新エネルギー車における PA、PC、POM、PBT の応用

まず、いくつかの概念を明確にしましょう。

• エンジニアリングプラスチックとは、主にPA、PC、POM、PBT/PET、PPEなどの高機能樹脂を指します。
• 変性プラスチックには、変性PP、PE、ABSなどの汎用プラスチックも含まれており、その範囲は広くなります。
• 自動車用プラスチック部品は最終製品ごとに分類されており、PU、PVC、TPE、複合材料も含まれます。

車両全体の使用量という点では、依然として PP や ABS などの汎用プラスチックが基盤を形成しています。技術的価値の観点から、PA、PBT、PPS、PPA、PEEK などの材料は、より高い安全要件と技術的障壁を持つコンポーネントで使用されることが増えています。

以下では、5種類のエンジニアリングプラスチックの主な役割を詳しく見ていきます。

I. PA: 構造および熱管理システムの要

PAはポリアミドの略で、一般的にナイロンとして知られています。自動車業界で最も一般的なタイプは PA6 と PA66 です。

PA6 は主にカプロラクタムの開環重合によって生成されますが、PA66 はアジピン酸とヘキサメチレンジアミンの重縮合によって形成されます。自動車グレードの要件を満たすために、通常、ガラス繊維、難燃剤、耐衝撃性改良剤、および耐加水分解性添加剤がベース樹脂に添加されます。

PAは強度、靱性、耐摩耗性、耐油性、優れた加工性を兼ね備えています。ガラス繊維で強化すると、剛性、耐熱性、寸法安定性がさらに向上し、高電圧コネクタ、充電ポート、車載充電器のカバー、モーターのエンドキャップ、冷却ライン、継手、バルブ本体、水室などの部品に適しています。

たとえば、ランクセスは、電気自動車の車載充電器のカバー プレートにガラス短繊維強化 PA6 を 50% 使用しました。このコンポーネントは、冷却剤、内部圧力、および温度変動に耐える必要があり、PA の役割が単なる金属の代替を超えて、構造、シーリング、耐媒体、および一体成形の用途にまで拡大していることを示しています。

PA の主な欠点は吸湿性です。湿気を吸収すると、材料の寸法、剛性、電気的特性が変化する可能性があります。したがって、高電圧接続および熱管理コンポーネントには通常、吸湿性が低く、耐加水分解性、難燃性、そして長期にわたって熱的に安定した特殊グレードが必要です。

II. PC: 透明ヘッドライトからスマート センシングへ

PCはポリカーボネートの略です。主流の製品は通常、ビスフェノール A を原料として使用し、界面重縮合または溶融エステル交換によって製造されます。

PCは透明性が高く、耐衝撃性に優れ、耐熱性、寸法安定性にも優れています。ガラスに比べて軽く、複雑な曲面の射出成形が容易です。

従来の自動車では、PC は主にヘッドライト レンズ、ライト ガイド、透明な計器パネル カバーに使用されています。自動車インテリジェンスの進歩に伴い、その用途はディスプレイプロテクター、LiDAR およびカメラ保護カバー、ミリ波レーダーカバー、密閉型フロントグリル、イルミネーションロゴ、スマートサーフェスなどに拡大しています。

さまざまな種類の PC とその合金は、それぞれ近赤外線透過、ミリ波透過、カメラ保護などの要件を満たすことができます。 PC カバーを加熱フィルムと組み合わせると、LiDAR システムに対する氷、雪、霧の影響を軽減することもできます。

ただし、標準的な PC の表面硬度と耐傷性は限られており、特定の化学物質に対して比較的敏感です。自動車外装の光学部品およびセンシング部品に使用する場合、通常、耐紫外線性の変更、硬化コーティング、または多層複合構造が必要です。

Ⅲ． POM: 精密モーションコンポーネントに隠されている

POM (ポリホルムアルデヒド) はポリアセタールとも呼ばれ、ホモポリマー POM とコポリマー POM に分類されます。前者は通常、高純度ホルムアルデヒドの重合によって製造されますが、後者は主にホルムアルデヒド三量体と少量の共重合体モノマーの開環重合によって製造されます。

各材料には独自の特定の性能強度があり、コンポーネントの要件に基づいて選択する必要があります。

POMは高い剛性、耐疲労性、寸法安定性を備えており、最大の特徴は低い摩擦係数と優れた耐摩耗性です。その結果、電動シート調整ギア、窓やドアのロック機構、隠しドアハンドル、電動パーキングブレーキ、エアコンのダンパー、ポンプやバルブ、ブッシュ、スライダー、ラッチなどの部品に広く使用されています。

新エネルギー車は、POM 用に完全に独立した新しいシステムを作成していませんが、スマート コックピット、電動ドア ロック、マイクロ アクチュエーターの使用の増加により、高精度のトランスミッション コンポーネントの需要が高まっています。

POM は難燃性にするのが難しく、強酸や強酸化剤に対する耐性が限られており、過度に高い加工温度で分解する可能性があります。これは、繰り返し動作する耐摩耗性コンポーネントに適していますが、バッテリーパック内の大面積の難燃性構造材料としては適していません。

IV. PBT/PET：高電圧コネクタおよび電気絶縁材料

PBT と PET はどちらも熱可塑性ポリエステルです。

PBT は主に、テレフタル酸またはそのエステルと 1,4-ブタンジオールを反応させることによって製造されます。一方、PET は主なジオールとしてエチレングリコールを使用します。 PBT は比較的早く結晶化し、射出成形特性に優れているため、コネクタや精密電気部品でより一般的に使用されています。 PET は繊維やフィルムに広く使用されており、強化や改質を行った後、特定の電気構造部品の製造にも使用できます。

PBTは吸湿性が低く、電気絶縁性、寸法安定性、加工性に優れています。ガラス繊維で強化され、難燃性になるように改良された後、400V および 800V の高電圧コネクタ、充電ソケット、バスバー取り付けブラケット、リレー、センサー ハウジング、モーター コイル フレーム、自動車ランプ ソケットなどのコンポーネントに使用できます。

新エネルギー車によく使われるオレンジ色の高電圧コネクタは、警告として機能するだけでなく、高温、高湿、振動、長時間の電力供給の条件下でも難燃性、絶縁性、色の安定性を維持する必要があります。 BASF から公開されている情報によると、電気トラッキング耐性の高い PBT は、コネクタの高電圧耐性を高め、小型化を可能にします。

PET は、モーター、バッテリー、ワイヤーハーネスの絶縁フィルム、テープ基材、保護フィルムによく使用されますが、再生 PET 繊維はカーペット、ヘッドライナー、シート表皮にも使用できます。

PBT と PET の主なリスクは、高温高湿環境での加水分解老化です。したがって、高電圧接続およびバッテリー システムには通常、耐加水分解性、難燃性、高い CTI 定格を備え、熱老化に強い自動車グレードの製品が必要です。

5大エンジニアリングプラスチック以外に重要な材料は何ですか?

5 つの主要なエンジニアリング プラスチックは、自動車に使用されるポリマー材料の一部にすぎません。

• 変性 PP、ガラス長繊維強化 PP、TPO は、バンパー、インストルメント パネル、ドア パネル、ホイール ハウス、アンダーボディ ガードなどに広く使用されています。
• ABS、PC/ABS、ASA は主にセンター コンソール、電気エンクロージャ、トリム コンポーネントに使用されます。
• PMMA はテールライト、アンビエント照明、高光沢のペイントフリーの外装トリムに使用されています。
• PU、TPE、TPV、TPU、シリコーンゴムは、シートフォーム、シール、ホース、ケーブル、内装トリム、クッション部品に使用されています。

800V 高電圧プラットフォーム、急速充電、高出力密度の電気駆動システム、自動運転の開発に伴い、PPS、PPA、PEEK、LCP などの特殊エンジニアリング プラスチックも、より重要な用途で使用され始めています。

これらの材料は通常、PP、PA、PBT よりも少量で使用されますが、高温、高圧、高周波、精密成形など、通常の材料では長期にわたって耐えるのが難しい課題に対処できます。

ベース樹脂は自動車グレードの材料と同じではありません

自動車メーカーは通常、通常の PP、PA、または PBT を使用しません。その代わりに、強化、難燃性、耐加水分解性、熱伝導性、低誘電率、またはレーザー溶接性のために改良された自動車グレードの材料が使用されています。同じベース樹脂を使用する場合でも、成分が異なれば、強化率、難燃剤システム、色安定性、不純物制御、および長期老化性能に関してまったく異なる要件が求められる場合があります。

新エネルギー車の材料に対する要件も、次の 3 つの主要な領域で進化しています。

• まず、焦点は軽量化と金属の代替から、難燃性、絶縁、高電圧の安全性へと移っています。
• 第 2 に、焦点は短期的な耐熱性から、冷却剤、加水分解、および長期の老化に対する耐性に移りつつあります。
• 第三に、単一の構造機能から、光透過、波動透過、加熱、装飾、センシングなどの機能の統合に焦点が移りつつあります。

同時に、リサイクル材料、単一材料構造、分解可能な設計の重要性も高まっています。しかし、再生プラスチックを高電圧部品や安全部品に使用するには、不純物、性能の変動、長期信頼性などの問題を解決する必要があります。材料の高度な性質は、リサイクルされた含有量だけで判断することはできません。

新エネルギー車では、5 種類以上のプラスチックが使用されます。

PA は構造および熱管理システムに使用されます。 PC は照明とスマート センシング システムを接続します。 POM は精密な動きを処理します。 PBT/PET は高電圧接続と絶縁に使用されます。改良された PPE はバッテリーと電気の安全性をサポートします。 PP、ABS、PU、エラストマーは車両全体に使用されるプラスチックの基礎を形成し、さらに PPS、PPA、PEEK、LCP は高温、高圧、高周波の用途に使用されます。

新エネルギー車は、ある種類のプラスチックを別の種類のプラスチックに完全に置き換えることを意味するものではありません。むしろ、車両のすべてのコンポーネントにわたるパフォーマンス、コスト、製造プロセス、安全性、リサイクル可能性のバランスを再調整するプロセスを表しています。