铅酸蓄电池盖阻燃性与低温耐冲击性研究

沈 杰，宋亚娟，张满琴，徐 震，强力威

(国家动力及储能电池产品质量监督检验中心，浙江湖州 313100)

近年来，随着电动助力车的广泛应用，对铅酸蓄电池产品质量要求日益提高。而电池盖存在质量缺陷可导致电池寿命严重衰减，甚至出现漏液、着火等安全风险问题。

本文通过对市场上的电动助力车用铅酸蓄电池槽盖进行随机采样，按照GB/T22199.1-2017《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池 第1 部分：技术条件》标准[1]和GB/T 23754-2019《铅酸蓄电池槽、盖》标准[2]对样品进行检测，探寻影响产品质量的关键因素及其应对措施，进而为电池塑壳企业提升产品质量提出合理化建议和提供技术支撑。

1 检验项目

随机采样市场16 批次不同厂家的电动助力车用阀控式铅酸蓄电池槽盖样品，其中6-DZM-12 的样品8 个批次，6-DZM-20 的样品8 个批次，每个批次各取15 个样品。按标准分别对16 个批次样品的耐电压、耐冲击性、耐热性、铁含量、还原高猛酸钾含量、阻燃性项目进行检验，具体检验项目详见表1。

表1 铅酸蓄电池盖检验项目

表2 为不同类型产品不合格率统计表。结果显示，参与检验的16 批次样品，在阻燃性项目中，符合V-0 级阻燃要求的有9 个批次，不符合V-0 级阻燃要求的有7 个批次，不合格率43.8%；在低温耐冲击项目中，符合标准要求的有14 个批次，不符合标准要求的有2 个批次，不合格率12.5%。其中，6-DZM-12 型电池盖共8 个批次，不符合V-0 级阻燃要求的有3 批次，不合格率37.5%，低温耐冲击项目不合格的有2 个批次，不合格率25.0%；6-DZM-20 型电池盖共8 个批次，不符合V-0 级阻燃要求的有4 个批次，不合格率50%，低温耐冲击项目均合格，不合格率为0%。

表2 不同类型产品不合格率统计表

2 产品质量问题及原因分析、对策

产品质量问题及安全隐患如表3 所示。

表3 产品质量问题及安全隐患

2.1 ABS 基体树脂的选择

蓄电池外壳ABS 基体树脂材料选购时，应严格把关进货渠道、产品检验，基体树脂在常、低温条件下应具有较好的耐冲击强度，以防止蓄电池在运输过程及低温条件下出现开裂漏酸的危险，同时还要具有一定的刚性，减少蓄电池在使用过程中出现鼓包现象，ABS 基体树脂常、低温耐冲击及弯曲性能数据详见表4。结合成本考虑，建议选用高耐冲击ABS D-120A 和通用级ABS AG15A1 复配，保证材料较好的常、低温耐冲击强度及刚性[3]。

表4 ABS基体树脂常低温耐冲击及弯曲性能数据

2.2 ABS 材料阻燃剂的选择

ABS 材料具有较好的韧性、硬度以及刚性相均衡的优良力学性能，目前铅酸蓄电池盖常用阻燃剂以溴系阻燃剂应用最为广泛。由于C-Br 键的键能较低，溴系阻燃剂与常用聚合物的分解温度范围接近，因此它们可实现同步阻燃[4]。而且溴系阻燃剂可与锑复配使用，可减少阻燃剂添加用量，减小对力学性能的影响。溴系阻燃剂主要有四溴双酚A 系FR-1524、三溴苯酚系三(三溴苯基)氰尿酸酯FR-245 等。未添加阻燃剂的母材与添加四溴双酚A 系和三溴苯酚系阻燃ABS的力学性能详见表5。不同阻燃剂制备阻燃ABS 的阻燃性能详见表6。

表5 不同阻燃剂制备阻燃ABS的力学性能

表6 不同阻燃剂制备阻燃ABS的阻燃性能

通过比对试验可以看出，四溴双酚A 系阻燃剂和三溴苯酚系阻燃剂的引入均可制备出UL94 V-0 级阻燃ABS，但会不同程度影响材料的力学性能，特别是对拉伸强度和耐冲击强度的影响最为明显。这是ABS 基体树脂本身的结构特点和织态结构决定的，而且随着阻燃剂加入量的增加，影响程度相应加重。图1 为阻燃剂含量对ABS 拉伸强度和耐冲击强度的影响。由图1 可知，当阻燃剂含量达到20%(质量分数)时，拉伸强度下降10%，耐冲击强度下降50%[5]。综合力学性能和阻燃性能，优选三溴苯酚系溴代三嗪FR-245 阻燃剂。

图1 阻燃剂含量对ABS拉伸强度和耐冲击强度的影响

2.3 产品结构的影响

加强筋不仅可以提高塑料产品的强度和刚度，减少扭歪现象，而且可以使塑料成型时容易充满型腔。加强筋的合理分布和产品结构的优化设计是产品低温耐冲击性能的重要影响因素。6-DZF-20 型盖低温耐冲击性合格率明显高于6-DZF-12 型蓄电池盖，详见图2～3。加强筋的数量和加强筋的高度与制品的刚度成正比，在盖质量不变时，加强筋的高度增加10 倍可使平板的刚度提高40 倍左右，而加强筋的数量增加10 倍仅能使平板的刚度提高3 倍左右[6]。另外，当受到冲击作用时，加强筋连接点处会出现缺口应力。缺口应力决定节点的强度,进而决定蓄电池盖的强度。少量地增大加强筋连接点处相对圆角半径可以提高节点的弯曲强度。

图2 6-DZF-20型蓄电池盖

图3 6-DZF-12型蓄电池盖

3 结论

选购优质原料，提升产品自检能力。建议选用高冲击ABS D-120A 和通 用级ABS AG15A1 复配，保 证ABS 母 材具有较好的常、低温耐冲击强度及刚性。建议加大科技投入，结合力学性能、耐热性及耐候性等综合性能，合理选择阻燃剂类别，优选三溴苯酚系溴代三嗪FR-245 阻燃剂。建议优化产品设计，合理增加加强筋数量和高度，少量地增大加强筋连接点处相对圆角半径，充分发挥加强筋耐冲击性的支撑功能。建议加大生产工艺管控力度，加强企业生产关键点控制，通过用偶联剂等对阻燃剂进行活化处理，改善ABS 和阻燃剂之间的相容性，使阻燃剂在ABS 材料中均匀分布，提高产品性能一致性。