Nordmann и Kuraray са готови за бъдещето

Едно от основните предизвикателства пред автомобилната индустрия днес е как да се увеличи пробегът на електрическите превозни средства. Търсенето на по-висока ефективност също създаде тенденция към батерийни системи, които използват по-високо напрежение. Докато по-ранните електромобили разполагаха с батерии с напрежение 300-400 VDC, например, съвременните модели като Porsche Taycan могат да се възползват от напрежението 800 V. Агрегатите, които могат да издържат на такива напрежения, изискват високоефективни изолационни материали, които са и много леки.

Материалите GENESTAR™ дават възможност и за двете, когато се използват в компонентите на батериите. Те се използват като алтернативи на металите, които намаляват теглото, а благодарение на високото си съпротивление при проследяване са и високопроизводителни изолационни материали - и Kuraray подложи своите материали GENESTAR™ PA9T на изпитание на собствения си стенд, за да оцени границите им. Резултатите? Резултатите показват, че продуктите GENESTAR™ надхвърлят сегашната граница на максималното напрежение от 600 V. Дори и при 750 V трите разпространени класа GENESTAR™ не показват електрически пробив.

Сравнителен индекс на проследяване

Електрическият пробив, известен също като проследяване, е образуването на проводящ път по повърхността на изолационен материал. В повечето случаи това се случва в резултат на пробив на самия материал. За целите на сравнението и проектирането устойчивостта на даден материал към проследяване се изразява чрез неговия сравнителен индекс на проследяване (CTI), който е най-високото напрежение, при което материалът може да издържи 50 капки корозивен солен разтвор на амоняк, без да се проследява. Материалите с висок CTI демонстрират по-добра устойчивост на проследяване и позволяват частите да се проектират с по-малко разстояние на провлачване (вж. фигура 1) между проводниците, отколкото е посочено в стандартите IEC 60664-1.

За да се подобри повторяемостта и стандартите за сравнение, бяха въведени различни категории за ниво на изпълнение (PLC) (вж. таблица 1). Материалите от най-висок клас бяха класифицирани като 0, което означава, че не се наблюдава проследяване дори при 600 V. В днешно време все повече пластмасови материали се класифицират като PLC 0, или поради естествените им свойства (като например при полифталамидите или PPA), или чрез използването на добавки, които увеличават устойчивостта на проследяване на някои видове PPS и PBT.

С тенденциите за все по-високи напрежения и все по-малки части на превозните средства, мисленето извън сегашните PLC класове може да представлява следващата възможност за подобряване на електрическите превозни средства. Колко по-далеч от 600 V, например, може да се разшири таблицата на PLC? Каква е реалната граница?

От научно любопитство отделът за научноизследователска и развойна дейност на Kuraray започна да се задълбочава в този въпрос с поредица от тестове, търсейки границите на своята продуктова фамилия GENESTAR™ PA9T. Смолите GENESTAR™ PA9T са дълговерижни PPA, които се характеризират с ниска абсорбция на вода. Повечето класове - от неармирани до безхалогенни типове V0 с 30% армировка от стъклени влакна - имат CTI, по-голям от 600V или PLC клас 0.

Резултати от теста

При първия опит да се оценят границите на смолите GENESTAR™ PA9T бяха извършени измервания на CTI в съответствие със стандарта IEC 60112. Напрежението беше покачвано до 625 V и се оказа, че привидната граница от 600 V на текущите PLC класове най-вероятно е резултат от настройката на изпитването, тъй като в някои случаи проследяването се осъществяваше през въздуха (фигура 2, по-горе). Беше предположено, че този пробив е причинен от ръба на електрода, тъй като изследванията показват, че наличието на такъв ръб предизвиква по-висока интензивност на полето, отколкото при плоска повърхност. За да се избегне този проблем, електродите бяха завъртени на 180°. В резултат на това между електродите и срещуположния ръб на електрода се създаде по-голямо разстояние, като същевременно разстоянието между тях остана същото (фигура 2, долу).

След тази малка корекция напрежението може да се увеличи до 750 V, без това да се отрази на способността за проследяване. Това беше потвърдено от контролно измерване, при което беше използван материал с КТИ от 550 V.

След това бяха измерени пет различни материала GENESTAR™ с помощта на тази настройка (вж. Таблица 2) с тестови напрежения до 750 V. Само при два от тях - стандартен неусилен материал (N1000A-M41) и стандартен 30 % GF клас (G1300A-M41) - се наблюдава проследяване съответно при 675 V и 725 V. При останалите три сорта не е наблюдавано проследяване дори при 750 V.

Трябва да се отбележи, че неорганичните пълнители, като например стъклените влакна, показаха положителен ефект при изпитванията, тъй като всички сортове материали GENESTAR™, подсилени с GF, демонстрираха по-висока устойчивост на проследяване или всъщност изобщо не предизвикаха разряд при 750 V. За неусилените видове проследяването, което се наблюдава при 675 V, все още е доста над максималния ток. Благодарение на по-високата им еластичност може да се предположи и отлична устойчивост на пукнатини от термичен шок. По тази причина типовете GENESTAR™ представляват идеален избор например за пресовани метални части.

Въпреки че експерименталната инсталация не надхвърляше 750 V, тези резултати показват, че има голям обхват над 600 V, тъй като не е наблюдавано проследяване за обикновените продукти GENESTAR™ дори при 150 V над границата.