وزن سبک، هزینه کم، قدرت ضربه بالا، قالب‌پذیری و سفارشی‌سازی به سرعت تقاضا برای ترموپلاستیک‌ها را افزایش می‌دهد که به خنک نگه داشتن لوازم الکترونیکی، روشنایی و موتور خودرو کمک می‌کند.#پلی الفین
ترکیبات رسانای حرارتی PolyOne در خودروها و کاربردهای E/E مانند روشنایی LED، هیت سینک و محفظه های الکترونیکی استفاده می شود.
محصولات کامپیوترهای حرارتی Makrolon Covestro شامل گریدهایی برای لامپ های LED و هیت سینک هستند.
ترکیبات رسانای حرارتی RTP را می توان در محفظه هایی مانند جعبه باتری و همچنین رادیاتورها و اجزای یکپارچه اتلاف حرارت استفاده کرد.
OEM ها در صنایع برق/الکترونیک، خودرو، روشنایی، تجهیزات پزشکی و ماشین آلات صنعتی سال هاست که به ترموپلاستیک های رسانای حرارتی علاقه مند بوده اند، زیرا آنها به دنبال راه حل های جدید برای کاربردهایی از جمله رادیاتورها و سایر دستگاه های دفع گرما، LED ها هستند.قاب و قاب باتری.
تحقیقات صنعتی نشان می‌دهد که این مواد با سرعت دو رقمی در حال رشد هستند که به دلیل کاربردهای جدید مانند وسایل نقلیه تمام الکتریکی، ماشین‌های پیچیده و اجزای روشنایی LED تجاری بزرگ است.پلاستیک های رسانای حرارتی مواد سنتی تری مانند فلزات (به ویژه آلومینیوم) و سرامیک ها را به چالش می کشند، زیرا مزایای زیادی دارند: ترکیبات پلاستیکی از نظر وزن سبک تر، هزینه کمتر، شکل دهی آسان، قابل تنظیم هستند و می توانند مزایای بیشتری در پایداری حرارتی داشته باشند. , استحکام ضربه و مقاومت در برابر خراش و مقاومت در برابر سایش.
افزودنی هایی که هدایت حرارتی را بهبود می بخشند شامل گرافیت، گرافن و پرکننده های سرامیکی مانند نیترید بور و آلومینا هستند.فناوری استفاده از آنها نیز در حال پیشرفت است و مقرون به صرفه تر می شود.روند دیگر معرفی رزین های مهندسی کم هزینه (مانند نایلون 6 و 66 و PC) به ترکیبات رسانای حرارتی است که معمولاً مواد گران قیمتی مانند PPS، PSU و PEI را وارد رقابت می کند.
این همه هیاهو برای چیست؟یک منبع در RTP گفت: "قابلیت تشکیل قطعات شبکه، کاهش تعداد قطعات و مراحل مونتاژ، و کاهش وزن و هزینه همگی نیروی محرکه برای پذیرش این مواد هستند.""برای کاربردهای خاص، مانند محفظه های الکتریکی و قالب گیری بیش از حد قطعات، توانایی انتقال گرما هنگام تبدیل شدن به یک جداکننده الکتریکی، کانون توجه است."
دالیا نعمانی-گلدمن، مدیر بازاریابی حمل و نقل الکترونیکی و الکتریکی کسب و کار مواد کاربردی BASF، افزود: «رسانایی حرارتی به سرعت در حال تبدیل شدن به موضوعی است که برای سازندگان قطعات الکترونیکی و OEM های خودرو به نگرانی فزاینده تبدیل می شود.با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی و محدودیت‌های فضایی، برنامه‌های کاربردی کوچک می‌شوند و بنابراین حرارتی انباشت و انتشار نیرو در کانون توجه قرار گرفته است.اگر ردپای قطعه محدود باشد، اضافه کردن یک هیت سینک فلزی یا وارد کردن یک جزء فلزی دشوار است.
نعمانی-گلدمن توضیح داد که کاربردهای ولتاژ بالاتر در خودروها نفوذ می کند و تقاضا برای قدرت پردازش نیز در حال رشد است.در بسته‌های باتری خودروهای برقی، استفاده از فلز برای پراکندگی و دفع گرما باعث افزایش وزن می‌شود که انتخابی نامطلوب است.علاوه بر این، قطعات فلزی که با قدرت بالا کار می کنند ممکن است باعث شوک الکتریکی خطرناک شوند.رزین پلاستیکی رسانای حرارتی اما غیر رسانا اجازه می دهد تا ولتاژهای بالاتری را در عین حفظ ایمنی الکتریکی داشته باشد.
مهندس توسعه میدان Celanese، جیمز میلر (سلف Cool Polymers که توسط Celanese در سال 2014 خریداری شد) گفت که قطعات الکتریکی و الکترونیکی، به ویژه قطعات الکتریکی و الکترونیکی در وسایل نقلیه الکتریکی، با فضای اجزای سازنده بیشتر و بیشتر شلوغ می شود و به کوچک شدن ادامه می دهد.یکی از عواملی که کاهش اندازه این قطعات را محدود می‌کند، قابلیت‌های مدیریت حرارتی آن‌ها است.بهبود گزینه‌های بسته‌بندی رسانای حرارتی، دستگاه‌ها را کوچک‌تر و کارآمدتر می‌کند.»
میلر خاطرنشان کرد که در تجهیزات الکترونیکی قدرت، پلاستیک‌های رسانای حرارتی را می‌توان بیش از حد قالب‌گیری یا بسته‌بندی کرد، که این یک انتخاب طراحی است که در فلزات یا سرامیک‌ها موجود نیست.برای دستگاه‌های پزشکی مولد گرما (مانند دستگاه‌های پزشکی با دوربین یا اجزای کوتریزاسیون)، انعطاف‌پذیری طراحی پلاستیک‌های رسانای حرارتی امکان بسته‌بندی کاربردی با وزن سبک‌تر را فراهم می‌کند.
Jean-Paul Scheepens، مدیر کل تجارت مواد مهندسی تخصصی PolyOne، خاطرنشان کرد که صنایع خودروسازی و E/E بیشترین تقاضا را برای ترکیبات رسانای حرارتی دارند.وی گفت که این محصولات می توانند نیازهای مختلف مشتری و صنعت را برآورده کنند، از جمله آزادی طراحی گسترش یافته، طراحی را قادر می سازد افزایش سطح سطح می تواند پایداری حرارتی را بهبود بخشد.پلیمرهای رسانای حرارتی گزینه‌های سبک‌تر و یکپارچه‌سازی قطعات، مانند ادغام سینک‌های حرارتی و محفظه‌ها در یک جزء، و توانایی ایجاد یک سیستم مدیریت حرارتی یکپارچه‌تر را نیز فراهم می‌کنند.بازده اقتصادی خوب فرآیند قالب گیری تزریقی عامل مثبت دیگری است.”
جوئل ماتسکو، مدیر ارشد بازاریابی پلی کربنات در Covestro، معتقد است که پلاستیک های رسانای حرارتی عمدتاً بر روی کاربردهای خودرو متمرکز هستند."با مزیت تراکم حدود 50٪، آنها می توانند وزن را به طور قابل توجهی کاهش دهند.این را می توان به خودروهای برقی نیز تعمیم داد.بسیاری از ماژول‌های باتری هنوز از فلز برای مدیریت حرارتی استفاده می‌کنند و از آنجایی که بیشتر ماژول‌ها از ساختارهای تکراری زیادی در داخل خود استفاده می‌کنند، از هدایت حرارتی استفاده می‌کنند. وزن صرفه‌جویی شده با جایگزینی فلزات با پلیمرها به سرعت افزایش یافت.
Covestro همچنین گرایشی به سمت سبک وزن کردن اجزای روشنایی تجاری بزرگ می بیند.ماتسکو خاطرنشان می‌کند: "چراغ‌های 35 پوندی به جای 70 پوندی به ساختار کمتری نیاز دارند و نصب‌کنندگان راحت‌تر روی داربست‌ها را حمل می‌کنند."Covestro همچنین دارای پروژه های محفظه الکترونیکی مانند روترها است که در آن قطعات پلاستیکی به عنوان Container عمل می کنند و مدیریت گرما را ارائه می دهند.ماتسکو گفت: در همه بازارها، بسته به طراحی، می‌توانیم هزینه‌ها را تا 20 درصد کاهش دهیم.
PolyOne's Sheepens اظهار داشت که کاربردهای کلیدی فناوری هدایت حرارتی آن در خودرو و E/E شامل روشنایی LED، هیت سینک و شاسی الکترونیکی مانند مادربردها، جعبه‌های اینورتر و برنامه‌های مدیریت انرژی/امنیتی است.به طور مشابه، منابع RTP مشاهده می‌کنند که ترکیبات رسانای حرارتی آن در محفظه‌ها و سینک‌های حرارتی و همچنین اجزای اتلاف حرارت یکپارچه‌تر در تجهیزات صنعتی، پزشکی یا الکترونیکی استفاده می‌شوند.
Matsco از Covestro گفت که کاربرد اصلی روشنایی تجاری جایگزینی رادیاتورهای فلزی است.به طور مشابه، مدیریت حرارتی برنامه های کاربردی شبکه پیشرفته نیز در روترها و ایستگاه های پایه در حال رشد است.Naamani-Goldman از BASF به طور خاص اشاره کرد که اجزای الکترونیکی شامل باس بار، جعبه‌های اتصال ولتاژ بالا و کانکتورها، عایق‌های موتور، و دوربین‌های دید جلو و عقب هستند.
میلر از Celanese گفت که پلاستیک‌های رسانای حرارتی در ارائه انعطاف‌پذیری طراحی سه‌بعدی برای برآوردن نیازهای مدیریت حرارتی بالاتر برای روشنایی LED، پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند.وی افزود: در نورپردازی خودرو، پلیمر رسانای حرارتی CoolPoly (TCP) ما امکان استفاده از محفظه‌های روشنایی سقفی با مشخصات نازک و رادیاتورهای جایگزین آلومینیومی برای چراغ‌های جلوی خارجی را فراهم می‌کند.
میلر از Celanese گفت CoolPoly TCP راه حلی را برای نمایشگر رو به رشد خودرو (HUD) ارائه می دهد - به دلیل محدودیت فضای داشبورد، جریان هوا و گرما، این برنامه به اتلاف گرمای بالاتری نسبت به روشنایی یکنواخت نیاز دارد.نور خورشید به این موقعیت خودرو می تابد.وزن پلاستیک رسانای حرارتی سبک‌تر از آلومینیوم است که می‌تواند ضربه و لرزش را بر این قسمت از خودرو کاهش دهد که ممکن است باعث اعوجاج تصویر شود.
در مورد باتری، Celanese راه حلی نوآورانه از طریق سری CoolPoly TCP D پیدا کرده است که می تواند رسانایی حرارتی را بدون رسانایی الکتریکی فراهم کند، در نتیجه الزامات کیفیت برنامه نسبتاً سختگیرانه را برآورده می کند.گاهی اوقات، مواد تقویت‌کننده در پلاستیک رسانای حرارتی، ازدیاد طول آن را محدود می‌کند، بنابراین کارشناسان مواد Celanese یک CoolPoly TCP مبتنی بر نایلون ساخته‌اند که از درجه معمولی سخت‌تر است (مقاومت خمشی 100 مگاپاسکال، مدول خمشی 14 گیگا پاسکال، 9 کیلوژول بر متر مربع). ضربه بریدگی چارپی) بدون به خطر انداختن هدایت حرارتی یا چگالی.
CoolPoly TCP انعطاف‌پذیری را در طراحی همرفت فراهم می‌کند و می‌تواند نیازهای انتقال حرارت بسیاری از برنامه‌هایی را که در طول تاریخ از آلومینیوم استفاده می‌کرده‌اند برآورده کند.مزیت قالب گیری تزریقی آن این است که ریخته گری آلومینیوم یک سوم انرژی آلومینیوم را مصرف می کند و عمر مفید آن شش بار افزایش می یابد.
طبق گفته Matsco از Covestro، در بخش خودرو، کاربرد اصلی جایگزینی رادیاتورها در ماژول های چراغ جلو، ماژول های مه شکن و ماژول های چراغ عقب است.سینک های حرارتی برای عملکردهای نور بالا و نور پایین LED، لوله های چراغ LED و راهنماهای نور، چراغ های روشنایی در روز (DRL) و چراغ های راهنما، همه کاربردهای بالقوه هستند.
ماتسکو خاطرنشان کرد: یکی از نیروهای محرکه اصلی کامپیوتر حرارتی ماکرولون، قابلیت ادغام مستقیم عملکرد هیت سینک در اجزای نورپردازی (مانند بازتابنده ها، قاب ها و محفظه ها) است که با قالب گیری تزریقی چندگانه یا دوگانه حاصل می شود. روش های جزءاز طریق بازتابنده و قاب که معمولاً از رایانه شخصی ساخته می‌شود، هنگامی که رایانه شخصی رسانای حرارتی مجدداً روی آن قالب‌گیری می‌شود تا گرما را کنترل کند، می‌توان چسبندگی بهبود یافته را مشاهده کرد و در نتیجه نیاز به ثابت کردن پیچ یا چسب را کاهش داد.تقاضا.این باعث کاهش تعداد قطعات، عملیات کمکی و هزینه های کلی در سطح سیستم می شود.علاوه بر این، در زمینه خودروهای الکتریکی، شاهد فرصت‌هایی در مدیریت حرارتی و ساختار پشتیبانی ماژول‌های باتری هستیم.
Naamani-Goldman از BASF (Naamani-Goldman) همچنین در خودروهای الکتریکی اظهار داشت که اجزای بسته باتری مانند جداکننده باتری بسیار امیدوارکننده هستند.باتری‌های لیتیوم یون گرمای زیادی تولید می‌کنند، اما باید در یک محیط ثابت حدود ۶۵ درجه سانتی‌گراد باشند، در غیر این صورت تحلیل می‌روند یا از کار می‌افتند.
در ابتدا، ترکیبات پلاستیکی رسانای حرارتی بر پایه رزین های مهندسی پیشرفته بودند.اما در سال های اخیر رزین های مهندسی دسته ای مانند نایلون 6 و 66، PC و PBT نقش زیادی داشته اند.Matsco از Covestro گفت: "همه اینها در طبیعت یافت شده است.با این حال، به دلیل هزینه، به نظر می رسد بازار عمدتاً بر روی نایلون و پلی کربنات متمرکز است.
Scheepens گفت که اگرچه PPS هنوز اغلب استفاده می شود، نایلون 6 و 66 PolyOne و PBT افزایش یافته است.
RTP اظهار داشت که نایلون، PPS، PBT، PC و PP محبوب ترین رزین ها هستند، اما بسته به چالش کاربرد، می توان از بسیاری از ترموپلاستیک های با کارایی بالاتر مانند PEI، PEEK و PPSU استفاده کرد.یک منبع RTP گفت: "به عنوان مثال، هیت سینک یک لامپ LED می تواند از مواد کامپوزیت نایلون 66 ساخته شود تا رسانایی حرارتی تا 35 W/mK را ارائه دهد.برای باتری های جراحی که باید در برابر استریلیزاسیون مکرر مقاومت کنند، PPSU مورد نیاز است.خواص عایق الکتریکی و کاهش تجمع رطوبت.
نعمانی گلدمن گفت که BASF دارای چندین ترکیب تجاری رسانای حرارتی از جمله نایلون 6 و 66 است.استفاده از مواد ما در کاربردهای مختلفی مانند محفظه موتور و زیرساخت های الکتریکی به تولید رسیده است.همانطور که ما به تعیین نیازهای مشتری برای هدایت حرارتی ادامه می دهیم، این یک منطقه فعال توسعه است.بسیاری از مشتریان نمی دانند که به چه سطحی به رسانایی نیاز دارند، بنابراین مواد باید برای کاربردهای خاص طراحی شوند تا موثر باشند.
DSM Engineering Plastics اخیراً Xytron G4080HR را راه‌اندازی کرده است، یک PPS تقویت‌شده با فیبر شیشه‌ای ۴۰ درصدی که عملکرد سیستم‌های مدیریت حرارتی خودروهای الکتریکی را بهینه می‌کند.با خواص پیری حرارتی، مقاومت در برابر هیدرولیز، پایداری ابعادی، مقاومت شیمیایی در دماهای بالا و بازدارندگی ذاتی شعله طراحی شده است.
بر اساس گزارش ها، این ماده می تواند استحکام 6000 تا 10000 ساعت را در دمای کار مداوم بیش از 130 درجه سانتی گراد حفظ کند.در آخرین آزمایش 3000 ساعته 135 درجه سانتیگراد آب/گلیکول مایع، استحکام کششی Xytron G4080HR 114٪ و ازدیاد طول در هنگام شکست 63٪ در مقایسه با محصول معادل افزایش یافت.
RTP با بیان اینکه با توجه به نیازهای کاربردی، می توان از هر یک از انواع افزودنی ها برای بهبود هدایت حرارتی استفاده کرد، خاطرنشان کرد: محبوب ترین افزودنی ها همچنان افزودنی هایی مانند گرافیت هستند، اما ما در حال بررسی گزینه های جدید مانند گرافن یا گرافین هستیم. افزودنی های سرامیکی جدید.سیستم."
نمونه ای از دومی سال گذشته توسط Martinswerk Div ​​از Huber Engineered Polymers آغاز شد.بر اساس گزارشات، بر اساس آلومینا، و برای روندهای مهاجرتی جدید (مانند الکتریکی شدن)، عملکرد افزودنی های سری Martoxid بهتر از سایر پرکننده های آلومینا و سایر پرکننده های رسانا است.Martoxid با کنترل توزیع اندازه ذرات و مورفولوژی افزایش می یابد تا بسته بندی و تراکم بهبود یافته و درمان سطح منحصر به فرد را فراهم کند.طبق گزارشات، می توان آن را با مقدار پرکننده بیش از 60 درصد بدون تأثیر بر خواص مکانیکی یا رئولوژیکی استفاده کرد.این پتانسیل عالی در PP، TPO، نایلون 6 و 66، ABS، PC و LSR نشان می دهد.
Matsco از Covestro گفت که هم گرافیت و هم گرافن به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند و اشاره کرد که گرافیت دارای هزینه نسبتا کم و رسانایی حرارتی متوسط ​​است، در حالی که گرافن معمولاً هزینه بیشتری دارد، اما مزایای رسانایی گرمایی آشکاری دارد.وی افزود: اغلب نیاز به مواد رسانای حرارتی و عایق الکتریکی (TC/EI) وجود دارد و اینجاست که افزودنی هایی مانند نیترید بور رایج است.متأسفانه شما چیزی دریافت نمی کنید.در این مورد، نیترید بور فراهم می کند. عایق الکتریکی بهبود می یابد، اما هدایت حرارتی کاهش می یابد.علاوه بر این، هزینه نیترید بور ممکن است بسیار بالا باشد، بنابراین TC/EI باید به یک عملکرد ماده تبدیل شود که برای اثبات افزایش هزینه نیاز فوری دارد.
Naamani-Goldman از BASF آن را اینگونه بیان می کند: «چالش ایجاد تعادل بین هدایت حرارتی و سایر الزامات است.تا اطمینان حاصل شود که مواد می توانند به طور موثر در مقادیر زیاد پردازش شوند و خواص مکانیکی بیش از حد کاهش نیابد.چالش دیگر ایجاد سیستمی است که به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.راه حل مقرون به صرفه.”
Scheepens PolyOne معتقد است که پرکننده‌های مبتنی بر کربن (گرافیت) و پرکننده‌های سرامیکی افزودنی‌های امیدوارکننده‌ای هستند که انتظار می‌رود رسانایی حرارتی مورد نیاز را به دست آورند و سایر خواص الکتریکی و مکانیکی را متعادل کنند.
میلر از Celanese گفت که این شرکت انواع افزودنی ها را بررسی کرده است که وسیع ترین انتخاب صنعت را از رزین های پایه یکپارچه عمودی ترکیب می کند تا ترکیبات اختصاصی را ارائه دهد که رسانایی حرارتی را ایجاد می کند. محدوده 0.4-40 W/mK است.
به نظر می رسد تقاضا برای ترکیبات رسانای چند منظوره مانند هدایت حرارتی و الکتریکی یا بازدارنده حرارتی و شعله نیز افزایش می یابد.
Matsco از Covestro اشاره کرد که وقتی این شرکت Macrolon TC8030 و TC8060 PC رسانای حرارتی خود را راه اندازی کرد، مشتریان بلافاصله شروع به پرسیدن این سوال کردند که آیا می توان آنها را به مواد عایق الکتریکی تبدیل کرد یا خیر.«راه حل به این سادگی نیست.هر کاری که برای بهبود EI انجام می دهیم تأثیر منفی بر TC خواهد داشت.اکنون، ما پلی کربنات Makrolon TC110 را ارائه می دهیم و در حال توسعه راه حل های دیگری برای برآورده کردن این الزامات هستیم.
Naamani-Goldman از BASF گفت که کاربردهای مختلف به رسانایی حرارتی و ویژگی‌های دیگری مانند بسته‌های باتری و کانکتورهای ولتاژ بالا نیاز دارند که همگی به اتلاف گرما نیاز دارند و هنگام استفاده از باتری‌های لیتیوم یون باید استانداردهای مقاوم در برابر شعله را رعایت کنند.
PolyOne، RTP و Celanese همگی تقاضای زیادی برای ترکیبات چند منظوره از همه بخش‌های بازار داشته‌اند و رسانایی حرارتی و محافظ EMI، ضربه بالاتر، تاخیر در شعله، عایق الکتریکی و ترکیبات با عملکردهایی مانند مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و پایداری حرارتی را ارائه می‌دهند.
تکنیک های قالب گیری سنتی برای مواد با دمای بالا موثر نیستند.قالب‌گیرها باید شرایط و پارامترهای خاصی را درک کنند تا مشکلاتی را که گاهی اوقات ناشی از قالب‌گیری تزریقی در دمای بالا ایجاد می‌کنند، حل کنند.
یک مطالعه جدید نشان می دهد که چگونه نوع و مقدار LDPE مخلوط شده با LLDPE بر فرآیند پذیری و استحکام / چقرمگی فیلم دمیده تأثیر می گذارد.داده ها برای مخلوط های غنی از LDPE و غنی از LLDPE نشان داده شده است.