各種改性塑料、復(fù)合材料以及輕質(zhì)合金材料運用日趨成熟，不僅在傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)周邊，而且在新能源汽車的動力電池上，都有各種塑料的應(yīng)用。
但這些塑料在阻燃這個安全問題上的表現(xiàn)其實并不理想，阻燃及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)伴隨“汽車輕量化”一起成為汽車行業(yè)的熱點。
01 汽車零部件用阻燃塑料發(fā)展方向
目前，用于汽車零部件的常見阻燃材料類型有PP、PA、PU、PC、ABS材料，以及由它們組成的各種改性材料和復(fù)合材料。
相比于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車新增了電池組模塊、充電樁及充電槍等部件。
單臺新能源車電池組模塊工程塑料的使用量約30kg，新能源車塑料殼體目前主要使用改性PP，以及改性PPS、PPO等耐高溫塑料。
充電樁由于較高的使用標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)苛的使用環(huán)境對工程塑料需求較大，每個充電樁約需6kg工程塑料，目前常見的主要有PBT、PA和PC等。
制備阻燃塑料時大多會將其極限氧指數(shù)LOI提升到25-35%左右，才能有效提升汽車整體安全指數(shù)。此外，加上目前電氣化和碳中和的雙重背景，塑料以及各種含有鹵素的阻燃劑，都將會受到更多限制。
所以，未來阻燃塑料的發(fā)展方向除了需要足夠的機(jī)械性能以滿足輕量化需求之外，在電動汽車等領(lǐng)域還會需要材料注重電氣、加工、環(huán)保方面的要求。
阻燃劑將會朝著無鹵化及高性能化方向發(fā)展，而高性能阻燃劑研究重點將朝著復(fù)配協(xié)效阻燃技術(shù)、無鹵化阻燃、膨脹型阻燃、超細(xì)化、納米化技術(shù)、高效表面化學(xué)修飾技術(shù)以及多功能化技術(shù)等方向發(fā)展。
02 阻燃材料在汽車零部件上的應(yīng)用
當(dāng)下應(yīng)用的阻燃塑料主要以PP、PU、ABS和PC為主，根據(jù)汽車零部件的特殊需求也相應(yīng)有復(fù)合材料（合金化）、PA、PBT和PMMA等材料的使用。
阻燃PP
PP是車用塑料中用量最大的高分子材料，具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕，并且加工過程簡單、成本低。廣泛應(yīng)用于汽車儀表盤、電池包外殼、門護(hù)板、立柱、座椅護(hù)板、保險杠等。
但由于未添加阻燃劑的PP阻燃性能很差，其LOI僅為17.8%，非常容易燃燒。對汽車阻燃用PP研究主要圍繞對PP基體進(jìn)行改性，同時通過添加低毒、無鹵阻燃劑，開發(fā)具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻燃功效的PP復(fù)合材料。
目前，適用于PP的阻燃劑主要為添加型阻燃劑，應(yīng)用較多的有鹵系阻燃劑（如溴系阻燃劑、溴-銻協(xié)效阻燃體系）、無機(jī)填充型阻燃劑（如氫氧化鎂、氫氧化鋁）、磷氮系（如MPP、APP、MCA、磷腈、磷酸酯等）以及膨脹型阻燃劑（IFR）。
隨著嚴(yán)苛的環(huán)保政策的施行，高分子材料用阻燃劑無鹵化已是大勢所趨。
結(jié)合具體案例來看，目前已經(jīng)有以PP為基體，以長玻纖（LGF）為填充材料，加入磷氮系無鹵膨脹型阻燃劑、MCA等，制備得到LGF增強(qiáng)無鹵阻燃聚丙烯電池槽的例子。
制備過程中采用雙母粒制備法，通過分別制備LGF母粒和無鹵阻燃母粒，將兩者混合均勻后直接注塑制得阻燃PP制品。
雙母粒制備法避免了長玻纖母粒制造過程中，由于過度剪切引起的剪切區(qū)溫度過高，引起阻燃劑降解和玻纖長度短造成的力學(xué)性能下降問題。
阻燃PP無鹵化改性技術(shù)中，IFR因其對PP加工流動性和低密度優(yōu)勢影響最小、阻燃效率優(yōu)異、用量少、低煙無毒等優(yōu)點，被認(rèn)為是無鹵阻燃PP中最優(yōu)前景的發(fā)展方向之一。
阻燃PP在中國起步較晚，但發(fā)展很快。特別是近年來增長迅猛的新能源汽車行業(yè)直接推動了阻燃PP需求量的快速增長，國內(nèi)眾多高校、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)參與到車用零部件阻燃PP的開發(fā)中來。
今后，車用阻燃PP的研究將重點聚焦于高效和環(huán)保：通過選擇無鹵阻燃劑、膨脹型阻燃劑、磷氮系阻燃劑以及復(fù)配型阻燃劑同時結(jié)合其他助劑，開發(fā)出性能優(yōu)異的阻燃PP材料。
阻燃ABS
ABS在汽車行業(yè)崛起之前，也是全球用量最大的家電高分子材料之一。
據(jù)不完全統(tǒng)計，中國約80%的ABS消費量來自于家電領(lǐng)域，而這主要得益于ABS出眾的表面涂裝性能、耐久性和防腐性。
也是這些特點，讓ABS在汽車涂裝領(lǐng)域成為了典型。但ABS樹脂的分子結(jié)構(gòu)中只有C、H、O三種元素，所以不具備阻燃性能，在高溫階段的穩(wěn)定性很差，極易燃燒。同時在燃燒過程中還會產(chǎn)生刺鼻氣味和黑煙，無法直接用于汽車零部件。
目前，ABS的主要應(yīng)用方向是通過阻燃或耐高溫改性，亦或者與PC共混合成PC/ABS復(fù)合材料。
對于ABS而言，鹵系阻燃劑的阻燃效率比較高，其中溴系阻燃效果又好于氯系。雖然鹵系阻燃成本低、效果好，但從業(yè)者眾所周知，今后鹵素阻燃會面臨來自政策和環(huán)保法規(guī)的巨大壓力。
所以，ABS的阻燃改性仍然是重要的研發(fā)方向。
不過對于阻燃標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的應(yīng)用場景，溴系阻燃劑還是目前最主流的選擇。據(jù)悉，用于電子電器產(chǎn)品中的ABS約有70%都采用溴系阻燃劑。
PC/ABS兼?zhèn)涠邇?yōu)點，具有更好的HDT和穩(wěn)定性，加工性能也更好，目前已是產(chǎn)量最大、技術(shù)最成熟的塑料合金，也是目前在汽車零部件領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的材料之一。諸如汽車儀表板、蓄電池組、車身、內(nèi)飾等部位，都用到了PC/ABS材料。
不過要注意的是，在某些指標(biāo)上還是有“1+1＜2”的情況：PC本身是一種自熄材料，UL94可達(dá)V2級，但PC/ABS的阻燃性能有所下降，需要補(bǔ)足。
目前常用的除了鹵系和磷系，值得關(guān)注的發(fā)展方向還有納米阻燃劑，諸如納米級的三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂以及納米層狀雙氫氧化物等等。
阻燃PC
PC作為五大工程塑料之一，在汽車零部件上的應(yīng)用也相當(dāng)成熟，諸如汽車儀表板、車燈系統(tǒng)、加熱板、除霜器甚至是一些PC合金制作的保險杠等等。
PC本身具有一定阻燃性，相較于其它高分子材料（如PE、PP等）擁有一定優(yōu)勢，LOI可到21-24%。然而對汽車零部件阻燃要求相對較高的應(yīng)用領(lǐng)域，仍需要對其進(jìn)行阻燃改性。
溴系阻燃劑能明顯提高PC的阻燃性能，常用的有十溴二苯醚（DBDPO）、四溴雙酚A（TBB-PA）等。但含溴的阻燃材料在高溫下容易分解產(chǎn)生腐蝕性氣體，使汽車零部件受損。
而且，溴系阻燃劑的添加會嚴(yán)重影響PC的透明性，同時也不符合歐盟無鹵化、環(huán)保政策的要求。
當(dāng)前，工業(yè)化的PC產(chǎn)品中使用最多的磷系阻燃劑。
主要是TPP、RDP和BDP
其中，TPP常溫下為固態(tài)，熱穩(wěn)定性較差，在PC加工溫度下容易揮發(fā)，僅發(fā)揮氣相阻燃作用。
RDP和BDP常溫下為液體，具有較好的熱穩(wěn)定性，可同時發(fā)揮氣相和固相阻燃作用，同時BDP與PC有較好的相容性，可起到增速硬化的作用。
所以PC+BDP體系成為使用較多的一種體系，BDP添加比例大約為10%。
此外，含硅化合物作為新一代環(huán)保型阻燃劑，因其高效、低毒、無污染等特性，以及對PC加工性能和物理性能影響較小也逐漸受到關(guān)注，如聚硅烷、聚硅氧烷等。
汽車零部件用PC在選用阻燃劑時也在向無鹵環(huán)保靠近，通過添加多種助劑或者制備復(fù)合型阻燃劑等途徑，提升PC的綜合性能。
此外，PC通過與ABS、PBT等組成復(fù)合材料也是提升PC加工性能和阻燃性能的不二選擇。
其他阻燃材料
將PP、PU、ABS和PC中兩種或以上高分子材料熔融共混制備的復(fù)合材料也是目前使用較多的一種材料，如PC/ABS，PC/PBT，PC/FR復(fù)合材料等。
具體到案例上來說，Polymaker公司推出三款基于PC的3D打印材料，將其用于車用零部件的生產(chǎn)，三款產(chǎn)品分別為Polymaker PC-ABS、Polymaker PC-PBT、PolyMax PC-FR，這三款產(chǎn)品各有特色，在耐熱性、耐沖擊、易加工以及阻燃性能方面，均具有較好的表現(xiàn)。
Polymaker PC-PBT在科思創(chuàng)Makroblend?系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提升了材料綜合性能。同樣PolyMax PC-FR是在科思創(chuàng)Makrolon?產(chǎn)品上對阻燃性能做了較大改進(jìn)，使材料UL94達(dá)到V0級，將該材料用于新能源汽車電池外殼。
普利特開發(fā)的阻燃高分子材料（如PC/ABS、PP、PA、PBT等）在動力電池上獲得廣泛應(yīng)用，該系列材料均滿足UL94 V0等級的阻燃及可靠電氣性能的要求。
在長期物理耐久性方面具有優(yōu)異的表現(xiàn)，提高動力電池能量密度的同時可以延長電池包的使用壽命，符合新能源汽車綠色環(huán)保、輕量化的發(fā)展理念。
