PPS材料的应用于电子水泵
一、 电子水泵结构及工作原理

发动机温度过高会使机油润滑能力下降，导致机件磨损加剧，温度高到一定值会导致发动机拉缸或烧瓦等严重故障出现，最终导致发动机烧毁报废。

水泵是汽车发动机冷却系统的重要组成部件，主要作用是负责驱动冷却液循环，吸收发动机多余的热量并通过散热装置传递到外部空气中，避免发动机温度过高。

水泵分为传统机械水泵和电子水泵两种。传统发动机一般使用的是机械水泵，是通过皮带轮带动水泵轴承及叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水道或水管流出。叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，水箱中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管被吸入叶轮中，实现冷却液的往复循环。

传统机械水泵是基于发动机转速而工作的，这也就导致了即使在对流量需求不高的冷启动和低负荷高转速工况下仍然需要很大功率来驱动，在此时提供的冷却能力远大于发动机实际需求，而且需要很大功率来驱动，就会造成发动机的动力性能和经济性的下降。

电子水泵工作原理如下：ECU（电子控制单元）根据水温等反馈信号，通过PWM（脉冲宽度调制）调节占空比的大小，并把信号传到电子水泵内部的控制器，控制器根据占空比大小控制电机转动，从而驱动叶轮转子旋转，进而实现冷却液循环。

电子水泵

电子水泵可以根据冷却装置对冷却液的需求来精确控制流量。随着科技的发展及对燃油效率的高要求，电子水泵的应用越来越多，目前市场上混动及新能源发动机都开始使用电子水泵。

电子水泵由泵壳、叶轮、密封圈、电机壳、电器插头、电机总成、轴承、转子、控制器、控制器座、后盖、固定螺栓等组成，如图所示。

电子水泵结构图

ECU根据水温等反馈信号，通过PWM调节占空比的大小，控制器通过电气插头连接线束，然后根据占空比大小控制电机驱动叶轮和转子，进而实现冷却液循环，确保对冷却液流量的精确控制；密封圈是保证泵壳和电机壳、控制器座和后盖之间的密封性；泵壳、电机壳、后盖是将电子水泵的内部元件密封在一个无尘环境，确保电子水泵工作可靠性，如图所示。

电子水泵工作原理

二、电子水泵的特点

1）提供适时适量冷却能力，耗能低、效率高，根据水温等信息实现对冷却液流量的精确控制，减少冷却液流动距离并实现水泵排量降低60%左右。

2）减少摩擦，电子水泵采用电力驱动，相比机械水泵采用附件皮带驱动，减少了摩擦功，NEDC（新欧洲驾驶周期，是欧洲的续航测试标准）循环可实现油耗降低2%左右。

3）加速暖机，对于混合动力的发动机，由于启停频繁，需要较快的暖机速度，电子水泵由于排量可实时控制，因此在冷启动时降低冷却液流量可达到加速暖机、降低油耗和排放的效果。

4）使用寿命更长，连续工作时间在2万小时以上。

5）漏水风险大大降低，机械水泵的叶轮是采用过盈配合压装在水泵轴承上的，而电子水泵的集成式磁力叶轮是由安装在水泵壳体的磁芯驱动的，这样可实现水腔和外部的分离，可去除水封，也就降低了摩擦损失和漏水的风险。

6）控制方式灵活（PWM、总线）。

7）多重工作保护（过温、过压、过流等）。

三、电子水泵失效模式及失效原因

1）水温异常升高，电子水泵性能降低。性能降低可能发生有两种原因：

①叶轮组件与空心轴过盈设计过小，导致叶轮与空心轴连接不可靠，叶轮打滑，从而造成叶轮转速不达标，水泵性能降低；
②镶嵌件防转结构设计不合理，导致镶嵌件与注塑叶轮出现打滑，从而造成叶轮转速不达标，水泵性能降低。

2）电子水泵转速时有时无，最终降为零，停止工作。导致水泵不工作的原因总结有以下5点：

①芯片或电子器件失效，铜箔厚度不满足设计要求，导致温度升高时铜箔烧断；
②防水透气阀密封圈材料选择不合理，在极限环境下老化，导致气密性不合格，水汽进入干区，水泵短路，水泵停止工作；
③控制器簧片与漆包线焊接面积设计不合理，接触段强度不够，导致簧片与漆包线断裂，水泵无法工作；
④控制器处的电容之间或者电容和支架之间未涂胶固定，导致电容只依靠针脚与簧片之间的焊接支撑，在振动情况下，电容整体晃动，使针脚受循环负荷引起疲劳断裂，导致水泵转速降为零；
⑤散热胶选择不合理，导致散热胶膨胀产生大量空洞，使PCB（印刷线路板）无法正常散热，导致过温失效。

四、PPS材料在电子水泵中的应用

电子水泵由泵壳、叶轮、密封圈、电机壳、电器插头、电机总成、轴承、转子、控制器、控制座、后盖、固定螺栓等组成。

电子水泵组成

电子水泵性能好坏除了优秀的结构设计，选择合适的材料也是至关重要，直接影响到电子水泵是否能正常运作。

电子水泵中的部件常用聚苯硫醚PPS材料，它是的特种工程塑料，具有耐高温、尺寸稳定不易变形、电气性能、耐化学性腐蚀、阻燃UL94V-O级、电绝缘性能优、耐水解等综合性能，同时改性后的PPS具有高流动性、高韧性、高耐磨、高强度、耐冷冻液、高CTI、低介电等多种特性，确保了电子水泵工作的可靠性。

水泵外壳要求与金属结合力强，耐防冻液，强度高，熔接线强度高（避免产品存放开裂），耐水解，采用PPS料可满足其材料要求，注塑一体成型，易加工，且结构稳定性强不易变形。电机壳采用高韧PPS料，可达到高功率漏气开裂改良的效果。

水泵叶轮采用PPS注塑加工成型，其特点是强度高，阻燃耐高温，高韧性，尺寸稳定，使用寿命长等。

水泵转子采用PPS注塑加工成型，具有高耐磨、高强度等特点。

综上：

1）电子水泵相比于机械水泵精度高、耗能低。
2）电子水泵可实现精确控制冷却液流量，减少冷却液流动距离并实现水泵排量降低60%左右，从而提升效率。
3）电子水泵水温异常升高，性能降低或停止工作有多种原因，可针对性处理。
4）聚苯硫醚PPS材料性能优异，可满足电子水泵多方面性能要求，在电子水泵中应用广泛。

行业资讯：

特种工程塑料品种众多，主要包括聚苯硫醚（PPS），液晶聚合物（LCP），聚醚醚酮（PEEK），聚酰亚胺（PI），聚砜(PSF），聚芳酯（PAR），含氟聚合物（PTFE、PVDF、PCTFE、PFA）等。其中聚苯硫醚PPS是其中市场消费量最大、国产化率最高的一种。

聚苯硫醚（Polyphenylene sulfide，PPS）是分子链中带有苯硫基的高性能热塑性树脂，在常温下通常呈粉末状或颗粒状。

聚苯硫醚PPS是聚芳硫醚中最重要、最常见的树脂品种之一。PPS 有十分优异的热性能、电性能、耐化学性能、耐辐射、阻燃等性能。PPS 的发展成熟、性价比高，是综合性能优异的热塑性特种工程塑料，常作为结构性高分子材料使用。

从下游应用看，PPS除了应用在电子、燃油车、航空航天、精密器械等传统领域，随着新能源汽车、5G通信、高压连接器、消费电子、半导体、医疗、能源等行业的快速发展，PPS的应用也不断扩展。比如，受益于新能源汽车的发展，PPS作为金属材料的替代品，广泛应用于新能源汽车HVAC系统、控制系统、传感器、发电机和驱动电机组件以及电池组件等。据报道，传统汽车上的PPS用量为700g/车，而在新能源汽车上PPS用量达到2500g/车。

从中游改性和加工看，PPS往往需要进行玻纤/碳纤增强、增韧、矿物填充、抗静电、润滑、染色、耐磨、共混合金等改性，以进一步增强其应用价值。其加工及后加工方式包括共混改性、注塑成型、挤出成膜、浸渍复合、棒材型材、机械加工等，其中会使用到各种助剂、加工设备等。从上游聚合看，PPS聚合具有较高的技术门槛，除了吴羽、东丽、DIC、索尔维等传统国际企业，国内产能目前主要集中在新和成、滨阳燃化、重庆聚狮等少数企业。