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汽車電動化,這些工程塑料大有作為

2020-12-14 13:39

汽車產業正在迎來百年一遇的大變革,CASE(網聯化、自動駕駛、共享、電動化)成為了重要的關鍵詞。內燃機車轉型為電動汽車后,以往的引擎、燃油部件將不復存在,取而代之的是電氣、電子元件和電池零部件。

  LCP外殼讓智能動力模塊實現小型化

  如新型動力控制單元(PCU)可將從電池提供過來的電壓變換成驅動電機工作的電壓,在通過定速巡航控制實現定速行駛時以及加速時對電機的驅動力進行調控。

  而在新型動力控制單元(PCU)中起核心作用的半導體復合部件則為智能動力模塊(IPM)。這個IPM 外殼的大小決定PCU全體的大小。本田汽車的零部件供應商Keihin公司通過IPM 零部件的技術革新實現了PCU 全體的小型化。

  對于智能動力模塊“外殼”,要求兼具耐熱性、絕緣性、焊錫焊的接合性、粘結性、凝膠密封等功能。為滿足這些要求,要求所使用的樹脂材料必須在高耐熱性、絕緣破壞強度、材料的強度、成型時的流動性、低放氣性等多方面都具備高的功能。

  其中尤其關于耐熱性,在IPM 的制造過程中,包括外殼都要經歷焊錫焊接工序,樹脂的表面溫度非常高,要求所使用的樹脂材料必須能夠承受。Keihin公司最終選用的是寶理塑料公司的LCP LAPEROS S135 含玻璃纖維的品級,以實現IPM的小型化和高動力輸出。

  對于IPM 外殼,一方面是作為LAPEROS LCP 樹脂的成型品,它是到目前為止從來沒有過的大尺寸,與此同時對它的精度要求又與到目前為止所應用的接插件等小型精密零部件所要求的高精度幾乎一樣。此外,在IPM 外殼上,有無數的被稱為Busbar 銅片縱橫交錯,樹脂就覆蓋在這些縱橫交錯的銅片網絡上面,與金屬的復合就必須滿足在不使用粘結劑的前提下實現組合成型。

  LCP 成型品面臨熔合強度的問題,在IPM 的制造過程中,必須保證被加熱時熔合部不會發生開裂。在這個問題的解決上發揮了巨大作用的是寶理塑料公司TSC(技術解決中心)所提供的流動解析數據。事實上,有關LCP 的大型零部件,積累的數據很少,很難完全滿足需要,但是,Keihin 公司和成型加工廠家,再加上寶理塑料公司3 家公司充分發揮數據共享的作用,最終克服熔合強度的難題成功開發出該產品。

  自動駕駛對汽車高速、高頻傳輸零部件的需求不斷增加

  另一方面,用于實現自動駕駛的ADAS(Advanced Driver-Assistance Systems――先進駕駛輔助系統)零部件正在不斷增加。

  自動駕駛級別基于SAE(Society of Automotive Engineers)的定義,L2級(部分駕駛自動化)以下屬于ADAS,L3級以上屬于自動駕駛。市面上已經有配備了L2級功能的車型銷售。無需贅言,駕駛汽車需要由駕駛員做出“視認、判斷、操作”。而ADAS則是通過各個零部件的運作,部分取代了這些動作。若將其大致分類,可以說“視認”對應傳感器,“判斷”對應ECU,“操作”對應執行器。另外,為傳感器無法識別的部分提供支持的通訊設備和連接各零部件的通信網絡也扮演著重要的角色。

  ADAS零部件由監控周邊的傳感器、執行動作的執行器、車與車之間或者車與基礎設施之間的通訊設備、做出判斷的ECU(Electronic Control Unit)組成。另外,隨著ADAS的高度發展,各零部件的收發數據量增加,高速通信變得不可或缺。而且隨著今后5G通信的進一步擴大,預計高速傳輸零部件和高頻傳輸零部件也將增加。

  隨著ADAS的高度發展,部分執行器零部件的控制功能自動化,所以相關產品需要具備很高的運行可靠性。因此,設計中越來越強調對冗余性的考量,例如將電源和信號的電路分為2個系統等。這種變化對可靠性提出了相當高的要求,需要執行器零部件即使被安裝在嚴苛環境下也不能發生故障。這些零部件所使用的樹脂也同樣需要很高的可靠性(長使用壽命)。

  耐水解特性的PBT可滿足苛刻的執行器零部件應用環境

  如安裝于車輛下方的零部件距離路面很近,會暴露于路面上的水、融雪劑和油等物質。另外,由于靠近引擎和馬達等發熱零部件,還會遇到高溫。出于這些環境因素,很多執行器零部件都選擇了耐熱性高、耐化學性好、吸水特性變化很小的PBT。

  寶理塑料公司的DURANEX 330HR、531HS、532AR能夠承受這種嚴酷的環境,是具有良好耐久性(耐水解特性)的材料。

  據介紹,車輛下方的環境溫度很高,而且還會接觸水和融雪劑,屬于金屬零部件容易生銹的環境。鐵不僅會腐蝕生銹,而且生銹時還會產生堿性物質。這種堿性物質和樹脂零部件接觸可能會使樹脂產生裂紋(應力開裂)。為了防止這種應力開裂的發生,需要采取以下任一措施:①使用具有耐堿性的樹脂,②對金屬采取防腐蝕措施。532AR品級對堿性物質具有耐性,即使金屬的銹液接觸到樹脂部位也不易產生應力開裂,所以非常適合用于安裝在車輛下方的零部件。

  具有阻燃性和尺寸穩定性的DURANEX® PBT 750AM

  隨著車輛的電動化,要求樹脂具備阻燃性的情況逐年增加。產生高電壓的馬達、電池、充電零部件中使用了很多具有阻燃性的樹脂。除此之外,近年來在用于V2X(Vehicle to everything)的數據通訊設備中也使用了阻燃性樹脂。V2X是自動駕駛(SAE L3級以上)的實用化所需功能,預計今后越來越多的車型會配備這一功能。該數據通訊設備的外殼和連接器使用了工程塑料。這些工程塑料除了阻燃性之外,還需要在車載環境下具有高耐久性和高尺寸精度。

  寶理塑料的產品DURANEX具有獲得了阻燃材料認證(UL標準中的V-0)的品級,得到眾多車載零部件的采用。特別是DURANEX 750AM在車載環境下具有很高的耐久性。此外還加入了穩定外殼和連接器形狀的功能,近年來愈發受到要求阻燃化的汽車零部件的青睞。

  寶理塑料表示,DURANEX 750AM具有汽車領域所要求的充分的耐久性和較高的形狀穩定性,是非常適合EV、HEV零部件、通訊設備等的材料。

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