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PEI(聚醚酰亚胺)与PP0(聚苯醚)在ADAS应用先容

责任编辑:文和林发表时间:2020-07-25
新型特种热塑性塑料能够提供较大的设计自由度,从而以更低的成本提升传感器性能及组装方式。

高级驾驶辅助系统(ADAS)技术——包括自动紧急制动、碰撞避免、自适应巡航控制和泊车辅助等——迅速成为市场主流技术。主机厂(OEM)、法规制定者以及消费者均高度认可此类技术在改进驾驶体验以及防止事故发生方面所发挥的重要作用。根据美国市场研究企业Grand View Research的相关报告,到2025年,全球ADAS市场规模有望以19.0%的年均复合增长率实现增长。
(大多数车载传感器的结构件和外壳,目前主要是铝制,它们可以用特种热塑性塑料替代,包括PPE和PEI树脂,从而可以简化生产工艺,提高生产效率,并增强外壳的耐候性。)
如今,ADAS传感器装置迅猛发展,以满足针对卓越性能、高效组装以及成本节约的市场需求。例如,工程师持续研究将不同的传感器集成为单一单元,以及将雷达和摄像头数据“融合” 以实现单一输出的可能性,从而克服单个技术的限制并提供安全冗余度。传感器硬件的微型化旨在减少“足迹”(如传感器的数量),但代价则是会可能产生更多的热量。
目前,相较于在ADAS系统中的应用,激光雷达技术更多专注于在自动驾驶系统(SAE自动驾驶分级标准L3-L5)中的应用。未来,激光雷达技术的发展方向将逐渐从机电式激光雷达转向固态化激光雷达。
与目前广泛应用于传感器系统的传统金属、玻璃与低性能塑料相比,新开发的各种特种热塑性塑料能够提供更大的设计自由度。此类材料是打造新一代高性价比、紧凑型ADAS技术的关键所在。新型材料能够帮助工程师整合零配件、很大程度地减少二次操作,同时有助于提升产品性能和成本效益。这种材料的核心价值包括EMI/RFI(电磁干扰/射频干扰)屏蔽、雷达波吸取以及散热。
此外,新型材料还能够提供出色的抗冲击性、耐化学性、紫外线防护功能和低吸水性,同时还可以防止翘曲现象发生。此类材料还可以通过高产量、高速率的注塑成型工艺来实现系统总成本的降低。
1、PEI和PP0的优势
ADAS系统所用雷达传感器通常是采用多种材料组合生产而成,其中包括一个包覆铸造金属板的塑料外壳。金属板起到散热片的作用,可以屏蔽其他传感器信号的干扰。采用全热塑性材料制造的外壳可以给设计师和生产商带来显著优势。能够提供热管理性能、EMI屏蔽能力以及雷达波吸取的特种改性塑料可用于替代金属,从而进一步推动零部件集成、简化注塑成型工序并通过避免二次操作来实现潜在成本节约。
展望未来,随着雷达传感器设计尺寸小型化(有望缩小至一块微芯片体积的尺寸),聚醚酰亚胺(PEI)树脂将在对高耐热性能有较高要求的应用领域大显身手。
(随着汽车传感器尺寸的缩小,它们将需要具有更好散热性的材料,如PEI和TPI,而且这些材料本身在红外光谱范围内也具备高透过率。)
此外,摄像头传感器正常工作必须屏蔽不相干电子信号的干扰。此类传感器的外壳通常以铝为原材料,而且尺寸较大,可以采用特种热塑性塑料简化生产工艺、提高生产效率、降低总重量。在车辆轻型化中,每一克都意义重大。总重量减轻的传感器装置也有利于帮助整车获得更好的燃油经济性。
由于摄像头传感器必须保持无视线障碍,它们需要和保险杆进行平齐安装或安装于挡风玻璃上。此类传感器外壳必须能够具有抗吸湿性,即使暴露于热循环和紫外线照射环境中也不会发生翘曲变形。聚苯醚(PPE)和聚醚酰亚胺(PEI)树脂的特殊规格提供极佳的尺寸稳定性,并可以用于激光焊接,以防止吸湿。

和摄像头一样,激光雷达传感器的正常工作过程中同样不能存在任何干扰因素。尽管机械式旋转激光雷达通常会安装在车顶上,新一代固态激光雷达将会更多地安装在车辆前饰板或后背板上,未来技术发展还将可能整合入前灯照明系统中。根据具体安装位置的不同,激光雷达传感器可能会暴露于恶劣气候、道路养护用化学品的腐蚀以及瓦砾碎片的刮损等情况,从而影响其透光性和耐久性。
多数激光雷达传感器采用玻璃或普通塑料材料制作保护性镜头盖,以提供优异的红外透过率、光学效果以及耐候性。特种热塑性塑料具有传统材料无法比拟的优势。与玻璃相比,特种热塑性材料(无论是否带有涂层)均可为复杂形状的设计提供较大的自由度,同时可以提供卓越的抗冲击性和耐摩擦性。新型材料还可以提供出色的紫外线防护性、抗冲性和耐刮擦性。
例如,SABIC的全新产品家族Lexan CXT树脂具有耐高温性、超过1.6的折射率以及极高的红外光透明度。此类树脂的高流动性更使其成为复杂零配件及薄壁部件注塑工艺的很好的选择。
2、“融合”设计
推动创新材料市场需求上升的另一因素是,激光雷达设计从多机械部件到固态技术应用的转变。其中一种方法是采用液晶对激光束进行调整,无需移动部件。激光雷达传感器装置尺寸缩减将会需要使用散热能力更佳的材料。聚醚酰亚胺(PEI)和热塑性聚酰亚胺(TPI)等耐高温树脂具有优异的耐热性能(玻璃化温度分别为217°C 和267°C)以及红外光谱图中较高的光透过率。
高级辅助驾驶(ADAS)和自动驾驶汽车(AV)的主要传感器类别各有优缺点。传感器融合的概念涉及结合两种或多种传感器的输入以克服技术缺陷、和在不同应用场景中(恶劣气候、低亮度、远距离等)提升感应能力和建立安全冗余等等。
高级热塑性塑料为全新融合设计提供了可能性——例如,需要通过零部件集成和微型化实现、加载一体化传感器的“智能”前灯。此外,这类材料还可以通过零部件集成和生产简易化等实现系统成本节约。
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