電気制御システムの制振における高減衰PPS材料の応用探索

一、引用：無視された性能次元

ポリフェニレンスルフィド（PP）その優れた耐熱性、耐化学腐食性と寸法安定性で、新エネルギー自動車電気制御システム、電気コネクタなどの分野で広く応用されている。しかし、長い間業界で無視されてきたパフォーマンス次元があります。。

減衰、すなわち材料が振動エネルギーを吸収する能力は、通常損失因子（tanδ）で測定される。振動環境に設置された電気部品、エンジン周辺の配線ボックス、モータ付近のコネクタ、電気駆動アセンブリに集積されたインバータハウジング、材料の減衰能力は端子の接触安定性、溶接点の疲労寿命、ひいてはシステム全体の長期信頼性に直接関係する。

残念ながら、定番ページ業界の研究によると、PPSは比較的高温（例えば100°C以上）で高い損失因子を持っているが、100°C以下の常温区間では損失因子が低い。これは、PPS製のボンディングボックスまたはコネクタに振動が伝導されると、振動エネルギーはほとんど内部の端子接点または溶接点に伝達され、長期的な蓄積は接触緩み、抵抗増大、発熱、さらにはアブレーションを引き起こす可能性があることを意味している。

業界はこの問題を意識していないわけではない。在電機コントローラー高圧コネクタなどの応用において、エンジニアは通常ゴムガスケットを増やし、構造設計を最適化するなどの方法で材料自体の減衰不足を補う。しかし、これらのスキームは部品の数、組立工程、コストを増加させ、制振経路は材料固有特性ではなく外部構造に依存する。この問題を材料面から解決できれば、電気制御システムの制振設計に新たな自由度を提供することになる。

ウォルフ化学工業はこの方向で持続的な探索と検証を行い、現在初歩的な成果を業界の同僚と共有している。

　二、業界現状：通常PPSの減衰短板

PPS分子鎖はベンゼン環と硫黄原子が交互に配列され、構造は高度に規則化され、結晶度は通常50%~ 60%の間にある。この秩序構造はPPSに優れた剛性と耐熱性を与えたが、副作用ももたらした：

分子セグメントの運動は制限されている：常温ではPPS分子鎖は「凍結」状態にあり、分子鎖間の内摩擦による振動エネルギーの散逸は困難である

損失因子は極めて低い：常温でのtanδは通常0.001 ~ 0.06であり、制振吸振能力をほとんど備えていない

温度依存性が明らか：PPSの減衰性能は比較的高い温度で顕著に上昇するが、これは多くの電気部品の常温動作範囲を超えている

2.2業界の現状

現在、業界内では電機の電気制御PPS絶縁材料について、減衰性能に普遍的に注目しておらず、PPS材料はこのようになると考えられている。

2.3満たされていない需要

新エネルギー自動車の電気制御システムが高集積度、高電力密度の方向に発展する背景の下で、インバータハウジング、配線ボックス、コネクタなどの部品はますます厳しい振動状況に直面している。業界は「PPS固有の優位性を維持しながら、良好な減衰能力を備えている」材料に対して、明確で切実な需要が存在する。減衰係数が大きいほど、構造振動が弱くなり、騒音も低くなり、これは完成車のNVH性能の向上に直接的な意義がある。

3.1設計の考え方

ウォルフチームは長期的な機能PPS改質の実践の中で、徐々に「多相構造設計」の考え方を形成してきた。

具体的には、この設計の考え方には次のようないくつかのレベルが含まれています。

（1）基体の連続保持

PPSは連続相として、材料全体の耐熱性、耐化学性、寸法安定性が影響を受けないことを確保する。これはすべての改質の前提であり、減衰のためにPPSの根本的な優位性を犠牲にすることはできない。

（2）フレキシブルエネルギー消費微小領域の導入

基体にPPSとの適合性が良好な可撓性微小領域を導入する。これらの微小領域は交番応力を受けると可逆的な粘弾性変形が発生し、分子セグメント間の内摩擦は機械エネルギーを熱エネルギーに変換する--これは粘弾性減衰の基本原理である。

（3）界面摩擦エネルギー消費ユニットの構築

PPSマトリックス界面と適度に結合した第2成分を導入する。このメカニズムは、工学的に一般的な「摩擦ダンパー」のミクロバージョンに似ています。

（4）マルチスケール協同

可撓性微小領域と界面摩擦ユニットの応答周波数帯は異なり、エネルギー消費機構は相補的である。両者が相乗作用して、より広い周波数セグメントの減衰効果を実現することができる。

3.2典型的なパフォーマンス

システムの処方最適化とプロセス探索を経て、ウルフ高減衰PPS材料（PPS+GF 40）の典型的な性能は以下の通りである：

減衰係数について：0.20を超える損失係数は、材料が約23%の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して散逸することができることを意味する。参照として、従来のPPSのこの数値は約1%~ 2%で、上昇幅は1桁を超えている。比較的に見ると、鋼の減衰値はこれよりはるかに低いが、減衰性能はNVH表現に顕著な影響を与えている。

力学性能について：減衰係数が大幅に向上すると同時に、引張強度、破断伸び率と衝撃靭性はいずれも低下せず、わずかに向上した。曲げ弾性率は14 GPaから11 GPaに低下したが、通常のエンジニアリングプラスチックよりもはるかに高く、配線ボックス、電気制御ケースなどの薄肉構造物にとっては依然として余裕がある。

耐熱性と絶縁性について：熱変形温度は260°C以上を維持し、通常のPPSに相当し、無鉛リフロー溶接と自動車級の高温モードに耐えることができる。体積抵抗率は10ÅΩ・cmのレベルに維持され、高圧電気部品の絶縁要求を満たす。

　四、潜在応用分野

上記の材料特性に基づいて、次のような応用は高減衰PPSの導入に恩恵を受ける可能性がある：

4.1インバータ/モータコントローラハウジング（ウォルフEMC吸収シールドを組み合わせた）

インバータは電気制御システムのコアパワー部品として、その振動源は複雑である：パワーデバイスの高速スイッチによる内部励起も含むし、モータと路面からの外部伝達も含む。ハウジング内部には制御板、駆動板、多種のセンサが集積され、制振に剛性の需要がある。高減衰シェル材料は、追加の部品を追加することなく、システムの振動挙動を改善することができる。

ターミナルボックスの内部には複数の端子接続点が含まれており、長期振動により端子が緩み、接触抵抗が増大し、局所的な発熱やアブレーションを引き起こす可能性がある。高減衰PPSは材料面から振動エネルギーを吸収し、端子に伝達される振動幅を減少させ、長期信頼性を高めることができる。

モータは動作中に広帯域振動を発生し、モータハウジング上または付近に取り付けられたセンサ、アクチュエータは長期にわたってこの振動を受けている。高減衰材料は内部精密部品の保護に役立ち、信号ジッタと接触瞬断リスクを低減する。

4.4その他の振動環境下の電気部品

振動環境下で動作するPPS部品、例えば圧縮機端子、ポンプ用コネクタ、電池モジュール端子板などは潜在的な応用価値がある。

五、結語

高減衰PPS材料の開発は、ウォルフ化学工業の機能PPS分野における探索的な試みである。我々は最も基礎的な材料設計から出発し、PPSの固有の優位性を犠牲にすることなく、減衰性能の大幅な向上を実現した--従来の0.01 ~ 0.02から0.20-0.35まで上昇し、上昇幅は1桁を超えた。