Rumah
Tentang Fuji Electric
Cerita
Menggabungkan ciri-ciri yang bercanggah! "Teknologi penyebaran pengisi" mengubah masa depan bahan

Menggabungkan ciri-ciri yang bercanggah! "Teknologi penyebaran pengisi" mengubah masa depan bahan

"Pengisi," hanya beberapa mikron serbuk dicampur ke dalam resin. Serbuk ini banyak menyumbang kepada pengurangan saiz motor dan alat suis terlindung gas (GIS).
"Teknologi penyebaran pengisi" Fuji Electric ialah reka bentuk bahan pembuatan zaman yang pada masa yang sama memenuhi dua syarat yang bercanggah: "membiarkan haba keluar sambil mengekalkan elektrik masuk." Kami bertanya kepada tiga pekerja tentang latar belakang pembangunan.

"Serbuk ajaib" yang memegang kunci untuk mengecilkan saiz peralatan

Pelanggan semakin banyak memberitahu kami, "Kami mahu peralatan elektrik menjadi lebih kecil."

Walau bagaimanapun, walaupun "bahan resin" yang digunakan untuk banyak peralatan elektrik mempunyai prestasi penebat yang sangat baik, ia tidak menghantar haba dengan mudah. Jika saiz peralatan dikurangkan semasa menggunakan bahan resin konvensional, ia boleh menyebabkan kemerosotan dan kegagalan produk disebabkan oleh "haba terperangkap dalam peralatan" dan "litar pintas akibat nyahcas elektrik.."

Sejak sekitar tahun 2021, Fuji Electric telah menumpukan pada pembangunan "teknologi penyebaran pengisi", teknologi untuk menghasilkan "bahan resin yang boleh mengawal secara bebas cara pemindahan haba."

Resin dicampur dengan "bahan serbuk" yang dipanggil "pengisi" untuk menyesuaikan sifatnya. Terdapat pelbagai jenis bahan yang digunakan untuk "pengisi". Apa yang digunakan di sini ialah serbuk seramik dengan saiz butiran 1 hingga 10 mikron.

Kenapa seramik?

Apabila anda memegang cina seramik dan plastik di tangan anda, cina lebih sejuk. Ini kerana seramik "mengalirkan haba dengan mudah" dan menghilangkan haba dari tangan anda. Bergantung pada bilangan pengisi seramik yang dicampurkan ke dalam resin, adalah mungkin untuk melaraskan cara elektrik dijalankan dan cara pemindahan haba.

Pasukan pembangunan Fuji Electric menyasarkan untuk "menggabungkan yang terbaik" resin dan seramik, yang mempunyai sifat bercanggah.

"Tahap keramahan," seperti yang ditunjukkan oleh nombor

Dengan mengadun pengisi, adalah mungkin untuk menyesuaikan bahan resin untuk memenuhi keperluan pelbagai produk.

Walau bagaimanapun, terdapat masalah dalam mencampurkan resin dan pengisi. Jika banyak pengisi ditambah untuk meningkatkan prestasi seramik, prestasi resin akan musnah.

Kuncinya ialah "keserasian antara resin dan pengisi."

Istilah "seramik" merujuk kepada berpuluh-puluh bahan, termasuk bahan seperti kaca dan oksida aluminium. Tambahan pula, keserasian bahan yang sama dengan resin berbeza-beza bergantung kepada pengeluar bahan; oleh itu, terdapat gabungan tak terhingga.

Sebagai contoh, air dan minyak berasingan, tetapi air dan alkohol bercampur seragam. Perkara yang sama berlaku untuk hubungan antara resin dan pengisi: lebih baik keserasian, lebih seragam pengisi tersebar dan bercampur dalam resin. Akibatnya, lebih banyak pengisi boleh ditambah kepada resin.

Encik Gambe dari Kumpulan Bahan Resin

Untuk mewujudkan teknologi penyebaran pengisi, adalah perlu untuk mencari gabungan yang mempunyai keserasian yang baik di antara pelbagai kombinasi dengan cekap.

Pada masa itu, Encik Gambe, ketua Kumpulan Bahan Resin, menghasilkan idea untuk menggunakan "parameter keterlarutan Hansen (HSP)" untuk mengukur "darjah keramahan" antara bahan. En. Gambe ialah pekerja veteran, yang meninggalkan pengeluar bahan dan menyertai Fuji Electric.

"Walaupun Fuji Electric bukan pengeluar bahan, saya merasakan bahawa untuk mencapai spesifikasi yang diperlukan, saya perlu membuat pendekatan yang betul berdasarkan penyelidikan bahan asas," kata Encik Gambe, merujuk kepada penggunaan HSP, yang sering digunakan dalam penyelidikan bahan.

Bahagian yang paling menarik ialah memikirkan mengapa perkara menjadi salah

Dr. Hosaka, yang menyertai syarikat kami pada tahun 2020, mewarisi idea daripada veteran, Encik Gambe.

HSP adalah seperti kayu pengukur untuk memastikan bahan yang berada dalam bulatan yang dilukis, sebagai julat keramahan, bergaul dengan baik. Semakin besar julat bulatan, semakin besar bilangan bahan yang serasi. Dia melebarkan julat bulatan sebanyak mungkin untuk mencari nilai tepat yang berfungsi sebagai kriteria untuk garis sempadan.

Dr Hosaka dari Kumpulan Bahan Resin

Ia bukanlah proses yang lancar, tetapi Dr. Hosaka berkata, "Saya tidak fikir ia adalah satu perjuangan. Walaupun keadaan tidak berjalan lancar, memikirkan mengapa perkara yang tidak kena adalah bahagian yang paling menarik."

Dr. Hosaka menggunakan HSP untuk mensimulasikan kombinasi berulang kali dan akhirnya memperoleh nilai yang berfungsi sebagai kriteria untuk "keramahan". Nilai ini adalah nombor yang tidak boleh dikira oleh syarikat lain.

"Saat saya mendapat nilai itu, sesuatu hanya terdetik di fikiran saya. Ia berasa baik." (Dr. Hosaka)

Terpakai kepada semua produk yang menggunakan resin

Penyelidikan ini boleh digunakan untuk semua produk yang menggunakan resin. Di Fuji Electric, dalam produk apakah ia digunakan?

[Pengurangan saiz motor]
Bahan resin digunakan sebagai pelekat untuk menetapkan konduktor dalam motor.
Semakin kecil motor, semakin rapat konduktor antara satu sama lain dan semakin mudah haba terperangkap. Akibatnya, bahan resin terdedah kepada suhu tinggi, dan prestasi penebat merosot.

Untuk menyelesaikan masalah ini, kami mengadun pengisi ke dalam resin untuk meningkatkan kekonduksian terma (untuk memudahkan haba keluar), dengan itu menyekat kenaikan suhu di dalam motor. Kami berjaya mengurangkan saiz motor kapal sebanyak 30%.

[Pengurangan saiz alat suis terlindung gas (GIS)]
GIS dipasang di pencawang, stesen penghantaran kuasa, kemudahan infrastruktur yang besar, dsb. dan bertindak sebagai suis untuk mengawal voltan tinggi dengan selamat. Di dalam GIS, terdapat bahagian berbentuk donat yang diperbuat daripada bahan resin yang dipanggil "penebat spacer," yang menyokong konduktor voltan tinggi.

"Penangkasa penebat", yang menyokong konduktor, mempunyai lubang berbentuk donat, yang melaluinya konduktor voltan tinggi, membenarkan elektrik melalui dengan mudah hanya melalui bahagian tengah. Bahagian tidak termasuk bahagian tengah diperbuat daripada bahan resin dengan prestasi penebat yang tinggi untuk mengelakkan pelepasan daripada berlaku akibat kebocoran elektrik ke luar. Walau bagaimanapun, kerana sukar untuk mengelakkan kebocoran elektrik sepenuhnya dengan bahan resin konvensional, pengurangan saiz tidak dapat dilakukan. Untuk menyekat berlakunya pelepasan, adalah perlu untuk mengawal ciri-ciri resin menggunakan pengisi.

Oleh itu, ahli pasukan pembangunan mengadun pengisi secara berperingkat supaya "berhampiran bahagian tengah donat, ia akan menyimpan elektrik dengan lebih mudah, dan ke arah luar, ia akan menyimpan elektrik dengan lebih mudah."

Terima kasih kepada teknologi ini, ketelusan telah dilicinkan dan kejadian nyahcas, yang menyebabkan litar pintas, boleh ditindas. Kami berjaya mengurangkan diameter "pengatur jarak penebat" sebanyak 30% sambil mengekalkan prestasi yang setara dengan yang konvensional, yang membawa kepada penjimatan kos melalui pengurangan bahan yang berkaitan dengan pengurangan saiz.

Percubaan dan kesilapan untuk dimasukkan ke dalam produk

Kini kita boleh menemui gabungan bahan "mesra" melalui simulasi HSP.

Walau bagaimanapun, pengkomersilan adalah rumit.

Bahan resin yang digunakan untuk motor mempunyai kelikatan yang rendah seperti air dan mesti dituangkan ke dalam bahagian-bahagian kecil. Sebaliknya, bahan resin yang digunakan untuk penebat spacer dalam GIS memerlukan kekuatan dan kelikatan yang tinggi seperti sirap kanji.

Encik Masui, yang bertanggungjawab dalam proses pembuatan, berkata, "Sifat resin dan masa yang diperlukan untuk mengeras berbeza bergantung pada produk. Kombinasi 'mesra' tidak selalu berfungsi dengan baik dalam proses pembuatan."

Encik Masui dari Kumpulan Bahan Damar

Masalahnya ialah, "walaupun kita mencampurkan bahan secara seragam, pengisi akan tenggelam dari semasa ke semasa." Apabila pasir bercampur dengan air, ia akan tenggelam selepas beberapa ketika. Perkara yang sama berlaku dengan resin.

"Pengisi lebih berat daripada bahan resin. Walaupun bahan itu dicampur secara seragam pada mulanya, pengisi mungkin tenggelam dan terpisah sebelum resin mengeras."

Terdapat dua langkah untuk mengelakkan pengendapan pengisi. Salah satunya adalah dengan cepat mengeras resin.

Encik Masui berkata, "Kita boleh memendekkan masa pengerasan daripada 3 jam kepada 30 minit dengan menambah hanya 0.01 gram pemecut pengerasan. Sebaliknya, ini menyukarkan untuk melaraskan jumlah adunan kerana ia mungkin mengeras semasa dicampur."

Langkah lain ialah menggunakan saiz pengisi yang seragam. Dengan menggunakan saiz pengisi yang seragam, jurang antara pengisi dikurangkan. Ini membolehkan keadaan serakan seragam disimpan untuk masa yang lama dan menghalang pengendapan.

Melalui usaha ini, kami dapat meneliti pengeluaran sebenar produk dan mencari kombinasi yang boleh dihasilkan secara besar-besaran oleh pengeluar bahan.

"Sebelum ini, ia mengambil masa yang lama kerana kami sebenarnya mencampur dan menguji bahan secara percubaan dan kesilapan berulang kali. Sekarang kita boleh mengecilkannya ke tahap tertentu melalui simulasi HSP, kelajuan pembangunan telah meningkat." (Encik Masui)

Apabila kami meminta mereka menulis mesej kepada pelajar, En. Gambe (kiri) berkata, "Kualiti adalah penting pada bila-bila masa wang terlibat. Saya rasa hanya mempunyai 'rasa profesionalisme' sudah cukup untuk melakukan kerja yang baik." Encik Masui (tengah) berkata, "Saya tidak terlibat dalam bahan sehingga saya menyertai syarikat ini, tetapi jika anda menjadi 'rasa ingin tahu' dalam sesuatu yang anda tidak pernah lakukan sebelum ini, perspektif anda akan berkembang." Dr. Hosaka (kanan) berkata, "Memang 'seronok' untuk mengetahui sebab sesuatu perkara. Ini adalah kerja yang boleh saya lakukan dengan rasa seronok."

Potensi dikembangkan oleh teknologi penyebaran pengisi

Pada masa ini, penggunaan pengisi kepada GIS dan motor sedang dijalankan.

Mengenai GIS, Fuji Electric melabur dalam peningkatan pengeluaran untuk memenuhi permintaan global yang semakin meningkat.
Memandangkan beberapa unit GIS dipasang di setiap kilang atau pusat data, permintaan untuk GIS Fuji Electric, yang telah mencapai pengurangan saiz dan penjimatan kos, semakin meningkat.

Mengenai motor, Fuji Electric sedang membangunkan motor kapal. Memandangkan motor juga digunakan secara meluas di kilang dan sebagainya dan bahan resin digunakan untuk kesemuanya, julat aplikasi akan terus berkembang.

Teknologi ini juga dijangka akan digunakan dalam bidang semikonduktor.

"Aplikasi bahan resin, seperti dalam bahan pengedap semikonduktor dan substrat penebat, semakin meningkat. Memandangkan peranti semikonduktor menjana haba, terdapat permintaan yang semakin meningkat untuk bahan resin yang membolehkan haba keluar." (Encik Gambe)

Tiada had untuk prestasi yang boleh dituntut daripada bahan resin yang diadun dengan pengisi. Kepintaran pasukan penyelidik berterusan.