汽車輕量化的發(fā)展，推動(dòng)了高分子材料在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在汽車內(nèi)飾材料、承重零部件，以及新能源動(dòng)力電池等零部件中均能看到高分子材料應(yīng)用的身影。由于汽車的特殊使用要求，在性能方面，阻燃防火性是非常重要的一點(diǎn)。

大部分高分子材料的阻燃性能并不理想，因此應(yīng)用于汽車零部件時(shí)均需要對(duì)其進(jìn)行阻燃改性，制備成具有阻燃性能的高分子材料，將其極限氧指數(shù)(LOI)提升至25.0%～35.0%，有效提升汽車安全指數(shù)。

阻燃PP高分子材料在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展很快。近年來(lái)增長(zhǎng)迅猛的新能源汽車行業(yè)更是直接推動(dòng)了阻燃PP需求量的快速增長(zhǎng)。本文為大家具體介紹車用塑料“用量之王”PP阻燃高分子材料在汽車零部件上的研究進(jìn)展。

一. 高分子材料的阻燃機(jī)理

溫度、可燃物以及氧氣是燃燒發(fā)生的三要素。阻燃可通過(guò)減緩或阻止一個(gè)或多個(gè)要素來(lái)實(shí)現(xiàn)。高分子材料阻燃機(jī)理一般分為氣相阻燃、凝聚相阻燃和中斷熱交換阻燃三種。

（1）氣相阻燃機(jī)理:

氣相阻燃系統(tǒng)指在氣相中使燃燒中斷或延緩鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)的阻燃作用。

?1.阻燃材料受熱或燃燒時(shí)能產(chǎn)生自由基抑制劑，從而使燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷。

?2.阻燃材料受熱或燃燒時(shí)生成細(xì)微粒子，它們能促進(jìn)自由基相互結(jié)合以中止鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)。

?3.阻燃材料受熱或燃燒時(shí)釋放出大量的惰性氣體或高密度蒸汽，使燃燒窒息，燃燒過(guò)程被終止。

（2）凝聚相阻燃機(jī)理:

凝聚相阻燃指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用。

?1.阻燃劑在凝聚相中延緩或阻止可產(chǎn)生可燃?xì)怏w和自由基的熱分解。

?2.阻燃材料中比熱容較大的無(wú)機(jī)填料，通過(guò)蓄熱和導(dǎo)熱使材料不易達(dá)到熱分解溫度。

?3.阻燃材料燃燒時(shí)在其表面生成多孔炭層，此層難燃、隔熱、隔氧，阻斷了可燃?xì)怏w和熱量的擴(kuò)散，減緩或終止了高分子材料的燃燒。

（3）中斷熱交換阻燃機(jī)理:

將阻燃高分子材料燃燒產(chǎn)生的部分熱量轉(zhuǎn)移走，降低可燃物的溫度使其低于材料熱分解溫度，不能維持產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，從而達(dá)到阻燃的目的。

二. PP阻燃高分子材料在汽車應(yīng)用上的研究進(jìn)展

聚丙烯( PP)由于具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、加工過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)晶度高、結(jié)構(gòu)規(guī)整、優(yōu)異的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車儀表盤、電池包外殼、座椅護(hù)板、保險(xiǎn)杠等零部件。

PP保險(xiǎn)杠

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)汽車PP阻燃材料改性研究主要圍繞對(duì)聚丙烯基體進(jìn)行，同時(shí)通過(guò)添加低毒、無(wú)鹵阻燃劑，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻燃功效的PP復(fù)合材料，以滿足汽車零部件的阻燃需求。

未添加阻燃劑之前的PP阻燃性能較差，LOI僅為17.8%,進(jìn)行相應(yīng)的改性之后，LOI可超過(guò)25%。隨著嚴(yán)苛的環(huán)保政策的施行，以及無(wú)鹵化推廣，高分子材料用阻燃劑無(wú)鹵化已是大勢(shì)所趨。

1. LGF增強(qiáng)型無(wú)鹵阻燃PP復(fù)合材料

這是一款無(wú)鹵阻燃PP熱塑性纖維復(fù)合材料，具有優(yōu)異的抗沖擊性能、耐疲勞性能，其阻燃性能達(dá)到V0級(jí)，廣泛用于汽車電池槽，目前已在奇瑞、吉利、北汽等品牌車型中獲得使用。

制備過(guò)程

以聚丙烯為基體，以長(zhǎng)玻纖維（LGF）為填充材料，加入磷氮系無(wú)鹵膨脹型阻燃劑、三聚氰胺尿酸鹽、多聚膦酸密胺鹽，采用雙母粒制備法，分別制備長(zhǎng)玻纖維、長(zhǎng)玻纖母粒和無(wú)鹵阻燃母粒，將兩者混合均勻后直接注塑制得阻燃PP制品。

IFR 因其對(duì)PP加工具有流動(dòng)性，低密度優(yōu)勢(shì)影響最小且具有優(yōu)異的阻燃效率，以及用量少和低煙無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是無(wú)鹵阻燃 PP中最優(yōu)前景的發(fā)展方向之一。

2.玻纖增強(qiáng)無(wú)鹵環(huán)保膨脹型阻燃PP復(fù)合材料

制備過(guò)程

復(fù)合阻燃劑由 APP、三聚氰胺 ( MEL)、季戊四醇 ( PER) 組成膨脹型 IFR阻燃劑體系。將 N－P 復(fù)合膨脹型阻燃劑添加到玻璃纖維和乙烯－辛烯共聚物增強(qiáng)和增韌的聚丙烯材料中，通過(guò)垂直燃燒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加的N－P復(fù)合阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，所制備的 PP 材料 UL－94 等級(jí)達(dá)到 V0 級(jí)，且可以將 PP 的彎曲強(qiáng)度提高至 94.0MPa，拉伸強(qiáng)度提升至 70.3MPa。

該阻燃 PP 材料可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇和汽車蓄電池外殼的阻燃等。

3.高抗沖擊無(wú)鹵阻燃 PP 復(fù)合材料

制備過(guò)程

利用聚磷酸銨( APP)、季戊四醇 ( FER) 、硼酸鋅 ( B2O6Zn3 ) 和凹凸捧土復(fù)配制備。

將復(fù)合型阻燃劑其添加到 PP 材料中阻燃性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PP用量為55%～80% ，APP用量為15%～30% ，F(xiàn)ER為3%～7%,硼酸鋅用量為2%～4% ，凹凸捧土用量為1%～4%時(shí)，PP 復(fù)合材料擁有優(yōu)異的阻燃性能，還具有較高的沖擊強(qiáng)度。

該阻燃PP材料可用于汽車保險(xiǎn)杠以及內(nèi)飾材料等零部件阻燃。

制備具有高阻燃效率、耐高溫、難遷移、與聚合物的相容性好、不釋放有毒有害物質(zhì)且價(jià)格低廉等特性的阻燃高分子材料將是未來(lái)阻燃高分子材料的研究重點(diǎn)。

圖文來(lái)源：《汽車零部件用阻燃高分子材料的應(yīng)用研究進(jìn)展》、《汽車內(nèi)飾用阻燃塑料》、《阻燃高分子材料的研究進(jìn)展及其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用》、《劍麻纖維/聚丙烯復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究》、新材料研習(xí)社
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