硅烷偶联剂拓展新能源领域的新应用

自2021年9月我国明确提出“碳达峰、碳中和”目标后,“节能环保”、“绿色”、“新材料”、“新能源”等关键词出现的频率很高并已成为当前最热门的话题之一。2020年11月,国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,要求深入实施发展新能源汽车国家战略,推动中国新能源汽车产业高质量可持续发展,加快建设汽车强国;2022年4月,工信部、公安部、交通运输部、应急管理部、市场监管总局五部门联合发布《关于进一步加强新能源汽车企业安全体系建设的指导意见》,提出从安全管理机制、产品质量安全、检测平台效能等方面综合提升新能源车整体安全水平,为新能源车创造良好的消费市场环境。
新能源汽车大势所趋,政策不断加码。这几个信号,无不预示着我国新能源汽车和与其相关的前后装零部件及材料市场都具有很大的市场空间及未来潜力。而轮胎作为汽车的重要零部件之一,新能源绿色轮胎也迎来飞速发展时期。 一般来说,由于新能源汽车具有动力响应快、瞬时扭矩大、车身质量重、续航里程高等特点,安装普通轮胎的新能源汽车会出现因瞬时扭矩过大而轮胎磨损加快的情况,因此对于轮胎的性能也提出了更高的要求,如轮胎要有更低的滚阻性能和更轻量化的设计,以增加新能源汽车的续航里程;要有更好的耐磨性能、更大的承载力、更长的寿命,以适应新能源汽车起步快和质量大对轮胎带来的新要求;要有低噪音表现和抗湿滑性能,提升汽车的舒适性和安全性等。

同时,新能源汽车为提升续航里程需增加电池组,所以相比普通燃油车,整车自重更大,车重的增加和瞬时扭矩的爆发导致新能源汽车轮胎比燃油车的轮胎磨损率高30%,从而影响轮胎使用寿命,因此耐磨性绿色轮胎成为新能源汽车的首选。
在绿色轮胎中的应用 绿色轮胎是指应用新材质和设计促使滚动阻力变小、耐磨性变高、油耗降低、废气排放减少的子午线轮胎,而含硫硅烷偶联剂是保障绿色轮胎特性的核心原材料。 白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料,具有多孔性、高分散性、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能,在橡胶轮胎中填充大量的白碳黑,能大大降低轮胎的滚动阻力和轮胎的生热,又能提高轮胎的制动性能,从而大幅度的降低汽车的油耗,减少大气污染和提高轮胎使用寿命。

目前橡胶轮胎工业中使用最多的表面改性剂多为含硫硅烷偶联剂。由于白炭黑表面有大量的硅醇基,使得白炭黑呈亲水性,导致其具有较强的极性,与非极性的橡胶基体之间的相容性较差,粒子间易形成聚集体,在动态载荷下,聚集效应会引起橡胶复合材料的内耗增大,从而影响材料的动态力学性能,增加能源消耗和橡胶交联密度降低等,从而影响对复合材料的补强性。为减少填料白炭黑的表面羟基数,提高白炭黑的疏水性,只有用含硫硅烷偶联剂对白炭黑进行表面改性,含硫硅烷偶联剂中的烷氧基与白炭黑表面的硅羟基发生反应,使白炭黑由亲水性变为疏水性,同时在硫化过程中硅烷偶联剂的硫与橡胶基质的活性基团化学键接形成“桥梁”稳定连接橡胶基体与白炭黑,形成牢固的网络结构,应用这种结构可显著降低轮胎的滚动阻力,增强轮胎耐磨性能并能够保持良好的抗湿滑性能。
在密封胶中的应用 另外,锂电池作为新能源汽车中最主要的动力来源,由于新能源汽车动力电池组能量密度不断增加,所以对其热管理、安全系统提出更高要求。现阶段动力电池的防护有结构外壳防护、隔膜阻断保护、过充电压防护、BMS等方式,但其稳定运行和安全性问题仍有待持续改善。有机硅灌封胶由于具有优异的耐高低温性能、弹性缓冲能力、导热阻燃性能可保证电子电器的有效散热和安全性,在动力电池上面得到广泛的应用。