Rozwój elektromobilności powoduje istotny wzrost wymagań wobec tworzyw sztucznych stosowanych w komponentach mających kontakt z cieczami eksploatacyjnymi. Dotyczy to w szczególności elementów układów chłodzenia, w których częste procesy ładowania akumulatorów, utrzymywanych w wąskim zakresie temperatury, przekładają się na znacznie dłuższy wymagany czas pracy tworzyw w warunkach podwyższonej temperatury. Dla komponentów pod maską pojazdów elektrycznych i hybrydowych, takich jak pompy czy zawory, pożądana trwałość w temperaturze roboczej wzrosła do poziomu 45 000–55 000 godzin, podczas gdy w przypadku konwencjonalnych silników spalinowych typowy wymóg wynosił około 5 000 godzin. Tak duże wydłużenie okresu eksploatacji stawia przed materiałami konstrukcyjnymi nowe wyzwania w zakresie odporności na starzenie cieplne i chemiczne, w tym na działanie mieszanin woda–glikol stosowanych jako media chłodzące.
Do tej pory trwałość tworzyw stosowanych w komorze silnika była najczęściej oceniana w warunkach powietrzno-cieplnych, bez bezpośredniego uwzględniania wpływu środowiska ciekłego. BASF przenosi obecnie sprawdzone metody badawcze na warunki magazynowania hydrolicznego, czyli starzenia w mieszaninach woda–glikol, które lepiej odzwierciedlają rzeczywiste warunki pracy elementów układów chłodzenia. W badaniach tych wykorzystywane jest równanie Arrheniusa, opisujące zależność szybkości reakcji od temperatury. Zastosowanie tej zależności umożliwia prognozowanie trwałości materiału w warunkach eksploatacyjnych na podstawie wyników uzyskanych w przyspieszonych testach w wyższych temperaturach.
Nowa generacja poliamidu Ultramid dla branży motoryzacyjnej
W ramach serii testów rozpoczętej w sierpniu 2020 r. poddano ocenie poliamid z najnowszej generacji materiałów BASF. Badany Ultramid cechuje się zoptymalizowaną odpornością na hydrolizę, co ma kluczowe znaczenie przy długotrwałym kontakcie z mieszaninami woda–glikol w podwyższonej temperaturze. Materiał jest dodatkowo wzmocniony włóknem szklanym, co pozwala na uzyskanie wymaganych własności mechanicznych w zastosowaniach konstrukcyjnych w obszarze pod maską pojazdu.
Poliamid ten został również przystosowany do znakowania laserowego, co ułatwia identyfikację komponentów i śledzenie ich w łańcuchu dostaw oraz w eksploatacji. Niska zawartość halogenów sprawia, że materiał spełnia wymagania obowiązujące w sektorze motoryzacyjnym, w tym te związane z przyszłymi regulacjami i wytycznymi producentów pojazdów. Zestaw właściwości obejmujący odporność na hydrolizę, możliwość laserowego znakowania, wzmocnienie włóknem szklanym i ograniczoną zawartość halogenów został opracowany z myślą o obecnych i przyszłych wymaganiach rynku samochodowego.
Prognozowana trwałość powyżej 100 000 godzin
Wyniki długoterminowych badań prowadzonych w mieszaninach woda–glikol z zastosowaniem podejścia opartego na równaniu Arrheniusa wskazują, że właściwości testowanego poliamidu można ekstrapolować na okres przekraczający 100 000 godzin po pięciu latach trwania testów. Oznacza to, że materiał zapewnia istotny margines bezpieczeństwa względem obecnych wymagań trwałości dla komponentów stosowanych w pojazdach elektrycznych i ciężarowych, pracujących w układach chłodzenia akumulatorów i innych podzespołów.
Dla branży motoryzacyjnej, w szczególności dla producentów samochodów osobowych i ciężarowych, wyniki te stanowią podstawę do oceny ryzyka związanego z długoterminową eksploatacją części z tworzyw sztucznych w nowych warunkach pracy. Zastosowanie ekstrapolacji danych testowych pozwala na wcześniejsze wprowadzenie rozwiązań materiałowych do projektów seryjnych, przy jednoczesnym zachowaniu wymaganej niezawodności komponentów przez cały okres użytkowania pojazdu.
Poliamid Ultramid BASF znajduje zastosowanie m.in. w elementach takich jak pompy i zawory w układach chłodzenia, gdzie długotrwały kontakt z mieszaninami woda–glikol w podwyższonej temperaturze jest kluczowym czynnikiem projektowym.
