Nordmann y Kuraray están preparados para el futuro

Uno de los principales retos a los que se enfrenta hoy la industria del automóvil es cómo aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos. La búsqueda de una mayor eficiencia también ha creado una tendencia hacia sistemas de baterías que utilizan un voltaje más alto. Mientras que los primeros coches eléctricos contaban con baterías de 300-400 VCC, por ejemplo, los modelos modernos como el Porsche Taycan son capaces de aprovechar un voltaje de 800 V. Los agregados que pueden soportar tales voltajes requieren materiales aislantes de alto rendimiento que también sean muy ligeros.

Los materiales GENESTAR™ permiten ambas cosas cuando se utilizan en componentes de baterías. Se utilizan como alternativas metálicas que ahorran peso y, gracias a su alta resistencia al seguimiento, también son materiales aislantes de alto rendimiento - y Kuraray ha puesto a prueba sus materiales GENESTAR™ PA9T en su propio banco de pruebas para evaluar sus límites. ¿Los resultados? Los resultados muestran que los productos GENESTAR™ superan el límite de tensión máxima actual de 600V. Incluso a 750V, tres grados comunes de GENESTAR™ no mostraron ninguna avería eléctrica.

Índice de seguimiento comparativo

La ruptura eléctrica, también conocida como tracking, es la formación de un camino conductor a través de la superficie de un material aislante. En la mayoría de los casos, esto ocurre como resultado de una ruptura del propio material. Por razones de comparación y diseño, la resistencia de un material al tracking se expresa mediante su Índice de Tracking Comparativo (CTI), que es la tensión más alta a la que un material puede soportar 50 gotas de una solución salina corrosiva de amoníaco sin tracking. Los materiales con un CTI elevado demuestran una mayor resistencia al tracking y permiten diseñar piezas con una menor distancia de fuga (véase la figura 1) entre conductores que la especificada en las normas IEC 60664-1.

Para mejorar la repetibilidad y las normas de comparación, se introdujeron varias categorías de nivel de rendimiento (PLC) (véase la Tabla 1). Los materiales de clase más alta se clasificaban como 0, lo que indicaba que no se producía tracking ni siquiera a 600 V. En la actualidad, cada vez más materiales plásticos se clasifican como PLC 0, ya sea debido a sus propiedades naturales (como ocurre con las poliftalamidas, o PPA) o mediante el uso de aditivos que aumentan la resistencia al tracking de ciertos tipos de PPS y PBT.

Con la tendencia hacia voltajes cada vez más altos y piezas de vehículos cada vez más pequeñas, pensar más allá de las actuales clases de PLC podría representar la próxima oportunidad para mejorar los vehículos eléctricos. ¿Cuánto más allá de 600 V, por ejemplo, puede ampliarse la tabla de PLC? ¿Cuál es el límite real?

Por curiosidad científica, el departamento de investigación y desarrollo de Kuraray comenzó a profundizar en esta cuestión con una serie de pruebas, buscando los límites de su familia de productos GENESTAR™ PA9T. Las resinas GENESTAR™ PA9T son PPA de cadena larga que se caracterizan por una baja absorción de agua. La mayoría de los grados -que van desde los no reforzados hasta los tipos V0 sin halógenos con un 30% de refuerzo de fibra de vidrio- tienen un CTI superior a 600V o PLC Clase 0.

Resultados de las pruebas

En un primer intento de evaluar los límites de las resinas GENESTAR™ PA9T, se llevaron a cabo mediciones CTI de acuerdo con la norma IEC 60112. El voltaje se incrementó hasta 625 V, y resultó que el límite aparente de 600 V de las clases de corriente PLC era muy probablemente un resultado de la configuración de la prueba, ya que en algunos casos se produjo rastreo a través del aire (Figura 2, arriba). Se supuso que esta avería había sido causada por el borde del electrodo, ya que los estudios demuestran que la presencia de dicho borde provoca una intensidad de campo mayor que la de una superficie plana. Para evitarlo, se giraron los electrodos 180°. De este modo, se creó una distancia mayor entre los electrodos y el borde opuesto del electrodo, al tiempo que se mantenía la misma distancia de separación (figura 2, abajo).

Tras realizar este pequeño ajuste, se pudo aumentar la tensión hasta 750 V sin que ello afectara a la capacidad de seguimiento. Esto se confirmó con una medición de control utilizando un material con un CTI de 550V.

A continuación, se midieron cinco materiales GENESTAR™ diferentes utilizando esta configuración (véase la Tabla 2) con tensiones de prueba de hasta 750 V. Sólo en dos de ellos, uno estándar no reforzado (N1000A-M41) y otro estándar con un 30% de GF (G1300A-M41), se observó tracking a 675V y 725V respectivamente. En las otras tres variedades, no se observó tracking ni siquiera a 750 V.

Cabe señalar que los rellenos inorgánicos como las fibras de vidrio demostraron tener un efecto positivo en las pruebas, ya que todos los grados reforzados con GF de los materiales GENESTAR™ demostraron una mayor resistencia al tracking o, de hecho, no provocaron descarga alguna a 750V. Para los tipos no reforzados, el tracking que se observó a 675V sigue estando muy por encima del máximo actual. Debido a su mayor ductilidad, también se puede suponer una excelente resistencia al agrietamiento por choque térmico. Por esta razón, los tipos GENESTAR™ representan una opción ideal para, por ejemplo, piezas metálicas sobremoldeadas.

Aunque la configuración experimental no iba más allá de 750 V, estos resultados demuestran que hay un gran margen por encima de 600 V, ya que no se observó seguimiento en los productos GENESTAR™ comunes incluso a 150 V por encima del límite.