Applications des matériaux PPS à amortissement élevé dans la réduction des vibrations des systèmes à commande électrique Explorer

I. Introduction: une dimension de performance négligée

Sulfure de Polyphénylène (PP), avec son excellente résistance à la chaleur, à la corrosion chimique et à la stabilité dimensionnelle, il a été largement utilisé dans les domaines du système de commande électrique automobile à énergie nouvelle, des connecteurs électriques, etc. Cependant, il y a une dimension de performance qui a longtemps été négligée par l’industrie –Propriétés d'amortissement- Oui.

L'amortissement, c'est - à - dire la capacité d'un matériau à absorber l'énergie vibratoire, est généralement mesuré par un facteur de perte (tanδ). Pour les composants électriques installés dans des environnements vibrants – qu’il s’agisse d’une boîte de jonction à la périphérie du moteur, d’un connecteur à proximité du moteur ou d’un boîtier d’onduleur intégré à un groupe motopropulseur – la capacité d’amortissement du matériau est directement liée à la stabilité des contacts des bornes, à la durée de vie en fatigue des soudures et même à la fiabilité à long terme de l’ensemble du système.

Malheureusement, la routinePPSLe facteur de perte à température normale est extrêmement faible. Les études de l'industrie ont montré que le PPS, bien qu'il ait un facteur de perte plus élevé à des températures plus élevées (par exemple au - dessus de 100 ° c), a un faible facteur de perte dans l'intervalle de température normal à 100 ° C et au - dessous. Cela signifie que lorsque les vibrations sont conduites à une boîte de jonction ou à un connecteur en PPS, l'énergie vibratoire est presque entièrement transmise aux points de terminaison ou aux points de soudure à l'intérieur, et l'accumulation à long terme peut entraîner un relâchement du contact, une augmentation de la résistance, une génération de chaleur et Même une ablation.

L'industrie n'est pas inconsciente de ce problème. Dans le moteurContrôleurDans les applications telles que les connecteurs haute pression, les ingénieurs compensent généralement le manque d'amortissement du matériau lui - même en ajoutant des joints en caoutchouc, en optimisant la conception structurelle et ainsi de suite. Mais ces solutions augmentent le nombre de pièces, les processus d'assemblage et les coûts, et les voies de réduction des vibrations dépendent de la structure externe plutôt que des caractéristiques propres aux matériaux. Si cela peut être résolu au niveau matériel, cela donnera un tout nouveau degré de liberté dans la conception de la réduction des vibrations du système de commande électrique.

Wolfchemical poursuit ses recherches et sa validation dans cette direction et partage désormais les premiers résultats avec ses collègues de l'industrie.

　II. Situation actuelle de l'industrie: plaque d'amortissement courte pour PPS conventionnel

2.1 pourquoi le pps conventionnel a - t - il un faible amortissement?

La chaîne moléculaire PPS est composée de cycles benzéniques alternant avec des atomes de soufre, la structure est très structurée et la cristallinité est généralement comprise entre 50% et 60%. Cette structure ordonnée confère au PPS une excellente rigidité et résistance à la chaleur, mais apporte également un effet secondaire:

Limitation du Mouvement des segments moléculaires: à température normale, les chaînes moléculaires de PPS sont dans un état « gelé» et il est difficile de dissiper l'énergie vibratoire par frottement interne entre les chaînes moléculaires

Le facteur de perte est extrêmement faible: Tan δ à température normale est généralement seulement 0001 ~ 0,06, fondamentalement pas de capacité d'absorption des vibrations

La dépendance à la température est évidente: les propriétés d'amortissement du PPS augmentent considérablement à des températures plus élevées, mais cela dépasse la plage de fonctionnement normale de la plupart des composants électriques.

2.2 situation actuelle de l'industrie

À l'heure actuelle, dans l'industrie en ce qui concerne les matériaux d'isolation PPS à commande électrique du moteur, il n'y a pas d'attention générale à la performance d'amortissement, tous les matériaux PPS sont considérés comme tels.

2.3 besoins non satisfaits

Dans le contexte du développement du système de commande électrique automobile à haute intégration et à haute densité de puissance, les boîtiers d'onduleur, les boîtes de jonction, les connecteurs et d'autres composants sont confrontés à des conditions de travail de vibration de plus en plus difficiles. Il existe une demande claire et urgente de l'industrie pour les matériaux qui « conservent les avantages intrinsèques du PPS et ont une bonne capacité d'amortissement». Plus le coefficient d'amortissement est élevé, plus les vibrations de la structure sont faibles et plus le bruit sera faible, ce qui a des implications directes pour l'amélioration des performances NVH de l'ensemble du véhicule.

3.1 idées de conception

L'équipe de Wolf a progressivement développé un ensemble d'idées pour la « conception de structures polyphasées» au cours de sa longue pratique de modification fonctionnelle du PPS. L’idée principale: permettre aux matériaux de se dissiper en transformant efficacement l’énergie mécanique en énergie thermique lorsqu’ils sont soumis à des vibrations en construisant des « cellules de dissipation d’énergie » à l’échelle microscopique dans une matrice PPS.

Plus précisément, cette idée de conception comprend les niveaux suivants:

(1) La matrice reste continue

Le PPS agit comme une phase continue qui garantit que la résistance thermique, chimique et la stabilité dimensionnelle de l'ensemble du matériau ne sont pas affectées. C'est la prémisse de toutes les modifications - les avantages fondamentaux du PPS ne peuvent pas être sacrifiés pour l'amortissement.

(2) Introduction de micro - zones consommatrices d'énergie flexibles

On introduit dans la matrice des microrégions flexibles bien compatibles avec le pps. Ces microzones subissent une déformation viscoélastique réversible lorsqu'elles sont soumises à des contraintes alternées, et le frottement interne entre les segments de la chaîne moléculaire Convertit l'énergie mécanique en énergie thermique - un principe fondamental de l'amortissement viscoélastique.

(3) construire une unité consommatrice d'énergie de friction d'interface

On introduit un deuxième composant qui se lie de manière appropriée à l'interface de la matrice PPS. Dans des conditions de vibration, un léger déplacement relatif (frottement interne) est généré entre ce composant et la matrice, ce qui consomme de l'énergie de vibration supplémentaire. Ce mécanisme est similaire à la version microscopique des « amortisseurs à friction» couramment utilisés en ingénierie.

(4) Synergie Multi - échelle

Les micro - zones flexibles sont différentes des bandes de réponse des unités de friction interfaciales, les mécanismes de consommation d'énergie étant complémentaires. Les deux travaillent en synergie pour obtenir un effet d'amortissement sur une bande de fréquences plus large.

3.2 performance typique

Après une optimisation systématique de la formulation et une exploration des processus, les propriétés typiques du matériau PPS haute amortissement Wolf (PPS + gf40) sont les suivantes:

En ce qui concerne le coefficient d'amortissement: un facteur de perte supérieur à 0,20 signifie que le matériau est capable de dissiper environ 23% de l'énergie vibratoire en énergie thermique. À titre de référence, cette valeur pour le pps conventionnel est d'environ 1% ~ 2%, avec une augmentation de plus d'un ordre de grandeur. En revanche, les valeurs d'amortissement de l'acier sont beaucoup plus faibles que cela, tandis que les propriétés d'amortissement ont un impact significatif sur les performances NVH.

En ce qui concerne les propriétés mécaniques: la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la ténacité à l'impact n'ont pas diminué, voire légèrement augmenté, tandis que le coefficient d'amortissement a considérablement augmenté. L'allongement à la rupture est supérieur à 2,2%, supérieur au PPS renforcé de fibre de verre conventionnel à 40%, ce qui signifie que le matériau a plus de « tolérance aux pannes» lorsqu'il est soumis à des vibrations, à des dilatations thermiques et à des contractions par refroidissement ou à des contraintes d'assemblage. Le module de flexion est passé de 14 GPa à 11 GPA, toujours beaucoup plus élevé que le plastique d'ingénierie ordinaire, pour la boîte de jonction, le boîtier de commande électrique et d'autres composants structurels à paroi mince sont encore abondants.

En ce qui concerne la résistance à la chaleur par rapport à l'isolation: la température de déformation thermique est maintenue au - dessus de 260 ° C, ce qui est comparable au PPS conventionnel et peut résister au soudage par retour sans plomb et aux conditions de travail à haute température de qualité automobile. La résistivité volumique est maintenue au niveau de 10¹⁵Ω.cm, ce qui répond aux exigences d'isolation des composants électriques haute tension.

　Iv. Domaines d'application potentiels

Sur la base des caractéristiques des matériaux ci - dessus, les catégories d'applications suivantes peuvent bénéficier de l'introduction de PPS à amortissement élevé:

4.1 boîtier de Contrôleur d'onduleur / moteur (en combinaison avec le matériau de blindage absorbant Wolf EMC)

Les onduleurs, en tant que composants de puissance de base des systèmes de commande électrique, ont des sources de vibrations complexes – à la fois l’excitation interne générée par les interrupteurs à grande vitesse des dispositifs de puissance et les transferts externes provenant des moteurs et de la surface de la route. L'intérieur du boîtier intègre une plaque de commande, une plaque d'entraînement et de nombreux capteurs, avec un besoin de rigidité pour la réduction des vibrations. Le matériau de boîtier à amortissement élevé améliore les performances vibratoires du système sans ajouter de pièces supplémentaires.

4.2 boîte de jonction de voiture et connecteur

L'intérieur de la boîte de jonction contient plusieurs points de connexion de borne, et les vibrations à long terme peuvent entraîner un desserrage des bornes, une augmentation de la résistance de contact et, à son tour, une fièvre locale ou même une ablation. Le PPS à amortissement élevé peut absorber l'énergie vibratoire au niveau du matériau, réduire l'amplitude des vibrations transmises aux bornes et améliorer la fiabilité à long terme.

Le moteur génère des vibrations à large fréquence pendant le travail, et les capteurs, actionneurs montés sur ou à proximité du boîtier du moteur sont soumis à ces vibrations pendant une longue période. Les matériaux à amortissement élevé aident à protéger les éléments de précision internes et à réduire les risques de gigue du signal et de coupure instantanée du contact.

4.4 composants électriques dans d'autres environnements de vibration

Tous les composants PPS qui fonctionnent dans des environnements vibrants, tels que les bornes de compresseur, les connecteurs de pompe, les plaques d'extrémité de module de batterie, etc., sont potentiellement utiles.

V. Conclusion

Le développement de matériaux PPS à amortissement élevé est une tentative exploratoire de wolfchemical dans le domaine du PPS fonctionnel. En partant de la conception matérielle la plus basique et sans sacrifier les avantages intrinsèques du PPS, nous avons obtenu une augmentation substantielle des propriétés d'amortissement - de 0,01 ~ 0,02 à 0,20 - 0,35, soit une augmentation de plus d'un ordre de grandeur.