Cosa rende l'olio al silicone industriale adatto per applicazioni elettroniche e automobilistiche?

Elettronica ad alta tensione e isolamento elettrico superiore

Riempimento (potting) e incapsulamento di schede a circuito stampato (PCB): elevata resistenza dielettrica e all’arco

L'olio al silicone di grado industriale inizia il processo produttivo con la proprietà utile della resistenza dielettrica propria degli oli. La resistenza dielettrica di questo olio supera i 15 kV/mm, caratteristica utile per prevenire pericolosi archi elettrici in componenti quali trasformatori, moduli di potenza e sistemi batteria per veicoli elettrici (EV). Una rottura dell'isolamento può causare problemi gravi, come la corsa termica, dovuta al cedimento dell'isolamento. Il silicone, essendo un polimero, possiede catene stabili che non subiscono variazioni significative sotto il bombardamento di elettroni, contribuendo così al raffreddamento. Questo olio è inoltre privo di scariche corona e dendritiche, rendendolo particolarmente adatto per la sigillatura di schede a circuito stampato nei settori della produzione medica, aerospaziale e automobilistica. L'olio al silicone si distingue inoltre per la capacità di autoripararsi dopo sollecitazioni elettriche e di recuperare la propria resistenza dielettrica una volta cessata la sollecitazione, senza subire danni permanenti. Tale proprietà risulta fondamentale in sistemi che non possono tollerare alcun guasto.

Analisi delle prestazioni di oli siliconici, oli minerali e fluidi PAO

Una volta raggiunti circa 130 °C, gli oli minerali tradizionali iniziano rapidamente a degradarsi. I fluidi PAO possono offrire una maggiore stabilità termica rispetto agli oli minerali tradizionali, ma i fluidi siliconici rimangono superiori, con una resistenza all’arco elettrico superiore del venti per cento. Ciò è particolarmente rilevante per le applicazioni ad alta frequenza, soprattutto nel caso di un’usura accelerata dei materiali isolanti dovuta a scariche elettriche frequenti, come avviene nelle stazioni di ricarica rapida in corrente continua (DC). Il silicone è inoltre più resistente all’ossidazione; pertanto, i trasformatori sigillati riempiti con fluidi siliconici accumulano meno fanghi. Di conseguenza, i trasformatori riempiti con fluido siliconico richiedono sostituzioni meno frequenti, con una durata tipica di 3–5 anni superiore rispetto a quelli che utilizzano fluidi idrocarburici tradizionali.

Stabilità termica nei settori automobilistici

Resistenza a temperature superiori a 200 °C nel vano motore e nell’elettronica di potenza

È comune che i motori automobilistici e i relativi componenti raggiungano e operino a temperature di 200 gradi Celsius e oltre. Questo calore provoca l'evaporazione o la degradazione dei lubrificanti e dei liquidi refrigeranti, come gli oli. La degradazione dei fluidi motore genera fanghi e acidi dannosi che aumentano l'attrito e accelerano l'usura dei componenti del motore. L'olio al silicone, invece, non si degrada grazie alla sua struttura silicio-ossigeno più stabile, superiore rispetto a quella degli oli convenzionali. In una simulazione sperimentale condotta a 220 gradi Celsius per 500 ore di flusso continuo, l'olio al silicone ha mantenuto circa il 95 percento della sua viscosità iniziale, mentre un altro olio minerale ha perso quasi la metà della propria viscosità nelle stesse condizioni. Ciò è importante perché mantiene puliti i sistemi di fluidi del motore e del turbocompressore. L'olio al silicone raddoppia o addirittura triplica la durata dei componenti del motore rispetto a quella ottenibile con gli oli convenzionali a base di idrocarburi.

Convalida nel mondo reale nell'elettronica di potenza dei veicoli elettrici

Questi benefici forniscono prove concrete delle applicazioni nel mondo reale nei veicoli elettrici (EV). L’analisi sul campo è stata condotta su un modello EV di medie dimensioni, leader del settore, che utilizzava olio al silicone come fluido refrigerante nell’inverter di potenza per un periodo superiore a 100.000 miglia. Le principali misurazioni effettuate sono state:

Parametro Olio al silicone Refrigerante tradizionale

Variazione della viscosità a 200 °C <5% >35%

Incremento del numero di acidità 0,1 mg KOH/g 2,8 mg KOH/g

Tasso di guasti dell’inverter 0,2% 1,7%

Ciò ha determinato una riduzione del 40% dei reclami in garanzia legati a problemi termici. Inoltre, la caratteristica non corrosiva dell’olio al silicone ha impedito qualsiasi degrado chimico degli avvolgimenti in rame e dei substrati in poliimide; grazie alla sua viscosità stabile, ha inoltre contribuito a garantire un flusso costante nei sistemi di raffreddamento a microcanali, eliminando così le zone di surriscaldamento causate da guasti nei semiconduttori.

Utilizzo dell’olio al silicone come fluido termovettore e lubrificante

`Indice di viscosità > 300` = Lubrificazione ed efficienza termica eccellenti

L'olio al silicone possiede uno dei valori più elevati di indice di viscosità tra i fluidi commerciali. In effetti, l'indice di viscosità dell'olio al silicone è superiore a 300. Ciò significa che la viscosità dell'olio al silicone non varia significativamente al variare della temperatura. Questo implica che l'olio al silicone può funzionare in modo efficiente sia a temperature estremamente elevate sia a temperature estremamente basse, da -50 °C a 200 °C. Che cosa significa ciò? Significa che l'olio al silicone può essere utilizzato efficacemente sia come lubrificante sia come fluido per il trasferimento termico, senza alcun problema. Nel caso degli oli standard, al diminuire della temperatura l'olio può diventare troppo viscoso e, di conseguenza, perdere la capacità di fluire correttamente, causando problemi quali la cavitazione della pompa. L'olio al silicone, invece, continua a fluire correttamente, garantendo una dissipazione continua del calore. Dall'altro lato dello spettro termico, l'olio al silicone presenta una stabilità della pellicola lubrificante che impedisce il contatto diretto tra le superfici metalliche nei cuscinetti, consentendo comunque il trasferimento del calore dalle zone più calde. La capacità di svolgere contemporaneamente la funzione di lubrificante e di fluido per il trasferimento termico consente agli ingegneri di progettare sistemi meno complessi, poiché non è necessario prevedere circuiti separati per lubrificazione e raffreddamento. Ciò potrebbe ridurre il numero di componenti richiesti del 30-40% nei sistemi di gestione termica delle batterie dei veicoli elettrici.

Situazioni in cui l'affidabilità è fondamentale includono i sistemi di raffreddamento dei componenti per semiconduttori ad alta potenza, gli attuatori per aeromobili, ecc.; applicazioni critiche come queste richiedono olio al silicone. Non sorprende, quindi, che gli esperti facciano affidamento sull'olio al silicone.

Affidabilità a lungo termine e compatibilità dei materiali con l'elettronica sensibile

Comportamento non corrosivo nei confronti di substrati in poliimmide, maschere per saldatura e rame

L'olio al silicone utilizzato nell'industria garantisce l'affidabilità dei componenti elettronici sensibili e la loro longevità. Ciò è dovuto al fatto che l'olio al silicone non provoca reazioni chimiche, a differenza degli oli a base di petrolio, che possono causare problemi. Ad esempio, il silicone non provoca corrosione su rame, maschere per saldatura e substrati in poliimide presenti nelle moderne schede a circuito stampato (PCB) e nelle schede flessibili. Per questo motivo, problemi come la migrazione elettrochimica e la perdita di resistenza dielettrica diventano meno rilevanti, soprattutto in relazione all'umidità e alle ripetute variazioni di temperatura cui i dispositivi sono sottoposti. Inoltre, la caratteristica protettiva e non reattiva del silicone consente ai rivestimenti adesivi e protettivi di resistere alle variazioni operative, aumentando così la durata complessiva del sistema, in particolare nei sistemi sofisticati, dove i guasti dei materiali comportano costi elevati.

Domande frequenti  

Qual è la rigidità dielettrica dell'olio al silicone di grado industriale?
La resistenza dielettrica dell'olio al silicone di grado industriale è superiore a 15 kV per millimetro.

Quali vantaggi offre l'olio al silicone rispetto agli oli minerali e ai fluidi PAO?

Rispetto agli oli minerali e ai fluidi PAO, l'olio al silicone presenta una maggiore resistenza dielettrica, un campo operativo di temperatura più ampio, una maggiore resistenza all'ossidazione e una maggiore stabilità della viscosità.

Per quale motivo l'olio al silicone è utile in applicazioni automobilistiche a temperature estreme?

Poiché l'olio al silicone può sopportare un aumento di temperatura estremo superiore a 200 °C e continuare a funzionare correttamente, può essere utilizzato in applicazioni automobilistiche estreme.

Perché l'olio al silicone viene utilizzato in elettronica sensibile?

L'olio al silicone non interagisce chimicamente con il rame, le maschere per saldatura né con i substrati in poliimmide, aumentando così l'affidabilità dei componenti elettronici sensibili.