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纯净的硅(高级)

环境友好的汽车线路保护层

 

当今汽车的配线相当完备。根据Delphi Packard Electric 公司提供的数据,一辆豪华轿车中电线的总长度至少有1.5 英里,全球汽车配线的总长度可达270 亿英尺。

若将一辆豪华轿车的所有电线全部展开,其总长度将会超过1.5英里。并且几乎所有这些电线都由绝缘层保护,这种保护材料已经有三十年的使用历史了。由于具有经济有效的特性,PVC在保护材料领域可谓独领风骚。60%的汽车电线都使用PVC作为保护材料。多数无法使用PVC的电线一般分布于发动机内室这样的高温环境,它们一般采用交联聚乙烯(crosslinked polyethylene)作保护材料。Delphi Packard Electric公司是全球汽车配线系统最大的供应商之一,其专业配线主管LynnLong 说:“近七十年来,在电线保护层领域没有多少创新。”

因为改性聚苯醚材料更加坚韧,我们可将保护层做得更薄。

然而,PVC和交联聚乙烯都有其各自适用环境的限制,而来自Delphi和GE Advanced Materials的新型电线绝缘层在此领域有所突破。这种新型的柔性改性聚苯醚线路保护层是在GE生产的氧化聚苯醚(polyphenylene oxide, PPO)和链烯烃的混合物的基础上加工而成的,不含卤族元素,也不会释放二恶英,当然也没有PVC破坏环境的恶名。与交联聚乙烯不同的是,氧化聚苯醚(PPO)还可再生利用。Delphi的电线设计总管Ed Monroe说:“汽车原始设备制造商向我们提出的要求是,保护层材料不仅是无卤素的,还能够再生利用。氧化聚苯醚(PPO)恰好能满足这两个要求。”

如果仅具有环境友好的特点,PPO绝缘层恐怕无法介入汽车领域。正如Monroe所指出的,消除汽车内含卤素化合物和再生利用汽车电线的强制规定在欧洲和日本已演化为广泛的自愿行为。“虽然讨论过相应规定,但在此范围未得到任何结论。”而PPO除了环境方面的优势外,其设计、性能,以及潜在的安装成本等优点也使它非常具有吸引力。

设计强度

Monroe用三个词总结了这些设计的优点:更薄,更轻,更强。由于比重比PVC小很多,在相同的环境下应用PPO护层也具有内在的重量优势。而实际中用更少的PPO材料就可达到甚至超越PVC材料的性能,这赋予了PPO更大的竞争性。例如,对于截面为1.5mm2的电线,为满足客户需求,Delphi通常采用0.4mm厚的PVC防护层;而若使用PPO材料,防护层厚度仅有0.2mm。


由于更薄的保护层和更轻的比重,PPO电线与PVC电线相比,
可使重量骤减55%。这些数据仅由树脂的重量和壁厚估算得到。
在进一步的压缩中,PPO 还可使铜线的质量得以缩减。

更薄的PPO保护层还使电线的直径减少约25%,对于成捆的电线,直径的减少量将会更大。穿过仪表盘的电线束的横截面积可减少约40%,这是因为“更细的电线可以更好的互相嵌套”,Monroe如是说。更薄的保护层可使线路重量减轻约10%,由于目前汽车线路的总重量一般为100磅左右,这表明它可使总线路的重量减轻至少10磅。

PPO应将其更轻更薄的特性归功于Monroe所谓的机械性能和物理性能的“独特平衡”,而对于电线和电缆供应商来说,机械和物理性能都是非常关键的。韧性就是其中之一。Delphi的测试结果表明PPO的收缩和抗磨损性能是同等厚度PVC的7到10倍。

Monroe说,即使壁厚变薄,PPO的收缩和抗磨损性能仍是PVC的2~4倍。他说:“因为改性聚苯醚非常坚韧,我们可将它做得更薄。”

汽车OEM厂商现在要求不仅仅是无卤素和材料,更要求环保材料。在这方面PPO可以满足两方面的要求。

而且此材料的热学性能也有助于将其做得更薄——用更少的材料就可达到规定的温度要求。Monroe指出,PPO的玻璃态转变温度为212℃,已超过了B级电线110℃的热学工业测试标准。而且他确信此材料也会很快通过125℃的测试。他表示:“毫无疑问我们将会通过。”


不管PPO 包层颜色如何,它都是绿色产品。通常PVC绝缘层中含有卤素,但PPO却
没有。同时优越于交联聚乙烯的是,PPO还可以回收利用。

这样的热学性能已经使PVC甘拜下风了,除去某些特殊的高温等级材料,PVC化合物仅能通过85℃的测试。

在某些应用中——仅需短期保护而不是长期应用——PPO更高的抗热性允许将铜线的横截面积减少。

在成本方面,就原材料的价格,PPO还无力与PVC竞争。但Monroe相信以PPO的设计优点,能够解决设计层面的包装问题,从而简化了装配工序,使得成品车辆的重量得以减轻,这将会使安装和寿命周期成本得到实质性的下降。他说:“真正的关键在于这种材料可使电线的体积大为减少。”

环境效应

相对于韧性和抗热性都很好的交联聚乙烯,PPO的热学和抗磨损的优势可能并不突出。Monroe相信交联聚乙烯会在高温环境下继续得以应用,例如发动机内的配线。这并不表明PPO不能达到高温应用的要求,Monroe说:“但交联聚乙烯可能更加稳定,更加安全。”他补充说Delphi和GE正在寻求方法使PPO得以交联,使它本已很强的抗热性得以进一步提高。


由于具有优越的热学和抗磨损性能,更薄PPO 保护层(绿色所示)
也具有同样的性能,并使电线直径和横截面积得以减少。

并且,对于除排烟罩下温度最高处以外的应用,PPO都有实力与交联聚乙烯相竞争,原因有以下三点。第一是安装成本。Long说PPO防护层的成本介于“PVC和交联聚乙烯之间。”

其次是PPO在保护环境方面的优势。交联聚乙最初是热塑性塑料,但产品生产中的交联工艺使成品具有热固性,这意味着它不能进行二次熔融加工。而PPO却可回收利用,重新研磨,并制成其他塑料产品。GE Advanced Materials的设计主管Keith DuPont指出,再生的PPO不可再次用于电线,因为其中可能混入了铜,这将会影响它的电学和机械性能。但可经喷射成型加工为多种产品,包括用于捆扎电线束的工具。

加工技术在这也占有一定份量。Delphi拥有世界上效率最高的电线保护层生产线。Monroe说:“我们有最快的挤压机。”此公司挤压电线保护层的速度通常至少为40mph,并解决了所有会使加工速度变慢的技术问题。Monroe说,对于PPO,Delphi一直保持最快的生产线速度。

Delphi已与一家汽车制造商签约试验其新型的电线绝缘层。Monroe还不愿说明是哪一家公司,但他说这种技术将会应用于2007年出产的汽车中。此公司已将它的高速生产线改成了PPO生产线,可生产ISO和SAE规定的电线构件。在后一种型号中,此公司已能生产26种规格的PPO电线保护层。

高级编辑Joe Ogando的联系方式:jogando@reedbusiness.com.

网络资源:
柔性改性聚苯醚电线保护层是非常新的技术,目前没有关于此材料的网络资源。关于GE Advanced Materials 公司的信息请查阅:http://rbi.ims.ca/4394-556

什么是柔性改性聚苯醚?它可应用于哪些领域?

Delphi和GE的新型电线绝缘层是基于柔性改性聚苯醚制成的,但这只是其应用的一部分。GE Advanced Materials的设计主管Keith DuPont指出,改性聚苯醚就是“在PPO中添加了别的物质。”他说,若不添加热塑性塑料,“PPO将会像粘结剂一般流动。”其他改性聚苯醚产品可采用尼龙或聚苯乙烯作为添加剂。至于柔性聚苯醚,DuPont公司认为它是PPO和链烯烃的混合物。

于是,为赋予产品一定的使用性能,如阻燃性和润滑性,就应存在一个专有的添加剂集合。DuPont公司目前不会透露这些信息,但他指出改性聚苯醚具有少量的阻燃添加剂。“因为PPO分子是天然焦碳的组成体,”他说。

合适的混合材料和添加剂的寻找过程耗费了GE和Delphi工程师们将近三年的时间。DuPont公司声称,他们用计算机处理的化学设计工具评估了200多种配方。Delphi公司又评估了20多种实际配方,最后才确定了几种能够用于电线绝缘层的化合物。

除了汽车电线,GE公司还开发了用于消费电子和家用电器及其附件的柔性改性聚苯醚化合物。此公司的电子产品全球主管Riki Kojima说,柔性改性聚苯醚已得到了电气设备产业的注意,因为它与原始设备制造商目前采用无卤素塑料(例如舍弃PVC的使用)的计划联系紧密。他说:“我们已经在亚洲取得了一些商业业绩,”以LTK为例,它是香港一家大型电线制造商,现在已经开始生产绝缘层为柔性改性聚苯醚的电线了(更多信息请查阅www.ltkcable.com )。

GE Advanced Materials的电子产业主管Chisato Suganuma说,由柔性改性聚苯醚包裹的电线的VW-1 UL-1581火焰等级与PVC相同。他说:“阻燃物PE和TPU都没有通过测试。”他补充说,对于它的弯曲性能,柔性改性聚苯醚电线可通过GE的电子产品客户设计的柔性测试。此测试要求在6000次弯曲中,产品的机械性能不受到任何不利影响。

GE电气产品的亚洲消费者们已经或将要开始在如手机、计算机、MP3播放器、电视机、打印机等多种应用的内部配线中使用这种电线。其他应用还包括在视听设备中使用的外部电线。Kojima说,附件的消费者也对这种电线很感兴趣。

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