Pes lleuger, baix cost, gran resistència a l'impacte, modelabilitat i personalització estan impulsant ràpidament la demanda de termoplàstics, que ajuden a mantenir freds l'electrònica, la il·luminació i els motors dels cotxes.#poliolefina
Els compostos tèrmicament conductors de PolyOne s'utilitzen en aplicacions d'automoció i E/E, com ara il·luminació LED, dissipadors de calor i tancaments electrònics.
Els productes de PC tèrmic Makrolon de Covestro inclouen graus per a làmpades LED i dissipadors de calor.
Els compostos tèrmicament conductors de RTP es poden utilitzar en carcasses com caixes de bateries, així com radiadors i components de dissipació de calor més integrats.
Els OEM de les indústries elèctrica/electrònica, d'automoció, d'il·luminació, d'equips mèdics i de maquinària industrial han estat interessats en els termoplàstics tèrmicament conductors durant molts anys perquè busquen noves solucions per a aplicacions com ara radiadors i altres dispositius de dissipació de calor, LED.Estoig i funda de bateria.
La investigació de la indústria mostra que aquests materials creixen a un ritme de dos dígits, impulsat per noves aplicacions com ara vehicles totalment elèctrics, cotxes complexos i grans components d'il·luminació LED comercials.Els plàstics tèrmicament conductors estan desafiant els materials més tradicionals, com els metalls (especialment l'alumini) i la ceràmica, perquè tenen molts avantatges: els compostos plàstics són més lleugers, tenen un cost més baix, són fàcils de formar, es poden personalitzar i poden oferir més avantatges en l'estabilitat tèrmica. , Resistència a l'impacte i resistència a les ratllades i resistència a l'abrasió.
Els additius que milloren la conductivitat tèrmica inclouen el grafit, el grafè i els farcits de ceràmica com el nitrur de bor i l'alúmina.La tecnologia per utilitzar-los també avança i es fa més rendible.Una altra tendència és la introducció de resines d'enginyeria de baix cost (com el niló 6 i 66 i PC) en compostos tèrmicament conductors, que posa en competència els materials de preu elevat més utilitzats com PPS, PSU i PEI.
De què va tot l'enrenou?Una font de RTP va dir: "La capacitat de formar peces netes, reduir el nombre de peces i passos de muntatge, i reduir el pes i el cost són totes les forces motrius per a l'adopció d'aquests materials"."Per a determinades aplicacions, com ara tancaments elèctrics i sobreemmotllament de components, la capacitat de transferir calor quan es converteix en un aïllant elèctric és el focus d'atenció".
Dalia Naamani-Goldman, gerent de màrqueting de transport electrònic i elèctric del negoci de materials funcionals de BASF, va afegir: "La conductivitat tèrmica s'està convertint ràpidament en un problema de creixent preocupació per als fabricants de components electrònics i els OEM d'automoció.A causa dels avenços tecnològics i les limitacions d'espai, les aplicacions estan miniaturitzades i, per tant, tèrmiques. L'acumulació i la difusió d'energia s'han convertit en el focus d'atenció.Si l'empremta del component és limitada, és difícil afegir un dissipador de calor metàl·lic o inserir un component metàl·lic".
Naamani-Goldman va explicar que les aplicacions de tensió més alta estan penetrant en els automòbils i la demanda de potència de processament també està creixent.En els paquets de bateries de vehicles elèctrics, l'ús de metall per dispersar i dissipar la calor augmenta el pes, que és una opció impopular.A més, les peces metàl·liques que funcionen a gran potència poden provocar descàrregues elèctriques perilloses.La resina plàstica tèrmicament conductora però no conductora permet tensions més altes mantenint la seguretat elèctrica.
L'enginyer de desenvolupament de camp de Celanese, James Miller (predecessor de Cool Polymers adquirit per Celanese l'any 2014) va dir que els components elèctrics i electrònics, especialment els components elèctrics i electrònics dels vehicles elèctrics, han crescut amb l'espai de components Cada cop està més massificat i es continua reduint."Un factor que limita la reducció de la mida d'aquests components és les seves capacitats de gestió tèrmica.Les millores en les opcions d'embalatge tèrmicament conductores fan que els dispositius siguin més petits i eficients".
Miller va assenyalar que en equips electrònics de potència, els plàstics tèrmicament conductors es poden sobreemmotllar o empaquetar, que és una opció de disseny no disponible en metalls o ceràmica.Per als dispositius mèdics que generen calor (com ara dispositius mèdics amb càmeres o components de cauterització), la flexibilitat de disseny dels plàstics tèrmicament conductors permet un embalatge funcional més lleuger.
Jean-Paul Scheepens, director general del negoci de materials d'enginyeria especialitzat de PolyOne, va assenyalar que les indústries de l'automoció i E/E tenen la major demanda de compostos tèrmicament conductors.Va dir que aquests productes poden satisfer una varietat de necessitats dels clients i de la indústria, inclosa la llibertat de disseny ampliada, permetent el disseny L'augment de la superfície pot millorar l'estabilitat tèrmica.Els polímers tèrmicament conductors també proporcionen opcions més lleugeres i consolidació de peces, com ara la integració de dissipadors de calor i carcasses en el mateix component, i la capacitat de crear un sistema de gestió tèrmica més unificat.La bona eficiència econòmica del procés d'emmotllament per injecció és un altre factor positiu.”
Joel Matsco, director sènior de màrqueting de policarbonat a Covestro, creu que els plàstics tèrmicament conductors se centren principalment en aplicacions d'automoció."Amb un avantatge de densitat d'aproximadament un 50%, poden reduir significativament el pes.Això també es pot estendre als vehicles elèctrics.Molts mòduls de bateries encara utilitzen metall per a la gestió tèrmica i, com que la majoria dels mòduls utilitzen moltes estructures repetitives a l'interior, utilitzen conductivitat tèrmica. El pes estalviat en substituir metalls per polímers va augmentar ràpidament.
Covestro també veu una tendència cap a la lleugeresa dels grans components d'il·luminació comercial.Matsco assenyala: "Les llums de badia de 35 lliures en lloc de 70 lliures requereixen menys estructura i són més fàcils per als instal·ladors de portar bastides".Covestro també té projectes de tancaments electrònics com els routers, en els quals les peces de plàstic actuen com a contenidor i proporcionen la gestió de la calor.Matsco va dir: "En tots els mercats, depenent del disseny, també podem reduir els costos fins a un 20%".
Sheepens's de PolyOne va afirmar que les aplicacions clau de la seva tecnologia de conductivitat tèrmica en automoció i E/E inclouen il·luminació LED, dissipadors de calor i xassís electrònic, com ara plaques base, caixes inversores i aplicacions de gestió/seguretat d'energia.De la mateixa manera, les fonts RTP veuen que els seus compostos tèrmicament conductors s'utilitzen en carcasses i dissipadors de calor, així com components de dissipació de calor més integrats en equips industrials, mèdics o electrònics.
Matsco de Covestro va dir que la principal aplicació de la il·luminació comercial és la substitució de radiadors metàl·lics.De la mateixa manera, la gestió tèrmica d'aplicacions de xarxa de gamma alta també està creixent en encaminadors i estacions base.Naamani-Goldman de BASF va assenyalar específicament que els components electrònics inclouen barres de bus, caixes de connexió i connectors d'alta tensió, aïllants de motors i càmeres de visió frontal i posterior.
Miller de Celanese va dir que els plàstics tèrmicament conductors han fet grans avenços a l'hora de proporcionar flexibilitat de disseny 3D per satisfer els requisits més alts de gestió tèrmica per a la il·luminació LED.Va afegir: "En la il·luminació d'automòbils, el nostre polímer tèrmic conductor (TCP) CoolPoly permet l'ús de carcasses d'il·luminació superior de perfil prim i radiadors de recanvi d'alumini per als fars externs".
Miller de Celanese va dir que CoolPoly TCP proporciona una solució per a la creixent pantalla de capçalera (HUD) de l'automòbil: a causa de l'espai limitat del tauler, el flux d'aire i la calor, aquesta aplicació requereix una dissipació de calor més gran que la il·luminació uniforme.La llum del sol brilla en aquesta posició del cotxe."El pes del plàstic tèrmicament conductor és més lleuger que l'alumini, la qual cosa pot reduir l'impacte del xoc i la vibració en aquesta part del vehicle, que pot causar distorsió de la imatge".
En el cas de la bateria, Celanese ha trobat una solució innovadora a través de la sèrie CoolPoly TCP D, que pot proporcionar conductivitat tèrmica sense conductivitat elèctrica, complint així requisits de qualitat d'aplicació relativament estrictes.De vegades, el material de reforç del plàstic tèrmicament conductor limita el seu allargament, de manera que els experts en materials de Celanese han desenvolupat un grau CoolPoly TCP basat en niló, que és més resistent que el grau típic (resistència a la flexió de 100 MPa, mòdul de flexió de 14 GPa, 9 kJ / m2). Impacte Charpy Notch) sense sacrificar la conductivitat tèrmica o la densitat.
CoolPoly TCP proporciona flexibilitat en el disseny de convecció i pot satisfer els requisits de transferència de calor de moltes aplicacions que històricament han utilitzat alumini.L'avantatge del seu modelat per injecció és que les peces de fosa d'alumini consumeixen un terç de l'energia de l'alumini i la vida útil s'allarga sis vegades.
Segons Matsco de Covestro, en el sector de l'automoció, la principal aplicació és substituir radiadors en mòduls de fars, mòduls de llums antiboira i mòduls de llums posteriors.Els dissipadors de calor per a funcions de llum llarga i baixa LED, tubs de llum LED i guies de llum, llums de circulació diürna (DRL) i llums d'intermitents són totes les aplicacions potencials.
Matsco va assenyalar: "Una de les principals forces motrius del PC tèrmic Makrolon és la capacitat d'integrar directament la funció del dissipador de calor als components d'il·luminació (com ara reflectors, bisells i carcasses), que s'aconsegueix mitjançant l'emmotllament per injecció múltiple o dos mètodes de components."A través del reflector i el marc fets normalment de PC, es pot veure l'adhesió millorada quan el PC tèrmicament conductor es torna a modelar sobre ell per controlar la calor, reduint així la necessitat de fixar cargols o adhesius.Demanda.Això redueix el nombre de peces, les operacions auxiliars i els costos globals del sistema.A més, en l'àmbit dels vehicles elèctrics, veiem oportunitats en la gestió tèrmica i l'estructura de suport dels mòduls de bateries”.
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) de BASF també va afirmar en els vehicles elèctrics que els components del paquet de bateries, com ara els separadors de bateries, són molt prometedors."Les bateries d'ions de liti generen molta calor, però han d'estar en un entorn constant d'uns 65 ° C, en cas contrari es degradaran o fallaran".
Inicialment, els compostos plàstics tèrmicament conductors es basaven en resines d'enginyeria de gamma alta.Però en els últims anys, les resines d'enginyeria per lots com el niló 6 i 66, PC i PBT han jugat un paper important.Matsco de Covestro va dir: "Tot això s'ha trobat a la natura.Tanmateix, per raons de cost, el mercat sembla concentrar-se principalment en niló i policarbonat.
Scheepens va dir que, tot i que el PPS encara s'utilitza molt sovint, el niló 6 i 66 i el PBT de PolyOne han augmentat.
RTP va afirmar que niló, PPS, PBT, PC i PP són les resines més populars, però depenent del repte de l'aplicació, es poden utilitzar molts termoplàstics de major rendiment com PEI, PEEK i PPSU.Una font de RTP va dir: "Per exemple, el dissipador de calor d'una làmpada LED es pot fer de material compost de niló 66 per proporcionar una conductivitat tèrmica de fins a 35 W/mK.Per a les bateries quirúrgiques que han de suportar una esterilització freqüent, es requereix PPSU.Propietats d'aïllament elèctric i redueixen l'acumulació d'humitat.
Naamani-Goldman va dir que BASF té diversos compostos tèrmicament conductors comercials, inclosos els graus de niló 6 i 66.“L'ús dels nostres materials s'ha posat en producció en una varietat d'aplicacions, com ara carcasses de motors i infraestructura elèctrica.A mesura que continuem determinant les necessitats dels clients de conductivitat tèrmica, aquesta és una àrea activa de desenvolupament.Molts clients no saben quin nivell necessiten de conductivitat, de manera que els materials s'han d'adaptar per a aplicacions específiques perquè siguin efectius".
DSM Engineering Plastics ha llançat recentment Xytron G4080HR, un PPS reforçat amb fibra de vidre en un 40% que optimitza el rendiment dels sistemes de gestió tèrmica dels vehicles elèctrics.Està dissenyat amb propietats d'envelliment tèrmic, resistència a la hidròlisi, estabilitat dimensional, resistència química a altes temperatures i retard de flama inherent.
Segons els informes, aquest material pot mantenir una resistència de 6.000 a 10.000 hores a una temperatura de treball contínua superior a 130 °C.En la prova més recent d'aigua/glicol a 135 °C de 3000 hores, la resistència a la tracció de Xytron G4080HR va augmentar un 114% i l'allargament a la ruptura va augmentar un 63% en comparació amb el producte equivalent.
RTP va afirmar que, segons els requisits de l'aplicació, es pot utilitzar qualsevol additiu d'una varietat per millorar la conductivitat tèrmica, i va assenyalar: "Els additius més populars continuen sent additius com el grafit, però hem estat explorant noves opcions com el grafè o el grafè. nous additius ceràmics..sistema.”
Un exemple d'aquest últim va ser iniciat l'any passat per Martinswerk Div ​​de Huber Engineered Polymers.Segons els informes, basats en l'alúmina i per a les noves tendències de migració (com ara l'electrificació), el rendiment dels additius de la sèrie Martoxid és millor que la d'altres alúminas i altres farcits conductors.Martoxid es millora controlant la distribució de la mida de les partícules i la morfologia per proporcionar un empaquetament i densitat millorats i un tractament superficial únic.Segons els informes, es pot utilitzar amb una quantitat de farciment superior al 60% sense afectar les propietats mecàniques o reològiques.Mostra un excel·lent potencial en PP, TPO, niló 6 i 66, ABS, PC i LSR.
Matsco de Covestro va dir que tant el grafit com el grafè s'han utilitzat àmpliament i va assenyalar que el grafit té un cost relativament baix i una conductivitat tèrmica moderada, mentre que el grafè sol costa més, però té avantatges evidents de conductivitat tèrmica.Va afegir: "Sovint hi ha una necessitat de materials tèrmicament conductors i elèctricament aïllants (TC/EI), i aquí és on els additius com el nitrur de bor són habituals.Malauradament, no obtens res.En aquest cas, el nitrur de bor proporciona L'aïllament elèctric es millora, però es redueix la conductivitat tèrmica.A més, el cost del nitrur de bor pot ser molt elevat, per la qual cosa TC/EI ha de convertir-se en un rendiment del material que necessita urgentment demostrar l'augment de costos.
Naamani-Goldman de BASF ho explica així: “El repte és aconseguir un equilibri entre la conductivitat tèrmica i altres requisits;per garantir que els materials es puguin processar de manera eficient en grans quantitats i que les propietats mecàniques no baixin massa.Un altre repte és crear un sistema que es pugui adoptar àmpliament.Solució rendible."
Scheepens de PolyOne creu que tant els farcits a base de carboni (grafit) com els farcits ceràmics són additius prometedors que s'espera que assoleixin la conductivitat tèrmica necessària i equilibrin altres propietats elèctriques i mecàniques.
Miller de Celanese va dir que la companyia ha explorat una varietat d'additius que combinen la selecció més àmplia de la indústria de resines de base integrades verticalment per proporcionar ingredients patentats que fan que la conductivitat tèrmica sigui de 0,4 a 40 W/mK.
També sembla augmentar la demanda de compostos conductors multifuncionals com la conductivitat tèrmica i elèctrica o els retardants tèrmics i de flama.
Matsco de Covestro va assenyalar que quan l'empresa va llançar el seu ordinador tèrmicament conductor Makrolon TC8030 i TC8060, els clients immediatament van començar a preguntar si es podien convertir en materials aïllants elèctrics.“La solució no és tan senzilla.Tot el que fem per millorar l'IE tindrà un impacte negatiu en TC.Ara, oferim el policarbonat Makrolon TC110 i estem desenvolupant altres solucions per complir aquests requisits".
Naamani-Goldman de BASF va dir que les diferents aplicacions requereixen conductivitat tèrmica i altres característiques, com ara paquets de bateries i connectors d'alta tensió, que necessiten dissipació de calor i han de complir estrictes estàndards ignífugs quan s'utilitzen bateries d'ions de liti.
PolyOne, RTP i Celanese han experimentat una gran demanda de compostos multifuncionals de tots els segments del mercat i proporcionen conductivitat tèrmica i blindatge EMI, major impacte, retard de flama, aïllament elèctric i compostos amb funcions com la resistència als UV i l'estabilitat tèrmica.
Les tècniques d'emmotllament tradicionals no són efectives per a materials d'alta temperatura.Els modeladors han d'entendre determinades condicions i paràmetres per resoldre els problemes causats de vegades per l'emmotllament per injecció a alta temperatura.
Un nou estudi mostra com el tipus i la quantitat de LDPE barrejat amb LLDPE afecten la processabilitat i la resistència/duresa de la pel·lícula bufada.Es mostren dades per a mescles riques en LDPE i LLDPE.