創新有機硅阻燃劑助力新能源汽車尼龍阻燃材料發展

尼龍是一種綜合性能優異的熱塑性塑料，被廣泛應用于新能源汽車領域。越來越苛刻的阻燃性能要求無疑是最重要的選材指標，佳華精化開發的Javachem^?FRSi有機硅阻燃劑，具有阻燃效率高、低析出低腐蝕、無鹵、環保等優點，助力新能源汽車尼龍阻燃材料發展。

2021年我國新能源汽車保有量已達20%，年銷量約為300萬輛，而到2022年預計將超500萬輛，2025年將達到至少700萬輛，全球層面市場考慮，目前中國新能源汽車全球保有量占比達到40%以上，在銷量、保有量、生產量上，已連續6年全球第一，新能源汽車產業鏈已經步入高速成長階段，為新能源汽車量身打造最適合的新材料也成為行業從業者的首要任務。尼龍材料因其自身機械強度高、韌性好，具有較高的抗拉抗壓強度，良好的電性能，成為新能源汽車材料的首選。

新能源汽車電路系統新需求

新能源汽車越來越高的行駛里程，越來越快的充電速度，對電池包系統、熱管理系統、高壓線束、連接器、傳感器以及其他電路系統都提出了極高的要求，這些要求是之前燃油車沒有遇到過的。更安全，更環保，更輕量化成為材料設計理念，而越來越苛刻的阻燃要求無疑是最重要的一點。

在奧升德亞太區總經理吳顯亮博士的采訪中提到：“新能源汽車行業人士76%的受訪者認可PA66的輕量化解決方案；80.7%的受訪者認為長期熱穩定是動力電池最需要具備的重要特性之一，達到一定阻燃等級和耐化學性和抗腐蝕性也是非常重要的兩大特性。72%的受訪者認為，在電池安全方面，工程塑料能更好的勝任需求。”

傳統阻燃協效劑

在新能源汽車阻燃材料中，具有代表性的如電池包外殼材料黑色無鹵阻燃PA66+30GF，和橙色連接器材料無鹵阻燃PA66+25GF，它們都為PA66/ADP（二乙基次膦酸鋁）/阻燃協效劑/ GF的阻燃體系。由于單獨的ADP阻燃穩定性不能滿足要求，一般都需要復配如MPP、硼酸鋅、錫酸鋅、氧化鋅、無機硅等協效劑，而目前最為有效的協效劑就是MPP（三聚氰胺聚磷酸鹽），但由于MPP在合成過程中反應產物存在低聚物，如八聚體十聚體等，導致其穩定性差，在加工和使用的過程中也更容易造成氣紋、模垢、析出等一些列問題。在新能源領域，特別是一些非傳統客戶選擇材料時，會對MPP的使用，或對析出提出嚴格要求。因此，開發出一種低析出高效率的阻燃協效劑，成為行業的一個迫切的需求。

硅系阻燃協效劑一般為一種具有結構和特殊官能團的一類聚硅氧烷，是一種新型高效、防滴落、環境友好的無鹵阻燃協效劑。已用于多種聚合物基體的阻燃材料中，具有優異而獨特的協效性能。目前國內在尼龍體系中與無鹵阻燃劑復配使用的硅系阻燃協效劑非常少，佳華精化認為在此領域開發一款高效經濟的產品，填補行業空白，滿足改性企業的迫切需求勢在必行。因此，在2021年底，推出了Javachem?FRSi有機硅阻燃劑。

Javachem?FRSi是一種含有磷系基團側鏈的環狀硅氧烷聚合物,其在燃燒材料有機硅聚合物的化學結構中含有大量的Si-O鍵，由于聚硅氧烷的遷移性決定了它容易遷移至燃燒物的表面，燃燒后生成的二氧化硅及炭層可阻止隔絕氧氣和熱量。此外，環狀結構中的Si原子連接多個O原子，環形結構在燃燒過程中可以形成回咬，可以避免像線性硅氧烷聚合物的持續燃燒,更容易在燃燒表面表面結殼成炭。

同時在硅氧烷體系中引入磷系側鏈，使得阻燃效率大大提高。引入磷基團也是此款阻燃劑如此出色的原因，大家可能會有一個疑問，體系中已經有那么多磷存在了，還缺協效阻燃劑這一點磷嗎？

我們知道MPP之所以具有如此出色的阻燃協效效果，是因其為氣相阻燃機理。不添加MPP的ADP體系，由于尼龍燃燒的表面溫度為500℃，高于ADP 445℃的分解溫度，ADP二乙基分解后，只能存在于凝聚相中，氣相阻燃效果大打折扣。而此時如果添加了具有磷系側鏈的硅系協效阻燃劑，其能遷移到表面，側鏈的磷系基團分解以及帶動出來的ADP在表面分解，磷也能在氣相中捕捉自由基，達到了和MPP同樣的氣相阻燃的效果，大大提高了阻燃效率。這也是在我們開發過程中真實觀察到的結果，在同樣的添加量下，我們對比了沒有磷系基團的苯基環體硅烷協效劑，阻燃效果要比側基有磷遜色許多。

添加Javachem?FRSi后可大大降低ADP的使用量，目前在我們實驗室最好的效果，1-2份協效阻燃劑，可以替代3-4份ADP，提高了材料的力學性能，同時降低成本。

Javachem?FRSi能夠遷移至表面形成一個保護層，阻止濕氣進入，以及ADP在濕氣條件下析出，從而達到低析出和低腐蝕的目的，保護材料和電路系統的安全性。

完善的尼龍添加劑體系布局

浙江佳華精化股份有限公司，深耕有機硅添加劑行業20年，一直致力于成為材料領域的先行者和開拓者。近年來隨著尼龍市場的蓬勃發展，我們完善了在尼龍行業的布局，推出了尼龍黑色母Javachem?PA，尼龍硅酮母粒Javachem?GT，尼龍流變助劑Javachem?HF等可以改善浮纖、提高流動性和加工性，深受客戶喜愛的產品。