隨著電氣模塊設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，尺寸越來(lái)越小，導(dǎo)致其能量密度越來(lái)越大，溫升也越來(lái)越高。有時(shí)甚至?xí)驗(yàn)殡娀瘜W(xué)腐蝕而導(dǎo)致重要功能失效，造成損失。塑料作為影響電化學(xué)腐蝕的重要因素之一，對(duì)其預(yù)防也成為了汽車制造商及其供應(yīng)商面臨的主要任務(wù)。
電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用豐富了我們生活。除了每天使用的智能手機(jī)和平板電腦，在其他的許多應(yīng)用場(chǎng)合中也有電子產(chǎn)品的身影。在汽車領(lǐng)域，就能找到越來(lái)越多的集成電路(IC)。這些微型計(jì)算機(jī)不間斷地運(yùn)作，控制著許多功能。包括：座椅調(diào)整、外后視鏡定位、車窗升降器和雨刮器等。所有這些現(xiàn)代化車輛中的電動(dòng)部件都是由小型計(jì)算機(jī)控制的。
電氣和電子領(lǐng)域同樣出現(xiàn)小型化趨勢(shì)
微電子產(chǎn)品不但給乘客帶來(lái)更多的便利，特別是一些功能如果沒(méi)有計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，例如發(fā)動(dòng)機(jī)管理之類，基本就不可能實(shí)現(xiàn)。而且在車輛的安全系統(tǒng)中也已經(jīng)以電子方式進(jìn)行了升級(jí)：安全氣囊控制、輪胎壓力監(jiān)測(cè)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、電子牽引力和穩(wěn)定性控制，這些都是眾所周知的例子。所有這些系統(tǒng)都依賴于對(duì)物理數(shù)值的無(wú)誤分析，從而控制相關(guān)操作。舉個(gè)例子，每個(gè)車輪上的轉(zhuǎn)速傳感器可測(cè)量當(dāng)前的車速。如果在急剎車時(shí)存在車輪抱死的危險(xiǎn)，ABS 系統(tǒng)會(huì)利用該信息立即減小制動(dòng)力。穩(wěn)定性控制電路在每個(gè)車輪上單獨(dú)實(shí)現(xiàn)此功能，不受其它車輪的影響。
傳感器可確定發(fā)動(dòng)機(jī)油位，潤(rùn)滑油的質(zhì)量和濕度，車速，前后車距，發(fā)動(dòng)機(jī)是否有問(wèn)題。有的甚至還可以確定駕駛員的狀況（例如疲勞）。通過(guò)所收集到的信息，在駕駛員做出自主反應(yīng)之前，啟動(dòng)急剎等措施，這有助于降低事故的危險(xiǎn)系數(shù)，甚至完全阻止事故的發(fā)生。
如今，傳感器和計(jì)算機(jī)在控制電路中的應(yīng)用使汽車駕駛比以往更安全、更方便（圖1）。因此，配備功能可靠的電子產(chǎn)品對(duì)于車輛的安全操作非常重要，這些電子產(chǎn)品必須以最大的失效保護(hù)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和安裝，IC 是該項(xiàng)技術(shù)的核心。在過(guò)去數(shù)年間，電子零件變得越來(lái)越輕、越來(lái)越小，可安裝的應(yīng)用范圍變得十分廣泛。然而，這些小型模塊化的元器件間的連接和接線已經(jīng)成為一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，必須在極其有限的空間內(nèi)進(jìn)行數(shù)十個(gè)電器件連接。
圖1：集成電路廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)
傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已不能滿足要求，通常會(huì)采用超聲波焊接法，用如發(fā)絲般細(xì)的電線進(jìn)行連接。此外許多IC 都采用鍍金觸點(diǎn)制造，這確保了接觸表面不容易氧化。氧化的觸點(diǎn)會(huì)對(duì)所要求的電氣質(zhì)量造成損害。然而，在這些情況下并不使用金線，相反，通常會(huì)選擇銅、銅合金和鋁線來(lái)替代，結(jié)果就是焊接接頭處會(huì)形成所謂的金屬間相化合作用。
溫度加速磨損
汽車中使用的模塊通常暴露于高溫的操作環(huán)境中。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中，發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)和冷卻水管的熱量都會(huì)導(dǎo)致溫度升高。在車內(nèi)，高溫則是由照在車身上和穿過(guò)玻璃的太陽(yáng)輻射造成的?，F(xiàn)代化車輛功能的多樣性意味著部件的安裝必須更加緊湊。由于熱量難以從模塊中散發(fā)出來(lái)，反而會(huì)導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高。許多電子元器件的工作溫度高于80°C，而這已經(jīng)是普遍現(xiàn)象。人們已發(fā)現(xiàn)，通常情況下，高溫環(huán)境會(huì)使安裝在車上的元件和模塊的使用壽命縮短，很有可能該零件在車輛準(zhǔn)備報(bào)廢之前就失效了。
對(duì)于失效模塊的分析顯示，導(dǎo)致失效的主要原因是IC 接觸點(diǎn)的腐蝕。當(dāng)兩種物質(zhì)（特別是不同材質(zhì)的金屬）通過(guò)電解質(zhì)（如：水或潮濕的空氣）進(jìn)行電流連接時(shí)，會(huì)發(fā)生接觸腐蝕。因此，惰性低的金屬形成陽(yáng)極，惰性高的金屬形成陰極，該極化使陽(yáng)極溶解加速。鋅（犧牲陽(yáng)極）用于保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)（例如地面油罐和遠(yuǎn)洋船舶），這是該技術(shù)眾所周知且被廣泛使用的應(yīng)用（圖2）。
圖2：電化學(xué)腐蝕圖示
在汽車行業(yè)中，控制系統(tǒng)及其連接器的外殼和部件通常由聚酰胺制成。聚酰胺材料因其使用壽命長(zhǎng)，并且具有良好的韌性和強(qiáng)度、耐熱性和耐介質(zhì)性而被選用。一直以來(lái)，聚酰胺的熱老化是穩(wěn)定的，因此，用銅或碘化鉀制成的系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用多年。然而，鹵素穩(wěn)定劑具有決定性的弱點(diǎn)，鹵素特別是碘和溴，被認(rèn)為對(duì)金屬材料的化合作用有害。近年來(lái)也引入了其他穩(wěn)定劑，這些穩(wěn)定劑可以有效防止在高達(dá)150℃的溫度下，由熱氧化引起的聚酰胺降解。
在汽車領(lǐng)域和其他普通工業(yè)中，大部分電氣元器件的損壞一般是由電化學(xué)腐蝕引起的。因此，在發(fā)生的反應(yīng)中，碘或溴離子與金屬間發(fā)生復(fù)雜的相互作用。這些離子大多來(lái)自于塑料中的穩(wěn)定劑，電場(chǎng)直接將它們引向破壞的方向。穩(wěn)定劑中的銅可能導(dǎo)致接觸腐蝕，并腐蝕由鎂和鋅制成的部件。如果在塑料和金屬之間也發(fā)生這種反應(yīng)，相應(yīng)的汽車功能可能會(huì)失效。
除了銅鹵素化合物之外，金屬鹽類也經(jīng)常被用作電子元器件中的穩(wěn)定劑。這些化合物也可以分解成離子，然后被輸送到電場(chǎng)中的相應(yīng)磁極，在那里可以看到相應(yīng)的沉積物（圖3）。
圖3：金屬鹽類沉積物
圖4：沉積物的局部圖
有效預(yù)防這種故障是汽車制造商及其供應(yīng)商面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。由于車輛使用的電子零件數(shù)量日漸增加，低成本電動(dòng)機(jī)的并行開(kāi)發(fā)，該問(wèn)題在未來(lái)幾年將更受重視。德國(guó)下齊森的AKRO-PLASTIC GmbH 公司（安科羅工程塑料）已經(jīng)解決了這一問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)出了一系列新的電中性聚酰胺產(chǎn)品，該材料含有熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑，不含鹵素和金屬鹽類。該產(chǎn)品系列因其電中性以“EN”作為后綴命名。
另外，該系列也有不同比例的增強(qiáng)的牌號(hào)，其玻璃纖維增強(qiáng)可高達(dá)50％。因其不同的客戶指定的級(jí)別不同，也使產(chǎn)品組合得以豐富。在新配方開(kāi)發(fā)中，其主要特點(diǎn)是材料中不含碘和溴，為此開(kāi)發(fā)的高分辨率分析方法，可以確認(rèn)溴或碘含量小于1ppm。所生產(chǎn)每批材料的記錄結(jié)果都可以提供給客戶。
在“EN”產(chǎn)品系列的每一張驗(yàn)收測(cè)試證明上，AKRO-PLASTIC 安科羅都規(guī)定溴和碘的含量須小于1 ppm。目前，這是日常操作中最高的分辨率分析。市場(chǎng)上元素分析的標(biāo)準(zhǔn)方法通常只有> 10 ppm 的分辨率。而AKRO-PLASTIC 安科羅則在生產(chǎn)過(guò)程中不斷采用新的方法，在該方法開(kāi)發(fā)的期間，意外的發(fā)現(xiàn)一些添加劑和聚合物中含有鹵素，但公司必須選用無(wú)鹵素原材料。為了保持生產(chǎn)和質(zhì)量的穩(wěn)定，所以我們對(duì)某些原材料的來(lái)料檢驗(yàn)實(shí)施新的分析方法和監(jiān)控。
除了對(duì)材料和測(cè)量方法的開(kāi)發(fā)，在這種特殊的材料制造過(guò)程中也存在潛在的污染來(lái)源，化合物中的不良物質(zhì)可能導(dǎo)致加工過(guò)程中的交叉污染。
用于擠出線的冷卻水也可能是一個(gè)污染源。AKRO-PLASTIC 安科羅發(fā)現(xiàn)冷卻水中含有的碘化亞銅或著碘化鉀也會(huì)污染被定義為電中性的產(chǎn)品。工廠中的每條生產(chǎn)線都有自己的封閉式冷卻水回路，就能有效消除此污染源，該方法在AKRO-PLASTIC 安科羅得到嚴(yán)格執(zhí)行。如果材料由此生產(chǎn)線制造，而此線之前曾被用于生產(chǎn)其他未被定義為電中性的產(chǎn)品，那么這條生產(chǎn)線也是出現(xiàn)碘或溴離子污染的另一個(gè)可能來(lái)源。即使經(jīng)過(guò)深度清潔，再進(jìn)行3 小時(shí)的電中性化合物生產(chǎn)（產(chǎn)量高達(dá)數(shù)百公斤/ 小時(shí)）后，發(fā)現(xiàn)鹵素含量仍超出1ppm 的標(biāo)準(zhǔn)。由此，AKRO-PLASTIC 安科羅電中性化合物的系列生產(chǎn)僅限于在指定的機(jī)器和輔助設(shè)備上完成。所以，如今產(chǎn)品生產(chǎn)保證絕對(duì)安全，產(chǎn)品分析結(jié)果總是顯示碘或溴的含量低于1 ppm，符合要求。
在未來(lái)的汽車應(yīng)用中，經(jīng)驗(yàn)證不含鹵素的聚酰胺將變得越來(lái)越重要。塑料材料制造商和添加劑制造商必須調(diào)整他們的機(jī)器和分析設(shè)備，以滿足未來(lái)對(duì)電中性化合物的需求，使客戶從技術(shù)成熟的產(chǎn)品中獲益。在配方中棄用物質(zhì)還不足夠，先進(jìn)的分析技術(shù)和良好的生產(chǎn)規(guī)范可以確保避免這些有害物質(zhì)進(jìn)入其生產(chǎn)階段。
作者：
Franziska Munterer，德國(guó)下齊森AKRO-PLASTIC GmbH 初級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理。
GünterPrautzsch，AKRO-PLASTIC GmbH 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理。
Thilo Stier，AKRO-PLASTIC GmbH 創(chuàng)新及銷售事業(yè)部主管。
關(guān)于AKRO-PLASTIC 安科羅：
開(kāi)德阜工程塑料（蘇州）有限公司于2005年在蘇州成立，是德國(guó)AKRO-PLASTIC GmbH的分公司。2010年，公司遷至江蘇吳江的新建工廠，生產(chǎn)以 AKROMID 為商標(biāo)的 PA 6，PA 6.6，PPA , 以 AKROLOY 為商標(biāo)的 PA 6.6/PPA 合金材料，以及配色產(chǎn)品。蘇州工廠的年設(shè)計(jì)產(chǎn)能為 20,000噸。該工廠所采用的ICX創(chuàng)新改性與擠出技術(shù)，是AKRO-PLASTIC安科羅與其姊妹公司擠出機(jī)制造商FEDDEM共同開(kāi)發(fā)出的一項(xiàng)不受生產(chǎn)場(chǎng)地，生產(chǎn)時(shí)間影響，能夠保障不同批次之間的產(chǎn)品品質(zhì)一致性的技術(shù)。該技術(shù)由同種設(shè)備、外設(shè)技術(shù)及統(tǒng)一工藝流程組成，以確保產(chǎn)品的優(yōu)異品質(zhì)。
AKRO-PLASTIC 安科羅憑借其在工程塑料領(lǐng)域的綜合技術(shù)實(shí)力和協(xié)同能力為客戶創(chuàng)造價(jià)值：更靈活的滿足客戶在產(chǎn)品多樣化，生產(chǎn)本地化及應(yīng)用定制化等多方面的需求。
更多AKRO-PLASTIC公司信息可以登錄公司網(wǎng)站：www.akro-plastic.com。感謝您的關(guān)注！
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