エンジニアリング材料フォーラムの3つの重要なポイントEngineering Materials Forum 2024

Envalior主催のEngineering Materials Forum（エンジニアリング材料フォーラム）が6月27日に開催され、この無料オンラインフォーラムでは、エンジニアリング材料およびその応用に関するベストプラクティスとインスピレーションに富んだディスカッションが提供されました。本フォーラムでは、自動車・モビリティ、エレクトロニクス、製造、材料科学、製品設計に関心を持つ材料技術者や設計技術者向けに、15件の専門家主導によるセッションが実施され、多様な知見が共有されました。

先月開催されたEnvaliorのEngineering Materials Forumでは、参加者がプラスチックや高分子材料のベストプラクティスおよび応用技術に関するインスピレーション溢れる討論をオンライン形式で体験しました。本無料の終日バーチャルフォーラムでは、材料技術・設計・未来のモビリティ、エレクトロニクス、製造、材料科学、製品設計に関心のあるエンジニアや設計者を対象に、15セッションが専門家によってリードされ、豊富な知見が提供されました。本フォーラムは、工業用材料が多様な用途において、より持続可能かつインパクトのある成果をもたらす道筋をどのように切り拓いているかを強調しました。

EnvaliorのCEOであるCalum Maclean、研究開発担当副社長Krijn Dijkstra、サステナビリティ担当ディレクターGünter Margrafによる開会セッションに続いて、バーチャルフォーラムの参加者は、プラスチック工学材料に関する最も注目されるトピックをカバーした2つのトラックから選択しました。Track 1 トピックには科学とサービスが含まれ、トラック2ではイノベーションと応用について扱いました。

PTFEが利用できなくなった場合の最適な材料選択方法

セッション「PTFEフリーのトライボロジー部品ソリューション」では、EnvaliorのMarta Bach（Business Development Manager）およびAdnan Hasanovic（Advanced Application Development Manager）が、欧州化学品庁などの規制機関がPTFEの使用制限を検討していることを説明しました。PTFEは通常、トライボロジー用途において摩耗や摩擦を低減する目的で使用されていますが、PTFEの制限はプラスチックだけでなく、PTFEを含有する産業用グリースやオイルにも適用される可能性があります。

代替材料への需要が高まっており、BachとHasanovicはPTFEが使用できない場合に最良の材料選択を行う方法について議論しました。例えば、EnvaliorのStanyl®は、チェーンやベルトガイド、ギア、ベアリングケージ、スライドベアリング／ブッシュなどの過酷なトライボロジー用途で、PTFEなしでも優れた摩耗および摩擦性能要件を満たすことができます。

自動車のタイミングシステムにおいて、Stanyl® HGR3-WはICEおよびハイブリッドパワートレインの両方で最低摩擦と寄生損失を提供し、Stanyl® TW341とStanyl® TW441は最小摩耗と最高耐久性を発揮します。いずれもPTFEフリーです。

Envaliorの研究によると、PTFEフリーのStanyl®は、PTFEを含むPA66、POM、PPAなどの代替材料と比較して、摩擦熱や摩耗への耐性が優れています。PTFEフリーの潤滑グリースと組み合わせても良好な性能を示し、システムレベルで完全なPFASフリーソリューションを実現可能です。

Stanyl PA46は市場で利用可能な中で最高温度のポリアミドであり、高い可能性を持っています。多くのアプリケーションにおける性能要件をPTFEなしで満たすことができます」とBach氏およびHasanovic氏は結論付けました。

バッテリーセルを保護し、車両全体の安全性を高める材料

バッテリーシステム用プラスチック部品の設計において最適な材料を選定する際、Julian Haspel（アドバンストディベロップメントエキスパート、新モビリティ）は、エンジニアリングプラスチックがコスト競争力、機能性、優れた電気特性を提供すると述べました。

「バッテリーシステム用プラスチック部品における材料選定の進め方」というセッションで、Haspel氏はバッテリーシステムの主な適用分野として、構造部品、熱管理、充電システム、HV部品を取り上げました。

ハウジング部品には、難燃性EnvaliorPA6 Durethan®はバッテリーセルを保護するコスト効率の高いソリューションであり、部品点数の削減、組立プロセスの簡素化、軽量化を実現します。

構造部品については、難燃グレードは必要不可欠な場合のみ選択し、適切なUL94分類を慎重に選定することをHaspel氏は推奨しています。

「最新のFRレシピは、特性に応じて非FR材料と同等の性能を有します」とHaspel氏は述べました。

熱管理システムについてHaspel氏は、間接的な水・グリコール冷却が現在の主流であるものの、誘電流体による浸漬式直接冷却へのトレンドが進んでいると指摘しました。

「プラスチックと誘電流体の実証済み適合性は、車両全体の製品寿命を通じて機能と安全性の確保に不可欠です」とHaspel氏は述べています。「Envaliorの製品ポートフォリオは誘電流体との高い適合性を示しています。耐衝撃性、剛性、強度、寸法安定性は非常に高い水準を維持し、トラッキングインデックスと抵抗率には影響がなく、難燃剤システムを含むコンパウンドは元のUL認証を維持します。

データが高電圧設計をどのように導くか

「ポリアミド、ポリエステルおよびPPSの電気抵抗率と高電圧絶縁破壊強度」というセッションでは、Envaliorのfunctional material properties担当プリンシパルサイエンティストであるRob Janssenが、熱可塑性樹脂の体積抵抗率および誘電破壊強度、さらに熱可塑性樹脂の体積抵抗率が高電圧絶縁破壊特性をどのように制御するかについてのデータを発表しました。

Janssenは、PA、PBT、PPSはいずれも半結晶性ポリマーであり、ガラス‐ゴム転移温度によって特徴づけられる非晶質相を持つと説明しました。この転移温度を超え、ポリマーがゴム状の状態になると、直流電圧の印加によって微小な電流が流れます。電界はこの電荷キャリアの移動を駆動します。

「電荷キャリアの移動は、ガラス状相ではより制限され、ゴム状相では制限が緩くなります。そのため、ゴム状相では電流値が高くなります」とJanssenは述べました。

また、抵抗率は温度、相対湿度、および印加電圧の周波数に依存することを付け加えました。PBTおよびPPSは、環境条件にかかわらず非常に安定かつ堅牢な電気特性を示すとJanssenは指摘しました。

「ポリアミドの電気的性能はガラス‐ゴム転移温度を超えると低下しますが、抵抗率の数値や低誘電破壊強度限界（85℃/85%RH）は十分に特性評価されています。したがって、これらのデータは高電圧設計のガイドとして利用することが可能です」とJanssenは述べました。

フォーラムで取り上げられたその他のトピックには、「Material Solutions for the Transformin」が含まれました。住宅用空調・暖房業界における最新技術」、「自動車部品設計における安全性の向上：クラッシュシミュレーション用CAE材料カード」、「エンジニアリング材料に対する先端溶接技術の探求」、および「優れたNVH性能のためのエンジニアリング材料」のセッションが提供されました。

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