Společnosti Nordmann a Kuraray jsou připraveny na budoucnost

Jednou z hlavních výzev, kterým dnes automobilový průmysl čelí, je zvýšení dojezdu elektromobilů. Snaha o vyšší účinnost také vytvořila trend k bateriovým systémům, které využívají vyšší napětí. Zatímco dřívější elektromobily byly vybaveny například bateriemi s napětím 300-400 V DC, moderní modely, jako je Porsche Taycan, jsou schopny využít napětí 800 V DC. Agregáty, které vydrží takové napětí, vyžadují vysoce výkonné izolační materiály, které jsou zároveň velmi lehké.

Materiály GENESTAR™ umožňují při použití v komponentech baterií obojí. Používají se jako alternativy kovů, které šetří hmotnost, a díky svému vysokému sledovacímu odporu jsou také vysoce výkonnými izolačními materiály - a společnost Kuraray podrobila své materiály GENESTAR™ PA9T zkoušce na vlastní zkušební stolici, aby vyhodnotila jejich limity. Výsledky? Zjištění ukazují, že výrobky GENESTAR™ překonávají současný limit maximálního napětí 600 V. Dokonce i při napětí 750 V nevykazovaly tři běžné třídy materiálu GENESTAR™ žádný elektrický průraz.

Srovnávací index sledování

Elektrický průraz, známý také jako tracking, je vytvoření vodivé cesty přes povrch izolačního materiálu. Ve většině případů k němu dochází v důsledku průrazu samotného materiálu. Pro účely porovnávání a návrhu se odolnost materiálu proti stopování vyjadřuje pomocí srovnávacího indexu stopování (CTI), což je nejvyšší napětí, při kterém materiál vydrží 50 kapek korozivního roztoku čpavkové soli, aniž by došlo ke stopování. Materiály s vysokým CTI vykazují lepší odolnost proti sledování a umožňují navrhovat součásti s menší vzdáleností plazivých prostorů (viz obrázek 1) mezi vodiči, než je stanoveno v normách IEC 60664-1.

Pro zlepšení opakovatelnosti a srovnávacích standardů byly zavedeny různé kategorie úrovně výkonu (PLC) (viz tabulka 1). Materiály nejvyšší třídy byly hodnoceny jako 0, což znamená, že ani při napětí 600 V nedochází k žádnému sledování. V současné době je stále více plastových materiálů hodnoceno jako PLC 0, a to buď díky jejich přirozeným vlastnostem (jako je tomu u polyftalamidů nebo PPA), nebo díky použití přísad, které zvyšují odolnost proti sledování u některých typů PPS a PBT.

Vzhledem k trendům směřujícím ke stále vyšším napětím a stále menším dílům vozidel by úvahy nad rámec současných tříd PLC mohly představovat další příležitost pro zlepšení elektrických vozidel. O kolik více než 600 V lze například rozšířit tabulku PLC? Jaká je skutečná hranice?

Z vědecké zvědavosti se výzkumné a vývojové oddělení společnosti Kuraray začalo touto otázkou hlouběji zabývat pomocí řady testů, při nichž hledalo limity své produktové řady GENESTAR™ PA9T. Pryskyřice GENESTAR™ PA9T jsou PPA s dlouhým řetězcem, které se vyznačují nízkou absorpcí vody. Většina druhů - od nevyztužených až po bezhalogenové typy V0 s 30% vyztužením skleněnými vlákny - má CTI vyšší než 600 V nebo PLC třídy 0.

Výsledky testů

Při prvním pokusu o posouzení mezních hodnot pryskyřic GENESTAR™ PA9T byla provedena měření CTI podle normy IEC 60112. Napětí bylo stupňováno až na 625 V a ukázalo se, že zdánlivý limit 600 V proudových tříd PLC je s největší pravděpodobností důsledkem nastavení zkoušky, protože v některých případech docházelo ke sledování přes vzduch (obr. 2 výše). Předpokládalo se, že tento průraz byl způsoben okrajem elektrody, protože studie ukazují, že přítomnost takového okraje způsobuje vyšší intenzitu pole než rovný povrch. Aby se tento problém obešel, byly elektrody otočeny o 180°. To vedlo k vytvoření větší vzdálenosti mezi elektrodami a protilehlým okrajem elektrody při zachování stejné vzdálenosti (obrázek 2, dole).

Po této malé úpravě bylo možné zvýšit napětí na 750 V, aniž by to mělo vliv na sledovací schopnost. To bylo potvrzeno kontrolním měřením s použitím materiálu s CTI 550 V.

Pomocí tohoto nastavení pak bylo změřeno pět různých materiálů GENESTAR™ (viz tabulka 2) s testovacím napětím až 750 V. Pouze u dvou z nich, standardního nevyztuženého materiálu (N1000A-M41) a standardní 30% třídy GF (G1300A-M41), bylo pozorováno sledování při napětí 675 V, resp. 725 V. U zbývajících tří odrůd nebylo sledování prokázáno ani při 750 V.

Je třeba poznamenat, že anorganická plniva, jako jsou skleněná vlákna, se při testování projevila pozitivně, protože všechny odrůdy materiálů GENESTAR™ vyztužené GF vykazovaly vyšší odolnost proti sledování nebo ve skutečnosti při 750 V vůbec nezpůsobovaly vybíjení. U nevyztužených typů je sledování, které bylo pozorováno při napětí 675 V, stále výrazně nad současným maximem. Také díky jejich vyšší tažnosti lze předpokládat vynikající odolnost proti praskání v důsledku tepelného šoku. Z tohoto důvodu představují typy GENESTAR™ ideální volbu např. pro přelisované kovové díly.

Ačkoli experimentální nastavení nepřesáhlo 750 V, tato zjištění ukazují, že nad 600 V je velký prostor, protože u běžných produktů GENESTAR™ nebylo pozorováno žádné sledování ani při napětí 150 V nad limitem.