Nordmann i Kuraray są gotowe na przyszłość

Jednym z głównych wyzwań stojących obecnie przed branżą motoryzacyjną jest zwiększenie zasięgu pojazdów elektrycznych. Poszukiwanie większej wydajności stworzyło również trend w kierunku systemów akumulatorowych, które wykorzystują wyższe napięcie. Podczas gdy wcześniejsze samochody elektryczne były wyposażone w akumulatory o napięciu 300-400 VDC, nowoczesne modele, takie jak Porsche Taycan, są w stanie wykorzystać napięcie 800 V. Agregaty, które są w stanie wytrzymać takie napięcia, wymagają wysokowydajnych materiałów izolacyjnych, które są również bardzo lekkie.

Materiały GENESTAR™ zapewniają obie te cechy, gdy są stosowane w komponentach akumulatorów. Są one stosowane jako oszczędzające wagę alternatywy dla metali, a dzięki wysokiej odporności na śledzenie są również wysokowydajnymi materiałami izolacyjnymi - a Kuraray poddał swoje materiały GENESTAR™ PA9T testom na własnym stanowisku testowym, aby ocenić ich ograniczenia. Wyniki? Wyniki pokazują, że produkty GENESTAR™ przekraczają obecny maksymalny limit napięcia 600V. Nawet przy napięciu 750 V, trzy popularne gatunki GENESTAR™ nie wykazały przebicia elektrycznego.

Porównawczy wskaźnik śledzenia

Przebicie elektryczne, znane również jako tracking, to tworzenie się ścieżki przewodzącej na powierzchni materiału izolacyjnego. W większości przypadków następuje to w wyniku uszkodzenia samego materiału. Dla celów porównawczych i projektowych, odporność materiału na śledzenie jest wyrażana przez jego porównawczy wskaźnik śledzenia (CTI), który jest najwyższym napięciem, przy którym materiał może wytrzymać 50 kropli korozyjnego roztworu soli amoniaku bez śledzenia. Materiały o wysokim CTI wykazują lepszą odporność na śledzenie i pozwalają na projektowanie części z mniejszą odległością upływu (patrz rysunek 1) między przewodnikami niż określono w normach IEC 60664-1.

Aby poprawić powtarzalność i standardy porównawcze, wprowadzono różne kategorie poziomów wydajności (PLC) (patrz Tabela 1). Materiały najwyższej klasy zostały sklasyfikowane jako 0, wskazując, że nie wystąpiło śledzenie nawet przy napięciu 600 V. Obecnie coraz więcej tworzyw sztucznych jest ocenianych jako PLC 0, albo ze względu na ich naturalne właściwości (takie jak poliftalamidy lub PPA), albo dzięki zastosowaniu dodatków, które zwiększają odporność na śledzenie niektórych rodzajów PPS i PBT.

Wraz z trendami zmierzającymi w kierunku coraz wyższych napięć i coraz mniejszych części pojazdów, myślenie wykraczające poza obecne klasy PLC może stanowić kolejną szansę na ulepszenie pojazdów elektrycznych. Jak daleko poza 600V, na przykład, można rozszerzyć tabelę PLC? Jaki jest prawdziwy limit?

Z naukowej ciekawości, dział badawczo-rozwojowy Kuraray zaczął zagłębiać się w to pytanie, przeprowadzając serię testów, szukając limitów swojej rodziny produktów GENESTAR™ PA9T. Żywice GENESTAR™ PA9T to długołańcuchowe PPA charakteryzujące się niską absorpcją wody. Większość gatunków - od niewzmocnionych po bezhalogenowe typy V0 z 30% wzmocnieniem włóknem szklanym - ma CTI większe niż 600 V lub PLC klasy 0.

Wyniki testów

W pierwszej próbie oceny limitów żywic GENESTAR™ PA9T przeprowadzono pomiary CTI zgodnie z normą IEC 60112. Napięcie zwiększono do 625 V i okazało się, że pozorna granica 600 V w bieżących klasach PLC była najprawdopodobniej wynikiem konfiguracji testu, ponieważ w niektórych przypadkach wystąpiło śledzenie w powietrzu (rysunek 2 powyżej). Założono, że ta awaria została spowodowana przez krawędź elektrody, ponieważ badania pokazują, że obecność takiej krawędzi powoduje większe natężenie pola niż płaska powierzchnia. Aby obejść ten problem, elektrody zostały obrócone o 180°. Spowodowało to utworzenie większej odległości między elektrodami a przeciwległą krawędzią elektrody, przy zachowaniu tej samej odległości (rysunek 2, na dole).

Po dokonaniu tej niewielkiej regulacji napięcie można było zwiększyć do 750 V bez wpływu na zdolność śledzenia. Zostało to potwierdzone przez pomiar kontrolny przy użyciu materiału o CTI 550V.

Pięć różnych materiałów GENESTAR™ zostało następnie zmierzonych przy użyciu tej konfiguracji (patrz Tabela 2) przy napięciach testowych do 750 V. Tylko w przypadku dwóch, standardowego niewzmocnionego (N1000A-M41) i standardowego gatunku 30% GF (G1300A-M41), zaobserwowano śledzenie odpowiednio przy 675 V i 725 V. W przypadku pozostałych trzech odmian nie zaobserwowano śledzenia nawet przy napięciu 750 V.

Należy zauważyć, że nieorganiczne wypełniacze, takie jak włókna szklane, wykazały pozytywny wpływ w testach, ponieważ wszystkie wzmocnione GF gatunki materiałów GENESTAR™ wykazały wyższą odporność na śledzenie lub w rzeczywistości w ogóle nie powodowały wyładowań przy 750 V. W przypadku niewzmocnionych typów, śledzenie, które zaobserwowano przy 675 V, jest nadal znacznie powyżej obecnego maksimum. Ze względu na ich wyższą plastyczność można również założyć doskonałą odporność na pękanie w wyniku szoku termicznego. Z tego powodu typy GENESTAR™ stanowią idealny wybór np. dla obtryskiwanych części metalowych.

Chociaż konfiguracja eksperymentalna nie wykraczała poza 750 V, wyniki te pokazują, że istnieje duży zakres powyżej 600 V, ponieważ nie zaobserwowano śledzenia dla popularnych produktów GENESTAR ™ nawet przy 150 V powyżej limitu.