El segellat de la bateria és un problema de fiabilitat disfressat com una peça de goma. Una junta de tancament de paquet ha de contenir un segell IP67 a través de milers de cicles tèrmics entre menys 40 graus i 85 graus, resistir el refrigerant i el fluid dielèctric, no contribuir a la propagació tèrmica descontrolada i romandre comprimible al final d'una vida útil del vehicle de quinze anys. La silicona és una de les poques famílies d'elastòmers que pot complir els quatre requisits simultàniament.
Aquest article tracta on la silicona guanya realment als paquets de bateries, on no ho fa i quines propietats ha de limitar l'especificació.
Per què l'elecció d'elastòmers es redueix tan ràpidament
La llista de candidats per a una junta de bateria és curta. EPDM, fluorosilicona, FKM, HNBR i silicona són les opcions realistes.
L'EPDM té una excel·lent resistència a l'aigua i al vapor i un bon cost. La seva temperatura de servei contínua superior se situa al voltant dels 125 graus a 150 graus depenent del compost, que és marginal davant d'un paquet que pot veure 85 graus d'ambient més punts calents locals molt per sobre d'un esdeveniment tèrmic.
El FKM i la fluorosilicona manegen millor les temperatures més elevades i l'exposició als hidrocarburs, a un cost significativament més elevat.
L'HNBR es troba entre l'EPDM i l'FKM en la temperatura i ofereix un excel·lent rendiment a la fatiga mecànica, per això segueix sent comú en aplicacions de tren motriu i sota{0}}capó.
L'avantatge de la silicona és l'ample de banda. Temperatura de servei contínua en el rang de 200 graus per a graus estàndard, fins a uns 250 graus per graus d'alta temperatura, amb retenció de l'elasticitat fins a menys 50 graus a menys 60 graus. Aquesta finestra d'operació cobreix el sobre complet del paquet de bateries, inclosa l'adjacència tèrmica. La compensació és la resistència mecànica i la resistència a l'esquinçament, que són inferiors a l'EPDM o HNBR, i el preu, que se situa per sobre de l'EPDM.
La conseqüència d'enginyeria: la silicona guanya on dominen la finestra de temperatura i el requisit de la flama. Perd quan el segell està exposat al fluid hidràulic d'alta pressió, al contacte d'hidrocarburs concentrats o on la resistència a l'esquinçament sota vores metàl·liques afilades és la limitació d'unió.
Graus de segellat de silicona i on encaixa cadascun
El segellat de la bateria utilitza dues rutes diferents de silicona.
LSR per a segells modelats per injecció.El cautxú de silicona líquida s'adapta a una geometria complexa de juntes, segells sobre-emmotllats en suports de plàstic o metall i producció d'alt volum. Els temps de cicle s'executen en desenes de segons, la repetibilitat dimensional és ajustada i la baixa viscositat permet modelar-perles de segellat i seccions de llavis primes. L'emmotllament sobre-LSR sobre un suport de poliamida o PBT és ara una arquitectura de paquet habitual perquè elimina el pas de col·locació manual de les juntes a la línia de muntatge.
HTV per a juntes perfilades i extruïdes.El cautxú de silicona sòlid s'adapta a perfils de segellat extruïts llargs, juntes modelades per compressió per a dissenys de tancaments existents i seccions transversals més grans. El cost de l'eina és molt inferior al LSR, que és important per a variants de paquets de prototips o de baix volum. Els perfils extruïts es tallen i vulcanitzen en bucles tancats.
Una tercera via és la silicona líquida dispensada com una junta-in situ-formada, ja sigui curada per calor o per humitat ambiental en una variant de curat per condensació. Format-al lloc-s'adapta a tancaments amb camins de segellat llargs i irregulars.
Les propietats que realment governen el rendiment del paquet
Compressió fixada a temperatura
Aquesta és la propietat més important i la que s'especifica amb més freqüència-. Una junta que pren un conjunt deixa de retrocedir contra la superfície de segellat, la força de segellat cau i el paquet perd IP67.
La referència de la prova és ASTM D395 Mètode B, on una mostra es comprimeix un 25 per cent i s'envelleix a temperatura durant un temps definit. Per al treball de la bateria, les condicions d'envelliment rellevants solen ser de 70 hores a 100 graus, 125 graus o 150 graus, i cada cop més 168 hores o 1.000 hores per als programes que modelen la vida útil del vehicle.
Comportament típic: els graus LSR i HTV curats amb platí-en el rang de 40 a 60 Shore A solen mostrar compressió fixada en la banda del 15 al 35 per cent després de 70 hores a 150 graus, amb una gran variació segons la formulació. Els graus d'alta temperatura amb sistemes de crosslink optimitzats empenyen cap a l'extrem inferior. Els graus estàndard de propòsit general a 70 hores / 100 graus solen arribar al rang del 20 al 30 per cent.
Una regla d'especificació pràctica és indicar la compressió màxima establerta a la temperatura de paquet sostinguda més alta durant 70 hores i per separat al recompte del cicle tèrmic.
Retard de flama
Els materials d'embalatge són cada cop més necessaris per complir la norma UL 94 V-0 a un gruix definit i per contribuir a la contenció del foc segons GB 38031 a la Xina i estàndards nacionals equivalents en altres llocs. Cremades estàndard de silicona. La silicona curada amb platí amb retardants de flama afegits arriba a UL 94 V-0, però els additius augmenten la duresa, redueixen l'allargament, augmenten el conjunt de compressió i augmenten el cost. La duresa assolible en un grau V-0 normalment comença més enllà d'un grau de propòsit general sense omplir.
Indiqueu el requisit amb precisió. UL 94 V-0 a quin gruix, amb quin condicionament, provat per quin laboratori.
Rigidesa dielèctrica
La rigidesa dielèctrica de la silicona s'executa habitualment en el rang de 20 a 30 kV per mm per als graus estàndard, amb una resistivitat de volum en el rang de 10 ^ 14 a 10 ^ 16 ohm cm. Això és important per als segells que connecten una barra d'alta tensió o una interfície de connector, on la junta funciona com a barrera d'aïllament. Les referències de les especificacions són IEC 60243 i ASTM D149.
Conductivitat tèrmica
La silicona estàndard és un aïllant tèrmic a aproximadament 0,2 W per metre Kelvin. Els materials d'interfície tèrmica de silicona farcits arriben d'1,0 a 6,0 W per metre Kelvin depenent de la càrrega de farciment i el tipus de farciment, amb nitrur de bor i òxid d'alumini com a farcits habituals. Hi ha una compensació directa. Una càrrega de farciment més alta augmenta la conductivitat i la duresa i redueix l'allargament. Un coixinet Kelvin de 3,0 W per metre sovint es troba en el rang de 40 a 60 Shore 00 en lloc de Shore A, perquè la càrrega de farciment que aconsegueix la conductivitat fa que el material sigui massa tou per mesurar-lo a l'escala Shore A.
Nota de disseny. Els coixinets tèrmics són farcits de buits. El seu rendiment depèn de la conformabilitat i la humectació de la superfície més que del nombre de conductivitat del titular. Un coixinet més suau amb una conductivitat més baixa sovint supera un coixinet més rígid amb una conductivitat més alta en una superfície rugosa o deformada.
Comparació de graus de silicona per a components de la bateria
| Propietat | GP LSR / HTV | Silicona d'alta temperatura | Silicona V-0 ignífuga | Coixinet tèrmic de silicona |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura de servei contínua | aproximadament . 200 grau | aproximadament . 250 grau | uns. 150–200 graus | uns. 150–200 graus |
| Set de compressió, 70 h a 150 graus | 25-35 per cent típic | 15-25 per cent típic | 25-40 per cent típic | Menys rellevant, omplert de buits |
| Gamma de duresa | 20–80 Shore A | 30–70 Shore A | 40–70 Shore A | 20–60 Shore 00 |
| Conductivitat tèrmica | aprox.. 0.2 W/m·K | aprox. 0.2–0,3 W/m·K | aprox. 0.2–0,4 W/m·K | 1.0–6.0 W/m·K |
| Rigidesa dielèctrica | 20–30 kV/mm | 20–30 kV/mm | Més avall, els farcits el redueixen | Interval de 10 a 20 kV/mm |
| Classificació UL 94 | No classificat, crema | No puntuat | V-0 assolible a un gruix definit | V-0 disponible |
| Ús típic del paquet | Junta de tancament, segell de ventilació | Adjacència de punts calents, segell de barres | Segell de la coberta del mòdul i del paquet | Gap del mòdul a la placa de refrigeració |
Els valors són rangs típics per a les famílies de graus, no especificacions per a un sol producte. Cada línia s'ha de substituir per dades mesurades sobre el grau específic en la condició específica.
Regles de disseny per al segellat d'envasos que sobreviuen a la validació
Disseny per al conjunt de compressió, no per a la compressió inicial.Si el segell s'estableix un 30 per cent al final de la vida útil, la profunditat de la ranura i l'alçada del cordó han de proporcionar força de segellat a l'alçada reduïda. Calculeu la força de segellat a l'alçada de compressió envellida, no a l'alçada-moltllada.
Mantingueu la secció transversal de la perla generosa.El conjunt de compressió combinat amb una perla fina no deixa marge. Una alçada de taló de 2,0 mm a 3,0 mm ofereix un rang de compressió més útil que un cordó d'1,0 mm per a la mateixa ranura.
Eviteu vores afilades sota el segell.La silicona té una resistència al trencament modesta en comparació amb l'EPDM o l'HNBR. Una vora metàl·lica estampada amb una rebaba tallarà un segell que, d'altra manera, passaria totes les proves de laboratori. Especifiqueu un radi o afegiu un llavi protector.
Control de la relació de compressió.L'objectiu típic és una compressió del 20 al 30 per cent per als segells de paquets de silicona. Per sota del 15 per cent no hi ha tolerància per a l'expansió tèrmica del recinte. Per sobre del 40 per cent, el segell està massa-tensat i s'accelera.
Compte amb la dilatació tèrmica diferencial.Un recinte d'alumini i un segell de silicona s'expandeixen a ritmes molt diferents a través d'un oscil·lació de 125 graus. La longitud del camí de segellat i el disseny de la ranura han d'adaptar-se a aquest moviment sense tallar el taló.
Especifiqueu graus de baixa volatilitat per a volums tancats.Les espècies de silicona volàtils que es desgasten dins d'un paquet segellat poden condensar-se a superfícies fredes i afectar els connectors elèctrics. Els graus de baixa volatilitat i post-curats solucionen això. Demaneu dades de contingut volàtil.
Marc de compliment per a la silicona de bateries d'automoció
Els components del paquet de silicona s'especifiquen en funció d'una cadena de compliment que comença amb el requisit OEM del vehicle i acaba a nivell de material.
Inflamabilitat.UL 94 V-0 amb un gruix definit, més els requisits específics de contenció del foc OEM. Els estàndards nacionals de seguretat de la bateria, com ara GB 38031 a la Xina i les regulacions equivalents d'altres mercats, estableixen el requisit de nivell de paquet.
Elèctric.IEC 60243 i ASTM D149 per a la rigidesa dielèctrica, ASTM D257 per a la resistivitat de volum.
Ambiental.Declaració REACH SVHC, RoHS i cada cop més control de restricció PFAS. El marc--de vehicles al final de la vida útil de la UE continua endurint les declaracions materials.
Mecànica.ASTM D412 per a la resistència a la tracció i l'allargament, ASTM D395 Mètode B per a la compressió, ASTM D624 per a la resistència a la llàgrima.
Sistemes de qualitat d'automoció.Expectatives de la cadena de subministrament IATF 16949, documentació PPAP i, per a molts programes OEM, enviament de dades de material IMDS.
Baixa volatilitat.Límits de desgasificació específics del OEM, sovint indicats com un llindar de pèrdua de massa total a una temperatura definida.
Un proveïdor que no pot proporcionar dades de material-preparats per IMDS retardarà l'enviament, independentment del rendiment del material.
On la silicona és la resposta equivocada en una bateria
Llista de limitacions honesta.
Circuits hidràulics o refrigerants d'alta pressió on el segell és un segell dinàmic sota pressió. La resistència mecànica i la resistència a l'extrusió apunten a HNBR o FKM
Contacte directe i sostingut amb combustibles d'hidrocarburs concentrats o refrigerants basats en èsters agressius{0}sense un estudi de compatibilitat validat
Segellat de vores afilades en un entorn d'alta vibració amb un suport mínim de ranura
Aplicacions on domina el cost unitari més baix possible i la finestra de temperatura és benigna. L'EPDM supera el cost de la silicona en aquest sobre
La silicona és la predeterminada per al segell del tancament i la interfície tèrmica. No és el valor predeterminat per a tots els elastòmers del vehicle.
On encaixa ANYSIL
ANYSIL produeix silicona sòlida LSR i HTV de cura de platí-des d'una instal·lació de Guangzhou amb sistemes de qualitat ISO 9001, amb una capacitat mensual superior a les 300 tones en les dues línies i 15 personal tècnic d'R+D per al desenvolupament de compostos. Els graus d'energia d'automoció i nous es poden formular per a objectius fixats per compressió a 150 graus, per a les classificacions de flama UL 94 V-0 i per a la conductivitat tèrmica en la banda de Kelvin d'1,0 a 6,0 W per metre. El suport de documentació cobreix REACH SVHC, RoHS, dades de material IMDS i informes de proves específics de OEM preparats per programa.
Envieu la secció transversal del segell, el perfil de temperatura de funcionament, l'objectiu de compressió i el requisit de flama. L'equip tècnic us retornarà una recomanació de qualificació amb les dades del conjunt de compressió segons les vostres condicions i una ruta d'eines per a l'emmotllament LSR sobre-o l'extrusió de perfils HTV.
Sol·liciteu una avaluació dels components de silicona de la bateria de vehicles elèctrics