鉛酸蓄電池蓋阻燃性與低溫耐沖擊性研究

沈 杰，宋亞娟，張滿琴，徐 震，強力威

(國家動力及儲能電池產品質量監督檢驗中心，浙江湖州 313100)

近年來，隨著電動助力車的廣泛應用，對鉛酸蓄電池產品質量要求日益提高。而電池蓋存在質量缺陷可導致電池壽命嚴重衰減，甚至出現漏液、著火等安全風險問題。

本文通過對市場上的電動助力車用鉛酸蓄電池槽蓋進行隨機采樣，按照GB/T22199.1-2017《電動助力車用閥控式鉛酸蓄電池 第1 部分：技術條件》標準[1]和GB/T 23754-2019《鉛酸蓄電池槽、蓋》標準[2]對樣品進行檢測，探尋影響產品質量的關鍵因素及其應對措施，進而為電池塑殼企業提升產品質量提出合理化建議和提供技術支撐。

1 檢驗項目

隨機采樣市場16 批次不同廠家的電動助力車用閥控式鉛酸蓄電池槽蓋樣品，其中6-DZM-12 的樣品8 個批次，6-DZM-20 的樣品8 個批次，每個批次各取15 個樣品。按標準分別對16 個批次樣品的耐電壓、耐沖擊性、耐熱性、鐵含量、還原高猛酸鉀含量、阻燃性項目進行檢驗，具體檢驗項目詳見表1。

表1 鉛酸蓄電池蓋檢驗項目

表2 為不同類型產品不合格率統計表。結果顯示，參與檢驗的16 批次樣品，在阻燃性項目中，符合V-0 級阻燃要求的有9 個批次，不符合V-0 級阻燃要求的有7 個批次，不合格率43.8%；在低溫耐沖擊項目中，符合標準要求的有14 個批次，不符合標準要求的有2 個批次，不合格率12.5%。其中，6-DZM-12 型電池蓋共8 個批次，不符合V-0 級阻燃要求的有3 批次，不合格率37.5%，低溫耐沖擊項目不合格的有2 個批次，不合格率25.0%；6-DZM-20 型電池蓋共8 個批次，不符合V-0 級阻燃要求的有4 個批次，不合格率50%，低溫耐沖擊項目均合格，不合格率為0%。

表2 不同類型產品不合格率統計表

2 產品質量問題及原因分析、對策

產品質量問題及安全隱患如表3 所示。

表3 產品質量問題及安全隱患

2.1 ABS 基體樹脂的選擇

蓄電池外殼ABS 基體樹脂材料選購時，應嚴格把關進貨渠道、產品檢驗，基體樹脂在常、低溫條件下應具有較好的耐沖擊強度，以防止蓄電池在運輸過程及低溫條件下出現開裂漏酸的危險，同時還要具有一定的剛性，減少蓄電池在使用過程中出現鼓包現象，ABS 基體樹脂常、低溫耐沖擊及彎曲性能數據詳見表4。結合成本考慮，建議選用高耐沖擊ABS D-120A 和通用級ABS AG15A1 復配，保證材料較好的常、低溫耐沖擊強度及剛性[3]。

表4 ABS基體樹脂常低溫耐沖擊及彎曲性能數據

2.2 ABS 材料阻燃劑的選擇

ABS 材料具有較好的韌性、硬度以及剛性相均衡的優良力學性能，目前鉛酸蓄電池蓋常用阻燃劑以溴系阻燃劑應用最為廣泛。由于C-Br 鍵的鍵能較低，溴系阻燃劑與常用聚合物的分解溫度范圍接近，因此它們可實現同步阻燃[4]。而且溴系阻燃劑可與銻復配使用，可減少阻燃劑添加用量，減小對力學性能的影響。溴系阻燃劑主要有四溴雙酚A 系FR-1524、三溴苯酚系三(三溴苯基)氰尿酸酯FR-245 等。未添加阻燃劑的母材與添加四溴雙酚A 系和三溴苯酚系阻燃ABS的力學性能詳見表5。不同阻燃劑制備阻燃ABS 的阻燃性能詳見表6。

表5 不同阻燃劑制備阻燃ABS的力學性能

表6 不同阻燃劑制備阻燃ABS的阻燃性能

通過比對試驗可以看出，四溴雙酚A 系阻燃劑和三溴苯酚系阻燃劑的引入均可制備出UL94 V-0 級阻燃ABS，但會不同程度影響材料的力學性能，特別是對拉伸強度和耐沖擊強度的影響最為明顯。這是ABS 基體樹脂本身的結構特點和織態結構決定的，而且隨著阻燃劑加入量的增加，影響程度相應加重。圖1 為阻燃劑含量對ABS 拉伸強度和耐沖擊強度的影響。由圖1 可知，當阻燃劑含量達到20%(質量分數)時，拉伸強度下降10%，耐沖擊強度下降50%[5]。綜合力學性能和阻燃性能，優選三溴苯酚系溴代三嗪FR-245 阻燃劑。

圖1 阻燃劑含量對ABS拉伸強度和耐沖擊強度的影響

2.3 產品結構的影響

加強筋不僅可以提高塑料產品的強度和剛度，減少扭歪現象，而且可以使塑料成型時容易充滿型腔。加強筋的合理分布和產品結構的優化設計是產品低溫耐沖擊性能的重要影響因素。6-DZF-20 型蓋低溫耐沖擊性合格率明顯高于6-DZF-12 型蓄電池蓋，詳見圖2～3。加強筋的數量和加強筋的高度與制品的剛度成正比，在蓋質量不變時，加強筋的高度增加10 倍可使平板的剛度提高40 倍左右，而加強筋的數量增加10 倍僅能使平板的剛度提高3 倍左右[6]。另外，當受到沖擊作用時，加強筋連接點處會出現缺口應力。缺口應力決定節點的強度,進而決定蓄電池蓋的強度。少量地增大加強筋連接點處相對圓角半徑可以提高節點的彎曲強度。

圖2 6-DZF-20型蓄電池蓋

圖3 6-DZF-12型蓄電池蓋

3 結論

選購優質原料，提升產品自檢能力。建議選用高沖擊ABS D-120A 和通 用級ABS AG15A1 復配，保 證ABS 母 材具有較好的常、低溫耐沖擊強度及剛性。建議加大科技投入，結合力學性能、耐熱性及耐候性等綜合性能，合理選擇阻燃劑類別，優選三溴苯酚系溴代三嗪FR-245 阻燃劑。建議優化產品設計，合理增加加強筋數量和高度，少量地增大加強筋連接點處相對圓角半徑，充分發揮加強筋耐沖擊性的支撐功能。建議加大生產工藝管控力度，加強企業生產關鍵點控制，通過用偶聯劑等對阻燃劑進行活化處理，改善ABS 和阻燃劑之間的相容性，使阻燃劑在ABS 材料中均勻分布，提高產品性能一致性。