更稳定的橘色，更安全的电动汽车高压连接器

RAL 2003橙色已成为新能源汽车高压部件的警示色。对于这些部件来说，至关重要的是颜色要持久耐用，同时保持其他性能，例如阻燃性和耐水解性。橙色的PBT和PA化合物现已可用于制作高压连接器。激光打标也成为橙色部件的鲜明特征。

标题图：在电动汽车中，橙色是首选颜色，特别是对于高压组件 © Adobe Stock; Rathchapon

汽车行业正在经历一场前所未有的变革：电力驱动取代了传统的内燃机，并触发了一系列重大的变化。整个动力总成（驱动）架构正在改变，亟需使用新组件来确保高电压安全可用并建立电池和电动机之间的连接。这些连接器必须满足许多特定的要求，例如阻燃性、颜色稳定性和电气性能。连接器越小，电触点之间的距离越短。根据 IEC 60664-1（高达千伏的供电电压）规定，只有达到 IEC 60112 规定的 CTI 600（相比漏电起痕指数）的最高绝缘等级I的材料才能实现最小接触距离。

图1：除了PBT，巴斯夫现在还为高压连接器提供PA级产品 ©巴斯夫

巴斯夫开发了用于高压连接器的特殊橙色塑料牌号，被称为“耐用颜料”（图1）。该产品组合包括橙色 Ultradur PBT 牌号和各种橙色 Ultramid PA 牌号。 Ultramid 牌号有脂肪族聚酰胺（PA66 和 PA6）和半芳香族 PA（Ultramid Advanced）（表1）。

表1：巴斯夫为高压部件提供各种橙色材料 ©巴斯夫

 
阻燃、耐热老化

根据UL 94 V-0标准，巴斯夫公司生产的这些材料符合最低阻燃等级UL 94 HB（水平燃烧），需要增加阻燃性和在去除火源后独立灭火的应用。阻燃剂配方仅使用无卤素阻燃剂系统。

聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 的吸湿率极低，因此尺寸精度高，同时具有稳定的机械和电气性能。这种塑料在温暖潮湿的气候下容易水解降解。 在这种情况下，分子链会缩短，产品会变脆——以 HR（耐水解性）标识的水解稳定牌号可以弥补这种趋势。另一方面，聚酰胺 (PA) 在温暖和潮湿的气候下具有固有的稳定性，并且具有提高冲击强度的特性。

合适的稳定剂可防止接触腐蚀

虽然聚对苯二甲酸丁二醇酯本质上具有耐热老化性，但 PA 始终需要热稳定剂，因为高压连接器的温度可高达 140 °C（图 2），通常使用卤化物含量高的稳定剂。尽管卤化物在其使用寿命期间会导致接触腐蚀等问题，尤其是在电气应用中，选择正确的热稳定剂至关重要。巴斯夫开发的所有耐用橙色塑料的总卤素含量均小于100 ppm，包括阻燃类型。

图2: PA66 Ultra-mid Exp 的断裂伸长率 3E3G6 DC OR 在 120 和 140 °C 下热老化，PBT Ultradur B4331G6 HR OR 在 150°C下热老化。PA中添加热稳定剂以达到同样的数值 ©巴斯夫

橙色是一个清晰的信号，可以立即识别哪些电缆和插头带有高电压——即使经过多年的使用、暴露在最高温度压力下也能清晰可见。橙色必须亮眼，由PBT制成的橙色组件全面满足市场对颜色稳定性的要求，并且已经进入批量生产。

防止PA黄化

从另一方面来说，PA是一个复杂的案例。即使最初是橙色的，随着时间的推移，PA仍会变成黄色和棕色。一般来说，在高温下使用 PA化合物时，稳定性至关重要。否则，大气中的氧气和高温会让PA热氧化降解，导致聚合物链氧化，从而在后续反应步骤中使聚合物链断裂，损失机械性能。从纯粹的美观角度而言，即使在低温条件下，这种降解发生也会在无色化合物中发生，因而在很短的时间内就会迅速黄化或产生棕色变色。

最初，这种颜色变化仅发生在表面，并且由于聚合物基质中氧的渗透性较差，因此仅影响表层的材料。尽管颜料有助于遮盖黄色或棕色变色，但却不足以保持材料的初始颜色。由于PA材料应具有必要的稳定性，因此需抑制或延迟氧化过程，合适的稳定剂系统还应具有颜色稳定性，让PA在光照下或处于潮湿环境下不变色。

玻璃纤维影响颜色稳定性

在开发新型耐用橙色材料的过程中，巴斯夫工程师研究了基础聚合物的稳定性以及玻璃纤维类型、润滑剂和颜料等其他添加剂造成的影响。玻璃纤维增强复合材料的机械性能是通过聚合物与玻璃纤维的化学键合通过玻璃纤维施胶实现的。玻璃纤维浆料由各种有机成分组成，例如粘合促进剂、成膜剂和其他辅助材料，它们本身通常会导致黄化。由于施胶配方不同，颜色稳定性取决于玻璃纤维的类型。不同的润滑剂对黄化也有很大影响。尽管彩色颜料和荧光增白剂通常有助于提高颜色稳定性，但许多颜料在暴露于温度应力时会改变颜色。

图3：PA66 Ultramid Exp样品板。A3E3G6 DC OR在不同温度和储存时间下热老化的影响：温度对色调的影响清晰可见 ©巴斯夫

除了选择合适的玻璃纤维、润滑剂和温度稳定的彩色颜料外，巴斯夫新开发的创新稳定剂组合还可以使橙色玻璃纤维增强化合物具有出色的颜色稳定性。这些材料用DC（耐用颜色）作为后缀 DC（例如，中的Ultramid Exp. A3E3G6 DC OR）。”

为橙色部件激光打标

数据矩阵码（DMC）中组件和更多相关数据的可追溯性和识别已变得至关重要。激光打标是一种可持续、耐用且经济的压印信息方法，对比度较高，可以增加可读性。因此，白色打标通常用于黑色产品，而深色打标最适合白色产品。由于清晰标记橙色产品具有挑战性，因此就要使用合适的添加剂和激光设置。该产品保留了其颜色稳定性、电气性能和所需的防火性能。

图4：适当的添加剂也可用于激光打标橙色聚酰胺，例如 PA66 Ultramid Exp。A3U44G6 DC LS OR。所示示例是使用1064 nm激光生成的 ©巴斯夫

巴斯夫正在进一步开发激光打标材料，并首次提供橙色阻燃PA，可在 1064 nm 波长下进行激光打标，用于深色标签（刻字）（图 4）。非阻燃变体以及相应的 PBT 化合物也正处于开发阶段。

本文翻译自Plastics Insights杂志
作者：Patrick Frey，Andreas Nixdorf，Dr. Tina Kolb

来源：荣格-《国际塑料商情》

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