АБС, ПК, ПП... Какие огнестойкие материалы используются в автомобильных компонентах?
В настоящее время полимерные материалы повсеместно используются в автомобильных компонентах, таких как детали под капотом и аккумуляторные батареи транспортных средств на новых источниках энергии. Применение полимерных материалов в автомобильных деталях и потребность в повышении безопасности транспортных средств способствовали разработке огнестойких полимерных материалов. В настоящее время применяются огнестойкие полимерные материалы в основном на основе ПП, ПУ, АБС и ПК. Композитные материалы (сплавы), PA, ПБТ и ПММА также используются в зависимости от конкретных требований к автомобильным компонентам.
1. Огнестойкий ПП.
Полипропилен (ПП) является наиболее часто используемым полимерным материалом в автомобильных пластмассах. Он обладает превосходной химической стойкостью, простой обработкой и низкой стоимостью, что делает его пригодным для приборных панелей автомобилей, корпусов аккумуляторных батарей, дверных панелей, стоек, панелей спинок сидений, бамперов и т. д. Однако до добавления антипиренов ПП имеет плохую воспламеняемость, а его предельный кислородный индекс (LOI) составляет 17,8%, что делает его легковоспламеняющимся после воспламенения. Текущие исследования огнестойкого полипропилена для автомобильной промышленности, как внутри страны, так и за рубежом, сосредоточены на модификации полипропиленовой матрицы. В то же время, путем добавления малотоксичных, не содержащих галогенов антипиренов, разрабатываются полипропиленовые композиты с превосходными механическими свойствами и огнестойкими эффектами, отвечающие требованиям огнестойкости автомобильных деталей.
Антипирены, подходящие для полипропилена, в основном представляют собой добавки. К ним относятся антипирены на основе галогенов (бромированные или бром-сурьмяные синергисты), антипирены с неорганическими наполнителями, полифосфат меламина, цианурат меламина, фосфазены и сложные эфиры фосфорной кислоты. С введением строгой экологической политики и повсеместным внедрением требований по содержанию безгалогенов переход на безгалогенные антипирены для полимерных материалов стал неизбежной тенденцией.
2. Огнестойкий АБС-пластик
АБС-пластик является типичным материалом, подходящим для покраски автомобилей, благодаря своей высокой прочности и устойчивости к коррозии на пластиковых поверхностях, а также используется в производстве автомобильных компонентов. АБС-смола содержит только элементы C, H и O, что приводит к плохой стабильности при высоких температурах и легкому горению. В процессе воспламенения также выделяются пахучие газы и частицы черного дыма, что представляет угрозу безопасности при использовании непосредственно в деталях автомобиля. Поэтому перед использованием необходимо изменить огнестойкость и термостойкость.
Галогенированные антипирены обладают высокой эффективностью, при этом бромированные типы обычно обеспечивают лучшую огнестойкость, чем хлорированные, несмотря на более серьезные экологические проблемы. Однако, благодаря своему исключительно выдающемуся огнезащитному эффекту и низкой стоимости, бромированные антипирены остаются популярными в некоторых областях со строгими стандартами и материалами огнестойкости. Примерно в 70% электронных изделий используются бромированные антипирены, при этом для АБС в основном используется декабромдифенилэтан. Тем не менее, с популяризацией экологически чистых требований по безгалогенности, применение безгалогенных фосфорно-азотных антипиренов для АБС также привлекает все больше внимания.
Смешивание АБС в расплаве с поликарбонатом (ПК) дает композиты ПК/АБС. Этот материал сочетает в себе преимущества АБС-пластика и ПК, отличаясь высокой температурой теплового искажения и стабильностью, а также улучшая технологичность. Сплав ПК/АБС в настоящее время является сплавом смолы с самой высокой производительностью и самыми быстрыми темпами роста, применимым для автомобильных приборных панелей, аккумуляторных блоков, деталей автомобильного кузова и других компонентов. Поликарбонат сама по себе является огнестойким, самозатухающим материалом с рейтингом UL94 V-2. Однако его огнестойкость снижается при смешивании с АБС, что требует модификации огнестойкости перед использованием в автомобильных деталях. В настоящее время обычно используемые антипирены для модификации сплавов ПК/АБС включают галогенированные антипирены, антипирены на основе фосфора и наноантипирены.
3. Огнестойкий ПК.
Поликарбонат (ПК) входит в пятерку лучших инженерных пластиков и используется в производстве автомобильных компонентов благодаря своей высокой прочности, высокой ударопрочности, термостойкости и другим преимуществам. Примеры включают автомобильные приборные панели, системы освещения, нагревательные панели, обогреватели и бамперы из сплавов ПК. С ростом потребления, развитием новых энергетических транспортных средств и тенденциями к облегчению внутреннего спроса на ПК также растет. ПК сам по себе обладает определенной огнестойкостью, предлагая преимущества по сравнению с обычными полимерами, такими как полиэтилен и полипропилен, с коэффициентом LOI 21–24% и рейтингом UL94 V-2. Однако в областях применения с относительно высокими требованиями к огнестойкости автомобильных компонентов эти характеристики недостаточны, и требуется модификация огнестойких материалов.
Бромированные антипирены могут значительно улучшить огнестойкость ПК, обычно с использованием декабромдифенилового эфира (DBDPO), тетрабромбисфенола А (TBBPA) и т. д. Однако бромированные антипирены склонны к разложению при высоких температурах, образуя едкие газы, которые могут повредить автомобильные детали. Кроме того, добавление бромированных антипиренов серьезно ухудшает прозрачность ПК и не соответствует требованиям экологической политики. В настоящее время наиболее широко используемыми антипиренами на основе фосфора в промышленных продуктах ПК являются, главным образом, TPP (трифенилфосфат), RDP (бис(дифенилфосфат) резорцина) и BDP (бис(дифенилфосфат) бисфенола А). ТПП является твердым при комнатной температуре с плохой термической стабильностью, имеет тенденцию улетучиваться при температурах обработки ПК и оказывает огнезащитное действие только в газовой фазе. РДП и БДП представляют собой жидкости при комнатной температуре с хорошей термической стабильностью, способные оказывать огнезащитное действие как в газовой, так и в конденсированной фазе. Кроме того, BDP имеет хорошую совместимость с ПК и может действовать как пластификатор. Таким образом, система PC/BDP стала широко используемой системой с типичным коэффициентом добавления BDP 10%.
Более того, кремнийсодержащие соединения как новое поколение экологически чистых антипиренов постепенно завоевывают внимание благодаря своей высокой эффективности, низкой токсичности, экологическим характеристикам и минимальному влиянию на технологические и физические свойства ПК, например полисилоксаны. Выбор антипиренов для автомобильных ПК также склоняется к безгалогенной среде, улучшая комплексные характеристики ПК за счет добавления различных добавок или создания композитных антипиренов. Кроме того, используя композиты с АБС, ПБТ и т. д., можно оптимально повысить технологичность и огнестойкость ПК.
4. Другие огнестойкие полимерные материалы.
ПП, ПУ, АБС и ПК в настоящее время являются основными огнестойкими полимерными материалами, применяемыми в производстве автомобильных компонентов. Кроме того, сегодня также широко используются композиционные материалы, полученные путем смешивания в расплаве двух или более полимеров. Примеры включают ПК/АБС, ПК/ПБТ, ПК/огнестойкие композиты и т. д.
