有機(jī)硅發(fā)泡材料在新能源汽車中的應(yīng)用

有機(jī)硅材料的主鏈中含有“硅-氧-硅”結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈含有少量有機(jī)基團(tuán)，因而它兼具有機(jī)及無(wú)機(jī)材料的雙重優(yōu)點(diǎn)，耐高低溫、耐輻照和耐候（無(wú)雙鍵，不易被紫外光和臭氧分解）、憎水、生理惰性、耐油、耐溶劑等性能，這點(diǎn)其他材料無(wú)可與之比擬。

有機(jī)硅橡膠發(fā)泡材料（亦稱：硅膠泡棉/發(fā)泡硅膠）是以硅橡膠生膠、填料、硫化劑、發(fā)泡劑等為原料，混煉均勻后，在高溫下發(fā)泡硫化制備的一種多孔、低密度、可壓縮的高分子彈性體材料。現(xiàn)今，硅橡膠泡沫應(yīng)用日益廣泛，因其同時(shí)具備了硅橡膠和泡沫材料的優(yōu)異性能。既具有橡膠的高彈性，又具有吸音、減震等泡沫所具有的性能，多用于減震墊、密封墊、隔音材料、絕緣材料、航空隔熱材料等性能要求比較高的材料。

1. 有機(jī)硅橡膠的通性

有機(jī)硅橡膠具有很多優(yōu)異的性能：

（1）耐高低溫性

有機(jī)硅橡膠在高溫（200℃以上）環(huán)境下，力學(xué)性能優(yōu)異，且仍擁有一定的韌性與彈性。而玻璃化溫度（Tg）可低至-70 ℃。一般情況下，硅橡膠工作溫度為-100 ℃到 350 ℃。它可以承受數(shù)千度的瞬間高溫，故常用于制作防熱涂層，如航空領(lǐng)域。

（2）電絕緣性

有機(jī)硅橡膠絕緣性好，燃燒后，生成的二氧化硅仍然是絕緣物質(zhì)。此外，硅橡膠在電弧放電時(shí)，不易焦燒，因其結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)較少，并且其補(bǔ)強(qiáng)填料白炭黑，適用于高壓場(chǎng)合。

（3）生理惰性

有機(jī)硅橡膠表面疏水，因此，潮濕環(huán)境下物理性能降低小。粘結(jié)性差，可以起到隔離的一個(gè)作用。而它本身無(wú)毒無(wú)味，對(duì)人體健康沒(méi)有傷害，僅能與機(jī)體產(chǎn)生輕微反應(yīng)，這也就造就了其優(yōu)良的生理惰性，同時(shí)，在生理老化性能方面也十分優(yōu)越。

2. 有機(jī)硅橡膠泡沫材料（發(fā)泡硅膠）的特性

硅橡膠泡沫應(yīng)用日益廣泛，因其同時(shí)具備了硅橡膠和泡沫材料的優(yōu)異性能，既具有橡膠的高回彈性、耐老化，又具有吸聲、減震等泡沫所具有的性能，多用于防水、減震、密封墊(密封等級(jí)IP68)、隔音、絕緣、航空隔熱等性能要求比較高的情況。根據(jù)泡孔結(jié)構(gòu)，硅橡膠泡沫分為閉孔型、開(kāi)孔型及混合型三種。

圖2 發(fā)泡硅膠微觀結(jié)構(gòu)圖

閉孔發(fā)泡的有機(jī)硅發(fā)泡材料具有較好防震緩沖、隔音、隔熱保溫以及阻燃防爆等特性，其在汽車領(lǐng)域主要用于汽車車載空調(diào)用隔熱泡沫管材、汽車減震、新能源汽車電池用發(fā)泡硅膠密封墊圈等。

目前大多數(shù)汽車內(nèi)飾材料，如地板、頂棚、方向盤(pán)、汽車座椅等均為聚氨酯類泡沫材料，這是因?yàn)橐环矫婢郯滨ヅ菽牧系募夹g(shù)相對(duì)成熟，性能滿足使用需求；另外一方面，聚氨酯泡沫材料價(jià)格較低。然而，聚氨酯類泡沫材料耐候性能較差，易燃且燃燒過(guò)程中釋放大量對(duì)人體有害的有毒氣體。因此，隨著發(fā)泡硅膠材料的推廣以及人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的提升，未來(lái)發(fā)泡硅膠材料有望替代傳統(tǒng)聚氨酯類發(fā)泡材料。

表1 發(fā)泡硅膠主要性能參數(shù)指標(biāo)

2.1 發(fā)泡硅膠的密度選擇

有機(jī)硅橡膠基體的密度為1.17g/cm³。但通過(guò)發(fā)泡處理，當(dāng)前的成熟工藝中所制備的有機(jī)硅橡膠泡沫材料的密度最低可為0.16-0.20 g/cm³，可被用于汽車座椅、頭枕等部件；而常規(guī)的有機(jī)硅橡膠泡沫材料（密度為0.45 g/cm³）則被廣泛用于密封、減震等部位的縫隙填充。

2.2 發(fā)泡硅膠的阻燃性能

常用于表征聚合物阻燃性能之一的測(cè)試方法為垂直燃燒法，其燃燒模式非常接近物體燃燒的實(shí)際情況, 因此能很好地反映硅橡膠的實(shí)際阻燃效果。阻燃劑用量對(duì)硅橡膠垂直燃燒性能的影響如表2所示。從表2可以看出, 未加阻燃劑的硅橡膠完全燃燒；加入40份阻燃劑的硅橡膠垂直燃燒等級(jí)達(dá)到FV-1級(jí), 具有一定的自熄能力；加入80 份阻燃劑的硅橡膠垂直燃燒等級(jí)更是達(dá)到了FV-0級(jí), 表現(xiàn)出良好的自熄性。

表2 阻燃劑用量對(duì)發(fā)泡硅膠垂直燃燒性能的影響

2.3 發(fā)泡硅膠的電絕緣性能

隨著物理填料用量的增大，硅橡膠的體積電阻率和表面電阻率呈減小趨勢(shì),介電常數(shù)和介電損耗因數(shù)總體呈增大趨勢(shì)?？梢?jiàn), 添加物理填料在一定程度上損害了硅橡膠的電絕緣性能。

表3 填料對(duì)發(fā)泡硅膠電絕緣性能的影響

3. 發(fā)泡硅膠在新能源汽車上的應(yīng)用

新能源電動(dòng)汽車的技術(shù)關(guān)鍵在于其高能量密度鋰電池的充放電技術(shù)及安全性能。鋰電池在使用過(guò)程中必須保持絕佳的防水防塵效果，而易發(fā)熱自燃是影響其安全使用的頭等難題。在暴雨、淺灘、霧霾等極端條件下，為滿足汽車行駛過(guò)程中動(dòng)力電池的密封和緩沖保護(hù)的要求，特斯拉等美國(guó)車企率先將發(fā)泡硅膠這一小眾材料應(yīng)用到動(dòng)力電池上。

例如：特斯拉model3電池PACK包為了減輕模組重量、提升安全性，大量使用有機(jī)硅發(fā)泡灌封材料來(lái)保護(hù)單個(gè)電芯，可在一定時(shí)間內(nèi)有限阻止電池包上部熱量傳輸給電芯導(dǎo)致熱失控。由于特斯拉在動(dòng)力電池組技術(shù)方便的標(biāo)桿作用，大大加速硅膠發(fā)泡材料在動(dòng)力電池PACK包上的應(yīng)用推廣。

圖3(模組上方隔熱發(fā)泡泡棉（灰白色模切片材）

國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)有成熟的、性能相當(dāng)?shù)囊后w有機(jī)硅發(fā)泡硅膠片材。

同時(shí)，發(fā)泡硅膠還被廣泛用于LED周圍的防漏光、防塵、吸沖擊、增加氣密性處理；以及喇叭、音響周圍的防雜音、填補(bǔ)空隙的處理。

圖5 發(fā)泡硅膠在LED/喇叭方面的應(yīng)用

[參考資料]

1.硅橡膠泡沫復(fù)合材料的制備、性能與應(yīng)用.湯龍程.杭州師范大學(xué)/有機(jī)硅化學(xué)及材料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[J].中國(guó)材料進(jìn)展.2018.(3).37

2.有機(jī)硅泡沫材料研究進(jìn)展.張茜.杭州師范大學(xué)/有機(jī)硅化學(xué)及材料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[J].杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào).2016.(3).15

3.硅橡膠泡沫材料的研究進(jìn)展.王天強(qiáng).成都硅寶科技[J].橡膠工業(yè).2017.64

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