ترموپلاستیک های مقاوم در شرایط بسیار سخت

قطعات برای صنایع خودروسازی، الکترونیک و هوانوردی و همچنین برای اتصال در اینترنت اشیا همچنان نازک‌تر، سبک‌تر و کوچک‌تر می‌شوند و نیاز به پلیمرها و ترکیبات مقاوم در برابر دمای بالا را افزایش می‌دهند. جدیدترین پیشرفت‌های مواد برای حفظ پایداری و یکپارچگی مکانیکی در قطعات و ابزارهایی که توان بالاتر و ولتاژ بالاتر را می‌کشند، در حالی که ویژگی‌های عملکردی اضافی از تاخیر در شعله، محافظ EMI ، مقاومت در برابر رطوبت و غیره را ارائه می‌دهند.

Freudenberg Sealing Technologies، توسعه‌دهنده مواد با کارایی بالا و محصولات پیشرفته برای بخش خودرو و صنعت عمومی، یک ترموپلاستیک گرید تزریق با قابلیت کراسلینک ایجاد کرده است که در برابر ذوب شدن در دماهای شدید تا 1200 درجه سانتی‌گراد مقاومت می‌کند.

کیرا تروکسیوس (متخصص مواد ترموپلاستیک در این شرکت) گفت که مواد جدید Quantix Ultra بر اساس گریدهای پلی‌کتون و پلی اتر اترکتون (PEEK) است که قبلاً در برابر دما مقاوم هستند و از افزودن دقیق پرکننده‌هایی مانند شیشه یا الیاف کربن که پایداری مکانیکی آن را حتی در گرمای بسیار زیاد تقویت می‌کنند، فرموله شده است. اتصال متقاطع زنجیره های مولکولی پلاستیکی تضمین می کند که محصول حتی در شرایط سخت نیز شکل خود را حفظ می کند.

تروکسیوس گفت: “مواد در دماهای بالا ذوب یا مشتعل نمی شوند.” در عوض، رفتار ارتجاعی از خود نشان می دهد که می تواند با الاستومر مقایسه شود. تروکسیوس می‌گوید: «همچنین دمای انتقال شیشه‌ای این محصول 53 درجه بالاتر از سایر محصولات مشابه پایه PEEK است، که به این معنی است که استحکام و محافظت در برابر شعله خود را در مدت زمان بسیار طولانی‌تری حفظ می‌کند.»

در تست های آزمایشگاهی، یک نمونه ماده با ضخامت 2 میلی‌متر در برابر شعله مشعل اعمال شده با دمای 1200 درجه سانتی‌گراد به مدت بیش از 25 دقیقه مقاومت کرد. در آزمایش‌های بعدی شبیه‌سازی انتشار ذرات داغ تحت فشار بالا، که می‌تواند در صورت تخلیه ناگهانی گازهای سلول باتری رخ دهد، Quantix Ultra در تست استرس به مدت 20 ثانیه مقاومت کرد. تروکسیوس گفت که این درحالیست که یک نمونه آلومینیومی با ضخامت 2 میلی متر در شرایط مشابه در 2 تا 3 ثانیه از بین رفت.

پیشرفت‌ها در پلاستیک‌های با دمای بالا به برنامه‌های خارج از بخش خودرو، مانند اینترنت اشیا، که در آن تعداد دستگاه‌های متصل همچنان در حال افزایش است. مراکز داده که به عنوان ستون فقرات اقتصاد دیجیتال در نظر گرفته می شوند، همچنین تحت فشار دائمی برای افزایش کارایی، کاهش مصرف انرژی و مقیاس بندی سریع برای پاسخگویی به نیازهای یک پایگاه کاربر در حال گسترش هستند. دستگاه‌های مدیریت انرژی، حفاظت مدار، اتصالات ولتاژ بالا و سیستم‌های مدیریت کابل به افزایش تقاضا برای مواد مهندسی خلاقانه منتهی شده است.

Ascend Performance Materials گفت که در خانواده ترکیبات PA66 Starflam X-Protect خود پیشرفت هایی داشته است، که قادر است در معرض مستقیم دمای شعله تا 1100 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه مقاومت کند و خطر نشت حرارتی برای ایمنی مسافران خودروهای الکتریکی را کاهش دهد. این ماده، ضد شعله را با یکپارچگی ساختاری ترکیب می کند، و آن را به عنوان کاندیدای موانع آتش، چه به عنوان مواد محفظه یا عایق الکتریکی برای اجزایی مانند شینه ها (busbars) ، تبدیل می کند.Starflam X-Protect اخیراً آزمایش ایمنی مواد محفظه باتری EV را گذرانده است.

پلیمرهای با عملکرد بالا با پلاستیک های استاندارد یا مهندسی در درجه اول به دلیل پایداری حرارتی و عملکرد مکانیکی بالاتر، مقاومت شیمیایی عالی، پایداری ابعادی و مقاومت در برابر شعله متفاوت هستند. بوکت توران، مدیر بازاریابی فنی در Eurotec گفت که مقاومت در برابر دمای بالا یکی از پارامترهای کلیدی است که محدوده پلیمرهای مورد استفاده در کاربردهای انتخابی از خودرو تا الکترونیک را محدود کرده است.

خودروسازانی که قدرت بیشتری را از موتورهای کوچکتر به دست می‌آورند، در حالیکه این موتورها نیاز دارند که در دماهای بالاتر کار کنند. توران گفت که این امر مستلزم آن است که مواد در CUT (دمای استفاده مداوم) بالا عمل کنند و در عین حال خواص مکانیکی را حفظ کنند. بسیاری از راه‌حل‌های خودرویی که به مقاومت حرارتی طولانی‌مدت نیاز دارند، با مواد مبتنی بر PPA، PPS و PEEK مواجه شده‌اند که در طیف وسیعی از کاربردها، از جمله اجزای احتراق و حسگرها برای قطعات زیرپوش، سوکت‌های لامپ با حرارت بالا، بدنه اینورتر و سیم‌پیچ‌ها در سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند.

Syensqo همچنین مجموعه پلی‌فنیلن سولفید رایتون (PPS) خود را با درجه ولتاژ و جریان بالا گسترش داد که برای تداوم جهش‌های قابل توجه در برق‌رسانی خودرو توسعه یافته است. این شرکت گفت: «سازمان‌های OEM و تأمین‌کنندگان ردیف 1 در خودرو، به‌طور مداوم به دنبال راه‌هایی برای بهبود ایمنی، قابلیت اطمینان و پایداری بدون به خطر انداختن سیستم هستند».

درجه ولتاژ بالا Ryton PPS Supreme HV که مخصوص ماژول های برق ولتاژ بالا توسعه یافته است، یک CTI 600 ولت را در عملکرد الکتریکی ترکیب می کند و در عین حال دمای استفاده مداوم (CUT) یا شاخص حرارتی الکتریکی (RTI) را بالای 175 درجه سانتی گراد جهت پایداری حرارتی عالی و مقاومت با درجه اشتعال پذیری UL94 V0 حفظ می کند. درجه جریان بالا Ryton HF جدید آن برای بوبین در موتورهای شار محوری طراحی شده است. استحکام مکانیکی بالا و جریان پذیری عالی برای اجزای جدار نازک 0.3 میلی متری ارائه می دهد که می تواند دمای عنصر گرمایش را کاهش دهد و مدیریت حرارتی قابل اعتماد را تسهیل کند. در مورد حامل های سیم پیچ، ضخامت کمتر امکان تبادل حرارتی بهتر را فراهم می کند که می تواند به مدیریت بهتر دمای موتور کمک کند. Syensqo گفت که ضخامت دیواره کاهش یافته همچنین اجازه می دهد تا مس بیشتری در قطعه وجود داشته باشد، که می تواند به معنای کارایی بالاتر یک سیستم باشد. کاربردهای هدف که در آن مواد می تواند سهم قابل توجهی در کوچک سازی و بهینه سازی بسته داشته باشد شامل بوبین برای استاتورها و عایق ها است.

رومیرا کاربردهای جدید در خودروهای الکتریکی را به عنوان عامل افزایش تقاضا برای پلیمرهایی با خواص حرارتی و الکتریکی بالاتر می بیند. علاوه بر این، ویژگی‌های دیگری از جمله محافظ تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و هدایت حرارتی/الکتریکی بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. در خودروهای الکتریکی هیبریدی، کوچک کردن موتور احتراقی منجر به ایجاد نقاط داغ محلی می‌شود که سیستم‌های مدیریت حرارتی باید برای مدیریت آن طراحی شوند.

BASF اکنون Ultramid Advanced N3U41 G6 LS را ارائه می‌کند، یک پلی‌فتالامید مناسب (PPA) که مخصوصاً برای ساخت محفظه‌های نیمه رساناهای ترانزیستور دوقطبی با دروازه عایق (IGBT) مناسب است. گرید جدید Ultramid Advanced N یک ترکیب حساس به لیزر و غیر هالوژنه ضد شعله است که پایداری حرارتی بالاتر را با جذب آب کم و خواص الکتریکی که با CTI بیشتر از 600 ولت مشخص می شود، ترکیب می کند.

به گفته BASF، ویژگی‌های جدید Ultramid Advanced درجه N از کوچک‌سازی IGBT با فاصله خزش کمتر و عایق‌بندی بهتر نسبت به موادی که تاکنون برای این کلیدهای برق استفاده شده است، پشتیبانی می‌کند. این شرکت گفت که IGBT ها به عنوان یک سوئیچ سریع و کارآمد در مدارهای الکتریکی پرقدرت عمل می کنند و می توانند به صورت ماژول مونتاژ شوند و برنامه هایی را که با افزایش جریان ولتاژ مشخص می شوند و در عین حال فشرده تر می شوند، امکان پذیر می کند. این ترکیب برای مقاومت در برابر افزایش دما و جریان های الکتریکی بالاتر و در عین حال حفظ استحکام مکانیکی خود بهینه شده است و از نیمه هادی ها در برابر تنش های مکانیکی و محیطی مانند رطوبت، گرد و غبار و کثیفی محافظت می کند.

BASF گفت که تولید IGBT با مواد PPA خود با مواد گلدانی که برای مونتاژ نیمه هادی ها پس از قالب گیری تزریقی با پین ها و گیره های فلزی استفاده می شود، سازگار است. مجموعه PPA آن شامل Ultramid Advanced N (PA9T)، Ultramid Advanced T1000 (PA6T/6I)، Ultramid Advanced T2000 (PA6T/66)، Ultramid T KR (PA6T/6، Ultramid One J (PA66/6T) و Ultramid D3 (PA66/6T) است. /PPA). نمرات، با یا بدون مواد بازدارنده شعله، و در سایه های مختلف از بی رنگ تا مشکی قابل تشخیص با لیزر، با تقویت کننده های شیشه کوتاه، شیشه بلند یا الیاف معدنی و با تثبیت کننده های حرارتی مختلف موجود است.