有机硅发泡材料在新能源汽车中的应用性探讨

有机硅材料的主链中含有“硅-氧-硅”结构，侧链含有少量有机基团，因而它兼具有机及无机材料的双重优点，耐高低温、耐辐照和耐候（无双键，不易被紫外光和臭氧分解）、憎水、难燃、生理惰性、耐油、耐溶剂等性能，这点其他材料无可与之比拟。

有机硅橡胶发泡材料（亦称：硅胶泡棉/发泡硅胶）是以硅橡胶生胶、填料、硫化剂、发泡剂等为原料，混炼均匀后，在高温下发泡硫化制备的一种多孔、低密度、可压缩的高分子弹性体材料。现今，硅橡胶泡沫应用日益广泛，因其同时具备了硅橡胶和泡沫材料的优异性能。既具有橡胶的高弹性，又具有吸音、减震等泡沫所具有的性能，多用于减震垫、密封垫、隔音材料、绝缘材料、航空隔热材料等性能要求比较高的材料。

1. 有机硅橡胶的通性

有机硅橡胶具有很多优异的性能：

（1）耐高低温性

有机硅橡胶在高温（200℃以上）环境下，力学性能优异，且仍拥有一定的韧性与弹性。而玻璃化温度（Tg）可低至-70 ℃。一般情况下，硅橡胶工作温度为-100 ℃到 350 ℃。它可以承受数千度的瞬间高温，故常用于制作防热涂层，如航空领域。

（2）电绝缘性

有机硅橡胶绝缘性好，燃烧后，生成的二氧化硅仍然是绝缘物质。此外，硅橡胶在电弧放电时，不易焦烧，因其结构中碳原子数较少，并且其补强填料白炭黑，适用于高压场合。

（3）生理惰性

有机硅橡胶表面疏水，因此，潮湿环境下物理性能降低小。粘结性差，可以起到隔离的一个作用。而它本身无毒无味，对人体健康没有伤害，仅能与机体产生轻微反应，这也就造就了其优良的生理惰性，同时，在生理老化性能方面也十分优越。

2. 有机硅橡胶泡沫材料（发泡硅胶）的特性

硅橡胶泡沫应用日益广泛，因其同时具备了硅橡胶和泡沫材料的优异性能，既具有橡胶的高回弹性、耐老化，又具有吸声、减震等泡沫所具有的性能，多用于防水、减震、密封垫(密封等级IP68)、隔音、绝缘、航空隔热等性能要求比较高的情况。根据泡孔结构，硅橡胶泡沫分为闭孔型、开孔型及混合型三种。

图2 发泡硅胶微观结构图

闭孔发泡的有机硅发泡材料具有较好防震缓冲、隔音、隔热保温以及阻燃防爆等特性，其在汽车领域主要用于汽车车载空调用隔热泡沫管材、汽车减震、新能源汽车电池用发泡硅胶密封垫圈等。

目前大多数汽车内饰材料，如地板、顶棚、方向盘、汽车座椅等均为聚氨酯类泡沫材料，这是因为一方面聚氨酯泡沫材料的威廉希尔官方网站 相对成熟，性能满足使用需求；另外一方面，聚氨酯泡沫材料价格较低。然而，聚氨酯类泡沫材料耐候性能较差，易燃且燃烧过程中释放大量对人体有害的有毒气体。因此，随着发泡硅胶材料的推广以及人们对其认识的提升，未来发泡硅胶材料有望替代传统聚氨酯类发泡材料。

2.1 发泡硅胶的密度选择

有机硅橡胶基体的密度为1.17g/cm3。但通过发泡处理，当前的成熟工艺中所制备的有机硅橡胶泡沫材料的密度最低可为0.16-0.20 g/cm3，可被用于汽车座椅、头枕等部件；而常规的有机硅橡胶泡沫材料（密度为0.45 g/cm3）则被广泛用于密封、减震等部位的缝隙填充。

2.2 发泡硅胶的阻燃性能

氧指数是（oxygen index ：OI）是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度，它判定聚合物阻燃性能的指标之一。通常：氧指数< 22属于易燃材料；22< 氧指数< 27 属于可燃材料；氧指数> 27 属于难燃材料。

阻燃剂用量对硅橡胶氧指数的影响如图1所示。从图1可以看出, 随着阻燃剂用量的增大, 有机硅橡胶发泡材料的氧指数显著增大。未加阻燃剂的硅橡胶氧指数为28 , 加入80份阻燃剂的硅橡胶氧指数高达43。可见, 阻燃剂可以明显提高有机硅橡胶发泡材料的阻燃性能。

图3 阻燃剂的用量WT%

除氧指数外, 垂直燃烧性能也可用来表征聚合物阻燃性能。与氧指数法相比, 垂直燃烧法的燃烧模式更接近物体燃烧的实际情况, 因此能更好地反映硅橡胶的实际阻燃效果。阻燃剂用量对硅橡胶垂直燃烧性能的影响如表2所示。从表2可以看出, 未加阻燃剂的硅橡胶完全燃烧；加入40份阻燃剂的硅橡胶垂直燃烧等级达到FV-1级, 具有一定的自熄能力；加入80 份阻燃剂的硅橡胶垂直燃烧等级更是达到了FV-0级, 表现出良好的自熄性。

2.3 发泡硅胶的电绝缘性能

随着物理填料用量的增大，硅橡胶的体积电阻率和表面电阻率呈减小趋势,介电常数和介电损耗因数总体呈增大趋势。可见, 添加物理填料在一定程度上损害了硅橡胶的电绝缘性能。

3. 发泡硅胶在新能源汽车上的应用

新能源电动汽车的威廉希尔官方网站 关键在于其高能量密度锂电池的充放电威廉希尔官方网站 及安全性能。锂电池在使用过程中必须保持绝佳的防水防尘效果，而易发热自燃是影响其安全使用的头等难题。在暴雨、浅滩、雾霾等极端条件下，为满足汽车行驶过程中动力电池的密封和缓冲保护的要求，特斯拉等美国车企率先将发泡硅胶这一小众材料应用到动力电池上。

例如：特斯拉model3电池PACK包为了减轻模组重量、提升安全性，大量使用有机硅发泡灌封材料来保护单个电芯。由于特斯拉在动力电池组威廉希尔官方网站 方便的标杆作用，大大加速硅胶发泡材料在动力电池PACK包上的应用推广。

图4 发泡硅胶密封垫圈

图5 特斯拉电池组

同时，发泡硅胶还被广泛用于LED周围的防漏光、防尘、吸冲击、增加气密性处理；以及喇叭、音响周围的防杂音、填补空隙的处理。

图6 发泡硅胶在LED/喇叭方面的应用