帝斯曼工程材料

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跟上电动汽车热管理系统材料需求的步伐

31 八月 2020
  • 李梅森博士 Dr. Meisen Li

随着电动汽车的不断发展,大众对创新型热管理系统材料解决方案的需求也随之增加。有效的热管理系统能让部件的运行温度控制在特定的范围内——这不但保证了最优化的能源效率,也让零件拥有更长的寿命。

工程师们经常会面对如何为热管理系统选择合适材料解决方案的问题。他们需要考虑到材料的热老化时间和接触温度,还有材料对冷却液的耐水解性能。针对电动汽车热管理系统的材料解决方案要能承受中等(比内燃机的低)的冷却液温度,同时也能承受更长的浸泡时间。

和传统的内燃机汽车相比,电动汽车的热管理系统需要更长的运行时间——电池包的温度必须长期维持在一个较小的温度范围内,包括充电和极寒环境下的非行驶状态。

寒冷气候导致浸泡时间增加

当电动汽车在寒冷环境下行驶或停驻时,热管理系统需要保持一定的电池温度。和内燃机相比,这很大程度上增加了和水冷却液浸泡的时间。内燃机汽车的热管理系统一般要求3000小时的耐冷却液性能,而电动汽车的热管理系统则要求10000小时以上的耐冷却液性能。

这种更长期的化学性老化会导致许多材料的性能劣化。对于电动汽车来说,随着冷却液浸泡时间越来越长,很多工业塑料开始面临如何在长期老化后,仍能保持像短期老化后一样材质性能得的问题,例如PA66、LCPA和PPA。

然而,PPS树脂由于它极强的长期耐冷却液老化性能,成为针对电动汽车热管理系统应用更好的选材方案。PPS和聚酰胺在结构上有着本质的区别—硫醚键和苯环构成的稳定分子结构让PPS甚至能抵抗浓硫酸。这种结构让PPS既有很好的耐化学腐蚀性,又具有更高的长效耐水解性。Xytron家族所有等级的PPS都在耐水解性、耐化学腐蚀性和耐高温度性能方面进行了优化。

下图展示了不同材料在不同温度和浸泡时间下的表现。白线显示,随着浸泡温度升高,一些材料不再适用于应用的需求。黄线则显示,随着浸泡时间增加,那些以往可以在短期高温浸泡工况下应用的材料,已不能在长期浸泡工况下保持材料性能。

PPS的进一步优化

对于增强改性的PPS等级,当浸泡于冷却液时,玻璃纤维和树脂之间的接合界面是抗水解性能的关键。为了进一步提高耐水解性,帝斯曼的Xytron G4080HR 使用独特的技术,实现了加强的玻璃纤维和PPS树脂接合强度。

在原子力显微镜下把Xytron G4080HR的玻纤和树脂接合界面和竞品PPS相比较:经过135°C下进行3000小时的冷却液老化后,Xytron G4080HR的玻纤和树脂的接合界面展现出比竞争对象PPS产品的保持得更强。几乎完好无损,没有任何剥离。

另外,Xytron创新技术提高了材料的关键性能的保持,例如老化后的拉伸强度和断裂伸长率。这在部件中最脆弱部分的熔接线强度方面,体现得尤为明显。

帝斯曼的Xytron G4080HR具有的超强长效耐水解性和熔接线强度保持性能,为产品工程师们在热管理系统零件改进提高过程中,提供了更多的灵活性和更高的可靠性。

李梅森博士

帝斯曼工程材料全球系统应用专家,热管理系统方向。

李博士在德尔福热系统有十余年的工作经历,历任美国技术中心空调系统工程经理、亚太地区产品线总监、德尔福苏州压缩机厂总经理。更早的时候,李博士在丰田合成日本技术中心担任产品开发工程师。从业多年一直工作在行业前沿。

李梅森是日本名古屋大学工学博士、美国纽约州立大学MBA。

张荣荣博士

浙江三花汽车零部件有限公司副总经理、技术中心主任,杭州三花中央研究院副院长,汽车热管理零部件开发负责人。

2005年加入三花,过去10年主要从事热力膨胀阀和电子膨胀阀及其组件开发和系统应用方面的工作。目前专注于汽车行业先进热系统部件的研发。

张荣荣博士毕业于上海交通大学制冷与低温工程专业。

王颖 硕士

帝斯曼工程材料Xytron PPSTM产开发经理

西安交通大学材料学硕士, 2004年起涉足工程塑料领域,拥有超过16年工程塑料及化工材料经验,曾担任多家国际化工公司销售经理及产品市场经理,行业经理,业务总监。2018年起加入帝斯曼工程材料,目前担任帝斯曼工程材料全球产品业务开发经理,主要负责Xytron PPSTM产品的市场推广工作。

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