Η Nordmann και η Kuraray είναι έτοιμες για το μέλλον

Μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει σήμερα η αυτοκινητοβιομηχανία είναι η αύξηση της αυτονομίας των ηλεκτρικών οχημάτων. Η αναζήτηση μεγαλύτερης αποδοτικότητας, επίσης, έχει δημιουργήσει μια τάση προς συστήματα μπαταριών που χρησιμοποιούν υψηλότερη τάση. Ενώ τα παλαιότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα διέθεταν μπαταρίες 300-400 VDC, για παράδειγμα, τα σύγχρονα μοντέλα, όπως η Porsche Taycan, είναι σε θέση να εκμεταλλευτούν την τάση 800V. Τα συσσωματώματα που μπορούν να αντέξουν τέτοιες τάσεις απαιτούν μονωτικά υλικά υψηλής απόδοσης που είναι επίσης πολύ ελαφριά.

Τα υλικά GENESTAR™ επιτρέπουν και τα δύο όταν χρησιμοποιούνται σε εξαρτήματα μπαταριών. Χρησιμοποιούνται ως εναλλακτικές λύσεις μετάλλων για την εξοικονόμηση βάρους και, χάρη στην υψηλή αντίσταση στην τροχιά τους, είναι επίσης μονωτικά υλικά υψηλής απόδοσης - και η Kuraray έθεσε τα υλικά GENESTAR™ PA9T σε δοκιμασία στο δικό της δοκιμαστήριο για να αξιολογήσει τα όριά τους. Τα αποτελέσματα Τα ευρήματα δείχνουν ότι τα προϊόντα GENESTAR™ ξεπερνούν το ισχύον μέγιστο όριο τάσης των 600V. Ακόμη και στα 750V, τρεις κοινές ποιότητες GENESTAR™ δεν παρουσίασαν καμία ηλεκτρική διάσπαση.

Συγκριτικός δείκτης παρακολούθησης

Η ηλεκτρική διάσπαση, γνωστή και ως tracking, είναι ο σχηματισμός μιας αγώγιμης διαδρομής κατά μήκος της επιφάνειας ενός μονωτικού υλικού. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτό συμβαίνει ως αποτέλεσμα της διάσπασης του ίδιου του υλικού. Για λόγους σύγκρισης και σχεδιασμού, η αντίσταση ενός υλικού στην ιχνηλασιμότητα εκφράζεται από τον συγκριτικό δείκτη ιχνηλασιμότητας (CTI), ο οποίος είναι η υψηλότερη τάση στην οποία ένα υλικό μπορεί να αντέξει 50 σταγόνες διαβρωτικού διαλύματος αλατιού αμμωνίας χωρίς να ιχνηλατηθεί. Τα υλικά με υψηλό CTI επιδεικνύουν καλύτερη αντίσταση στην ιχνηλασιμότητα και επιτρέπουν τον σχεδιασμό εξαρτημάτων με μικρότερη απόσταση ερπυσμού (βλ. Σχήμα 1) μεταξύ των αγωγών απ' ό,τι ορίζεται στα πρότυπα IEC 60664-1.

Για τη βελτίωση της επαναληψιμότητας και των προτύπων σύγκρισης, εισήχθησαν διάφορες κατηγορίες επιπέδων επιδόσεων (PLC) (βλ. Πίνακα 1). Τα υλικά της υψηλότερης κατηγορίας κατατάχθηκαν στην κατηγορία 0, υποδεικνύοντας ότι δεν εμφανιζόταν ιχνηλάτηση ακόμη και στα 600 V. Σήμερα όλο και περισσότερα πλαστικά υλικά βαθμολογούνται ως PLC 0, είτε λόγω των φυσικών τους ιδιοτήτων (όπως με τα πολυφθαλαμίδια ή PPA) είτε μέσω της χρήσης πρόσθετων που αυξάνουν την αντίσταση στην τροχιοδρόμηση ορισμένων τύπων PPS και PBT.

Με τις τάσεις να κινούνται προς ολοένα και υψηλότερες τάσεις και ολοένα και μικρότερα εξαρτήματα οχημάτων, η σκέψη πέρα από τις τρέχουσες κατηγορίες PLC θα μπορούσε να αποτελέσει την επόμενη ευκαιρία για τη βελτίωση των ηλεκτρικών οχημάτων. Πόσο πιο πέρα από τα 600V, για παράδειγμα, μπορεί να επεκταθεί ο πίνακας PLC Ποιο είναι το πραγματικό όριο

Από επιστημονική περιέργεια, το τμήμα έρευνας και ανάπτυξης της Kuraray άρχισε να εμβαθύνει σε αυτό το ερώτημα με μια σειρά δοκιμών, αναζητώντας τα όρια της οικογένειας προϊόντων GENESTAR™ PA9T. Οι ρητίνες GENESTAR™ PA9T είναι PPA μακράς αλυσίδας που χαρακτηρίζονται από χαμηλή απορρόφηση νερού. Οι περισσότερες ποιότητες - που κυμαίνονται από μη ενισχυμένους έως τύπους V0 χωρίς αλογόνα με 30% ενίσχυση με ίνες γυαλιού - έχουν CTI μεγαλύτερο από 600V ή κλάση PLC 0.

Ευρήματα της δοκιμής

Σε μια πρώτη προσπάθεια να εκτιμηθούν τα όρια των ρητινών GENESTAR™ PA9T, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις CTI σύμφωνα με το πρότυπο IEC 60112. Η τάση ανέβηκε σε 625 V και αποδείχθηκε ότι το φαινομενικό όριο 600 V των τάξεων ρεύματος PLC ήταν πιθανότατα αποτέλεσμα της διάταξης δοκιμής, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις εμφανιζόταν ιχνηλάτηση μέσω του αέρα (Σχήμα 2, παραπάνω). Θεωρήθηκε ότι η διάσπαση αυτή είχε προκληθεί από την άκρη του ηλεκτροδίου, καθώς μελέτες δείχνουν ότι η παρουσία μιας τέτοιας άκρης προκαλεί υψηλότερη ένταση πεδίου από ό,τι μια επίπεδη επιφάνεια. Για να παρακαμφθεί αυτό το ζήτημα, τα ηλεκτρόδια περιστράφηκαν κατά 180°. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων και της απέναντι άκρης του ηλεκτροδίου, ενώ η απόσταση καθαρισμού παρέμεινε η ίδια (Σχήμα 2, κάτω).

Αφού έγινε αυτή η μικρή προσαρμογή, η τάση θα μπορούσε να αυξηθεί στα 750V χωρίς να επηρεαστεί η ικανότητα παρακολούθησης. Αυτό επιβεβαιώθηκε από μια μέτρηση ελέγχου με τη χρήση ενός υλικού με CTI 550V.

Στη συνέχεια, μετρήθηκαν πέντε διαφορετικά υλικά GENESTAR™ με τη χρήση αυτής της διάταξης (βλ. Πίνακα 2) με τάσεις δοκιμής έως και 750 V. Μόνο για δύο, ένα τυπικό μη ενισχυμένο (N1000A-M41) και ένα τυπικό υλικό ποιότητας 30% GF (G1300A-M41), παρατηρήθηκε παρακολούθηση στα 675V και 725V αντίστοιχα. Για τις άλλες τρεις ποικιλίες, δεν παρατηρήθηκε καμία παρακολούθηση ούτε στα 750 V.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ανόργανα πληρωτικά υλικά όπως οι ίνες γυαλιού αποδείχθηκε ότι έχουν θετική επίδραση στις δοκιμές, καθώς όλες οι ενισχυμένες με GF ποιότητες υλικών GENESTAR™ επέδειξαν υψηλότερη αντίσταση στην παρακολούθηση ή στην πραγματικότητα δεν προκάλεσαν καθόλου εκφόρτιση στα 750V. Για τους μη ενισχυμένους τύπους, το tracking που παρατηρήθηκε στα 675V εξακολουθεί να είναι πολύ πάνω από το μέγιστο ρεύμα. Λόγω της υψηλότερης ολκιμότητάς τους, επίσης, μπορεί να υποτεθεί εξαιρετική αντίσταση στη ρηγμάτωση από θερμικό σοκ. Για το λόγο αυτό, οι τύποι GENESTAR™ αποτελούν ιδανική επιλογή για π.χ. μεταλλικά εξαρτήματα με επικάλυψη.

Παρόλο που η πειραματική διάταξη δεν υπερέβη τα 750V, τα ευρήματα αυτά αποδεικνύουν ότι υπάρχει μεγάλο περιθώριο πάνω από τα 600V, καθώς δεν παρατηρήθηκε καμία παρακολούθηση για τα κοινά προϊόντα GENESTAR™ ακόμη και στα 150V πάνω από το όριο.