1.前言

當(dāng)今、汽車的周邊環(huán)境正在發(fā)生巨大的變化、人們對汽車的要求也在不斷變化。以前基于設(shè)計、油耗、配件等來選擇汽車、而今后可預(yù)測CASE（Connected、Autonomous、Shared & Service、Electric）將會成為重要的關(guān)鍵詞。特別是受到各國去化石燃料、強化排放限制等的影響、電動化的發(fā)展將得到進一步加速。

    樹脂材料有助于降低汽車的重量、而且具有絕緣性、所以隨著電動化的發(fā)展、其在汽車零部件的使用量很可能會不斷增加。在汽車所需的環(huán)境溫度-40℃～140℃的范圍內(nèi)、PA66（聚酰胺66）和PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）材料具備一定的機械特性和耐化學(xué)性、獲得了廣泛的應(yīng)用。兩種材料各有特點、但由于供給穩(wěn)定性等原因、最近采用PBT的案例正在增加。

    本次、我們比較了兩者在高電壓零部件中的電學(xué)特性、并對其適用性進行了探討。

 

2.關(guān)于高電壓零部件

電動車（包括HEV、PHEV）的主要零部件大致分為電池、PCU（動力控制單元）、馬達、發(fā)電機、分別具有蓄電、控制、驅(qū)動、再生的功能。這些零部件通過高壓線束進行電學(xué)連接、各個零部件之間會有300V～600V左右的電流。而且、其絕緣部分會使用樹脂材料。該零部件所使用的材料需要同時具備在高電壓環(huán)境下使用也不會出問題的電學(xué)特性、以及傳統(tǒng)汽車零部件所要求的機械特性、尺寸精度、耐熱性和耐化學(xué)性等。

 

3.關(guān)于適合高電壓零部件的樹脂材料

我們對高壓連接器和端子排等零部件通常使用的PBT-GF30％和PA66-GF33％進行了評估。以下是比較對象的材料。

(評估材料)

• DURANEX® PBT CG7030 (PBT-GF30％)/適用于高電壓用途、例如高壓連接器等

• DURANEX® PBT 531HS (PBT-GF30％)/適用于包含金屬嵌件的產(chǎn)品、例如母排等

• DURANEX® PBT 330HR (PBT-GF30％)/適用于一般零部件

• PA66-GF33％/適用于一般注射成型

 

■ 機械特性

圖1顯示了各材料拉伸強度的溫度依賴性、圖2顯示了在濕熱環(huán)境下、拉伸強度的變化。另外、拉伸試驗基于ISO527-1,2標準、濕熱處理后的數(shù)據(jù)為在85℃×85％RH濕熱環(huán)境下的高溫高濕槽中放置相應(yīng)時間后的測量結(jié)果。

    關(guān)于在絕對干燥狀態(tài)下拉伸強度的溫度依賴性（圖1）、在所有溫度區(qū)域中、PA66-GF33％都比PBT-GF30％的各品級顯示出了更高的數(shù)值。而在濕熱環(huán)境下處理后、PA66-GF33％會由于吸濕導(dǎo)致強度降低、降至與PBT各品級大致相同的強度?？紤]到車輛的實際使用環(huán)境（有濕度）、可判斷兩者的差別不大。

 

 

■ 尺寸精度

在眾多零部件的集合體――汽車當(dāng)中、量產(chǎn)時保證零部件的尺寸公差不出現(xiàn)波動是非常重要的。有些類型的樹脂材料會由于吸水導(dǎo)致尺寸大幅變化、可能會影響零部件使用時的尺寸。

    圖3顯示了各材料的吸水率、圖4顯示了流動直角（TD）方向的尺寸變化率。評估的試驗片為多功能啞鈴狀試驗片、在85℃、85％RH的環(huán)境下放置規(guī)定的時間后進行了測量。

 

 

■ 絕緣擊穿特性

擊穿強度是對高電壓下使用的材料特有的特性要求。樹脂材料由于具有絕緣性、通常即使負載一定的電壓也不會導(dǎo)電。但是如果施加的電壓超過了材料的擊穿強度、則會引起絕緣擊穿而導(dǎo)電。本次、我們對濕熱處理前（未處理）和濕熱處理后（85℃×85％RH×1,000hr后）各樣品的擊穿強度進行了評估。結(jié)果如圖5所示。

    未處理時、各PBT品級和PA66-GF33％的擊穿強度差異不大。而實施濕熱處理后、只有PA66-GF33％大幅降低了約40％。如上所述、由于PA66的吸水率較高、很可能是由于吸水導(dǎo)致了擊穿強度的下降。

 

■ 體積電阻率

體積電阻率是樹脂材料絕緣性的指標之一、一般樹脂材料的數(shù)值在1015 Ω • cm左右。

    圖6顯示了未處理和濕熱處理后（85℃×85％RH×1,000hr后）體積電阻率的測量結(jié)果。未處理時、PA66-GF33％和PBT（CG7030）均表現(xiàn)出超過1015 Ω • cm的體積電阻率、但是在濕熱狀態(tài)下、PA66-GF33％的體積電阻率會大幅降低。

 

■ 耐漏電起痕性

漏電起痕現(xiàn)象是由于絕緣材料的表面碳化、形成導(dǎo)電路徑、出現(xiàn)導(dǎo)通擊穿的現(xiàn)象。耐漏電起痕性（CTI）是表示漏電起痕發(fā)生難度的指標、關(guān)于CTI、我們也同樣對PA66-GF33％和PBT進行了比較。結(jié)果如圖7所示。

    耐漏電起痕性的測量上限是600V。未處理時、PA66-GF33％和PBT（CG7030）均顯示為600V。濕熱處理后、PBT（CG7030）的CTI略有降低。PA66不降低是由于其分子結(jié)構(gòu)很難發(fā)生漏電起痕擊穿。雖然PBT（CG7030）在濕熱環(huán)境下CTI有少許降低、但是預(yù)計該特性可以通過保持沿面距離來彌補。

 

4.總結(jié)

綜上所述、考慮到汽車零部件一般都要求在濕熱環(huán)境下工作的材料特性如表1所示。一般而言、樹脂材料的絕緣性、如絕緣擊穿和體積電阻率等特性、不容易通過設(shè)計彌補。因此、在濕熱環(huán)境下特性變化較小的各類PBT材料、比PA66更適合在高壓環(huán)境下使用。

    這些結(jié)果表明、使用PBT可以減少電學(xué)特性由環(huán)境變化導(dǎo)致的波動。

    在隨著電動化的發(fā)展而出現(xiàn)的新零部件中、在某些使用環(huán)境下、PBT是值得考慮采用的材料之一。

 

表1:適用于高電壓的樹脂材料比較