Nordmann és Kuraray készen áll a jövőre

Az autóipar előtt álló egyik legnagyobb kihívás napjainkban az, hogy miként növelhető az elektromos járművek hatótávolsága. A nagyobb hatékonyságra való törekvés is a nagyobb feszültséget használó akkumulátor-rendszerek irányába mutat. Míg a korábbi elektromos autók például 300-400 V egyenfeszültségű akkumulátorokkal rendelkeztek, a modern modellek, mint például a Porsche Taycan, már 800 V feszültséget is képesek kihasználni. Az ilyen feszültségeket elviselő aggregátumok nagy teljesítményű szigetelőanyagokat igényelnek, amelyek egyben nagyon könnyűek is.

A GENESTAR™ anyagok mindkettőt lehetővé teszik, amikor az akkumulátorok alkatrészeiben használják őket. Súlytakarékos fémalternatívaként használják őket, és magas követési ellenállásuknak köszönhetően egyben nagy teljesítményű szigetelőanyagok is - a Kuraray pedig saját próbapadján tette próbára GENESTAR™ PA9T anyagait, hogy felmérje azok határait. Az eredmények? Az eredmények azt mutatják, hogy a GENESTAR™ termékek meghaladják a jelenlegi 600 V-os maximális feszültséghatárt. A GENESTAR™ három gyakori fajtája még 750V-os feszültségnél sem mutatott elektromos átmenetet.

Összehasonlító követési index

Az elektromos átütés, más néven tracking, egy szigetelőanyag felületén keresztül vezető útvonal kialakulása. A legtöbb esetben ez magának az anyagnak a meghibásodása következtében következik be. Összehasonlítási és tervezési okokból egy anyag nyomvonal-ellenállását az összehasonlító nyomvonal-index (CTI) fejezi ki, amely az a legmagasabb feszültség, amelynél az anyag 50 csepp maró hatású ammóniasóoldat cseppjének nyomvonal-ellenállása nélkül ellenáll. A magas CTI-vel rendelkező anyagok jobb ellenállást mutatnak a nyomkövetéssel szemben, és lehetővé teszik, hogy az IEC 60664-1 szabványban előírtnál kisebb kúszási távolsággal (lásd az 1. ábrát) tervezzék a vezetékek közötti alkatrészeket.

Az ismételhetőség és az összehasonlítási standardok javítása érdekében különböző teljesítményszint-kategóriákat (PLC) vezettek be (lásd az 1. táblázatot). A legmagasabb osztályba sorolt anyagokat 0-nak minősítették, ami azt jelzi, hogy még 600 V-on sem történt követés. Napjainkban egyre több műanyagot sorolnak a PLC 0-ba, vagy természetes tulajdonságaik miatt (mint például a poliftalamidok vagy PPA), vagy olyan adalékanyagok használata miatt, amelyek növelik bizonyos PPS- és PBT-típusok követési ellenállását.

Az egyre magasabb feszültségek és egyre kisebb járműalkatrészek felé mutató trendek miatt a jelenlegi PLC-osztályokon túli gondolkodás jelentheti a következő lehetőséget az elektromos járművek javítására. Mennyivel lehet például 600 V fölé bővíteni a PLC-táblázatot? Mi a valódi határ?

Tudományos kíváncsiságból a Kuraray kutatási és fejlesztési részlege egy tesztsorozattal kezdett mélyebbre merülni ebben a kérdésben, és a GENESTAR™ PA9T termékcsaládjának határait kereste. A GENESTAR™ PA9T gyanták hosszú láncú PPA-k, amelyeket alacsony vízfelvétel jellemez. A legtöbb típus - az erősítetlenektől a 30% üvegszál-erősítéssel ellátott halogénmentes V0 típusokig - CTI értéke nagyobb, mint 600 V vagy 0 PLC osztály.

Vizsgálati eredmények

A GENESTAR™ PA9T gyanták határértékeinek felmérésére tett első kísérletként CTI-méréseket végeztek az IEC 60112 szabvány szerint. A feszültséget 625 V-ig emeltük, és kiderült, hogy az áram PLC-osztályok látszólagos 600 V-os határa valószínűleg a vizsgálati elrendezés eredménye, mivel a levegőn keresztül néhány esetben nyomon követés történt (2. ábra, fent). Feltételezték, hogy ezt az áttörést az elektróda széle okozta, mivel a vizsgálatok szerint egy ilyen él jelenléte nagyobb térerősséget okoz, mint egy sima felület. Ennek a problémának a megkerülése érdekében az elektródákat 180°-kal elforgatták. Ez azt eredményezte, hogy az elektródák és a szemben lévő elektróda széle között nagyobb távolság jött létre, miközben a tisztasági távolság nem változott (2. ábra, alul).

Miután elvégeztük ezt a kis kiigazítást, a feszültséget 750V-ra lehetett növelni anélkül, hogy a követési képességet befolyásolta volna. Ezt egy 550V-os CTI-vel rendelkező anyaggal végzett ellenőrző mérés is megerősítette.

Ezután öt különböző GENESTAR™ anyagot mértünk ezzel a beállítással (lásd a 2. táblázatot) 750 V-ig terjedő vizsgálati feszültséggel. Csak kettőnél, egy szabványos, nem erősített (N1000A-M41) és egy szabványos, 30%-os GF minőségű (G1300A-M41) anyagnál figyeltek meg követést 675 V, illetve 725 V feszültségnél. A másik három fajta esetében még 750 V-nál sem mutattak ki követést.

Meg kell jegyezni, hogy az olyan szervetlen töltőanyagok, mint az üvegszálak pozitív hatást mutattak ki a vizsgálatok során, mivel a GENESTAR™ anyagok minden GF-erősítésű fajtája nagyobb követési ellenállást mutatott, vagy valójában 750V-on egyáltalán nem okozott kisülést. Az erősítetlen típusok esetében a 675 V-nál megfigyelt követés még mindig jóval az aktuális maximum felett van. A nagyobb duktilitásuk miatt is feltételezhető, hogy kiválóan ellenállnak a termikus sokkból eredő repedéseknek. Emiatt a GENESTAR™ típusok ideális választást jelentenek pl. átformázott fém alkatrészekhez.

Bár a kísérleti elrendezés nem terjedt 750V fölé, ezek az eredmények azt mutatják, hogy 600V felett nagy a mozgástér, mivel a GENESTAR™ termékeknél még 150V-nál is a határérték fölött nem volt megfigyelhető követés.