Nordmann și Kuraray sunt pregătite pentru viitor

Una dintre provocările majore cu care se confruntă în prezent industria auto este modul de creștere a autonomiei vehiculelor electrice. De asemenea, căutarea unei eficiențe sporite a creat o tendință către sisteme de baterii care utilizează o tensiune mai mare. În timp ce mașinile electrice anterioare aveau baterii de 300-400 VDC, de exemplu, modelele moderne precum Porsche Taycan pot profita de o tensiune de 800 V. Agregatele care pot rezista la astfel de tensiuni necesită materiale izolante de înaltă performanță care sunt, de asemenea, foarte ușoare.

Materialele GENESTAR™ permit ambele lucruri atunci când sunt utilizate în componentele bateriilor. Acestea sunt utilizate ca alternative metalice care reduc greutatea și, datorită rezistenței ridicate la urmărire, sunt, de asemenea, materiale izolante de înaltă performanță - iar Kuraray a pus la încercare materialele GENESTAR™ PA9T pe propriul banc de testare pentru a le evalua limitele. Rezultatele? Constatările arată că produsele GENESTAR™ depășesc limita de tensiune maximă actuală de 600V. Chiar și la 750V, trei clase comune de GENESTAR™ nu au prezentat defecțiuni electrice.

Indice comparativ de urmărire

Căderea electrică, cunoscută și sub denumirea de tracking, este formarea unei căi conductoare pe suprafața unui material izolant. În majoritatea cazurilor, aceasta se produce ca urmare a unei defecțiuni a materialului însuși. Din motive de comparare și proiectare, rezistența unui material la urmărire este exprimată prin indicele său comparativ de urmărire (CTI), care este cea mai mare tensiune la care un material poate rezista la 50 de picături de soluție corozivă de sare amoniacală fără a se urmări. Materialele cu un CTI ridicat demonstrează o rezistență mai bună la urmărire și permit proiectarea pieselor cu o distanță de fluidizare (a se vedea figura 1) mai mică între conductori decât cea specificată în standardele IEC 60664-1.

Pentru a îmbunătăți repetabilitatea și standardele de comparație, au fost introduse diferite categorii de nivel de performanță (PLC) (a se vedea tabelul 1). Materialele de cea mai înaltă clasă au fost clasificate ca 0, indicând faptul că nu a avut loc nicio urmărire chiar și la 600 V. În prezent, din ce în ce mai multe materiale plastice sunt clasificate ca PLC 0, fie datorită proprietăților lor naturale (cum ar fi poliftalamidele sau PPA), fie prin utilizarea de aditivi care cresc rezistența la urmărire a anumitor tipuri de PPS și PBT.

Având în vedere că tendințele se îndreaptă către tensiuni din ce în ce mai mari și piese de vehicule din ce în ce mai mici, gândirea dincolo de clasele PLC actuale ar putea reprezenta următoarea oportunitate pentru îmbunătățirea vehiculelor electrice. De exemplu, cât de mult dincolo de 600V poate fi extins tabelul PLC? Care este limita reală?

Din curiozitate științifică, departamentul de cercetare și dezvoltare al Kuraray a început să aprofundeze această întrebare cu o serie de teste, căutând limitele familiei sale de produse GENESTAR™ PA9T. Rășinile GENESTAR™ PA9T sunt PPA cu lanț lung, caracterizate prin absorbție redusă de apă. Cele mai multe tipuri - de la cele nearmate până la tipurile V0 fără halogeni, cu o armare din 30% fibră de sticlă - au un CTI mai mare de 600V sau PLC clasa 0.

Rezultatele testelor

Într-o primă încercare de a evalua limitele rășinilor GENESTAR™ PA9T, au fost efectuate măsurători CTI în conformitate cu standardul IEC 60112. Tensiunea a fost crescută până la 625 V și s-a dovedit că limita aparentă de 600 V a claselor PLC de curent a fost cel mai probabil un rezultat al configurației de testare, deoarece urmărirea a avut loc prin aer în unele cazuri (figura 2 de mai sus). S-a presupus că această întrerupere a fost cauzată de marginea electrodului, deoarece studiile arată că prezența unei astfel de margini determină o intensitate a câmpului mai mare decât o suprafață plană. Pentru a eluda această problemă, electrozii au fost rotiți cu 180°. Acest lucru a dus la crearea unei distanțe mai mari între electrozi și marginea opusă a electrodului, menținând în același timp distanța de separare (figura 2, partea de jos).

După efectuarea acestei mici ajustări, tensiunea a putut fi crescută la 750V fără a afecta capacitatea de urmărire. Acest lucru a fost confirmat de o măsurătoare de control folosind un material cu un CTI de 550V.

Cinci materiale GENESTAR™ diferite au fost apoi măsurate folosind această configurație (a se vedea tabelul 2) cu tensiuni de testare de până la 750 V. Pentru doar două dintre acestea, un material standard nearmat (N1000A-M41) și un material standard cu 30% GF (G1300A-M41), s-a observat urmărirea la 675 V și, respectiv, 725 V. Pentru celelalte trei varietăți, nu s-a observat nicio urmărire nici măcar la 750 V.

Trebuie remarcat faptul că umpluturile anorganice, cum ar fi fibrele de sticlă, s-au dovedit a avea un efect pozitiv în cadrul testelor, deoarece toate tipurile de materiale GENESTAR™ cu GF întărit au demonstrat o rezistență mai mare la urmărire sau, de fapt, nu au provocat deloc descărcări la 750V. Pentru tipurile nereforțate, urmărirea care a fost observată la 675V este încă mult peste curentul maxim. De asemenea, datorită ductilității lor mai mari, se poate presupune o rezistență excelentă la fisurare în urma șocurilor termice. Din acest motiv, tipurile GENESTAR™ reprezintă o alegere ideală pentru, de exemplu, piese metalice supramuiate.

Deși configurația experimentală nu a depășit 750V, aceste constatări demonstrează că există o marjă mare de manevră peste 600V, deoarece nu s-a observat nicio urmărire pentru produsele GENESTAR™ comune chiar și la 150V peste limită.