Borracha de silicone em sistemas de alta tensão de veículos elétricos
A borracha de silicone é amplamente utilizada em sistemas de alta tensão de veículos elétricos, pois combina isolamento elétrico, resistência ao calor, flexibilidade, desempenho de vedação e estabilidade ambiental a longo prazo. Essas propriedades são valiosas em componentes expostos a tensão elevada, ciclos térmicos, vibração, umidade e movimentos mecânicos repetitivos.
Em aplicações de veículos elétricos (EVs), a borracha de silicone pode ser utilizada em cabos de alta tensão, vedações de conectores, capas isolantes, ilhós, peças elétricas moldadas e outros componentes relacionados a baterias, inversores, motores e sistemas de recarga. A escolha do tipo correto, no entanto, depende de muito mais do que apenas a rigidez dielétrica. O método de processamento, o envelhecimento térmico, a resistência ao rasgo, o comportamento à compressão, o desempenho em caso de incêndio e a consistência do material a longo prazo podem, todos, influenciar a confiabilidade do sistema final.
Por que os sistemas de alta tensão dos veículos elétricos são tão exigentes
Os veículos elétricos operam com sistemas elétricos que conduzem tensão e potência muito superiores às dos circuitos automotivos tradicionais de baixa tensão. As arquiteturas de alta tensão melhoram o fornecimento de potência e o desempenho de recarga, mas também impõem exigências maiores aos materiais de isolamento.
Um componente de isolamento em um veículo elétrico (EV) pode ser submetido a tensões elétricas ao mesmo tempo em que sofre efeitos do calor, vibração, compressão, umidade e mudanças bruscas de temperatura. Essas tensões podem interagir entre si. Um material que apresente bom desempenho durante um breve teste dielétrico em laboratório pode, ainda assim, ser inadequado se ficar duro, rachado ou sofrer danos mecânicos após ciclos térmicos prolongados.
Estresse elétrico
Os materiais isolantes devem resistir ao fluxo indesejado de corrente e à ruptura elétrica nas condições especificadas para o sistema.
Estresse térmico
O calor proveniente de baterias, motores, inversores, cabos e do processo de recarga pode alterar gradualmente as propriedades dos elastômeros.
Tensão mecânica
A vibração, a montagem, a flexão, a compressão e o movimento do veículo podem danificar materiais de isolamento frágeis ou mal selecionados.
É por causa dessa combinação que a seleção de materiais para veículos elétricos deve se concentrar na confiabilidade do sistema a longo prazo, em vez de se limitar a um único valor máximo de tensão ou temperatura.
Onde a borracha de silicone é utilizada nos sistemas de alta tensão dos veículos elétricos?
A borracha de silicone pode ser utilizada em diversas áreas do sistema elétrico de um veículo elétrico. A forma exata do material depende se o componente é moldado, extrudado, sobremoldado ou utilizado principalmente como elemento de vedação.
Cabo de alta tensão
Os compostos de silicone podem ser extrudados para servir como isolamento elétrico flexível ou camadas protetoras em aplicações nas quais a resistência ao calor e a flexibilidade do cabo são importantes.
Vedações para conectores
As vedações de silicone ajudam a proteger as interfaces elétricas contra umidade, poeira e contaminação ambiental.
Botas isolantes
As capas moldadas de silicone podem isolar conexões condutoras, ao mesmo tempo em que proporcionam flexibilidade em geometrias complexas.
Ilhós
Os ilhós de silicone podem proteger os cabos nos pontos em que eles passam por painéis ou caixas e podem reduzir danos mecânicos ao redor das aberturas.
Baterias e Eletrônica de Potência
Dependendo do projeto, as peças de silicone podem proporcionar vedação, isolamento ou proteção ao redor da bateria, do inversor e dos conjuntos de distribuição de energia.
Componentes de carregamento
Peças flexíveis de silicone podem ser utilizadas em vedações, protetores e componentes relacionados a cabos expostos a ciclos repetidos de conexão e a ambientes externos.
O silicone não é o único polímero utilizado nos sistemas de alta tensão dos veículos elétricos. Termoplásticos, EPDM e outros elastômeros também são comuns. A borracha de silicone se destaca principalmente quando sua combinação específica de propriedades elétricas, térmicas e de flexibilidade elastomérica atende aos requisitos dos componentes.
O isolamento elétrico é apenas uma parte do trabalho
A borracha de silicone é, em geral, eletricamente isolante, a menos que sejam adicionados intencionalmente enchimentos condutores. Os compostos de grau elétrico podem oferecer alta resistividade de volume e forte resistência à ruptura dielétrica.
No entanto, um componente de veículo elétrico geralmente requer mais do que apenas resistência elétrica. A vedação de um conector, por exemplo, deve permanecer comprimida sem sofrer deformação permanente excessiva. Um composto para cabos deve permanecer flexível e resistir a danos durante a instalação e a operação do veículo. Uma capa isolante precisa ter resistência ao rasgo suficiente para suportar as etapas de montagem e manutenção.
| Propriedade | Por que isso é importante nos sistemas de alta tensão de veículos elétricos |
|---|---|
| Rigidez dielétrica | Ajuda a avaliar a resistência à ruptura elétrica em condições de teste definidas. |
| Resistividade volumétrica | Indica a resistência à corrente que passa pelo material a granel. |
| Resistência ao rasgo | Importante para juntas, vedações e peças moldadas finas que possam ser esticadas durante a montagem. |
| Alongamento | Ajuda o material a suportar movimentos e deformações sem se romper. |
| Deformação residual por compressão | Importante para componentes de vedação que permanecem comprimidos por longos períodos. |
| Envelhecimento por calor | Mostra como as propriedades mecânicas se alteram após exposição prolongada a temperaturas elevadas. |
Por que a borracha de silicone resiste bem ao calor
A resistência ao calor é uma das principais razões pelas quais a borracha de silicone é considerada para componentes elétricos de veículos elétricos. A estrutura de siloxano do silicone difere da estrutura à base de carbono de muitos elastômeros orgânicos convencionais, conferindo aos materiais de silicone devidamente formulados uma forte estabilidade térmica.
Isso não significa que todos os tipos de silicone tenham a mesma capacidade térmica. A temperatura de operação de longo prazo, os picos de curta duração e os requisitos de envelhecimento térmico devem ser avaliados separadamente.
Um componente de silicone pode ainda parecer fisicamente intacto após a exposição a altas temperaturas, embora sua dureza ou alongamento tenham se alterado. Por esse motivo, os dados sobre envelhecimento térmico podem ser mais úteis do que uma simples indicação da temperatura máxima.
Os ciclos de temperatura podem ser tão importantes quanto a temperatura máxima
Os componentes de veículos elétricos normalmente não permanecem a uma temperatura constante. Um veículo pode ser submetido a condições ambientais frias, aquecimento rápido durante a operação e resfriamento após o desligamento. O carregamento e o funcionamento dos componentes eletrônicos de potência podem adicionar ciclos térmicos adicionais.
A expansão e a contração repetidas geram tensão nas interfaces entre a borracha, o metal, o plástico e os materiais dos cabos. A borracha de silicone é útil porque consegue manter-se flexível em uma ampla faixa de temperatura, reduzindo o risco de fragilização associado a alguns materiais em baixas temperaturas.
No caso de vedações e mangas de vedação, manter a elasticidade durante ciclos térmicos repetidos ajuda a preservar a pressão de contato e a proteção contra o ambiente. No caso do isolamento de cabos, a flexibilidade pode ajudar a reduzir rachaduras durante a flexão e a vibração.
Borracha de silicone para cabos de alta tensão de veículos elétricos
O cabo de alta tensão é uma das aplicações mais visíveis do isolamento elastomérico em um veículo elétrico. O cabo deve transportar energia elétrica com segurança, mantendo-se flexível o suficiente para ser instalado na arquitetura compacta do veículo.
Quando a borracha de silicone é utilizada como isolamento de cabos, o composto deve apresentar bom desempenho tanto do ponto de vista elétrico quanto durante a extrusão. Um comportamento estável durante a extrusão é essencial para garantir espessura de parede consistente, qualidade de superfície lisa e produção contínua confiável.
| Requisitos relativos aos cabos | O que o composto de silicone deve oferecer |
|---|---|
| Isolamento elétrico | Rigidez dielétrica e resistividade adequadas para o projeto do cabo. |
| Estabilidade na extrusão | Alimentação consistente, comportamento da matriz e controle dimensional. |
| Flexibilidade | Capacidade de se curvar durante o roteiramento de veículos sem rachar. |
| Envelhecimento por calor | Manutenção das propriedades mecânicas durante a exposição térmica de longo prazo. |
| Qualidade da superfície | Baixa contaminação e extrusão uniforme para reduzir pontos fracos e defeitos visuais. |
| Resistência mecânica | Resistência ao alongamento, ao rasgo e a danos causados pelo manuseio. |
Para os fabricantes de cabos, a melhor borracha de silicone não é, portanto, necessariamente a que apresenta a maior resistência à tração. A estabilidade do processo e a retenção das propriedades a longo prazo podem ser igualmente importantes.
Borracha de silicone em conectores de alta tensão
Os conectores de alta tensão devem manter a separação elétrica e, ao mesmo tempo, proteger as áreas de contato contra umidade, poeira e movimentos mecânicos. A borracha de silicone é frequentemente utilizada em vedações de conectores e peças protetoras flexíveis, pois combina isolamento com vedação elástica.
A borracha deve permanecer comprimida durante longos períodos de uso sem perder muita capacidade de recuperação. A deformação permanente por compressão pode, portanto, ser uma propriedade essencial para aplicações de vedação.
A resistência ao rasgo também é importante. As vedações dos conectores podem apresentar bordas finas ou geometrias complexas que podem ser danificadas durante a montagem se o composto for muito frágil. Uma formulação adequada precisa equilibrar maciez, recuperação e resistência mecânica.
Botas isolantes e peças de proteção flexíveis
As capas moldadas de silicone podem cobrir terminais, juntas ou conexões condutoras em sistemas de alta tensão. Sua flexibilidade permite que se adaptem a geometrias que seriam difíceis de proteger utilizando apenas um material rígido.
Essas peças podem ser submetidas a flexões repetidas, tensões de instalação e ciclos térmicos. Se o material ficar muito duro após o envelhecimento ou apresentar resistência ao rasgo insuficiente, podem surgir rachaduras nas bordas ou em seções estreitas.
Por esse motivo, os compradores devem avaliar a dureza juntamente com a resistência à tração, o alongamento, a resistência ao rasgo e o envelhecimento térmico, em vez de especificar apenas um valor Shore A.
Borracha de silicone para vedação em torno de componentes de alta tensão
O isolamento elétrico pode ser comprometido quando a umidade ou a contaminação atingem áreas condutoras críticas. A vedação, portanto, torna-se uma parte importante da estratégia de isolamento.
A borracha de silicone pode ser moldada para formar vedações, juntas e ilhós ao redor de caixas de baterias, conectores, pontos de entrada de cabos e conjuntos de eletrônica de potência. O projeto específico determina se a deformação permanente por compressão, a resistência ao rasgo, a flexibilidade em baixas temperaturas ou a resistência ambiental se tornam o requisito dominante do material.
Um bom isolante elétrico não é, necessariamente, uma boa vedação a longo prazo. O composto deve oferecer desempenho tanto elétrico quanto mecânico adequado ao projeto da junta.
E quanto ao rastreamento e à tensão elétrica superficial?
Em sistemas de alta tensão, a superfície de um material isolante pode estar sujeita a tensões de campo elétrico, contaminação ou umidade. Em condições severas, a descarga superficial pode criar gradualmente caminhos condutores ou danificar o material.
A resistência ao desgaste e à erosão é especialmente importante no isolamento de alta tensão para uso externo, como os isoladores compostos, mas também pode se tornar relevante em outros projetos de alta tensão em que a superfície do isolamento fica exposta a tensões elétricas e contaminação.
Compostos de silicone especializados podem ser formulados com sistemas de enchimento projetados para melhorar a resistência a essas formas de degradação elétrica. A necessidade desse tipo de desempenho deve ser determinada com base na geometria real do componente e no ambiente operacional, em vez de ser presumida para todas as peças de silicone de veículos elétricos.
As distâncias de fuga e de isolamento não podem ser substituídas por uma borracha de melhor qualidade
As propriedades dos materiais são apenas uma parte do projeto do isolamento elétrico. A distância física entre os elementos condutores também é importante.
A distância de isolamento refere-se à menor distância no ar entre partes condutoras. A distância de fuga refere-se ao menor caminho ao longo da superfície de um material isolante.
Um composto de silicone de alto desempenho não é capaz de compensar um projeto elétrico que não preveja espaçamento adequado para a tensão do sistema e as condições operacionais. Portanto, os engenheiros precisam avaliar a seleção do material em conjunto com a geometria, o nível de poluição, a exposição à umidade e as normas aplicáveis ao produto.
O desempenho da chama depende do composto
A borracha de silicone costuma ser associada a um bom desempenho em temperaturas elevadas, mas a resistência ao calor e a retardância ao fogo não são a mesma propriedade.
Quando o desempenho em relação à chama faz parte das especificações dos componentes de veículos elétricos, pode ser necessário o uso de um composto de silicone específico com propriedades retardantes de chamas. Os enchimentos funcionais e os aditivos podem alterar o comportamento de queima, mas também podem influenciar a dureza, o alongamento, a resistência ao rasgo, a densidade e o processamento.
Os compradores devem, portanto, especificar os requisitos reais de resistência ao fogo ou do produto acabado, em vez de presumir que todos os tipos de borracha de silicone apresentam o mesmo desempenho em relação ao fogo.
Por que o silicone laranja não significa automaticamente que seja de grau para veículos elétricos
A cor laranja é amplamente utilizada como identificador visual para componentes elétricos de alta tensão em veículos. Por isso, cabos, protetores e vedações de silicone na cor laranja são comuns em sistemas de veículos elétricos.
A cor, no entanto, não determina o desempenho do material. Dois compostos de silicone laranja podem apresentar propriedades elétricas, mecânicas e térmicas muito diferentes.
O sistema de pigmentos também deve ser compatível com a formulação de base. Um fabricante deve, portanto, avaliar a especificação completa do material, em vez de considerar a cor laranja como prova de que um composto é adequado para uso em alta tensão.
Silicone HCR e LSR em componentes para veículos elétricos
Tanto a borracha de silicone de alta consistência quanto a borracha de silicone líquida podem ser utilizadas em sistemas elétricos automotivos, mas são adequadas a diferentes processos de fabricação.
| Característica | Silicone HCR / HTV | LSR |
|---|---|---|
| Forma não curada | Composto sólido, semelhante à goma | Líquido de dois componentes |
| Extrusão | Amplamente utilizado | Não é o procedimento normal |
| Moldagem por compressão | Comum | Não é o processo principal |
| Moldagem por injeção de líquido | Não é típico | Método principal de fabricação |
| Usos típicos de veículos elétricos | Cabos, protetores, vedações, perfis e componentes moldados | Vedações de precisão, conectores e componentes moldados complexos |
Para cabos de alta tensão e muitos componentes extrudados, o silicone HTV/HCR é especialmente relevante, pois pode ser processado como um composto de alta consistência por meio de equipamentos de extrusão contínua.
Para obter mais detalhes sobre o próprio material, consulte O que é o silicone HCR?
Danos mecânicos podem causar falhas elétricas
Um material de isolamento elétrico não precisa necessariamente perder suas propriedades dielétricas intrínsecas para apresentar falha. Danos mecânicos podem criar uma área condutora exposta ou um ponto fraco que comprometa todo o componente.
Lacrimejamento
Vedações e protetores finos podem se rasgar durante a montagem se o composto não apresentar resistência ao rasgo suficiente.
Rachaduras
O envelhecimento térmico ou a escolha inadequada de materiais podem reduzir gradualmente a flexibilidade e aumentar o risco de rachaduras.
Perda por compressão
As vedações com deformação permanente excessiva podem perder a proteção ambiental com o passar do tempo.
Danos superficiais
A abrasão, a contaminação ou a atividade de descarga podem criar pontos fracos no isolamento.
Causas comuns de falhas na borracha de silicone em sistemas de veículos elétricos
A borracha de silicone pode proporcionar uma longa vida útil quando a composição correta é adequada ao componente. As falhas geralmente começam quando a seleção do material, o processamento ou o projeto não se adequam ao ambiente operacional real.
| Causa da falha | Efeito possível |
|---|---|
| Calor excessivo | Aumento da dureza, redução do alongamento ou degradação mecânica gradual |
| Cura ineficaz | Propriedades mecânicas fracas, dimensões instáveis ou desempenho incompleto |
| Contaminação | Defeitos superficiais ou possíveis pontos fracos em componentes críticos do isolamento |
| Dureza incorreta | Vedação inadequada, montagem difícil ou suporte mecânico insuficiente |
| Resistência ao rasgo insuficiente | Danos ocorridos durante a desmoldagem, a instalação ou a manutenção |
| Baixa recuperação após compressão | Perda da pressão de vedação ao longo de longos períodos |
| Composto inadequado para o processo | Instabilidade na extrusão, defeitos de moldagem ou cura irregular |
Como selecionar borracha de silicone para um projeto de alta tensão para veículos elétricos
A seleção do material deve começar pelo componente, e não por uma solicitação genérica de “borracha de silicone para veículos elétricos”. O fornecedor precisa entender onde o silicone será utilizado e como será processado.
Teste o material após o processamento
Os dados sobre as matérias-primas são importantes, mas, no fim das contas, o que precisa apresentar bom desempenho é o componente acabado para veículos elétricos. A temperatura de moldagem, o tempo de cura, as condições de extrusão, a pós-cura e a geometria do componente podem influenciar as propriedades finais.
Por esse motivo, a qualificação deve, idealmente, incluir amostras produzidas em condições reais de fabricação. Os testes elétricos podem, então, ser combinados com envelhecimento térmico, testes mecânicos, testes de vedação e outras validações específicas para cada aplicação.
A consistência dos lotes é importante na produção automotiva
Depois que um componente de veículo elétrico é qualificado, alterações no comportamento do material podem causar problemas de produção que acarretam altos custos. Uma variação na viscosidade pode afetar a extrusão ou o preenchimento do molde. Alterações no comportamento de cura podem afetar o tempo de ciclo. Variações na dureza ou na resistência ao rasgo podem influenciar a montagem e a vedação.
Por esse motivo, os compradores devem avaliar como um fornecedor de silicone controla as matérias-primas, a mistura, a formulação, os testes de lote e a rastreabilidade.
| Controle de fornecedores | Por que isso é importante |
|---|---|
| Testes em lote | Ajuda a confirmar se a produção de rotina permanece dentro das especificações acordadas. |
| Rastreabilidade de lotes | Permite investigar problemas de produção por meio do número de lote do material. |
| Controle de Mudanças | Ajuda os clientes a gerenciar mudanças significativas nas formulações ou nas matérias-primas. |
| Suporte à Produção | A comunicação técnica é útil quando ocorre uma alteração no comportamento durante a extrusão, a moldagem ou a cura. |
O que deve constar em uma solicitação de cotação (RFQ) para borracha de silicone destinada a veículos elétricos?
Uma solicitação de cotação detalhada ajuda o fornecedor a entender se um composto já existente é adequado ou se é necessário desenvolver um material adicional.
Borracha de silicone para aplicações de alta tensão em veículos elétricos da Yakows
A Yakows fornece compostos de borracha de silicone HTV/HCR para isolamento elétrico, cabos de alta tensão, componentes para veículos elétricos e outras aplicações industriais que exigem uma combinação de desempenho térmico, elétrico e mecânico.
Os projetos de veículos elétricos (EV) podem exigir prioridades de formulação diferentes, dependendo do componente. Um composto para cabos pode se concentrar na estabilidade na extrusão, no desempenho dielétrico e no envelhecimento térmico. Uma capa isolante moldada pode exigir maior resistência ao rasgo e flexibilidade. Um componente de vedação pode dar maior ênfase ao comportamento à compressão e aos ciclos de temperatura.
Os clientes podem fornecer a aplicação, o método de processamento, a dureza Shore A desejada, os requisitos elétricos, as propriedades mecânicas, as condições de temperatura, a cor e o volume estimado de produção para que possamos avaliar um composto de borracha de silicone adequado.
Perguntas frequentes
Por que a borracha de silicone é utilizada nos sistemas de alta tensão dos veículos elétricos?
A borracha de silicone combina isolamento elétrico, resistência ao calor, flexibilidade, desempenho de vedação e estabilidade ambiental, tornando-a útil em cabos, vedações de conectores, mangas de proteção, ilhós e outros componentes de alta tensão.
A borracha de silicone é isolante elétrica?
A borracha de silicone padrão é, em geral, altamente isolante elétrico. Também é possível produzir silicone condutor ou semicondutor utilizando cargas especializadas; portanto, a especificação exata do composto deve sempre ser confirmada.
A borracha de silicone pode ser usada em cabos de alta tensão para veículos elétricos?
Sim. Os compostos de silicone de alta consistência podem ser extrudados como isolamento elétrico flexível para aplicações em cabos nas quais são exigidas resistência térmica, desempenho dielétrico e propriedades mecânicas adequadas.
Por que os cabos de alta tensão dos veículos elétricos costumam ser laranja?
A cor laranja é comumente usada para identificar visualmente os sistemas elétricos automotivos de alta tensão. A cor em si não determina o desempenho elétrico ou térmico do material de isolamento.
O silicone HCR é adequado para componentes de veículos elétricos?
Sim. O silicone HCR/HTV é especialmente indicado para cabos extrudados, capas moldadas, vedações, ilhós e outros componentes de silicone de alta consistência.
Quais propriedades devem ser verificadas na borracha de silicone para veículos elétricos?
Dependendo do componente, os compradores podem precisar avaliar a rigidez dielétrica, a resistividade volumétrica, a dureza, a resistência à tração, o alongamento, a resistência ao rasgo, a deformação residual por compressão, o envelhecimento térmico e o comportamento durante o processamento.
Todas as borrachas de silicone têm a mesma resistência ao calor?
Não. A resistência à temperatura depende da formulação do polímero, dos enchimentos, dos aditivos, do sistema de cura, da duração da exposição e dos requisitos de retenção das propriedades do componente acabado.
O silicone resistente ao fogo é igual à borracha de silicone comum?
Não. O desempenho em relação à chama depende da formulação específica e dos requisitos de teste aplicáveis. Pode ser necessário utilizar um composto retardante de chamas específico nos casos em que o desempenho em relação ao fogo faça parte das especificações do componente.