和聚膦酸三聚氰胺制备而成。盐。在制造过程中，采用双母粒制造方法制造长纤维长纤维母粒和无卤阻燃母粒。两者混合均匀后，直接注塑生产阻燃PP制品。双母粒制造方法可以避免长纤维母粒生产过程中因过度剪切导致的阻燃剂分解和因短纤维过长导致的力学性能下降。丙纶/木纤维/麻纤维三元复合材料是一种常见的汽车内饰材料。

在阻燃PP的无卤改性技术中，IFR因其对PP加工流动性影响最小、密度低的优势、优异的阻燃效率、低用量、低烟无毒等优点被认为是无毒的。毒性。卤化阻燃PP最具发展前景的方向之一。

阻燃PP在我国起步较晚，但发展迅速。尤其是近几年新能源汽车产业的高速增长，直接推动了阻燃PP需求的快速增长。国内多家高校、科研机构和企业都参与了汽车零部件阻燃PP的开发。未来，车用阻燃PP的研究将集中在效率和环保上。通过将无卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、磷腈阻燃剂和复合阻燃剂与其他助剂组合，开发出性能优良的阻燃PP材料。

2、阻燃ABS

ABS 是世界上应用最广泛的家用电器高分子材料。我国ABS消费量约80%用于家电生产。 ABS因其具有很强的塑料表面涂层耐久性和耐腐蚀性能，是适用于汽车涂装的典型材料，也用于汽车零部件的生产。 ABS树脂只含有c、h、o三种元素。具有阻燃性，因此在高温下稳定性差，易燃烧；点火过程中还会产生恶臭气体和黑烟颗粒，直接用于车辆零部件存在安全隐患。因此，在使用前必须对阻燃性和耐热性进行改性。

卤素系阻燃剂阻燃效率高，其中溴系阻燃剂优于氯系阻燃剂，环境压力较高，但溴系阻燃剂依靠阻燃效果突出和成本低廉两大优势。在一些阻燃标准严格的领域和阻燃材料中，溴系阻燃剂最为突出。约70%的电子产品为溴系阻燃剂，其中十溴二苯乙烷主要用于阻燃ABS。但随着环保无卤的普及，无卤和磷氮阻燃剂在ABS中的应用也备受关注。

将ABS和聚碳酸酯（PC）熔融混合得到PC/ABS复合材料，它结合了ABS和PC的优点，具有较高的热变形温度和稳定性，并提高了加工性能。 PC/ABS合金是目前产量最大、增长速度最快的树脂合金，可用于汽车仪表板、电池组、车身等其他零部件。 PC树脂本身是一种阻燃自熄材料，UL94为V2阻燃剂 tbc，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、磷系阻燃剂、纳米级阻燃剂等。

3、阻燃PC

聚碳酸酯（PC）作为五种工程塑料之一，由于其高强度、高抗冲击性和耐热性，被用于生产汽车零部件。例如汽车仪表盘、照明系统、热板、除霜器、聚碳酸酯保险杠等。随着消费升级和新能源汽车轻量化的发展，国内对PC的需求也在不断增加。 2019年全球PC产能将增至640万吨，中国占比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。但在对汽车零部件阻燃要求比较高的应用领域，阻燃性能还不够，还需要进行阻燃改性。

溴系阻燃剂能显着提高PC的阻燃性，常用的有十溴二苯醚（DBDPO）、四溴双酚a）A（TBB-PA）等。但含溴阻燃材料在高温下易分解，产生腐蚀性气体，对汽车零部件造成损坏。此外，溴系阻燃剂的添加严重影响PC的透明度，且不存在欧盟卤化现象，不符合环保政策要求。目前，工业PC产品中使用最多的磷系阻燃剂主要是TPP（膦酸三苯酯）、RDP）磷酸二苯酯）、BDP。 TPP在常温下为固体，热稳定性差，在PC加工温度下易挥发，仅起气相阻燃作用。 RDP和BDP在室温下为液体，具有良好的热稳定性。它们可以同时发挥气相和固相的阻燃作用。同时，BDP与PC的相容性好，能起到加速固化的作用。因此，PC BDP系统成为使用最多的系统，BDP的添加比例为10%

另外，含硅化合物作为新一代环保阻燃剂，高效、低毒、无污染，对聚硅氧烷、聚硅氧烷等PC的加工性能和物理性能影响小。 ，并逐渐引起关注。汽车零部件用PC在选择阻燃剂时也接近无卤环境。通过添加多种添加剂或制造复合阻燃剂，提高PC的综合性能。此外，PC还最适合通过使用ABS、PBT等复合材料来提高PC的加工性能和阻燃性。

4、其他阻燃高分子材料

PP、PU、ABS和PC是阻燃高分子材料，主要用于汽车零部件的生产。此外，将两种或多种高分子材料熔融共混制备的复合材料也是最常用的材料。例如PC/ABS、PC/PBT、PC/FR复合材料等。Polymaker推出了基于PC的3D打印材料，并用于汽车零部件的生产。这三款产品分别是Polymaker PC-ABS、Polymaker PC-PBT和PolyMaxPC-FR。这三种产品各有特点。它们在耐热性、抗冲击性、加工性和阻燃性方面与 Polymaker PC-PBT 相同。 , 为了使材料UL94达到V0级，PolyMaxPC-FR在创造成本的模克隆产品中大大提高了阻燃性，用于新能源汽车的电池盒。总之，研究的重点是

1)汽车零部件用高分子材料阻燃性的理论研究。

研究人员应根据汽车零部件应用领域的特点，将分子材料阻燃研究的方法、机理和标准应用于汽车高分子材料的阻燃性能研究，探索如何提高分子材料的阻燃性能。汽车零部件用高分子材料。阻燃性能。

2) 高性能高分子材料阻燃剂的开发。

未来汽车零部件用高分子材料阻燃剂将向无卤化、高性能化方向发展。类型阻燃、超细化、纳米技术、高效表面化学改性技术和多功能技术等方向。

3) 汽车零部件高分子材料的改性与优化。

目前，国内改性塑料仍具有较高的技术门槛。不仅强度、硬度、韧性等基本要求不断提高，而且在电性能、健康安全性能、环保性能等方面也不断提出新的要求。汽车零部件的高分子材料也处于高端性能，仅靠高性能阻燃剂的功能是不够的。为了提高汽车零部件用阻燃聚合物的综合性能，需要改善各种特殊性能。

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，汽车阻燃领域还没有比较完善的法律法规和测试方法。为了更好地服务和促进汽车零部件阻燃行业的发展，制定了更有效的汽车零部件阻燃高分子材料试验。方法和产品法规非常重要。