汽車輕量化的發(fā)展，推動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。

大部分高分子材料的阻燃性能并不理想，因此應(yīng)用于汽車零部件時均需要對其進行阻燃改性，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高分子材料在我國起步較晚，但發(fā)展很快。近年來增長迅猛的新能源汽車行業(yè)更是直接推動了阻燃PP需求量的快速增長。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展。

一. 高分子材料的阻燃機理

溫度、可燃物以及氧氣是燃燒發(fā)生的三要素。阻燃可通過減緩或阻止一個或多個要素來實現(xiàn)。高分子材料阻燃機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）氣相阻燃機理:

氣相阻燃系統(tǒng)指在氣相中使燃燒中斷或延緩鏈式燃燒反應(yīng)的阻燃作用。

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

?2.阻燃材料受熱或燃燒時生成細微粒子，它們能促進自由基相互結(jié)合以中止鏈式燃燒反應(yīng)。

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

（2）凝聚相阻燃機理:

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)生可燃氣體和自由基的熱分解。

?2.阻燃材料中比熱容較大的無機填料，通過蓄熱和導(dǎo)熱使材料不易達到熱分解溫度。

?3.阻燃材料燃燒時在其表面生成多孔炭層，此層難燃、隔熱、隔氧，阻斷了可燃氣體和熱量的擴散，減緩或終止了高分子材料的燃燒。

（3）中斷熱交換阻燃機理:

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)用上的研究進展

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

PP保險杠

目前，國內(nèi)外對汽車PP阻燃材料改性研究主要圍繞對聚丙烯基體進行，同時通過添加低毒、無鹵阻燃劑，開發(fā)具有優(yōu)異力學性能和阻燃功效的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%,進行相應(yīng)的改性之后，LOI可超過25%。隨著嚴苛的環(huán)保政策的施行，以及無鹵化推廣，高分子材料用阻燃劑無鹵化已是大勢所趨。

1. LGF增強型無鹵阻燃PP復(fù)合材料

這是一款無鹵阻燃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，其阻燃性能達到V0級，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。

制備過程

以聚丙烯為基體，以長玻纖維（LGF）為填充材料，加入磷氮系無鹵膨脹型阻燃劑、三聚氰胺尿酸鹽、多聚膦酸密胺鹽，采用雙母粒制備法，分別制備長玻纖維、長玻纖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。

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

2.玻纖增強無鹵環(huán)保膨脹型阻燃PP復(fù)合材料

制備過程

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－辛烯共聚物增強和增韌的聚丙烯材料中，通過垂直燃燒實驗發(fā)現(xiàn)，當添加的N－P復(fù)合阻燃劑質(zhì)量分數(shù)大于10%時，所制備的 PP 材料 UL－94 等級達到 V0 級，且可以將 PP 的彎曲強度提高至 94.0MPa，拉伸強度提升至 70.3MPa。

該阻燃 PP 材料可用于汽車發(fā)動機冷卻風扇和汽車蓄電池外殼的阻燃等。

3.高抗沖擊無鹵阻燃 PP 復(fù)合材料

制備過程

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 材料中阻燃性能測試發(fā)現(xiàn)，當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，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度。

該阻燃PP材料可用于汽車保險杠以及內(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)且價格低廉等特性的阻燃高分子材料將是未來阻燃高分子材料的研究重點。

圖文來源：《汽車零部件用阻燃高分子材料的應(yīng)用研究進展》、《汽車內(nèi)飾用阻燃塑料》、《阻燃高分子材料的研究進展及其在工程領(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》、新材料研習社
來源：知乎