PPS — 新エネルギー車の高電圧コネクタの主要材料

高電圧コネクタ、電子制御ハウジング、バッテリーパック構造部品、充電ガンなどのコアコンポーネントの材料は、次の要件を同時に満たす必要があります。 200°C を超える温度に対する長期耐性。炎から離れると自己消火します。高温多湿の環境における寸法安定性。 800Vを超える高電圧に対して漏電することなく絶縁します。電解液や冷却剤による化学的腐食に対する耐性 - これは事実上「ミッション不可能」なチェックリストです

I. PPSとは何ですか?

ポリフェニレンサルファイド (PPS) は、芳香族の半結晶性特殊ポリマーであり、「6 番目の主要な特殊エンジニアリング プラスチック」 (PI、PEEK、PAI、PES、PEI に続く) と呼ばれることがよくあります。その分子骨格は、交互に並んだベンゼン環と硫黄原子で構成されています。この強固なフレームワークにより、高温、化学的腐食、難燃性に対する固有の耐性が得られます。純粋な PPS の機械的特性には限界があります。したがって、産業用途で使用される PPS は、ほぼ独占的に改質および強化された形態であり、最も一般的なのはガラス繊維強化 (ガラス繊維含有率 30% ～ 40%) ですが、その他の改質方法には炭素繊維強化、鉱物充填、PTFE ブレンドなどがあります。変性 PPS は、ベース樹脂本来の利点を維持しながら、強度、剛性、寸法安定性が大幅に向上します。

II.万能の高電圧主力製品

1. 高温耐性: 200°C の極端な条件下でも堅実な安定性

新エネルギー車では、高電圧コネクタ、電子制御ハウジング、IGBT モジュールの周囲の領域は通常、150°C ～ 200°C の長期温度で動作し、瞬間的なピークは 250°C を超えることもあります。 PBT などの一般的なエンジニアリング プラスチックの長期使用時の最高温度はわずか 120°C ですが、PA66 は約 150°C で顕著に軟化し始めます。対照的に、PPS は 220°C までの長期動作温度に耐えることができ、熱たわみ温度 (HDT) は 260°C を超えます。

これは、高出力モーター出力、バッテリーの高速充電によって発生する熱、電子制御インバーターのスイッチング損失などの極端な熱負荷シナリオ下でも、PPS コンポーネントは軟化、変形、クリープによる故障、応力亀裂の発生がないことを意味します。高電圧コネクタの場合、端子間隔のわずかな変化でもアーク放電や絶縁破壊につながる可能性がありますが、PPS の高温寸法安定性により、このリスクは根本的に排除されます。

さらに重要なことは、PPS は熱酸化老化に対して優れた耐性を示します。極度の高温で長時間動作させた後でも、機械的強度の低下は非常に緩やかです。 IGBT モジュール ハウジングやモーター バスバー ブラケットなど、10 年以上の設計寿命が必要なコンポーネントにとって、PPS はコストと性能のバランスをとることができる唯一の材料です。

2. 難燃性: UL94 V-0 は単なる出発点です。炎から離れると自己消火する生来の特性

新エネルギー車に対する難燃性の安全性要件は非常に厳しいです。 GB18384-2025「電気自動車の安全要件」は、高電圧システムの難燃性能に関する明確な規制を定めています。 PPS は優れた難燃性を備えています。分子構造内の硫黄は高温での炭化を促進し、酸素を遮断する緻密な炭素層を形成します。その結果、ハロゲン系難燃剤を使用せずに UL 94 V-0 規格 (厚さ 1.5 mm で) を達成しました。

超薄肉コネクタ (肉厚 0.3 mm ～ 0.5 mm) などのより要求の厳しい用途では、PPS はハロゲンフリーの難燃剤修飾によって難燃安定性をさらに強化できます。水酸化マグネシウムやポリリン酸メラミン (MPP) などのハロゲンフリー難燃剤を添加すると、材料は V-0 要件を満たすだけでなく、輸出志向のサプライ チェーンにおける重要な要素である EU の RoHS および REACH 環境基準にも準拠します。

対照的に、PA66 は同じレベルの性能を達成するために大量の難燃剤を必要としますが、これはすでに平凡な機械特性と温度耐性を犠牲にしています。 PBT も難燃性にすることができますが、難燃剤は高温で浸出して移動する傾向があり、その長期信頼性に疑問が生じます。

3. 寸法安定性: 吸水率 0.03%;湿気の多い高温の環境でも完全に安定しています

これは PPS の最も過小評価されている特性ですが、高電圧コネクタにとっては非常に重要です。

高電圧コネクタの中心的な安全原則は「クリアランスの維持」です。 800 V または 1,000 V の電圧では、端子間および端子とハウジング間の絶縁クリアランスを設計仕様内で厳密に管理する必要があります。吸湿や膨張によって寸法が変動すると、沿面距離の不足、絶縁破壊、さらにはアーク短絡が発生する可能性があります。

PA66 の吸水率は 1.9% と高く、PPA (高温ナイロン) の吸水率は 0.5% ～ 1% です。高温多湿の環境（夏の中国南部の高温多湿や、車両が水の中を走行するときなど）では、これらの材料が大幅に膨張し、コネクタの緩みや締りばめの失敗につながります。これに対し、PPSは吸水率が0.03%とほとんど水を吸収しません。これは、乾燥した北部でも湿気の多い南部でも、-40 °C の厳しい寒さから 85 °C のうだるような暑さでも、PPS コンポーネントは知覚できるような寸法変化をほとんど示さないことを意味します。

正確な嵌合が必要なコネクタ ハウジング、IGBT モジュール フレーム、およびバッテリ パック構造コンポーネントにとって、この「環境不活性性」は PPS のかけがえのない中核的な競争上の優位性です。

4. 電気絶縁: CTI > 600 V、800 V しきい値を容易に満たす

800V の高電圧プラットフォームでは、絶縁材料に対して前例のない要求が課されます。比較トラッキング指数 (CTI) は、湿った環境や汚染された環境におけるトラッキングに対する断熱材の耐性を測定するための重要な指標です。 IEC 60112 規格では、CTI > 600V が最高グレード (PLC クラス 0) として分類されます。

純粋な PPS の CTI は 175 ～ 250 V の範囲です。ただし、ワラストナイト、マイカ、水酸化アルミニウムなどの無機フィラーを添加して高 CTI 改質を行うことで、600 V 以上まで確実に高めることができます。この性能レベルにより、湿気、粉塵、塩霧などの過酷な環境でも、PPS コンポーネントの表面に導電経路が形成されず、漏電や短絡のリスクが根本的に排除されます。

さらに、PPS は安定した誘電率 (修飾配合に応じて約 3.4 ～ 3.8) と低い誘電損失を備えているため、高周波スイッチング条件 (SiC/GaN デバイスによって推進される傾向) の下でも優れた絶縁性能を維持できます。 800V プラットフォームの電子制御ハウジングとパワー モジュール パッケージングの場合、これは PA66 や PBT では到底太刀打ちできないレベルの性能を表します。

5. 耐化学腐食性: 電解質、冷却剤、酸、塩基に対する耐性

新エネルギー車の「スリーエレクトリック」システムの動作環境は「化学地獄」と言えます。バッテリーパックには六フッ化リン酸リチウム電解質が充填され、熱管理システムはエチレングリコールベースの冷却剤を循環し、電気モーターにはさまざまな潤滑グリースが含まれています。これらの媒体は、ほとんどのプラスチックを腐食したり膨潤させたりします。

PPS のベンゼン環硫化物エーテル主鎖は、非常に高い化学的不活性性を示します。以下のメディアの影響をほとんど受けません。

酸およびアルカリ溶液: pH 1 ～ 14 の範囲内で長期浸漬による悪影響はありません。

電解質:六フッ化リン酸リチウム、炭酸塩溶媒。

冷却剤:エチレングリコール、プロピレングリコール、およびそれらの混合物。

潤滑剤：鉱油、合成潤滑剤。

ガソリン、ディーゼル、ブレーキ液などの一般的な車両用液体。

この特性により、PPS はバッテリー防爆カバー端子ガスケット、電子ウォーター ポンプ インペラ、電子オイル ポンプ ハウジングなどの部品にとって「理想的な材料」となります。バッテリーの防爆カバーを例にとると、正極と負極の端子ガスケットは、アルミニウム端子の熱膨張係数との互換性を確保しながら、バッテリーのライフサイクル全体 (8 ～ 15 年) を通じて電解質腐食に耐える必要があります。PPS は、これらの要件の両方を満たすことができる数少ない材料の 1 つです。

III. 5 つのコアコンポーネントにおける PPS の実世界のパフォーマンス

1. シナリオ 1: 800V 高電圧プラットフォーム用のコネクタ

800V プラットフォームでは、より高い電界強度とより厳しい絶縁要件が必要になります。 AVIC オプトエレクトロニクスの第 3 世代高電圧、大電流コネクタ シリーズは、800V プラットフォームの量産車両に完全に適合し、「10 分間の充電で 400 キロメートルの距離を走行」という超高速充電要件をサポートします。 2025 ミュンヘン エレクトロニクス フェアで、TE Con​​nectivity は 3 つの主要な高電圧コネクタ シリーズ (TECSJ、HVA280、および HVA630 のアルミニウム配線バージョン) と、自動車およびエネルギー貯蔵分野の両方をカバーする完全なアルミニウム コネクタ アセンブリ ソリューションを展示しました。

PPS コンポーネント: コネクタ ハウジング、端子取り付けフレーム、および絶縁バッフル。 PPS の高い CTI (>600V) により、安全な沿面距離が保証されます。 0.03% の吸湿率により、湿気の多い高温環境でもフィッティングの精度が保証されます。 V-0 難燃性評価は車両の火災安全要件を満たしています。

シナリオ 2: 電子制御ハウジングと IGBT モジュール

電子制御システムは新エネルギー自動車の「頭脳」であり、IGBT/SiC モジュールはその頭脳内の「ニューロン」です。これらのパワーデバイスはスイッチングプロセス中に大量の熱を発生するため、周囲の材料は耐熱性、絶縁性が高く、寸法安定性が高い必要があります。

PPS 用途: IGBT モジュール ハウジング、バスバー ブラケット、AC/DC バスバー絶縁フレーム。 PPS は 220°C の長期耐熱性を備えているため、軟化することなくパワーモジュールに密着した状態を保つことができます。その低誘電損失特性は、SiC デバイスの高周波スイッチングに適しています。ガラス繊維強化により強化された高い強度により、重いバスバー構造をサポートできます。

シナリオ 3: バッテリー パックの構造コンポーネント

バッテリー パックは、新エネルギー車の最も価値のある「心臓部」であり、最も複雑な材料要件を持つシステムの 1 つです。

防爆カバー端子スペーサー:プラス端子には導電性 PPS (抵抗 10 ～ 10,000 オーム) が使用され、マイナス端子には絶縁性 PPS (耐電圧 >1,500 V) が使用されます。レーザー溶接時に沈みや割れが発生せず、アルミニウム端子の熱膨張係数と互換性があります。

モジュールのエンドプレートとブラケット:スチールをプラスチックに置き換えることで、難燃性と断熱性の両方の要件を満たしながら、重量を 30% 以上削減します。

バスバー絶縁スペーサーは、限られたスペース内で高電圧導体間の安全な絶縁を確保します。

シナリオ 4: ガンの充電 (液冷超高速充電を含む)

超急速充電技術の進歩により、充電ガンは「パッシブ冷却」から「アクティブ液冷」へと進化しています。 1,000 V/800 A を供給できる高出力液冷式充電ガンはすでに入手可能であり、次世代製品は 1,000 V/1,000 A のメガワットクラスの充電要件をターゲットにしています。

PPS 用途: 充電ガンのハウジング、端子取り付けブラケット、および液冷チューブのコネクタ。 PPS は耐加水分解性があるため、冷却液に長時間浸漬した後でも機能を維持できます。高い CTI 定格により、高電圧端子間の沿面安全性が保証されます。寸法安定性により、抜き差しを繰り返しても嵌合精度が保証されます。

シナリオ 5: 電子ウォーター ポンプと熱管理システム

電子ウォーターポンプは熱管理システムの「循環ポンプ」として機能し、140℃の冷媒環境で継続的に動作します。

PPS 用途:ウォーターポンプハウジング、インペラ、水分離スリーブ、ローターフレーム。 PPS は、エチレングリコール冷媒への高温浸漬に 2,000 時間以上耐えることができます。ハウジングと金属インサート間の強力な結合により、羽根車の高い寸法精度と安定した動的バランスを実現します。 Suzhou Napuan などのメーカーは、電子ウォーター ポンプ用の包括的な PPS 材料ソリューションを開発しました。