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创新有机硅阻燃剂助力新能源汽车尼龙阻燃材料发展
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尼龙是一种综合性能优异的热塑性塑料,被广泛应用于新能源汽车领域。越来越苛刻的阻燃性能要求无疑是最重要的选材指标,佳华精化开发的Javachem®FRSi有机硅阻燃剂,具有阻燃效率高、低析出低腐蚀、无卤、环保等优点,助力新能源汽车尼龙阻燃材料发展

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2021年我国新能源汽车保有量已达20%,年销量约为300万辆,而到2022年预计将超500万辆,2025年将达到至少700万辆,全球层面市场考虑,目前中国新能源汽车全球保有量占比达到40%以上,在销量、保有量、生产量上,已连续6年全球第一,新能源汽车产业链已经步入高速成长阶段,为新能源汽车量身打造最适合的新材料也成为行业从业者的首要任务。尼龙材料因其自身机械强度高、韧性好,具有较高的抗拉抗压强度,良好的电性能,成为新能源汽车材料的首选。



新能源汽车电路系统新需求

新能源汽车越来越高的行驶里程,越来越快的充电速度,对电池包系统、热管理系统、高压线束、连接器、传感器以及其他电路系统都提出了极高的要求,这些要求是之前燃油车没有遇到过的。更安全,更环保,更轻量化成为材料设计理念,而越来越苛刻的阻燃要求无疑是最重要的一点。


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在奥升德亚太区总经理吴显亮博士的采访中提到:“新能源汽车行业人士76%的受访者认可PA66的轻量化解决方案;80.7%的受访者认为长期热稳定是动力电池最需要具备的重要特性之一,达到一定阻燃等级和耐化学性和抗腐蚀性也是非常重要的两大特性。72%的受访者认为,在电池安全方面,工程塑料能更好的胜任需求。



传统阻燃协效剂

在新能源汽车阻燃材料中,具有代表性的如电池包外壳材料黑色无卤阻燃PA66+30GF,和橙色连接器材料无卤阻燃PA66+25GF,它们都为PA66/ADP(二乙基次膦酸铝)/阻燃协效剂/ GF的阻燃体系。由于单独的ADP阻燃稳定性不能满足要求,一般都需要复配如MPP、硼酸锌、锡酸锌、氧化锌、无机硅等协效剂,而目前最为有效的协效剂就是MPP(三聚氰胺聚磷酸盐),但由于MPP在合成过程中反应产物存在低聚物,如八聚体十聚体等,导致其稳定性差,在加工和使用的过程中也更容易造成气纹、模垢、析出等一些列问题。在新能源领域,特别是一些非传统客户选择材料时,会对MPP的使用,或对析出提出严格要求。因此,开发出一种低析出高效率的阻燃协效剂,成为行业的一个迫切的需求。


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Javachem®FRSi有机硅阻燃剂

硅系阻燃协效剂一般为一种具有结构和特殊官能团的一类聚硅氧烷,是一种新型高效、防滴落、环境友好的无卤阻燃协效剂。已用于多种聚合物基体的阻燃材料中,具有优异而独特的协效性能。目前国内在尼龙体系中与无卤阻燃剂复配使用的硅系阻燃协效剂非常少,佳华精化认为在此领域开发一款高效经济的产品,填补行业空白,满足改性企业的迫切需求势在必行。因此,在2021年底,推出了Javachem®FRSi有机硅阻燃剂。


Javachem®FRSi是一种含有磷系基团侧链的环状硅氧烷聚合物,其在燃烧材料有机硅聚合物的化学结构中含有大量的Si-O键,由于聚硅氧烷的迁移性决定了它容易迁移至燃烧物的表面,燃烧后生成的二氧化硅及炭层可阻止隔绝氧气和热量。此外,环状结构中的Si原子连接多个O原子,环形结构在燃烧过程中可以形成回咬,可以避免像线性硅氧烷聚合物的持续燃烧,更容易在燃烧表面表面结壳成炭。


同时在硅氧烷体系中引入磷系侧链,使得阻燃效率大大提高。引入磷基团也是此款阻燃剂如此出色的原因,大家可能会有一个疑问,体系中已经有那么多磷存在了,还缺协效阻燃剂这一点磷吗?


我们知道MPP之所以具有如此出色的阻燃协效效果,是因其为气相阻燃机理。不添加MPPADP体系,由于尼龙燃烧的表面温度为500℃,高于ADP 445℃的分解温度,ADP二乙基分解后,只能存在于凝聚相中,气相阻燃效果大打折扣。而此时如果添加了具有磷系侧链的硅系协效阻燃剂,其能迁移到表面,侧链的磷系基团分解以及带动出来的ADP在表面分解,磷也能在气相中捕捉自由基,达到了和MPP同样的气相阻燃的效果,大大提高了阻燃效率。这也是在我们开发过程中真实观察到的结果,在同样的添加量下,我们对比了没有磷系基团的苯基环体硅烷协效剂,阻燃效果要比侧基有磷逊色许多。


添加Javachem®FRSi后可大大降低ADP的使用量,目前在我们实验室最好的效果,1-2份协效阻燃剂,可以替代3-4ADP,提高了材料的力学性能,同时降低成本。


Javachem®FRSi能够迁移至表面形成一个保护层,阻止湿气进入,以及ADP在湿气条件下析出,从而达到低析出和低腐蚀的目的,保护材料和电路系统的安全性。



完善的尼龙添加剂体系布局

浙江佳华精化股份有限公司,深耕有机硅添加剂行业20年,一直致力于成为材料领域的先行者和开拓者。近年来随着尼龙市场的蓬勃发展,我们完善了在尼龙行业的布局,推出了尼龙黑色母Javachem®PA,尼龙硅酮母粒Javachem®GT,尼龙流变助剂Javachem®HF等可以改善浮纤、提高流动性和加工性,深受客户喜爱的产品。






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