Khám phá ứng dụng Vật liệu PPS giảm xóc cao trong hệ thống điều khiển điện tử

I. Giới thiệu: Kích thước hiệu suất bị bỏ qua

Hạt chia organic (PP) Với khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, chống ăn mòn hóa học và ổn định kích thước, nó đã được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển điện ô tô năng lượng mới, đầu nối điện và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, có một khía cạnh hiệu suất đã bị ngành công nghiệp bỏ qua từ lâu -Hiệu suất giảm xóc。

Giảm xóc, khả năng hấp thụ năng lượng rung của vật liệu, thường được đo bằng yếu tố mất mát (tan δ). Đối với các bộ phận điện được lắp đặt trong môi trường rung - cho dù đó là hộp đầu cuối xung quanh động cơ, đầu nối gần động cơ hoặc vỏ biến tần được tích hợp trên cụm ổ điện - khả năng giảm xóc của vật liệu liên quan trực tiếp đến sự ổn định tiếp xúc của thiết bị đầu cuối, tuổi thọ mỏi của các mối hàn và thậm chí độ tin cậy lâu dài của toàn bộ hệ thống.

Thật không may, thói quenPPSYếu tố tổn thất ở nhiệt độ bình thường là cực kỳ thấp. Các nghiên cứu trong ngành cho thấy PPS, mặc dù có yếu tố tổn thất cao hơn ở nhiệt độ cao hơn, chẳng hạn như trên 100 ° C, nhưng yếu tố tổn thất thấp trong khoảng nhiệt độ bình thường từ 100 ° C trở xuống. Điều này có nghĩa là khi rung được dẫn đến hộp thiết bị đầu cuối hoặc đầu nối được làm bằng PPS, năng lượng rung được truyền gần như hoàn toàn đến các điểm nối hoặc mối hàn bên trong, và sự tích tụ lâu dài có thể dẫn đến tiếp xúc lỏng lẻo, tăng sức đề kháng, nhiệt và thậm chí là ablation.

Ngành công nghiệp không phải không nhận thức được vấn đề này. Trong động cơbộ điều khiểnTrong các ứng dụng như kết nối áp suất cao, các kỹ sư thường bù đắp cho sự thiếu hụt giảm xóc của vật liệu bằng cách tăng miếng đệm cao su và tối ưu hóa thiết kế kết cấu. Nhưng các sơ đồ này làm tăng số lượng bộ phận, quy trình lắp ráp và chi phí, và đường dẫn giảm rung phụ thuộc vào cấu trúc bên ngoài hơn là các đặc tính riêng của vật liệu. Nếu vấn đề này có thể được giải quyết ở cấp độ vật liệu, nó sẽ cung cấp một mức độ tự do hoàn toàn mới cho thiết kế giảm rung của hệ thống điều khiển điện.

Công ty hóa chất Wolf đã tiến hành thăm dò và kiểm chứng liên tục theo hướng này, hiện đang chia sẻ thành quả bước đầu với các đồng nghiệp trong ngành.

　Thứ hai, tình trạng hiện tại của ngành: giảm xóc tấm ngắn của PPS thông thường

2.1 Tại sao giảm xóc PPS thông thường thấp?

Chuỗi phân tử PPS được tạo thành từ sự sắp xếp luân phiên của vòng benzen và các nguyên tử lưu huỳnh, cấu trúc được điều chỉnh cao và độ tinh thể thường nằm trong khoảng 50%~60%. Cấu trúc có trật tự này mang lại cho PPS độ cứng và khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, nhưng cũng có một tác dụng phụ:

Chuyển động của phân đoạn chuỗi phân tử bị hạn chế: Ở nhiệt độ bình thường, chuỗi phân tử PPS ở trạng thái "đóng băng", khó tiêu tán năng lượng rung bằng ma sát bên trong giữa các chuỗi phân tử

Yếu tố tổn thất rất thấp: tan δ thường chỉ 0,001~0,06 ở nhiệt độ bình thường, về cơ bản không có khả năng hấp thụ rung

Sự phụ thuộc nhiệt độ là rõ ràng: hiệu suất giảm xóc của PPS chỉ tăng đáng kể ở nhiệt độ cao hơn, nhưng điều này đã vượt quá phạm vi hoạt động nhiệt độ bình thường của hầu hết các bộ phận điện.

2.2 Tình hình công nghiệp

Hiện nay trong ngành công nghiệp về vật liệu cách điện PPS điều khiển điện động cơ, chưa có mối quan tâm chung về hiệu suất giảm xóc, tất cả đều tin rằng vật liệu PPS là như vậy.

2.3 Nhu cầu chưa được đáp ứng

Trong bối cảnh hệ thống điều khiển điện tử ô tô năng lượng mới phát triển theo hướng tích hợp cao và mật độ công suất cao, vỏ biến tần, hộp nối, đầu nối và các bộ phận khác phải đối mặt với điều kiện làm việc rung ngày càng khắc nghiệt. Ngành công nghiệp có nhu cầu rõ ràng và cấp bách đối với vật liệu "vừa duy trì lợi thế vốn có của PPS, vừa có khả năng giảm xóc tốt". Hệ số giảm xóc càng lớn, độ rung cấu trúc càng yếu, tiếng ồn cũng sẽ càng thấp, điều này có ý nghĩa trực tiếp đối với việc nâng cấp hiệu suất NVH của toàn bộ xe.

3.1 Ý tưởng thiết kế

Nhóm Wolf trong thực tiễn sửa đổi PPS chức năng lâu dài, dần dần hình thành một bộ ý tưởng "thiết kế cấu trúc đa pha". Ý tưởng cốt lõi là: bằng cách xây dựng "các đơn vị tiêu tán năng lượng" ở quy mô vi mô trong ma trận PPS, vật liệu có thể bị tiêu hao khi rung chuyển hiệu quả năng lượng cơ học thành năng lượng nhiệt.

Cụ thể, ý tưởng thiết kế này bao gồm các cấp độ sau:

(1) Ma trận liên tục

PPS là pha liên tục, đảm bảo khả năng chịu nhiệt, kháng hóa chất và độ ổn định kích thước tổng thể của vật liệu không bị ảnh hưởng. Đây là tiền đề của tất cả những thay đổi - lợi thế cơ bản của PPS không thể bị hy sinh để giảm xóc.

(2) Giới thiệu microzone tiêu thụ năng lượng linh hoạt

Giới thiệu các vùng vi mô linh hoạt tương thích tốt với PPS trong ma trận. Các vi vùng này trải qua biến dạng nhớt có thể đảo ngược khi chịu ứng suất chéo, và ma sát bên trong giữa các phân đoạn của chuỗi phân tử chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng nhiệt - nguyên tắc cơ bản của giảm xóc nhớt.

(3) Xây dựng các đơn vị tiêu thụ năng lượng ma sát giao diện

Giới thiệu thành phần thứ hai kết hợp vừa phải với giao diện ma trận PPS. Trong điều kiện rung động, một sự dịch chuyển tương đối nhỏ (ma sát bên trong) được tạo ra giữa thành phần này và ma trận, tiêu thụ thêm năng lượng rung động. Cơ chế này tương tự như phiên bản vi mô của "bộ giảm chấn ma sát" thường được sử dụng trong kỹ thuật.

(4) Hợp tác đa cấp

Vi vùng linh hoạt bổ sung cho nhau các cơ chế tiêu thụ năng lượng khác với các ban ngành phản ứng của các ô ma sát giao diện. Hai tác dụng hiệp đồng, có thể đạt được hiệu quả giảm xóc của dải tần rộng hơn.

3.2 Hiệu suất điển hình

Sau khi tối ưu hóa công thức có hệ thống và khám phá quy trình, các tính chất điển hình của vật liệu PPS giảm xóc cao Wolf (PPS+GF40) như sau:

Về hệ số giảm xóc: Yếu tố mất mát trên 0,20 có nghĩa là vật liệu có thể tiêu hao khoảng 23% năng lượng rung thành nhiệt. Để tham khảo, giá trị này cho PPS thông thường là khoảng 1%~2%, tăng hơn một bậc cường độ. Ngược lại, giá trị giảm xóc của thép thấp hơn nhiều, và hiệu suất giảm xóc có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất NVH.

Về tính chất cơ học: Trong khi hệ số giảm xóc tăng mạnh, độ bền kéo, độ giãn dài đứt và độ dẻo dai tác động không giảm, thậm chí tăng nhẹ. Độ giãn dài khi phá vỡ là hơn 2,2%, tốt hơn so với PPS gia cố sợi thủy tinh 40% thông thường, có nghĩa là vật liệu có nhiều "không gian chịu lỗi" hơn khi bị rung, co lạnh hoặc căng thẳng lắp ráp. Mô đun uốn giảm từ 14 GPa xuống 11 GPa, vẫn cao hơn nhiều so với nhựa kỹ thuật thông thường, vẫn dồi dào cho các bộ phận cấu trúc tường mỏng như hộp nối và vỏ điều khiển điện.

Về khả năng chịu nhiệt và cách nhiệt: Nhiệt độ biến dạng nhiệt được duy trì trên 260 ° C, tương đương với PPS thông thường, có thể chịu được hàn ngược không chì và điều kiện làm việc nhiệt độ cao cấp ô tô. Điện trở suất thể tích được duy trì ở mức 10⁵Ω · cm, đáp ứng yêu cầu cách nhiệt của các bộ phận điện cao thế.

　IV. Lĩnh vực ứng dụng tiềm năng

Dựa trên các đặc tính vật liệu được mô tả ở trên, các loại ứng dụng sau đây có thể được hưởng lợi từ việc giới thiệu PPS giảm xóc cao:

4.1 Biến tần/nhà điều khiển động cơ (kết hợp với vật liệu che chắn hấp thụ Wolf EMC)

Biến tần, một thành phần năng lượng cốt lõi của hệ thống điều khiển điện, có nguồn rung phức tạp - cả kích thích bên trong được tạo ra bởi công tắc tốc độ cao của thiết bị điện và truyền bên ngoài từ động cơ và mặt đường. Bên trong vỏ được tích hợp bảng điều khiển, bảng điều khiển và nhiều cảm biến, có nhu cầu cứng nhắc để giảm rung. Vật liệu vỏ giảm xóc cao có thể cải thiện hiệu suất rung của hệ thống mà không cần thêm các bộ phận bổ sung.

4.2 Hộp nối ô tô và đầu nối

Bên trong hộp thiết bị đầu cuối chứa một số điểm kết nối thiết bị đầu cuối, rung động lâu dài có thể dẫn đến việc nới lỏng thiết bị đầu cuối, tăng điện trở tiếp xúc, do đó gây ra nhiệt cục bộ hoặc thậm chí là xói mòn. PPS giảm xóc cao có thể hấp thụ năng lượng rung từ cấp vật liệu, giảm biên độ rung truyền đến thiết bị đầu cuối và tăng độ tin cậy lâu dài.

Động cơ tạo ra rung động tần số rộng trong quá trình làm việc, cảm biến, thiết bị truyền động gắn trên hoặc gần vỏ động cơ chịu được rung động này trong một thời gian dài. Vật liệu giảm xóc cao giúp bảo vệ các yếu tố chính xác bên trong và giảm nguy cơ rung tín hiệu và tiếp xúc thoáng qua.

4.4 Linh kiện điện trong môi trường rung động khác

Bất kỳ thành phần PPS nào hoạt động trong môi trường rung động - chẳng hạn như thiết bị đầu cuối máy nén, đầu nối máy bơm, tấm kết thúc mô-đun pin, v.v. - đều có giá trị ứng dụng tiềm năng.

V. Kết luận

Sự phát triển của vật liệu PPS giảm xóc cao là một nỗ lực thăm dò của Wolfe Chemical trong lĩnh vực PPS chức năng. Từ thiết kế vật liệu cơ bản nhất, chúng tôi đã đạt được một sự gia tăng đáng kể về hiệu suất giảm xóc - từ 0,01~0,02 thông thường lên 0,20-0,35 - mà không làm mất đi lợi thế vốn có của PPS.