延长汽车电子零部件寿命，先进防水透气技术是关键

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随着越来越多的机械零件被电子零件所取代，以及驾驶员辅助系统的日益普及，汽车中电子零件的数量正在迅速增加。这一趋势给汽车制造商及其供应商带来了更大的压力，促使他们寻找有效的方法来保护汽车中的电子元件免受污染和密封失效。确保这些电子元件在汽车使用寿命期间的可靠运行是首要目标，这不仅是为了提高成本效益，也是为了提升品牌的高质量形象和可靠性。
所有电子元件，无论是压缩机、泵、电机、控制单元还是日益流行的主动安全系统的传感器，在其整个生命周期中都将受到温度大幅波动的影响。当部件外壳在车辆行驶过程中变热并与路面上的低温溅射水或洗车水接触时，就会发生这种情况。这种温度波动将在电子设备的外壳中形成显著的真实空效应。由此产生的巨大压差可能会严重损坏用于保护敏感电子设备的密封圈和密封组件，导致灰尘颗粒和液体的侵入，从而导致电子元件腐蚀并缩短其使用寿命。损坏或有缺陷的零件通常必须更换，这增加了汽车制造商及其供应商的保修和维护成本。
电动汽车中的电子设备和电池带来的挑战
汽车行业面临的一个主要挑战是电动汽车中高性能电子设备和电池的温度管理，因为这些部件需要在一定的温度范围内工作才能达到最佳性能。这些部件的温度在运行过程中会变得非常高，必须使用液体进行冷却。然而，这将导致电子设备内部的巨大温差，并在外壳上的最低温度点形成冷凝，从而导致腐蚀或短路。这个问题在大型电池箱中非常普遍，如果不采取有效措施平衡温度和压力，很难解决。鉴于壳体的尺寸，即使是很小的温差也会对壳体产生足够的压力，导致其变形。在某些情况下，当车辆在高温下离开车库并进入寒冷的室外环境时，外壳内会形成真正的空，导致每平方米500千克的负压。轻薄的外壳很难承受如此高的压力。
透气膜技术的解决方案:为了实现空气体和压力平衡
原始设备制造商通常有三种方法来解决这一难题。首先是封装电子元件。虽然这种解决方案将形成一个完美的密封系统，但它也将显著增加设备的重量，并且在出现故障时不能重新打开进行维修；形成强密封系统的另一种方法是使用高质量的密封圈和厚壳壁。然而，这种系统的缺点是，它将增加组件的成本和增加不必要的重量。
一个更合理和常用的解决方案是使用透气薄膜，它可以平衡外壳中的空气体，防止液体和灰尘颗粒的侵入。

如图1所示，在一个封闭的封闭空间内，负压不断积累的过程。在没有排气口的壳体上，经过几次温度循环后，仅7千帕的压力就足以导致密封圈失效。但是，带防水透气孔的外壳可以平衡压力，防止密封圈泄漏。
透气膜溶液的重要特性:透气性和水压
透气性和水压是决定透气膜性能的两个基本参数。透气性是指在给定的时间和压力差下通过透气膜的空空气量。通气量可以决定平衡压差所需的时间。渗透压力是指渗透膜泄漏前必须承受的最小静水压。在其他因素中，这两个参数也受渗透膜直径的影响。透气膜供应商必须根据每个具体应用为透气膜提供透气性和水压参数的最佳组合。
汽车行业面临的主要挑战之一是电子元件变得越来越小、越来越紧凑。这意味着，如果要将通风模块集成到较小的外壳中并最大化其效率，其尺寸也必须做得更小。这就要求透气膜表面单位面积的透气性更高，透气性越高，透水压力越低，如图2所示。

通常，系统的抗渗透性由其防护等级决定(根据din 40050-9标准)。Ip测试可以确定电子元件外壳对固体和液体的防护等级。保护级别由两个数字定义:ipxy。第一个数字(x)表示固体异物的防护等级，第二个数字(y)表示液体的防护等级。当带有一体式透气膜的组件外壳暴露于高压水枪时，Ipx9k显示出保持水密性的能力。
ipx9k试验在试验箱中进行，试验箱中放置有与透气膜集成的外壳，外壳暴露于高压喷嘴，喷嘴距离为100至150毫米，角度为0、30、60和90度。空气渗透率保持在14至16升/分钟之间，水渗透压力保持在8，000至10，000千帕之间，温度保持在80℃..
膨体聚四氟乙烯(膨体聚四氟乙烯)薄膜的耐化学性
戈尔使用聚四氟乙烯(ptfe)作为透气薄膜材料，其独特的微观结构使其特别适合防水透气应用。聚四氟乙烯(ptfe)原料经过特殊设计的工艺拉伸，生产出的透气膜微孔很小，微孔中的节点通过纤维相互连接。由此产生的材料被称为膨体聚四氟乙烯(膨体聚四氟乙烯)，其低表面张力使其具有极强的疏水性(防水性)，这意味着任何落在其表面的水滴都无法通过这种透气薄膜结构。这种膜还具有拒油性(耐油性)，并排斥低表面张力的液体，如油。膨体聚四氟乙烯(eppfe)的疏油性对于汽车工业的应用极其重要，因为汽车零件与发动机油、清洁剂或其他车辆液体接触的可能性非常高。
戈尔测试了其透气产品对多达20种不同化学品的耐受性(根据iso 16750-5标准)。在测试中，将通气口置于每种测试液体中，并在室温(21至23℃)下保持24小时，或者在烘箱中加热96小时。测试前后将测量空气渗透率和水压。这两个参数的结果必须在指定的范围内，如图3所示。

测试结果:黑色水平线以下的数值表示相应的化学品已经损坏了透气膜。经测试的透气膜仅在浸泡在防腐剂或腐蚀抑制剂中时具有有限的保护作用，但对于所有其他经测试的化学品，测试结果符合规定的标准。膨体聚四氟乙烯薄膜的耐温性膨体聚四氟乙烯薄膜的另一个优点是它对极端温度的高耐受性。它可以承受-150°C至240°C的温度范围，这对于当前在保持甚至提高性能的同时减少发动机体积的趋势非常重要。以这种方式减小发动机的体积通常会使温度超过125°c的极限，这是电子元件外壳目前能够应付的极限温度。温度达到150℃或更高并不罕见。
戈尔使用各种测试来确定其透气产品的极端温度耐受性(根据iso 16750-4标准)。在耐温性试验中，通风孔在高达150°C的温度下保持2，000小时，或在-40°C的最低温度下保持1，000小时。在冰水浸泡试验中，通风口安装在密封外壳上，并在80至120℃的烘箱中加热40至60分钟。然后将外壳放入含5%氯化钠的冰水中(该溶液用于模拟电子元件外壳在冬季可能接触到的盐水)，并使其迅速冷却至0-4℃..该过程重复10至20次，并在测试前后测量通风口的透气性。
根据具体应用配置不同的透气膜解决方案
根据每个具体应用及其要求选择合适的透气膜非常重要。戈尔提供背胶、焊接和注塑透气产品。戈尔粘合透气产品涂有高性能粘合剂，可紧密粘合各种金属和塑料表面。这种产品带有一个稍微有点粘的底部胶带，便于手动或自动安装。粘性背衬经久耐用，能够承受恶劣环境。
但是，由于粘合背衬抵抗极端高温和强腐蚀性化学品的能力有限，这种排气口不适合在发动机舱中使用。它们是为不太可能接触化学液体的汽车部件设计的，例如，汽车车灯就是一个典型的应用。对于发动机罩中要求苛刻的应用，必须小心，因为并非所有的粘合透气产品都能承受极高的温度和高腐蚀性化学品。
可根据不同的材料组合和尺寸制造焊接通风口，以满足目标应用的各种特殊要求。它们主要用于有塑料外壳的应用中，由客户通过超声波焊接安装。在焊缝处，一小部分外壳材料将熔化并流入透气膜的微孔结构中，这可以确保接缝密封和牢固。由于聚四氟乙烯(ptfe)的熔点比焊接温度高得多，该工艺不会损坏透气膜。即使暴露在高温和高腐蚀性化学品中，这些透气产品也能提供持久可靠的解决方案。然而，焊接过程非常复杂，需要由合格的专家使用特殊的焊接工具来完成。此外，为了保护防水透气产品免受高压水枪和机械负荷的影响，外壳设计必须具有保护透气膜的结构，这增加了工艺成本和复杂性。
注塑防水透气产品能够承受最具挑战性的环境条件，并且易于安装。这是因为戈尔在制造过程中增加了一个步骤。例如，嵌入注射成型是一种将透气膜直接集成到塑料部件中的注射成型工艺。注射成型防水透气产品可以很容易地以卡扣方式安装在外壳的开口上。这可以保护透气膜免受机械负载，并且避免将昂贵且复杂的保护壁集成到外壳中的需要。此外，安装这种通风口不需要特殊的机器和合格的专家:它们可以很容易地以“即插即用”的方式安装。
戈尔的质量承诺:定制的通风解决方案
为了确保每种通风解决方案都符合正确的规格要求，并根据目标应用进行了必要的测试，戈尔在早期阶段就参与了客户的产品研发。在确定客户的所有需求后，戈尔将从其产品组合中选择最合适的产品。如果必须满足某些特殊需求，戈尔也可以根据客户的要求定制解决方案。通过这种方式，戈尔可以成功地与原始设备制造商和汽车供应商合作，开发定制的防水透气解决方案，既满足当前的标准，又考虑未来的需求，实现对汽车电子元件的有效保护，防止灰尘和密封失效，大大延长使用寿命。
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