El peso ligero, el bajo costo, la alta resistencia al impacto, la moldeabilidad y la personalización están impulsando rápidamente la demanda de termoplásticos, que ayudan a mantener fríos los componentes electrónicos, la iluminación y los motores de los automóviles.#poliolefina
Los compuestos térmicamente conductores de PolyOne se utilizan en aplicaciones automotrices y E/E, como iluminación LED, disipadores de calor y gabinetes electrónicos.
Los productos de PC térmicos Makrolon de Covestro incluyen grados para lámparas LED y disipadores de calor.
Los compuestos térmicamente conductores de RTP se pueden utilizar en carcasas como cajas de baterías, así como en radiadores y componentes de disipación de calor más integrados.
Los fabricantes de equipos originales de las industrias eléctrica/electrónica, automoción, iluminación, equipos médicos y maquinaria industrial han estado interesados ​​en los termoplásticos térmicamente conductores durante muchos años porque buscan nuevas soluciones para aplicaciones que incluyen radiadores y otros dispositivos de disipación de calor, LED.Estuche y estuche para batería.
Las investigaciones de la industria muestran que estos materiales están creciendo a un ritmo de dos dígitos, impulsados ​​por nuevas aplicaciones como vehículos totalmente eléctricos, automóviles complejos y grandes componentes de iluminación LED comerciales.Los plásticos térmicamente conductores desafían a los materiales más tradicionales, como los metales (especialmente el aluminio) y la cerámica, porque tienen muchas ventajas: los compuestos plásticos son más livianos, más baratos, fáciles de formar, personalizables y pueden proporcionar más ventajas en cuanto a estabilidad térmica. , Resistencia al impacto, resistencia al rayado y resistencia a la abrasión.
Los aditivos que mejoran la conductividad térmica incluyen grafito, grafeno y cargas cerámicas como nitruro de boro y alúmina.La tecnología para utilizarlos también avanza y se vuelve más rentable.Otra tendencia es la introducción de resinas de ingeniería de bajo costo (como el nailon 6 y 66 y el PC) en compuestos térmicamente conductores, lo que pone en competencia a materiales más comúnmente utilizados y de alto precio, como PPS, PSU y PEI.
¿Qué es todo este alboroto?Una fuente de RTP dijo: "La capacidad de formar piezas netas, reducir el número de piezas y pasos de montaje, y reducir el peso y el coste son fuerzas impulsoras para la adopción de estos materiales"."Para ciertas aplicaciones, como gabinetes eléctricos y sobremoldeo de componentes, el foco de atención es la capacidad de transferir calor cuando se convierte en un aislador eléctrico".
Dalia Naamani-Goldman, directora de marketing de transporte electrónico y eléctrico del negocio de materiales funcionales de BASF, añadió: “La conductividad térmica se está convirtiendo rápidamente en un tema de creciente preocupación para los fabricantes de componentes electrónicos y los OEM de automóviles.Debido a los avances tecnológicos y las limitaciones de espacio, las aplicaciones se miniaturizan y, por lo tanto, la acumulación y difusión de energía térmica se ha convertido en el centro de atención.Si el espacio que ocupa el componente es limitado, es difícil agregar un disipador de calor metálico o insertar un componente metálico”.
Naamani-Goldman explicó que las aplicaciones de mayor voltaje están penetrando en los automóviles y que la demanda de potencia de procesamiento también está creciendo.En los paquetes de baterías de vehículos eléctricos, el uso de metal para dispersar y disipar el calor aumenta el peso, lo cual es una opción impopular.Además, las piezas metálicas que funcionan a alta potencia pueden provocar descargas eléctricas peligrosas.La resina plástica térmicamente conductora pero no conductora permite voltajes más altos manteniendo la seguridad eléctrica.
El ingeniero de desarrollo de campo de Celanese, James Miller (predecesor de Cool Polymers adquirido por Celanese en 2014), dijo que los componentes eléctricos y electrónicos, especialmente los componentes eléctricos y electrónicos en vehículos eléctricos, han crecido con el espacio de componentes.“Un factor que limita la reducción de tamaño de estos componentes es su capacidad de gestión térmica.Las mejoras en las opciones de embalaje térmicamente conductores hacen que los dispositivos sean más pequeños y más eficientes”.
Miller señaló que en los equipos electrónicos de potencia, los plásticos térmicamente conductores se pueden sobremoldear o empaquetar, lo cual es una opción de diseño que no está disponible en metales o cerámicas.Para los dispositivos médicos que generan calor (como los dispositivos médicos con cámaras o componentes de cauterización), la flexibilidad del diseño de los plásticos térmicamente conductores permite envases funcionales más livianos.
Jean-Paul Scheepens, gerente general del negocio de materiales de ingeniería especializados de PolyOne, señaló que las industrias automotriz y E/E tienen la mayor demanda de compuestos térmicamente conductores.Dijo que estos productos pueden satisfacer una variedad de necesidades de los clientes y de la industria, incluida una mayor libertad de diseño, lo que permite que el diseño con mayor superficie pueda mejorar la estabilidad térmica.Los polímeros térmicamente conductores también brindan opciones más livianas y consolidación de piezas, como la integración de disipadores de calor y carcasas en el mismo componente, y la capacidad de crear un sistema de gestión térmica más unificado.Otro factor positivo es la buena rentabilidad del proceso de moldeo por inyección."
Joel Matsco, director senior de marketing de policarbonato de Covestro, cree que los plásticos térmicamente conductores se centran principalmente en aplicaciones de automoción.“Con una ventaja de densidad de aproximadamente el 50%, pueden reducir significativamente el peso.Esto también se puede extender a los vehículos eléctricos.Muchos módulos de batería todavía usan metal para la gestión térmica y, debido a que la mayoría de los módulos usan muchas estructuras repetitivas en su interior, usan conductividad térmica. El peso ahorrado al reemplazar los metales con polímeros aumentó rápidamente”.
Covestro también ve una tendencia hacia el aligeramiento de los grandes componentes de iluminación comercial.Matsco señala: “Las luces de gran altura de 35 libras en lugar de 70 libras requieren menos estructura y son más fáciles de transportar para los instaladores en los andamios”.Covestro también cuenta con proyectos de envolventes electrónicas como routers, en los que piezas de plástico actúan como contenedor y proporcionan gestión del calor.Matsco afirma: "En todos los mercados, dependiendo del diseño, también podemos reducir los costes hasta un 20%".
Sheepens's de PolyOne declaró que las aplicaciones clave de su tecnología de conductividad térmica en automoción y E/E incluyen iluminación LED, disipadores de calor y chasis electrónicos, como placas base, cajas de inversores y aplicaciones de administración de energía/seguridad.De manera similar, las fuentes de RTP ven que sus compuestos térmicamente conductores se utilizan en carcasas y disipadores de calor, así como en componentes de disipación de calor más integrados en equipos industriales, médicos o electrónicos.
Matsco de Covestro dijo que la principal aplicación de la iluminación comercial es la sustitución de radiadores metálicos.De manera similar, la gestión térmica de aplicaciones de red de alta gama también está creciendo en enrutadores y estaciones base.Naamani-Goldman de BASF señaló específicamente que los componentes electrónicos incluyen barras colectoras, cajas de conexiones y conectores de alto voltaje, aisladores de motor y cámaras de visión delantera y trasera.
Miller de Celanese dijo que los plásticos térmicamente conductores han logrado grandes avances al proporcionar flexibilidad de diseño 3D para cumplir con los requisitos de gestión térmica más altos para la iluminación LED.Y añadió: "En la iluminación del automóvil, nuestro polímero termoconductor (TCP) CoolPoly permite el uso de carcasas de iluminación superior de perfil delgado y radiadores de repuesto de aluminio para faros externos".
Miller de Celanese dijo que CoolPoly TCP proporciona una solución para el creciente head-up display (HUD) de los automóviles: debido al espacio limitado en el tablero, el flujo de aire y el calor, esta aplicación requiere una mayor disipación de calor que la iluminación uniforme.La luz del sol incide sobre esta posición del coche."El peso del plástico termoconductor es más liviano que el del aluminio, lo que puede reducir el impacto de los golpes y vibraciones en esta parte del vehículo, lo que puede causar distorsión de la imagen".
En el caso de la batería, Celanese ha encontrado una solución innovadora a través de la serie CoolPoly TCP D, que puede proporcionar conductividad térmica sin conductividad eléctrica, cumpliendo así con requisitos de calidad de aplicación relativamente estrictos.A veces, el material de refuerzo del plástico termoconductor limita su alargamiento, por lo que los expertos en materiales de Celanese han desarrollado un grado CoolPoly TCP a base de nailon, que es más resistente que el grado típico (resistencia a la flexión de 100 MPa, módulo de flexión de 14 GPa, 9 kJ/m2 Impacto de muesca Charpy) sin sacrificar la conductividad térmica o la densidad.
CoolPoly TCP proporciona flexibilidad en el diseño de convección y puede cumplir con los requisitos de transferencia de calor de muchas aplicaciones que históricamente han utilizado aluminio.La ventaja de su moldeo por inyección es que las piezas fundidas de aluminio consumen un tercio de la energía del aluminio y la vida útil se prolonga seis veces.
Según Matsco de Covestro, en el sector de la automoción, la principal aplicación es la sustitución de radiadores en módulos de faros, módulos de faros antiniebla y módulos de luces traseras.Los disipadores de calor para funciones de luces altas y bajas LED, tubos de luz y guías de luz LED, luces de circulación diurna (DRL) y luces direccionales son todas aplicaciones potenciales.
Matsco señaló: “Una de las principales fuerzas impulsoras del PC térmico Makrolon es la capacidad de integrar directamente la función de disipador de calor en los componentes de iluminación (como reflectores, biseles y carcasas), lo que se logra mediante moldeo por inyección múltiple o dos- métodos de componentes.“A través del reflector y el marco generalmente hechos de PC, se puede ver la adhesión mejorada cuando se vuelve a moldear la PC térmicamente conductora para controlar el calor, reduciendo así la necesidad de tornillos o adhesivos de fijación.Demanda.Esto reduce la cantidad de piezas, operaciones auxiliares y costos generales a nivel del sistema.Además, en el campo de los vehículos eléctricos, vemos oportunidades en la gestión térmica y la estructura de soporte de los módulos de batería”.
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) de BASF también afirmó en los vehículos eléctricos que los componentes del paquete de baterías, como los separadores de baterías, son muy prometedores."Las baterías de iones de litio generan mucho calor, pero necesitan estar en un ambiente constante de aproximadamente 65°C, de lo contrario se degradarán o fallarán".
Inicialmente, los compuestos plásticos termoconductores se basaban en resinas de ingeniería de alta gama.Pero en los últimos años, las resinas de ingeniería por lotes como el nailon 6 y 66, el PC y el PBT han desempeñado un papel importante.Matsco de Covestro dijo: “Todo esto se ha encontrado en la naturaleza.Sin embargo, por motivos de costes, el mercado parece concentrarse principalmente en el nailon y el policarbonato”.
Scheepens afirmó que aunque el PPS todavía se utiliza con mucha frecuencia, el nailon 6 y 66 y el PBT de PolyOne han aumentado.
RTP afirmó que el nailon, PPS, PBT, PC y PP son las resinas más populares, pero dependiendo del desafío de la aplicación, se pueden usar muchos termoplásticos de mayor rendimiento como PEI, PEEK y PPSU.Una fuente de RTP dijo: “Por ejemplo, el disipador de calor de una lámpara LED puede estar hecho de material compuesto de nailon 66 para proporcionar una conductividad térmica de hasta 35 W/mK.Para baterías quirúrgicas que deben soportar esterilizaciones frecuentes, se requiere PPSU.Propiedades de aislamiento eléctrico y reducción de la acumulación de humedad”.
Naamani-Goldman dijo que BASF tiene varios compuestos comerciales térmicamente conductores, incluidos los grados de nailon 6 y 66.“El uso de nuestros materiales se ha puesto en producción en una variedad de aplicaciones, como carcasas de motores e infraestructura eléctrica.A medida que continuamos determinando las necesidades de conductividad térmica de los clientes, esta es un área activa de desarrollo.Muchos clientes no saben qué nivel de conductividad necesitan, por lo que los materiales deben adaptarse a aplicaciones específicas para que sean efectivos”.
DSM Engineering Plastics lanzó recientemente Xytron G4080HR, un PPS reforzado con un 40 % de fibra de vidrio que optimiza el rendimiento de los sistemas de gestión térmica de los vehículos eléctricos.Está diseñado con propiedades de envejecimiento térmico, resistencia a la hidrólisis, estabilidad dimensional, resistencia química a altas temperaturas y retardo de llama inherente.
Según los informes, este material puede mantener una resistencia de 6.000 a 10.000 horas a una temperatura de trabajo continuo superior a 130°C.En la prueba más reciente de agua/glicol líquido a 135 °C y 3000 horas de duración, la resistencia a la tracción de Xytron G4080HR aumentó en un 114 % y el alargamiento de rotura aumentó en un 63 % en comparación con el producto equivalente.
RTP afirmó que según los requisitos de la aplicación, se puede utilizar cualquier variedad de aditivos para mejorar la conductividad térmica, y señaló: “Los aditivos más populares siguen siendo aditivos como el grafito, pero hemos estado explorando nuevas opciones como el grafeno o Nuevos aditivos cerámicos..sistema."
Un ejemplo de esto último lo inició el año pasado la División Martinswerk de Huber Engineered Polymers.Según informes, a base de alúmina, y para las nuevas tendencias de migración (como la electrificación), el rendimiento de los aditivos de la serie Martoxid es mejor que otras alúminas y otros rellenos conductores.Martoxid se mejora controlando la distribución del tamaño de las partículas y la morfología para proporcionar empaquetamiento y densidad mejorados y un tratamiento superficial único.Según los informes, se puede utilizar con una cantidad de relleno superior al 60% sin afectar las propiedades mecánicas o reológicas.Muestra un excelente potencial en PP, TPO, nailon 6 y 66, ABS, PC y LSR.
Matsco de Covestro dijo que tanto el grafito como el grafeno se han utilizado ampliamente y señaló que el grafito tiene un costo relativamente bajo y una conductividad térmica moderada, mientras que el grafeno generalmente cuesta más, pero tiene ventajas obvias de conductividad térmica.Y añadió: “A menudo existe la necesidad de materiales térmicamente conductores y eléctricamente aislantes (TC/EI), y aquí es donde los aditivos como el nitruro de boro son comunes.Desafortunadamente, no obtienes nada.En este caso, el nitruro de boro proporciona un mejor aislamiento eléctrico, pero una reducción de la conductividad térmica.Además, el coste del nitruro de boro puede ser muy alto, por lo que el TC/EI debe convertirse en un material de rendimiento que necesita demostrar urgentemente un aumento de costes.
Naamani-Goldman de BASF lo expresa de esta manera: “El desafío es lograr un equilibrio entre la conductividad térmica y otros requisitos;para garantizar que los materiales puedan procesarse eficientemente en grandes cantidades y que las propiedades mecánicas no disminuyan demasiado.Otro desafío es crear un sistema que pueda adoptarse ampliamente.Solución rentable”.
Scheepens de PolyOne cree que tanto los rellenos a base de carbono (grafito) como los rellenos cerámicos son aditivos prometedores que se espera que alcancen la conductividad térmica requerida y equilibren otras propiedades eléctricas y mecánicas.
Miller de Celanese dijo que la compañía ha explorado una variedad de aditivos que combinan la selección más amplia de resinas base integradas verticalmente de la industria para proporcionar ingredientes patentados que hacen que la conductividad térmica sea de 0,4 a 40 W/mK.
También parece aumentar la demanda de compuestos conductores multifuncionales, como conductividad térmica y eléctrica o retardantes de llama y térmicos.
Matsco de Covestro señaló que cuando la compañía lanzó sus PC térmicamente conductoras Makrolon TC8030 y TC8060, los clientes inmediatamente comenzaron a preguntar si se podían convertir en materiales aislantes eléctricos.“La solución no es tan sencilla.Todo lo que hagamos para mejorar la IE tendrá un impacto negativo en la CT.Ahora ofrecemos policarbonato Makrolon TC110 y estamos desarrollando otras soluciones para cumplir con estos requisitos”.
Naamani-Goldman de BASF dijo que diferentes aplicaciones requieren conductividad térmica y otras características, como paquetes de baterías y conectores de alto voltaje, que necesitan disipación de calor y deben cumplir estrictos estándares de retardantes de llama cuando se usan baterías de iones de litio.
PolyOne, RTP y Celanese han experimentado una gran demanda de compuestos multifuncionales en todos los segmentos del mercado y brindan conductividad térmica y blindaje EMI, mayor impacto, retardo de llama, aislamiento eléctrico y compuestos con funciones como resistencia a los rayos UV y estabilidad térmica.
Las técnicas de moldeo tradicionales no son efectivas para materiales de alta temperatura.Los moldeadores deben comprender ciertas condiciones y parámetros para resolver los problemas causados ​​a veces por el moldeo por inyección a alta temperatura.
Un nuevo estudio muestra cómo el tipo y la cantidad de LDPE mezclado con LLDPE afectan la procesabilidad y la resistencia/resistencia de la película soplada.Se muestran datos para mezclas ricas en LDPE y ricas en LLDPE.