Les PAO offrent des performances électriques.

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Les PAO offrent des performances électriques

© Aimez le vent; Martin Capek

Ce n’est un secret pour personne que les fluides utilisés dans les véhicules électriques dépasseront inévitablement les huiles moteur à mesure que les véhicules électriques continuent de gagner en popularité. Pour cette raison, les entreprises qui développent et fabriquent actuellement des huiles moteur devront investir leurs efforts dans les fluides pour véhicules électriques. Et comme tout bon lubrifiant, le choix de l’huile de base utilisée pour formuler ces lubrifiants compatibles avec l’électricité est primordial.

« Les fluides diélectriques existent depuis longtemps », a déclaré Ken Hope, directeur mondial des services techniques PAO chez Chevron Phillips Chemical Co., lors de la conférence de tribologie et lubrification pour la mobilité électrique de STLE. Mais de nouvelles applications, comme celles des véhicules électriques, ont émergé de manière importante, et les sociétés de lubrifiants du monde entier s’efforcent de développer des produits finis qui répondent aux besoins de ces nouvelles technologies.

Pour ce faire, « une bonne huile de base est devenue un composant plus critique de la formulation », a déclaré Babak Lotfi, technologue en développement de produits chez ExxonMobil, lors du même événement. 

Quelles sont donc les propriétés que doivent posséder ces nouveaux lubrifiants ?  

Hope a cité la faible viscosité comme une propriété importante. « Une faible viscosité est bonne », a déclaré Hope. « Il faut moins d’énergie pour déplacer un fluide à faible viscosité. Il est également bénéfique pour le transfert de chaleur. Chevron Phillips Chemical a principalement travaillé avec des polyalphaoléfines de 2 et 4 centistokes, a-t-il déclaré.

La viscosité est de plus en plus importante car elle peut affecter la façon dont un fluide présente d’autres propriétés. Par exemple, avec les PAO, « la constante diélectrique ne semble pas beaucoup varier du tout avec un changement de viscosité », a déclaré Hope. Et bien que la chaleur spécifique et la conductivité thermique ne varient également que légèrement avec différents grades de viscosité, la biodégradabilité augmente dans les PAO à faible viscosité. 

Cependant, il existe des défis associés aux fluides à faible viscosité. Par exemple, plus la viscosité d’un PAO est faible, plus les points d’éclair et de feu sont bas. « Une viscosité plus faible va dans le sens inverse pour la sécurité lorsque vous regardez les points d’éclair et de feu », a déclaré Hope. 

La stabilité à l’oxydation, la durée de vie de l’huile et la conductivité thermique sont également des propriétés précieuses pour les lubrifiants pour véhicules électriques, car elles sont liées à l’efficacité du refroidissement et au flux de chaleur. 

Une autre propriété vitale est la chaleur spécifique. « La chaleur spécifique est la vitesse à laquelle cette huile va absorber cette chaleur à partir de l’endroit où la chaleur est générée », a déclaré Hope. « C’est l’une des premières étapes : être en mesure de transmettre cela loin de l’endroit où il a été généré. » 

Une autre propriété indispensable est la stabilité hydrolytique. « L’eau, comme nous le savons, est partout », a déclaré Hope. « L’eau est un contaminant, en particulier pour les fluides diélectriques. L’eau, la saleté et d’autres choses de ce genre dégraderont la rigidité diélectrique, ce qui pourrait être problématique. De plus, il est important que les fluides résistent à l’hydrolyse. Souvent, lorsque les choses s’hydrolysent, les produits qui en résultent peuvent alors être inflammables ou corrosifs et causer également des problèmes électriques.

Pour compléter la liste, Hope a expliqué que la compatibilité des matériaux est une autre propriété vitale, ainsi que la stabilité au cisaillement, les points d’éclair et de feu élevés, la densité, le point de congélation bas et la biodégradabilité. 

Quel est le stock de base de choix ?

Les polyalphaoléfines sont-elles une base de choix pour de nombreuses applications de véhicules électriques ? Bien que d’autres options existent, de nombreux acteurs de l’industrie des lubrifiants semblent penser qu’elles le sont. 

« Nous avons beaucoup de matériaux potentiels différents ici, mais comment se comparent-ils relativement ? » dit Espoir. 

Il a cité les esters de silicone comme un stock de base potentiellement utile pour les applications électriques, bien qu’il semble en deçà du niveau de performance offert par les PAO. Les esters de silicone ont tendance à « avoir un problème d’hydrolyse », a-t-il déclaré. « Les arômes, la biodégradation et la toxicologie peuvent également être une préoccupation. » 

Il est également possible d’utiliser des huiles minérales et hydrocraquées traditionnelles dans les applications électriques, mais les PAO offrent généralement de meilleures performances dans les applications électriques. 

Pourquoi donc? Hope a cité leurs propriétés diélectriques supérieures comme l’une des raisons. « L’armée a eu des problèmes avec les liquides de refroidissement diélectriques qui ont été développés pour le SR-71 Blackbird », a-t-il déclaré. « À l’origine, ils utilisaient un ester de silicone, et c’était bien jusqu’à ce que vous ayez les ordinateurs qui étaient en fait assis dans une cuve de cette huile pour les garder au frais et empêcher le gel de l’air. Ce qu’ils ont rencontré, c’est que le fluide était hydroscopique – il accumulait de l’humidité. Lorsque cette humidité entre en contact avec le fluide, elle forme un gel. Même si le fluide était un bon diélectrique, lorsque ce gel flottait au-delà de quelques points de contact électrique, vous obteniez des arcs électriques, et cet arc se carbonisait et vous obteniez un point noir. Ils ont en fait appelé cela la peste noire parce qu’ils savaient quand ils ont vu ces points noirs flotter dans le fluide que l’ordinateur allait tomber en panne peu de temps après. C’était une indication que quelque chose se passait.

Parce qu’il y avait un besoin évident de remplacer le fluide par un autre qui fonctionnerait mieux dans l’application, ils ont lancé une étude. Le fluide devait avoir une conductivité thermique élevée et des points d’éclair et de feu élevés. L’un des premiers fluides testés était un fluide hydraulique formulé à partir d’un fluide à base d’huile minérale naphténique. Pour le tester, un obus incendiaire perforant de calibre 50 a été tiré sur une boîte métallique d’un gallon remplie de fluide hydraulique. L’objectif était que le fluide évite de former une « boule de feu », a déclaré Hope. 

Heureusement, le fluide de remplacement à base de polyalphaoléfine a fait exactement cela et a réussi à produire uniquement de la fumée pendant le test, répondant à la spécification militaire MIL-H 87257. « Cela est dû aux différences de points d’éclair et de feu » entre les fluide et le fluide à base de PAO, a déclaré Hope. 

Le fluide a également été soumis à une série d’autres tests, comme un test de propagation de la flamme dans lequel « vous prenez une mèche mouillée et l’allumez en feu et voyez combien de temps il faut pour aller du point A au point B », a déclaré Hope. « Celui qui se déplace le plus lentement est le meilleur fluide. C’est ce qu’ils ont fini par faire. 

Cependant, les besoins en fluides de l’armée peuvent être légèrement différents de ceux des véhicules électriques. « Ces véhicules électriques ne volent pas actuellement à 30 000 pieds, ce n’est donc pas un problème », a déclaré Hope. « Peut-être que certaines des exigences de viscosité extrêmement faible à basse température ne sont pas vraiment préoccupantes non plus. Mais beaucoup d’autres propriétés le sont. 

Les PAO font le travail

Selon Hope, la capacité à réduire la friction est le principal devoir d’un lubrifiant pour véhicules électriques, tandis que « le deuxième devoir est de se débarrasser de la chaleur, car partout où la chaleur est générée, elle doit être absorbée puis transmise », a-t-il déclaré. . 

Lotfi a accepté mais a ajouté un troisième élément à la liste : l’augmentation de l’efficacité énergétique. « L’huile de base est vraiment le composant clé qui a un impact sur l’efficacité énergétique et les propriétés de transfert de chaleur », a-t-il déclaré. 

Alors, comment les PAO contribuent-elles aux produits finis qui peuvent atteindre ces objectifs ? 

En ce qui concerne les capacités d’élimination de la chaleur des PAO, Hope a cité un article de 2002 écrit par des chercheurs de Volkswagen et du professeur Wilfred Bartz. L’article discutait de la manière dont le fluide de base utilisé pour formuler les huiles pour engrenages peut affecter la chaleur spécifique, la chaleur nécessaire pour élever la température de l’unité de masse d’un fluide de 1 °C. Les performances d’élimination de la chaleur d’une huile de 4 cSt du groupe III et d’une huile de 8 cSt du groupe III ont été comparées à celles d’une PAO de 4 cSt et d’une PAO de 8 cSt. Il a été déterminé que les huiles pour engrenages formulées avec les PAO avaient une chaleur spécifique plus élevée, leur permettant de maintenir la boîte de vitesses 7 °C à 17 °C plus froide que les huiles hydrocraquées et 19 °C plus froide que les huiles minérales. Une chaleur spécifique plus élevée indique la capacité accrue du fluide à absorber la chaleur.

En ce qui concerne l’efficacité énergétique, Hope a expliqué qu’un test, communément appelé ARKL EOTT, a été utilisé pour prédire l’efficacité de la transmission et la capacité d’un fluide à contrôler la perte d’énergie. Dans cet essai, 40 millilitres d’un fluide d’essai sont placés dans un appareil isolé à 4 billes. Sur une période de deux heures, avec certaines exigences de régime et de charge, la température du fluide augmente avec le temps. Lorsqu’il est effectué sur des lubrifiants formulés avec des huiles du groupe I, du groupe II, du groupe III et du groupe IV, il a été observé que le PAO du groupe IV produisait une température de fin d’essai significativement inférieure à celle des autres huiles. En fait, le PAO a donné une température inférieure de 6,6 °C à celle du fluide le plus performant, qui était une huile du groupe III+. Chaque formulation utilisait le même ensemble d’additifs et une qualité de 5,5 cSt de chaque fluide de base. 

Les résultats du test ont montré que « vous pouvez voir une différence dans la friction – dans la génération de chaleur – entre ces différents fluides », a déclaré Hope. « La friction est importante ; c’est l’essentiel. 

De plus, les courbes de traction générées par une mini machine de traction ont conclu que la PAO testée donnait des coefficients de traction inférieurs à 40 °C et à 100 °C par rapport à une huile du groupe III de même viscosité. Ce résultat indique que les PAO peuvent offrir des avantages dans une gamme de rapports glissement-rouleau et de régimes de lubrification à 40 °C et 100 °C, a déclaré Hope. 

Tout bien considéré, les PAO ont démontré qu’ils ont de bonnes propriétés de friction, comme le démontrent les tests ARKL EOTT et Mini Traction Machine. La conductivité thermique est également importante, et les PAO ont prouvé qu’ils ont une meilleure conductivité thermique que les huiles hydrocraquées et minérales. Enfin, les PAO ont des propriétés diélectriques suffisantes, car ils sont stables et ont la capacité de rejeter l’eau. Ces propriétés, prises ensemble, indiquent que les PAO sont un fluide de base idéal pour la formulation de lubrifiants finis pour véhicules électriques avec une durée de vie accrue et une consommation d’énergie réduite.   


Origine article: Sydney Moore est rédacteur en chef du magazine Lubes’n’Greases . Contactez-la auSydney@LubesnGreases.com

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