延長(zhǎng)汽車電子零部件壽命，先進(jìn)防水透氣技術(shù)是關(guān)鍵

 隨著越來(lái)越多的機(jī)械部件被電子部件取代，以及駕駛員輔助系統(tǒng)的日益普及，汽車中的電子零部件數(shù)量正在迅速增加。這種趨勢(shì)給汽車制造商及其供應(yīng)商帶來(lái)了更大的壓力，促使其尋找有效方法來(lái)保護(hù)車內(nèi)電子部件免受污染和密封失效的影響。確保這些電子元器件在汽車使用壽命內(nèi)可靠運(yùn)行是首要目標(biāo)，這不僅是為了提高成本效益，同時(shí)有助于推廣品牌的高品質(zhì)形象及可靠性。

所有電子零部件，無(wú)論是壓縮機(jī)、泵、電動(dòng)機(jī)、控制單元還是日益普及的主動(dòng)安全系統(tǒng)的傳感器，在其整個(gè)壽命期內(nèi)都會(huì)受到大幅溫度波動(dòng)的影響。當(dāng)部件外殼在車輛運(yùn)行過(guò)程中升溫并與路面的低溫濺射水或洗車水接觸時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。這種溫度波動(dòng)會(huì)在電子設(shè)備外殼內(nèi)形成顯著的真空效應(yīng)。由此產(chǎn)生的巨大壓差可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞保護(hù)敏感電子設(shè)備的密封圈和密封組件，從而導(dǎo)致污物顆粒和液體侵入，對(duì)電子部件產(chǎn)生腐蝕作用并縮短其使用壽命。受損或有缺陷的部件通常必須予以更換，這使得汽車制造商及其供應(yīng)商的保修和維修成本提高。

電動(dòng)車中電子設(shè)備和電池帶來(lái)的挑戰(zhàn)

汽車行業(yè)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是電動(dòng)車中高性能電子設(shè)備和電池的溫度管理，原因在于，為了達(dá)到最佳性能，這些部件需要在一定的溫度范圍內(nèi)工作。這些部件在運(yùn)行時(shí)溫度會(huì)變得非常高，需要使用液體進(jìn)行冷卻。但這樣會(huì)使電子裝置內(nèi)部產(chǎn)生巨大溫差，在外殼上溫度最低的點(diǎn)形成凝露，從而造成腐蝕或引起短路。對(duì)于大型電池外殼而言，這個(gè)問(wèn)題非常普遍，如不采取有效措施來(lái)均衡溫度和壓力，該問(wèn)題難以解決。鑒于外殼的尺寸，即使較小的溫差也會(huì)在外殼上產(chǎn)生足夠的壓力，導(dǎo)致其變形。在某些情況下，當(dāng)車輛從溫度較高的車庫(kù)中駛出并進(jìn)入寒冷露天環(huán)境時(shí)，外殼內(nèi)部會(huì)形成真空，產(chǎn)生每平方米500千克的負(fù)壓。輕薄型外殼幾乎無(wú)法承受這樣高的壓力。

透氣膜技術(shù)應(yīng)對(duì)之道：實(shí)現(xiàn)空氣和壓力的均衡

原始設(shè)備制造商(OEM)解決這一挑戰(zhàn)的方法通常有三種。第一種是灌封電子部件。盡管這種解決方案會(huì)形成完美的密封系統(tǒng)，但也會(huì)顯著增加裝置重量，而且發(fā)生故障時(shí)無(wú)法重新開啟進(jìn)行修理;形成牢固密封系統(tǒng)的另一種方法是采用優(yōu)質(zhì)密封圈和厚外殼壁。但這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是會(huì)提高部件成本和增加不必要的重量。

一種更合理的常用解決方案是采用透氣膜，透氣膜可以均衡外殼中的空氣，同時(shí)也能防止液體和污物顆粒侵入。

如圖1顯示了密閉外殼內(nèi)負(fù)壓持續(xù)積聚的過(guò)程。在未采用防水透氣產(chǎn)品的外殼上，經(jīng)過(guò)幾輪溫度循環(huán)后，僅僅7kPa的壓力就足以導(dǎo)致密封圈失效。而采用防水透氣產(chǎn)品的外殼能夠均衡壓力，防止密封圈泄漏。

透氣膜解決方案的重要特性：透氣量和透水壓

透氣量和透水壓是決定透氣膜性能的兩個(gè)基本參數(shù)。透氣量是指給定時(shí)間和給定壓差下穿過(guò)透氣膜的空氣量。借助透氣量可確定均衡壓差所需的時(shí)間。透水壓是指透氣膜發(fā)生泄漏前必須承受的最小靜水壓力。除其他因素外，這兩個(gè)參數(shù)還都受透氣膜孔徑影響。透氣膜供應(yīng)商必須根據(jù)每種具體應(yīng)用，提供具有最佳透氣量和透水壓參數(shù)組合的透氣膜。

汽車行業(yè)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是電子部件具有越來(lái)越小巧緊湊的發(fā)展趨勢(shì)。這意味著，如果要將防水透氣組件集成到更小的外殼上并使其發(fā)揮出最大效能，那么其尺寸也必須做得更小。這就要求透氣膜表面每單位面積內(nèi)的透氣量更高，透氣量越高，透水壓也就越低，如圖2所示。

通常情況下，系統(tǒng)的抗?jié)B透性由其防護(hù)等級(jí)決定(遵照DIN 40050-9標(biāo)準(zhǔn))。IP測(cè)試可確定電子部件外殼對(duì)固體和液體的防護(hù)等級(jí)。防護(hù)等級(jí)用兩個(gè)數(shù)字進(jìn)行定義：IPXY。第一個(gè)數(shù)字(X)表示固體異物防護(hù)等級(jí)，第二個(gè)數(shù)字(Y)表示液體防護(hù)等級(jí)。IPX9K顯示了集成了透氣膜的部件外殼暴露于高壓水槍中時(shí)維持水密性的能力。

IPX9K測(cè)試在試驗(yàn)箱中進(jìn)行，試驗(yàn)箱中放有集成了透氣膜的外殼，外殼暴露在距離100至150mm遠(yuǎn)、角度為0、30、60和90度的高壓噴嘴下。透氣量維持在14至16l/min之間，透水壓維持在8,000至10,000kPa之間，溫度維持在80°C。

膨體聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜的耐化學(xué)性

戈?duì)柌捎镁鬯姆蚁?PTFE)作為透氣膜材料，該材料獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)使其特別適合防水透氣應(yīng)用。聚四氟乙烯(PTFE)原材料采用專門設(shè)計(jì)的工藝進(jìn)行拉伸，產(chǎn)生的透氣膜具有非常小的微孔，微孔中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)纖維相互連接。由此而形成的材料稱為膨體聚四氟乙烯(或ePTFE)，該材料的低表面張力使其具有極強(qiáng)的疏水性(防水性)，這意味著，落在其表面的任何水滴都無(wú)法穿過(guò)這種透氣膜結(jié)構(gòu)。這種膜還具有疏油性(抗油性)，并且會(huì)排斥具有低表面張力的液體，例如油。膨體聚四氟乙烯(ePPFE)的疏油性對(duì)于汽車工業(yè)中的應(yīng)用極其重要，因?yàn)槠嚥考c機(jī)油、清潔劑或其他車用液體接觸的可能性非常高。

戈?duì)枩y(cè)試了其防水透氣解決方案對(duì)多達(dá)20種不同化學(xué)品的耐受能力(按照ISO 16750-5標(biāo)準(zhǔn))。在測(cè)試中，防水透氣產(chǎn)品被置于每一種測(cè)試液體中并在室溫(21至23°C)下保持24小時(shí)，或者在烘箱中加熱96小時(shí)。測(cè)試前和測(cè)試后會(huì)測(cè)量透氣量和透水壓。這兩個(gè)參數(shù)的結(jié)果必須在規(guī)定的范圍內(nèi)，如圖3所示。

測(cè)試結(jié)果：黑色水平線下方的數(shù)值表示對(duì)應(yīng)的化學(xué)品已損壞透氣膜。接受測(cè)試透氣膜只是當(dāng)浸潤(rùn)于防腐劑或除腐劑中時(shí)防護(hù)能力有限，但對(duì)于所有其他測(cè)試化學(xué)品，其測(cè)試結(jié)果都符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

ePTFE薄膜的耐溫性

ePTFE的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)極端溫度具有極高的耐受性。它能夠耐受的溫度范圍為-150°C至240°C，這一特性對(duì)于當(dāng)前既要減小發(fā)動(dòng)機(jī)體積又要保持甚至提高其性能的趨勢(shì)而言非常重要。以這種方式縮減發(fā)動(dòng)機(jī)體積通常會(huì)使溫度超過(guò)125°C的極限值，而該值卻是目前電子部件外殼能夠應(yīng)付的極限溫度。溫度達(dá)到150°C或更高的情況已不罕見。[!--empirenews.page--]

戈?duì)柾ㄟ^(guò)多種測(cè)試來(lái)測(cè)定其防水透氣產(chǎn)品對(duì)極端溫度的耐受能力(遵照ISO 16750-4標(biāo)準(zhǔn))。在耐溫測(cè)試中，防水透氣產(chǎn)品被置于最高達(dá)150°C的溫度下并保持2,000小時(shí)，或者在最低為-40°C的溫度下保持1,000小時(shí)。在浸冰水測(cè)試中，防水透氣產(chǎn)品被裝到密封外殼上，在烘箱中以80至120°C的溫度加熱并保持40至60分鐘。然后將外殼放進(jìn)含5%氯化鈉的冰水中(用該溶液來(lái)模擬冬季電子部件外殼可能接觸到的鹽水)，使其迅速冷卻到0至4°C之間。此過(guò)程會(huì)重復(fù)10至20次，并且測(cè)試前和測(cè)試后會(huì)測(cè)量防水透氣產(chǎn)品的透氣性能。

根據(jù)特定應(yīng)用配置不同的透氣膜解決方案

根據(jù)每一個(gè)特定應(yīng)用及其要求選擇合適的透氣膜至關(guān)重要。戈?duì)柼峁┍衬z式、焊接式和注塑式防水透氣產(chǎn)品。戈?duì)柋衬z式防水透氣產(chǎn)品涂有高性能背膠，可以緊緊粘附在各種類型的金屬和塑料表面。此類產(chǎn)品供貨時(shí)提供微粘性的底帶，便于手動(dòng)或自動(dòng)安裝。背膠持久耐用，能夠耐受嚴(yán)苛環(huán)境。

不過(guò)，由于背膠抵抗極端高溫和強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品的能力有限，因此這類防水透氣產(chǎn)品不太適合在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)使用。它們?cè)O(shè)計(jì)用于汽車中不太可能接觸化學(xué)液體的部件，例如汽車車燈就是一個(gè)典型應(yīng)用。對(duì)于引擎蓋中的高要求應(yīng)用，必須謹(jǐn)慎使用，因?yàn)椴⒎撬械谋衬z式防水透氣產(chǎn)品都能耐受極端高溫和強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品。

焊接式防水透氣產(chǎn)品可按不同的材料組合和尺寸進(jìn)行制造，能夠滿足目標(biāo)應(yīng)用的各種特殊要求。它們主要用于具有塑料外殼的應(yīng)用中，由客戶采用超聲波焊接法進(jìn)行安裝。在焊縫處，外殼材料的一小部分會(huì)熔化并流入透氣膜的微孔結(jié)構(gòu)中，這可確保接合處密封且牢固。由于聚四氟乙烯(PTFE) 的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于焊接溫度，因此該過(guò)程不會(huì)損傷透氣膜。即使暴露于高溫和強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品中，這些防水透氣產(chǎn)品也能夠提供持久可靠的解決方案。但是，焊接過(guò)程非常復(fù)雜，需要由合格專家使用專用焊接工具來(lái)完成。此外，為使防水透氣產(chǎn)品免受高壓水槍和機(jī)械載荷的影響，外殼設(shè)計(jì)必須有保護(hù)透氣膜的結(jié)構(gòu)，這樣增加了工藝成本和復(fù)雜性。

注塑式防水透氣產(chǎn)品不僅能耐受最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件，而且易于安裝。這是由于戈?duì)栐谥圃旃に囍性黾恿艘粋€(gè)步驟。例如，嵌入注塑成型是一種將透氣膜直接集成到塑料部件中的注塑成型工藝。注塑式防水透氣產(chǎn)品可以很方便地以卡扣方式安裝到外殼的開口上。這可使透氣膜免受機(jī)械載荷的影響，并且無(wú)需將昂貴復(fù)雜的防護(hù)壁集成到外殼中。而且，安裝此類防水透氣產(chǎn)品無(wú)需專門機(jī)器和合格專家：只需采用“即插即用”方式即可方便地安裝此類防水透氣產(chǎn)品。