Geringes Gewicht, niedrige Kosten, hohe Schlagfestigkeit, Formbarkeit und individuelle Anpassung steigern schnell die Nachfrage nach Thermoplasten, die dazu beitragen, Elektronik, Beleuchtung und Automotoren kühl zu halten.#Polyolefin
Die wärmeleitenden Verbindungen von PolyOne werden in Automobil- und E/E-Anwendungen wie LED-Beleuchtung, Kühlkörpern und elektronischen Gehäusen eingesetzt.
Zu den Makrolon-Thermo-PC-Produkten von Covestro gehören Typen für LED-Lampen und Kühlkörper.
Die wärmeleitenden Verbindungen von RTP können in Gehäusen wie Batteriekästen sowie in Heizkörpern und stärker integrierten Wärmeableitungskomponenten verwendet werden.
OEMs in der Elektro-/Elektronik-, Automobil-, Beleuchtungs-, Medizingeräte- und Industriemaschinenindustrie sind seit vielen Jahren an wärmeleitenden Thermoplasten interessiert, weil sie nach neuen Lösungen für Anwendungen wie Heizkörper und andere Wärmeableitungsgeräte, LEDs, suchen.Koffer und Batteriefach.
Branchenuntersuchungen zeigen, dass diese Materialien zweistellig wachsen, angetrieben durch neue Anwendungen wie vollelektrische Fahrzeuge, komplexe Autos und große kommerzielle LED-Beleuchtungskomponenten.Wärmeleitfähige Kunststoffe stellen eine Herausforderung für traditionellere Materialien wie Metalle (insbesondere Aluminium) und Keramik dar, da sie viele Vorteile haben: Kunststoffverbindungen sind leichter, kostengünstiger, einfach zu formen, anpassbar und können weitere Vorteile bei der thermischen Stabilität bieten , Schlagfestigkeit und Kratzfestigkeit sowie Abriebfestigkeit.
Zu den Zusatzstoffen, die die Wärmeleitfähigkeit verbessern, gehören Graphit, Graphen und keramische Füllstoffe wie Bornitrid und Aluminiumoxid.Auch die Technologie zu ihrer Nutzung schreitet voran und wird kostengünstiger.Ein weiterer Trend ist die Einführung kostengünstiger technischer Harze (wie Nylon 6 und 66 und PC) in wärmeleitenden Verbindungen, wodurch häufiger verwendete hochpreisige Materialien wie PPS, PSU und PEI in Konkurrenz geraten.
Worum geht es in der ganzen Aufregung?Eine Quelle bei RTP sagte: „Die Fähigkeit, Netzteile zu formen, die Anzahl der Teile und Montageschritte zu reduzieren sowie Gewicht und Kosten zu reduzieren, sind allesamt treibende Kräfte für die Einführung dieser Materialien.“„Bei bestimmten Anwendungen wie Elektrogehäusen und dem Umspritzen von Bauteilen steht die Fähigkeit zur Wärmeübertragung bei der Umwandlung in einen elektrischen Isolator im Mittelpunkt.“
Dalia Naamani-Goldman, Managerin für elektronisches und elektrisches Transportmarketing im Funktionsmaterialgeschäft der BASF, fügte hinzu: „Wärmeleitfähigkeit wird für Hersteller elektronischer Komponenten und Automobil-OEMs zunehmend zu einem Thema, das zunehmend Anlass zur Sorge gibt.Aufgrund des technologischen Fortschritts und der Platzbeschränkungen sind Anwendungen miniaturisiert und daher thermische Die Akkumulation und Verbreitung von Energie ist in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gerückt.Wenn die Stellfläche der Komponente begrenzt ist, ist es schwierig, einen Metallkühlkörper hinzuzufügen oder eine Metallkomponente einzufügen.“
Naamani-Goldman erklärte, dass Hochspannungsanwendungen Einzug in Automobile halten und auch der Bedarf an Rechenleistung steige.Bei Batteriepaketen von Elektrofahrzeugen erhöht die Verwendung von Metall zur Wärmeverteilung und -ableitung das Gewicht, was eine unpopuläre Wahl ist.Darüber hinaus können Metallteile, die mit hoher Leistung betrieben werden, gefährliche Stromschläge verursachen.Wärmeleitendes, aber nicht leitendes Kunststoffharz ermöglicht höhere Spannungen bei gleichzeitiger Wahrung der elektrischen Sicherheit.
Celanese-Feldentwicklungsingenieur James Miller (Vorgänger von Cool Polymers, der 2014 von Celanese übernommen wurde) sagte, dass elektrische und elektronische Komponenten, insbesondere elektrische und elektronische Komponenten in Elektrofahrzeugen, mit dem Komponentenraum gewachsen sind. Es wird immer enger und schrumpft weiter.„Ein Faktor, der die Größenreduzierung dieser Komponenten einschränkt, ist ihre Fähigkeit zum Wärmemanagement.Verbesserungen bei den wärmeleitenden Verpackungsoptionen machen Geräte kleiner und effizienter.“
Miller wies darauf hin, dass in leistungselektronischen Geräten wärmeleitende Kunststoffe umspritzt oder verpackt werden können, eine Designoption, die bei Metallen oder Keramiken nicht möglich ist.Bei wärmeerzeugenden medizinischen Geräten (z. B. medizinischen Geräten mit Kameras oder Kauterisierungskomponenten) ermöglicht die Designflexibilität wärmeleitender Kunststoffe leichtere Funktionsverpackungen.
Jean-Paul Scheepens, General Manager des Geschäftsbereichs Spezialtechnikmaterialien von PolyOne, wies darauf hin, dass die Automobil- und E/E-Industrie den größten Bedarf an wärmeleitenden Verbindungen habe.Er sagte, dass diese Produkte eine Vielzahl von Kunden- und Branchenanforderungen erfüllen können, einschließlich erweiterter Designfreiheit, wodurch Design ermöglicht wird. Die vergrößerte Oberfläche kann die thermische Stabilität verbessern.Wärmeleitende Polymere bieten außerdem leichtere Optionen und eine Teilekonsolidierung, z. B. die Integration von Kühlkörpern und Gehäusen in die gleiche Komponente sowie die Möglichkeit, ein einheitlicheres Wärmemanagementsystem zu schaffen.Ein weiterer positiver Faktor ist die gute Wirtschaftlichkeit des Spritzgussverfahrens.”
Joel Matsco, Senior Marketing Manager für Polycarbonat bei Covestro, glaubt, dass wärmeleitende Kunststoffe hauptsächlich auf Automobilanwendungen ausgerichtet sind.„Mit einem Dichtevorteil von etwa 50 % können sie das Gewicht deutlich reduzieren.Dies kann auch auf Elektrofahrzeuge ausgeweitet werden.Viele Batteriemodule verwenden immer noch Metall für das Wärmemanagement, und da die meisten Module im Inneren viele sich wiederholende Strukturen verwenden, nutzen sie die Wärmeleitfähigkeit. Die Gewichtseinsparungen durch den Ersatz von Metallen durch Polymere nahmen schnell zu.“
Covestro sieht auch einen Trend zur Gewichtsreduzierung bei großen kommerziellen Beleuchtungskomponenten.Matsco weist darauf hin: „35 Pfund statt 70 Pfund schwere Hallenleuchten erfordern weniger Struktur und sind für Installateure einfacher auf dem Gerüst zu transportieren.“Covestro verfügt auch über elektronische Gehäuseprojekte wie Router, bei denen Kunststoffteile als Container fungieren und für das Wärmemanagement sorgen.Matsco sagte: „In allen Märkten können wir je nach Design auch die Kosten um bis zu 20 % senken.“
Sheepens's von PolyOne gab an, dass zu den Hauptanwendungen seiner Wärmeleitfähigkeitstechnologie im Automobil- und E/E-Bereich LED-Beleuchtung, Kühlkörper und elektronische Gehäuse wie Motherboards, Wechselrichterboxen und Energieverwaltungs-/Sicherheitsanwendungen gehören.In ähnlicher Weise werden die wärmeleitenden Verbindungen von RTP in Gehäusen und Kühlkörpern sowie in stärker integrierten Wärmeableitungskomponenten in industriellen, medizinischen oder elektronischen Geräten verwendet.
Matsco von Covestro sagte, dass die Hauptanwendung kommerzieller Beleuchtung der Ersatz von Metallheizkörpern sei.Ebenso nimmt das Wärmemanagement von High-End-Netzwerkanwendungen bei Routern und Basisstationen zu.Naamani-Goldman von BASF wies ausdrücklich darauf hin, dass zu den elektronischen Komponenten Sammelschienen, Hochspannungs-Anschlusskästen und -Anschlüsse, Motorisolatoren sowie Front- und Rückfahrkameras gehören.
Miller von Celanese sagte, dass wärmeleitende Kunststoffe große Fortschritte bei der Bereitstellung von 3D-Designflexibilität gemacht hätten, um höhere Wärmemanagementanforderungen für LED-Beleuchtung zu erfüllen.Er fügte hinzu: „In der Automobilbeleuchtung ermöglicht unser CoolPoly Thermally Conductive Polymer (TCP) die Verwendung von Deckenbeleuchtungsgehäusen mit dünnem Profil und Aluminium-Ersatzstrahlern für externe Scheinwerfer.“
Miller von Celanese sagte, dass CoolPoly TCP eine Lösung für das wachsende Head-up-Display (HUD) im Automobilbereich bietet – aufgrund des begrenzten Platzes im Armaturenbrett, der Luftzirkulation und der Wärme erfordert diese Anwendung eine höhere Wärmeableitung als eine gleichmäßige Beleuchtung.Sonnenlicht scheint auf diese Position des Autos.„Das Gewicht von wärmeleitendem Kunststoff ist geringer als das von Aluminium, wodurch die Auswirkungen von Stößen und Vibrationen auf diesen Teil des Fahrzeugs, die zu Bildverzerrungen führen können, verringert werden können.“
Im Batteriegehäuse hat Celanese mit der CoolPoly TCP D-Serie eine innovative Lösung gefunden, die Wärmeleitfähigkeit ohne elektrische Leitfähigkeit bereitstellen kann und so relativ strenge Anforderungen an die Anwendungsqualität erfüllt.Manchmal begrenzt das Verstärkungsmaterial im wärmeleitenden Kunststoff dessen Dehnung. Daher haben Celanese-Materialexperten einen auf Nylon basierenden Typ CoolPoly TCP entwickelt, der härter als der typische Typ ist (100 MPa Biegefestigkeit, 14 GPa Biegemodul, 9 kJ/m2). Charpy-Kerbschlagzähigkeit) ohne Einbußen bei der Wärmeleitfähigkeit oder Dichte.
CoolPoly TCP bietet Flexibilität beim Konvektionsdesign und kann die Wärmeübertragungsanforderungen vieler Anwendungen erfüllen, bei denen bisher Aluminium verwendet wurde.Der Vorteil des Spritzgießens besteht darin, dass Aluminiumdruckgussteile ein Drittel der Energie von Aluminium verbrauchen und die Lebensdauer um das Sechsfache verlängert wird.
Laut Matsco von Covestro besteht die Hauptanwendung im Automobilsektor darin, Kühler in Scheinwerfermodulen, Nebelscheinwerfermodulen und Rücklichtmodulen zu ersetzen.Mögliche Anwendungen sind Kühlkörper für LED-Fernlicht- und Abblendlichtfunktionen, LED-Lichtleiter und Lichtleiter, Tagfahrlichter (DRL) und Blinker.
Matsco wies darauf hin: „Eine der Hauptantriebskräfte von Makrolon Thermal PC ist die Möglichkeit, die Kühlkörperfunktion direkt in die Beleuchtungskomponenten (wie Reflektoren, Blenden und Gehäuse) zu integrieren, was durch mehrfaches Spritzgießen oder zweifaches Spritzgießen erreicht wird. Komponentenmethoden.„Durch den Reflektor und den Rahmen, die normalerweise aus PC bestehen, ist die verbesserte Haftung sichtbar, wenn das wärmeleitende PC zur Wärmekontrolle neu angeformt wird, wodurch der Bedarf an Befestigungsschrauben oder Klebstoffen reduziert wird.“Nachfrage.Dies reduziert die Anzahl der Teile, Hilfsvorgänge und die Gesamtkosten auf Systemebene.Darüber hinaus sehen wir im Bereich der Elektrofahrzeuge Chancen im Thermomanagement und der Trägerstruktur von Batteriemodulen.“
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) von BASF erklärte auch in Elektrofahrzeugen, dass Batteriepackkomponenten wie Batterieseparatoren sehr vielversprechend seien.„Lithium-Ionen-Batterien erzeugen viel Wärme, müssen aber einer konstanten Umgebungstemperatur von etwa 65 °C ausgesetzt sein, sonst verschlechtern sie sich oder versagen.“
Ursprünglich basierten wärmeleitende Kunststoffcompounds auf hochwertigen technischen Harzen.Aber in den letzten Jahren haben Batch-Engineering-Harze wie Nylon 6 und 66, PC und PBT eine große Rolle gespielt.Matsco von Covestro sagte: „Das alles wurde in freier Wildbahn gefunden.Aus Kostengründen scheint sich der Markt jedoch hauptsächlich auf Nylon und Polycarbonat zu konzentrieren.“
Scheepens sagte, dass, obwohl PPS immer noch sehr häufig verwendet wird, PolyOnes Nylon 6 und 66 sowie PBT zugenommen haben.
RTP gab an, dass Nylon, PPS, PBT, PC und PP die beliebtesten Harze sind, je nach Anwendungsherausforderung können jedoch auch viele leistungsstärkere Thermoplaste wie PEI, PEEK und PPSU verwendet werden.Eine RTP-Quelle sagte: „Zum Beispiel kann der Kühlkörper einer LED-Lampe aus Nylon-66-Verbundmaterial bestehen, um eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 35 W/mK bereitzustellen.“Für chirurgische Batterien, die einer häufigen Sterilisation standhalten müssen, ist PPSU erforderlich.Elektrische Isoliereigenschaften und reduzieren die Feuchtigkeitsansammlung.“
Naamani-Goldman sagte, dass BASF über mehrere kommerzielle wärmeleitende Verbindungen verfügt, darunter Nylon 6 und 66.„Der Einsatz unserer Materialien wurde in einer Vielzahl von Anwendungen wie Motorgehäusen und elektrischer Infrastruktur in die Produktion übernommen.Da wir weiterhin die Anforderungen unserer Kunden an die Wärmeleitfähigkeit ermitteln, ist dies ein aktiver Entwicklungsbereich.Viele Kunden wissen nicht, welches Maß an Leitfähigkeit sie benötigen, daher müssen Materialien für bestimmte Anwendungen maßgeschneidert werden, um effektiv zu sein.“
DSM Engineering Plastics hat kürzlich Xytron G4080HR auf den Markt gebracht, ein zu 40 % glasfaserverstärktes PPS, das die Leistung von Wärmemanagementsystemen für Elektrofahrzeuge optimiert.Es zeichnet sich durch thermische Alterungseigenschaften, Hydrolysebeständigkeit, Dimensionsstabilität, chemische Beständigkeit bei hohen Temperaturen und inhärente Flammhemmung aus.
Berichten zufolge kann dieses Material eine Festigkeit von 6.000 bis 10.000 Stunden bei einer kontinuierlichen Arbeitstemperatur von über 130 °C beibehalten.Im letzten 3000-Stunden-Wasser/Glykol-Flüssigkeitstest bei 135 °C stieg die Zugfestigkeit von Xytron G4080HR im Vergleich zum entsprechenden Produkt um 114 % und die Bruchdehnung um 63 %.
RTP gab an, dass je nach Anwendungsanforderungen jedes beliebige Additiv zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit verwendet werden kann, und wies darauf hin: „Die beliebtesten Additive sind nach wie vor Additive wie Graphit, aber wir haben neue Optionen wie Graphen oder andere untersucht.“ neue Keramikzusätze..System."
Ein Beispiel für Letzteres wurde letztes Jahr von der Martinswerk-Abteilung von Huber Engineered Polymers initiiert.Berichten zufolge ist die Leistung der Additive der Martoxid-Serie auf der Basis von Aluminiumoxid und bei neuen Migrationstrends (z. B. Elektrifizierung) besser als bei anderen Aluminiumoxid- und anderen leitfähigen Füllstoffen.Martoxid wird durch die Kontrolle der Partikelgrößenverteilung und -morphologie verbessert, um eine verbesserte Packung und Dichte sowie eine einzigartige Oberflächenbehandlung zu gewährleisten.Berichten zufolge kann es mit einer Füllmenge von mehr als 60 % verwendet werden, ohne dass die mechanischen oder rheologischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.Es zeigt hervorragendes Potenzial in PP, TPO, Nylon 6 und 66, ABS, PC und LSR.
Matsco von Covestro sagte, dass sowohl Graphit als auch Graphen weit verbreitet seien, und wies darauf hin, dass Graphit relativ niedrige Kosten und eine mäßige Wärmeleitfähigkeit habe, während Graphen normalerweise mehr kostet, aber offensichtliche Vorteile in der Wärmeleitfähigkeit habe.Er fügte hinzu: „Häufig besteht Bedarf an wärmeleitenden, elektrisch isolierenden (TC/EI) Materialien, und hier kommen häufig Additive wie Bornitrid zum Einsatz.“Du bekommst leider nichts.In diesem Fall sorgt Bornitrid dafür, dass die elektrische Isolierung verbessert, die Wärmeleitfähigkeit jedoch verringert wird.Darüber hinaus können die Kosten für Bornitrid sehr hoch sein, so dass TC/EI zu einem Leistungsmaterial werden muss, das dringend einen Kostenanstieg nachweisen muss.
Naamani-Goldman von der BASF bringt es auf den Punkt: „Die Herausforderung besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen der Wärmeleitfähigkeit und anderen Anforderungen zu finden;um sicherzustellen, dass Materialien in großen Mengen effizient verarbeitet werden können und die mechanischen Eigenschaften nicht zu stark sinken.Eine weitere Herausforderung besteht darin, ein System zu schaffen, das allgemein übernommen werden kann.Kosteneffiziente Lösung."
Scheepens von PolyOne ist davon überzeugt, dass sowohl kohlenstoffbasierte Füllstoffe (Graphit) als auch keramische Füllstoffe vielversprechende Additive sind, von denen erwartet wird, dass sie die erforderliche Wärmeleitfähigkeit erreichen und andere elektrische und mechanische Eigenschaften ausgleichen.
Miller von Celanese sagte, das Unternehmen habe eine Vielzahl von Additiven untersucht, die die branchenweit größte Auswahl an vertikal integrierten Basisharzen kombinieren, um proprietäre Inhaltsstoffe bereitzustellen, die eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,4 bis 40 W/mK ermöglichen.
Auch die Nachfrage nach multifunktionalen leitfähigen Verbindungen wie thermischer und elektrischer Leitfähigkeit oder Wärme- und Flammschutzmittel scheint zu steigen.
Matsco von Covestro wies darauf hin, dass Kunden sofort nach der Markteinführung der wärmeleitenden Makrolon-Modelle Makrolon TC8030 und TC8060 PC fragten, ob diese zu elektrischen Isoliermaterialien verarbeitet werden könnten.„Die Lösung ist nicht so einfach.Alles, was wir tun, um EI zu verbessern, wird sich negativ auf TC auswirken.Jetzt bieten wir das Polycarbonat Makrolon TC110 an und entwickeln weitere Lösungen, um diese Anforderungen zu erfüllen.“
Naamani-Goldman von BASF sagte, dass verschiedene Anwendungen Wärmeleitfähigkeit und andere Eigenschaften erfordern, wie etwa Batteriepacks und Hochspannungsanschlüsse, die alle eine Wärmeableitung benötigen und bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien strenge Flammschutznormen erfüllen müssen.
PolyOne, RTP und Celanese verzeichnen eine enorme Nachfrage nach multifunktionalen Compounds aus allen Marktsegmenten und bieten Wärmeleitfähigkeit und EMI-Abschirmung, höhere Schlagfestigkeit, Flammschutz, elektrische Isolierung sowie Compounds mit Funktionen wie UV-Beständigkeit und thermische Stabilität.
Herkömmliche Formtechniken sind für Hochtemperaturmaterialien nicht effektiv.Spritzgießer müssen bestimmte Bedingungen und Parameter verstehen, um die Probleme zu lösen, die manchmal durch Hochtemperatur-Spritzgießen entstehen.
Eine neue Studie zeigt, wie sich die Art und Menge des mit LLDPE vermischten LDPE auf die Verarbeitbarkeit und Festigkeit/Zähigkeit von Blasfolien auswirkt.Es werden Daten für LDPE-reiche und LLDPE-reiche Mischungen angezeigt.