有機硅發(fā)泡材料在新能源汽車中的應(yīng)用性探討

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

有機硅橡膠發(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?，F(xiàn)今，硅橡膠泡沫應(yīng)用日益廣泛，因其同時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. 有機硅橡膠的通性

有機硅橡膠具有很多優(yōu)異的性能：

（1）耐高低溫性

有機硅橡膠在高溫（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，不易焦燒，因其結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)較少，并且其補強填料白炭黑，適用于高壓場合。

（3）生理惰性

有機硅橡膠表面疏水，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作用。而它本身無毒無味，對人體健康沒有傷害，僅能與機體產(chǎn)生輕微反應(yīng)，這也就造就了其優(yōu)良的生理惰性，同時，在生理老化性能方面也十分優(yōu)越。

2. 有機硅橡膠泡沫材料（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、汽車座椅等均為聚氨酯類泡沫材料，這是因為一方面聚氨酯泡沫材料的技術(shù)相對成熟，性能滿足使用需求；另外一方面，聚氨酯泡沫材料價格較低。然而，聚氨酯類泡沫材料耐候性能較差，易燃且燃燒過程中釋放大量對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其認識的提升，未來發(fā)泡硅膠材料有望替代傳統(tǒng)聚氨酯類發(fā)泡材料。

2.1 發(fā)泡硅膠的密度選擇

有機硅橡膠基體的密度為1.17g/cm3。但通過發(fā)泡處理，當前的成熟工藝中所制備的有機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

氧指數(shù)是（oxygen index ：OI）是指在規(guī)定的條件下，材料在氧氮混合氣流中進行有焰燃燒所需的最低氧濃度，它判定聚合物阻燃性能的指標之一。通常：氧指數(shù)< 22屬于易燃材料；22< 氧指數(shù)< 27 屬于可燃材料；氧指數(shù)> 27 屬于難燃材料。

阻燃劑用量對硅橡膠氧指數(shù)的影響如圖1所示。從圖1可以看出, 隨著阻燃劑用量的增大, 有機硅橡膠發(fā)泡材料的氧指數(shù)顯著增大。未加阻燃劑的硅橡膠氧指數(shù)為28 , 加入80份阻燃劑的硅橡膠氧指數(shù)高達43。可見, 阻燃劑可以明顯提高有機硅橡膠發(fā)泡材料的阻燃性能。

圖3 阻燃劑的用量WT%

除氧指數(shù)外, 垂直燃燒性能也可用來表征聚合物阻燃性能。與氧指數(shù)法相比, 垂直燃燒法的燃燒模式更接近物體燃燒的實際情況, 因此能更好地反映硅橡膠的實際阻燃效果。阻燃劑用量對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達到FV-1級, 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更是達到了FV-0級, 表現(xiàn)出良好的自熄性。

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,介電常數(shù)和介電損耗因數(shù)總體呈增大趨勢。可見, 添加物理填料在一定程度上損害了硅橡膠的電絕緣性能。

3. 發(fā)泡硅膠在新能源汽車上的應(yīng)用

新能源電動汽車的技術(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，為滿足汽車行駛過程中動力電池的密封和緩沖保護的要求，特斯拉等美國車企率先將發(fā)泡硅膠這一小眾材料應(yīng)用到動力電池上。

例如：特斯拉model3電池PACK包為了減輕模組重量、提升安全性，大量使用有機硅發(fā)泡灌封材料來保護單個電芯。由于特斯拉在動力電池組技術(shù)方便的標桿作用，大大加速硅膠發(fā)泡材料在動力電池PACK包上的應(yīng)用推廣。

圖4 發(fā)泡硅膠密封墊圈

圖5 特斯拉電池組

同時，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、填補空隙的處理。

圖6 發(fā)泡硅膠在LED/喇叭方面的應(yīng)用