ABS, PC, PP... ¿Qué materiales ignífugos se utilizan en los componentes de automoción?
Actualmente, los materiales poliméricos son omnipresentes en componentes automotrices, como piezas debajo del capó y paquetes de baterías de vehículos de nueva energía. La aplicación de materiales poliméricos en piezas de automóviles y la demanda de mejorar la seguridad de los vehículos han promovido el desarrollo de materiales poliméricos ignífugos. Los materiales poliméricos ignífugos que se utilizan actualmente se basan principalmente en PP, PU, ABS y PC. También se utilizan materiales compuestos (aleaciones), PA, PBT y PMMA según los requisitos específicos de los componentes automotrices.
1. PP retardante de llama
El polipropileno (PP) es el material polimérico más utilizado en plásticos para automóviles. Ofrece excelente resistencia química, procesamiento simple y bajo costo, lo que lo hace adecuado para tableros de automóviles, carcasas de baterías, paneles de puertas, pilares, paneles de respaldo de asientos, parachoques, etc. Sin embargo, el PP tiene poca inflamabilidad antes de agregar retardantes de llama, con un índice límite de oxígeno (LOI) del 17,8 %, lo que lo hace inflamable después de la ignición. La investigación actual sobre PP retardante de llama para aplicaciones automotrices, tanto a nivel nacional como internacional, se centra en la modificación de la matriz de polipropileno. Al mismo tiempo, al agregar retardantes de llama libres de halógenos y de baja toxicidad, se desarrollan compuestos de polipropileno con excelentes propiedades mecánicas y efectos retardantes de llama para satisfacer las necesidades de retardo de llama de las piezas de automóviles.
Los retardantes de llama adecuados para el polipropileno son principalmente del tipo aditivo. Estos incluyen retardantes de llama a base de halógenos (bromados o sinergistas de bromo-antimonio), retardantes de llama de carga inorgánica, polifosfato de melamina, cianurato de melamina, fosfacenos y ésteres de fosfato. Con la implementación de políticas ambientales estrictas y la adopción generalizada de requisitos libres de halógenos, el cambio hacia retardantes de llama libres de halógenos para materiales poliméricos se ha convertido en una tendencia inevitable.
2. ABS ignífugo
El ABS es un material típico adecuado para la pintura de automóviles debido a su gran durabilidad y resistencia a la corrosión en superficies plásticas, y también se utiliza en la producción de componentes de automóviles. La resina ABS contiene sólo elementos C, H y O, lo que da como resultado una estabilidad deficiente a altas temperaturas y una fácil combustión. El proceso de ignición también produce gases olorosos y partículas de humo negro, lo que plantea riesgos de seguridad si se usa directamente en piezas de vehículos. Por lo tanto, el retardo de llama y la resistencia al calor deben modificarse antes de su uso.
Los retardantes de llama halogenados ofrecen una alta eficiencia; los tipos bromados generalmente proporcionan un mejor retardante de llama que los clorados, a pesar de mayores preocupaciones ambientales. Sin embargo, debido a su efecto retardante de llama excepcionalmente sobresaliente y su bajo costo, los retardantes de llama bromados siguen siendo prominentes en algunas áreas con estándares y materiales estrictos de retardo de llama. Aproximadamente el 70% de los productos electrónicos utilizan retardantes de llama bromados, y el decabromodifeniletano se utiliza principalmente para el ABS. No obstante, con la popularización de los requisitos libres de halógenos respetuosos con el medio ambiente, también está ganando atención la aplicación de retardantes de llama de nitrógeno y fósforo libres de halógenos al ABS.
La mezcla fundida de ABS con policarbonato (PC) produce compuestos de PC/ABS. Este material combina las ventajas del ABS y del PC, presentando una alta temperatura de distorsión por calor y estabilidad, al tiempo que mejora la procesabilidad. La aleación de PC/ABS es actualmente la aleación de resina con mayor producción y tasa de crecimiento más rápida, aplicable a tableros de instrumentos de automóviles, paquetes de baterías, piezas de carrocería de automóviles y otros componentes. La resina de PC en sí es un material autoextinguible y retardante de llama con clasificación UL94 V-2. Sin embargo, su retardo de llama disminuye cuando se mezcla con ABS, lo que requiere una modificación del retardante de llama antes de su uso en piezas de automóviles. Actualmente, los retardantes de llama comúnmente utilizados para la modificación de aleaciones de PC/ABS incluyen retardantes de llama halogenados, retardantes de llama a base de fósforo y retardantes de llama nano.
3. PC retardante de llama
Como uno de los cinco principales plásticos de ingeniería, el policarbonato (PC) se utiliza en la producción de componentes automotrices debido a su alta resistencia, alta resistencia al impacto, resistencia al calor y otras ventajas. Los ejemplos incluyen paneles de instrumentos de automóviles, sistemas de iluminación, paneles calefactores, descongeladores y parachoques fabricados con aleaciones de PC. Con la mejora del consumo, el desarrollo de vehículos de nueva energía y las tendencias de peso ligero, la demanda interna de PC también está aumentando. La propia PC posee cierta resistencia al fuego, lo que ofrece ventajas en comparación con los polímeros comunes como PE y PP, con un LOI del 21%-24% y una clasificación UL94 V-2. Sin embargo, en áreas de aplicación con requisitos de retardo de llama relativamente altos para componentes de automóviles, este rendimiento es insuficiente y requiere una modificación del retardante de llama.
Los retardantes de llama bromados pueden mejorar significativamente el retardo de llama de la PC, comúnmente usando éter decabromodifenilo (DBDPO), tetrabromobisfenol A (TBBPA), etc. Sin embargo, los materiales retardantes de llama bromados son propensos a descomponerse a altas temperaturas, generando gases corrosivos que pueden dañar las piezas de automóviles. Además, agregar retardantes de llama bromados afecta gravemente la transparencia de la PC y no cumple con los requisitos de las políticas ambientales. Actualmente, los retardantes de llama a base de fósforo más utilizados en productos de PC industrializados son principalmente TPP (trifenilfosfato), RDP (resorcinol bis(difenilfosfato)) y BDP (bisfenol A bis(difenilfosfato)). El TPP es sólido a temperatura ambiente con poca estabilidad térmica, tiende a volatilizarse a las temperaturas de procesamiento de PC y solo ejerce un efecto retardante de llama en fase gaseosa. RDP y BDP son líquidos a temperatura ambiente con buena estabilidad térmica, capaces de ejercer efectos retardantes de llama tanto en fase gaseosa como en fase condensada. Además, BDP tiene buena compatibilidad con PC y puede actuar como plastificante. Por lo tanto, el sistema PC/BDP se ha convertido en un sistema ampliamente utilizado, con una proporción típica de adición de BDP del 10%.
Además, los compuestos que contienen silicio, como nueva generación de retardantes de llama respetuosos con el medio ambiente, están ganando gradualmente atención debido a su alta eficiencia, baja toxicidad, características no contaminantes y mínimo impacto en el procesamiento y las propiedades físicas de los PC, como los polisiloxanos. La selección de retardantes de llama para PC de automóviles también se inclina hacia un entorno libre de halógenos, mejorando el rendimiento integral de la PC añadiendo varios aditivos o creando retardantes de llama compuestos. Además, mediante el uso de compuestos con ABS, PBT, etc., la procesabilidad y el retardo de llama del PC también se pueden mejorar de manera óptima.
4. Otros materiales poliméricos ignífugos
PP, PU, ABS y PC son actualmente los principales materiales poliméricos ignífugos utilizados en la producción de componentes automotrices. Además, en la actualidad también se utilizan ampliamente los materiales compuestos preparados mezclando en estado fundido dos o más polímeros. Los ejemplos incluyen PC/ABS, PC/PBT, PC/compuestos ignífugos, etc.
