Dzisiejsze samochody są rzeczywiście wyposażone w duże ilości przewodów elektrycznych. W luksusowym samochodzie jest przeciętnie ponad 2,4 km przewodów, a zgodnie z danymi Delphi Packard Electric na całym świecie używa się około 8 230 000 km przewodów
Rozplątanie całej instalacji z typowego luksusowego samochodu dałoby ponad 2,4 km przewodów. Prawie każdy centymetr przewodu jest pokryty izolacją, która niewiele się zmieniła przez ostatnie trzydzieści lat. Materiał stosowany na pokrycia przewodów to przeważnie tworzywo PVC (pol. PCW), które ma dwie wyróżniające je cechy: jest zarówno tanie, jak i skuteczne w około 60 procentach zastosowań w samochodach. Gdy nie można użyć PVC, szczególnie tam, gdzie panuje wysoka temperatura (w przedziale silnikowym), całkiem nieźle sprawdza się sieciowany polietylen. Lynn Long, szef działu przewodów specjalnych w Delphi Packard Electric, przyznaje, że od lat siedemdziesiątych nie było wielu innowacji w tej dziedzinie. Delphi Packard Electric jest jednym z najbardziej liczących się na świecie dostawców systemów instalacyjnych do samochodów.
Obecnie stwierdzono, że zarówno PVC, jak i sieciowany polietylen mają negatywny wpływ na środowisko, wobec czego otworzyły się perspektywy dla nowych rodzajów izolacji, produkowanych przez Delphi oraz przez Dział Materiałów Zaawansowanych General Electric.
Nowa izolacja z Elastycznego Norylu (opracowany przez General Electric stop tlenku polifenylenu [PPO] i olefin) nie powoduje uwolnienia związków chlorowcopochodnych i dioksyn, z których powodu PVC zyskał tak złą opinię. I w odróżnieniu od sieciowanego polietylenu – PPO – nadaje się do recyklingu. – Producenci oryginalnego sprzętu pytają nas nie tylko o materiał wolny od chlorowcopochodnych, ale też o taki, który można poddać recyklingowi – mówi Ed Monroe, dyrektor programu przewodów w Delphi. – PPO spełnia oba te wymagania.
Gdyby ochrona środowiska była jedynym powodem zastosowania izolacji przewodów z PPO, to prawdopodobnie tworzywo to nie znalazłoby zastosowania w przemyśle samochodowym. Jak podkreśla Monroe, nacisk na eliminację związków chlorowcopochodnych z samochodów to głównie działania spontaniczne, podjęte w Europie i Japonii. – Trwają dyskusje na temat przepisów prawnych, ale nic nie pojawia się na horyzoncie – powiedział Monroe. PPO ma jednak inne dobre strony, takie jak ułatwienia projektowania, parametry eksploatacyjne i potencjalnie niższy koszt instalacji, które uczyniły go atrakcyjnym, nawet pomijając jego wpływ na środowisko.
Ułatwienia projektowe Monroe podsumowuje te cechy jedynie czterema słowami: cieńszy, lżejszy, bardziej wytrzymały. Przy swoim ciężarze właściwym, o kilka procent niższym niż PVC, PPO ma naturalną przewagę wagową, jeżeli te dwa materiały są stosowane na jednakowej podstawie. Ale dużo wyższe oszczędności daje możliwość zastosowania znacznie mniejszej ilości PPO przy zachowaniu, a nawet przewyższeniu parametrów PVC. Dla przykładu, na przewodach o przekroju do 1,5 mm2 firma Delphi, aby spełnić wymagania klientów, standardowo używa powłoki PVC o grubości 0,4 mm. Natomiast grubość izolacji z PPO przy identycznych parametrach byłaby równa tylko 0,2 mm.
Cieńsza warstwa PPO daje także możliwość zmniejszenia średnicy przewodu o około 25 procent, nawet przy większej redukcji rozmiarów wiązki przewodów. Pole powierzchni przekroju typowej wiązki przewodów, przechodzącej przez tablicę rozdzielczą, może zostać zmniejszone o około 40 procent, ponieważ cieńsze przewody lepiej się wpasowują – wyjaśnia Monroe. Wynikające stąd oszczędności na wadze, dzięki cieńszej powłoce, mogłyby tradycyjnie dojść do 10 procent, co pozwala zaoszczędzić około 4,5 kg na każdy samochód, biorąc pod uwagę fakt, że budowane obecnie samochody mają około 45 kg przewodów elektrycznych.
Swoje możliwości redukcji ciężaru i rozmiarów PPO zawdzięcza temu, co Monroe nazywa „unikalną równowagą” własności mechanicznych i fizycznych, które rzeczywiście są istotne dla dostawców drutów i kabli. Jedną z takich zalet jest twardość. Wyniki badań przeprowadzonych w Delphi wskazują, że PPO ma od 7 do 10 razy wyższą odporność na ściskanie i ścieranie w porównaniu z analogiczną grubością warstwy PVC. – Nawet przy mniejszej grubości ścianek z PPO ma on dwu– do czterokrotnie lepsze parametry ściskania i ścierania – stwierdza Monroe. – Ponieważ Noryl jest znacznie twardszy, możemy go formować w cieńsze ścianki.
Własności cieplne materiału także przyczyniają się do wykonywania cieńszych ścianek, gdyż wystarczy mniejsza ilość materiału, by sprostać wymaganiom dotyczącym danego zakresu temperatur. Monroe podkreśla, że PPO, którego temperatura zeszklenia jest równa 212°C, przeszedł już przemysłowe testy cieplne w temperaturze 110°C na przewód elektryczny klasy B. Monroe jest pewny, że materiał zaliczy z wynikiem pozytywnym także testy 125°C. – Zaliczymy go bez problemów – mówi. – Taki poziom własności temperaturowych bije na głowę PVC. Z wyjątkiem niektórych wysokotemperaturowych rodzajów specjalnych związki PVC są zdolne tylko do zaliczenia testu 85°C – wyjaśnia Monroe.
W pewnych zastosowaniach, wymagających raczej ochrony przed zwarciem, a nie ciągłego użytkowania, zdaniem Monroe, wyższa odporność cieplna PPO pozwoli nawet na zmniejszenie powierzchni przekroju przewodów miedzianych.
Jeżeli chodzi o koszt, to PPO nie jest konkurentem PVC w kategorii cen surowców. Ale Monroe wierzy, że korzyści projektowe, wynikające ze stosowania tworzyw PPO, mogą zaowocować istotną redukcją kosztów instalacji w całym cyklu życiowym – od rozwiązania problemów z upakowaniem, już na etapie projektowania, poprzez ułatwienia w montażu, aż po obniżenie ciężaru gotowego pojazdu. – Najważniejszą cechą tego materiału jest możliwość redukcji rozmiarów przewodów – dodaje Monroe.
|
Czym jest elastyczny noryl? I gdzie można go użyć? Nowa izolacja przewodów, stworzona wspólnie przez Delphi i General Electric, opiera się na norylu PPO, ale jest to tylko część prawdy. Keith DuPont, dyrektor programu Zaawansowanych Materiałów w General Electric, zauważa, że noryl to „PPO plus coś jeszcze”. – Bez dodatku tworzyw termoplastycznych PPO byłby tak płynny jak cement – wyjaśnia. Inne produkty z norylu wykorzystują takie składniki stopu, jak nylon czy polistyren. W przypadku elastycznego norylu wszystko, co o nim powiedział DuPont, to tylko tyle, że materiał jest stopem PPO i olefi n. Dalej następuje zastrzeżona mieszanina dodatków, nadająca produktowi końcowemu własności użytkowe, takie jak ognioodporność i środki smarujące. DuPont nie był skłonny mówić więcej na ten temat, ale zauważył, że noryl daje sobie radę z mniejszymi dodatkami środków powodujących niepalność. – Jest tak dlatego, że cząsteczka PPO jest produktem naturalnego zwęglania – stwierdza. Znalezienie właściwych materiałów wchodzących w skład stopu i dodatków zajęło inżynierom General Electric i Delphi około trzech lat. DuPont mówi, że fi rma przebadała ponad 200 związków, używając do tego skomputeryzowanych narzędzi do projektowania chemicznego. Delphi przebadało ostatecznie ponad dwadzieścia rzeczywistych związków chemicznych zanim znaleziono zaledwie kilka związków, które można byłoby zastosować do izolacji przewodów. Oprócz przewodów w samochodach General Electric opracował także związki z elastycznego norylu do użytku w elektronicznym sprzęcie powszechnego użytku i do zastosowań w różnych urządzeniach. Riki Kojima, dyrektor naczelny fi rmy do spraw elektroniki, twierdzi, że elastyczny noryl zyskał pewną pozycję w przemyśle elektroniki powszechnego użytku, ponieważ wiąże się on z bieżącymi planami wytwórców oryginalnego sprzętu, które zakładają pozbycie się chlorowanych tworzyw sztucznych, takich jak PVC. – Odnieśliśmy już pewne sukcesy komercyjne w Azji – mówi i zauważa, że LTK, znaczący producent przewodów z Hong-Kongu, oferuje teraz przewody pokryte elastycznym norylem (aby uzyskać więcej informacji, zob. www.ltkcable.com). Przewód pokryty elastycznym norylem ma taką samą klasę ognioodporności VW-1 UL-1581 jak PVC – zdaniem Chisato Suganuma, zarządzającego Zaawansowanymi Materiałami przemysłu elektronicznego w General Electric. – Ognioodporne tworzywa PE i TPU nie przeszły pomyślnie tych testów – twierdzi. – Jeżeli chodzi o własności związane ze zginaniem – dodaje – to elastyczny noryl przeszedł pomyślnie testy elastyczności, wymyślone przez nabywców urządzeń elektronicznych w General Electric. Jeden z takich testów wymagał 6000 cykli zginania, bez utraty właściwości mechanicznych. Nabywcy elektroniki powszechnego użytku produkcji General Electric w Azji już używali lub będą w przyszłości używali przewodów stosowanych wewnątrz urządzeń do telefonów komórkowych, komputerów, odtwarzaczy mp3, telewizorów, drukarek i wielu innych urządzeń. Inne aplikacje – to przewody zewnętrzne, takie jak używane w sprzęcie audiowizualnym. Kojima twierdzi, że nabywcy urządzeń okazują duże zainteresowanie przewodami. Joseph Ogando |
Kwestie ochrony środowiska W porównaniu z sieciowanym polietylenem (XLPE), który jest zarówno twardy i odporny na wysokie temperatury, dodatnie cechy termiczne i odporność na ścieranie PPO są już mniej atrakcyjne. Monroe wierzy, że XLPE sprawdzi się w zastosowaniach wymagających odporności na najwyższe temperatury, jak na przykład przewody w komorze silnikowej. – To nie oznacza, że PPO nie sprosta wymaganiom zastosowań wysokotemperaturowych, ale XLPE może być bardziej stabilny i może zapewniać wyższy współczynnik bezpieczeństwa – mówi Monroe. Dodaje on, że Delphi i General Electric poszukują sposobów sieciowania PPO, aby wzmocnić jego i tak już nadzwyczajną odporność na wysokie temperatury.
Jednak w przypadku aplikacji wymagających najwyższej odporności temperaturowej pod maską, PPO może stanowić konkurencję dla XLPE z trzech powodów. Jednym z nich jest koszt instalacji. Long twierdzi, że koszty izolacji z PPO będą się prawdopodobnie mieściły pomiędzy PVC i XLPE.
Zupełnie inne są natomiast aspekty środowiskowe PPO. XLPE jest na początku tworzywem termoplastycznym, ale proces sieciowania zmienia finalny produkt w tworzywo termoutwardzalne, które nie może być po raz drugi przetwarzane na drodze topienia. Odwrotnie jest z PPO, które może być odzyskane, zabrane ze składowiska i przerobione na inny produkt. Keith DuPont, dyrektor programu Materiałów Zaawansowanych w General Electric, zauważa, że odzyskany Elastyczny Noryl nie będzie drugi raz zastosowany w charakterze izolacji, ponieważ mógł wejść w kontakt z miedzią, co spowodowałoby zmianę jego właściwości mechanicznych i elektrycznych. Nie mniej PPO z odzysku może być formowany wtryskowo w wiele różnych produktów, łącznie z zaciskami używanymi do związania razem wiązki przewodów.
Liczy się także proces produkcji. Delphi ma jedne z najbardziej wydajnych na świecie linii produkcyjnych do pokrywania przewodów. – Mamy jedne z najszybszych wytłaczarek – mówi Monroe. Firma standartowo wytłacza powłoki drutów z szybkością przewyższającą 64 km/h i wstrzymuje się od wdrożenia technologii, która mogłaby spowolnić linie wytłaczające. – Dzięki PPO, Delphi jest w stanie utrzymać szybkości swoich najszybszych linii – mówi Monero.
Delphi podpisało już umowę z jednym z producentów samochodów, dotyczącą przeprowadzenia prób nowej izolacji przewodów. Monroe nie zdradził, jaki to jest producent, ale twierdzi, że ta technologia znajdzie zastosowanie już w modelu 2007 roku. Firma przekształciła też jedną ze swoich szybkich linii do pokrywania PPO i prowadzi produkcję w zgodności zarówno normami ISO, jak i SAE. Ostatnio firma wtłoczyła PPO na drut o przekroju zaledwie 0,26 mm.
Autor: JOSEPH OGANDO
