Lichtgewicht, lage kosten, hoge slagvastheid, vormbaarheid en maatwerk stimuleren snel de vraag naar thermoplastische materialen, die elektronica, verlichting en automotoren koel houden.#Polyolefine
De thermisch geleidende verbindingen van PolyOne worden gebruikt in auto- en E/E-toepassingen, zoals LED-verlichting, koellichamen en elektronische behuizingen.
Covestro's Makrolon thermische PC-producten omvatten kwaliteiten voor LED-lampen en koellichamen.
De thermisch geleidende verbindingen van RTP kunnen worden gebruikt in behuizingen zoals accubakken, maar ook in radiatoren en meer geïntegreerde componenten voor warmteafvoer.
OEM's in de elektrische/elektronica-, automobiel-, verlichtings-, medische apparatuur- en industriële machine-industrie zijn al jaren geïnteresseerd in thermisch geleidende thermoplastische materialen omdat ze op zoek zijn naar nieuwe oplossingen voor toepassingen zoals radiatoren en andere apparaten voor warmteafvoer, LED's.Behuizing en batterijhouder.
Industrieonderzoek toont aan dat deze materialen met dubbele cijfers groeien, aangedreven door nieuwe toepassingen zoals volledig elektrische voertuigen, complexe auto's en grote commerciële LED-verlichtingscomponenten.Thermisch geleidende kunststoffen vormen een uitdaging voor meer traditionele materialen, zoals metalen (vooral aluminium) en keramiek, omdat ze veel voordelen hebben: kunststofverbindingen zijn lichter in gewicht, goedkoper, gemakkelijk te vormen, aanpasbaar en kunnen meer voordelen bieden op het gebied van thermische stabiliteit. , Slagvastheid en krasbestendigheid en slijtvastheid.
Additieven die de thermische geleidbaarheid verbeteren, zijn onder meer grafiet, grafeen en keramische vulstoffen zoals boornitride en aluminiumoxide.De technologie om ze te gebruiken gaat ook vooruit en wordt steeds kosteneffectiever.Een andere trend is de introductie van goedkope technische harsen (zoals nylon 6 en 66 en PC) in thermisch geleidende verbindingen, waardoor vaker gebruikte, dure materialen zoals PPS, PSU en PEI met elkaar gaan concurreren.
Waar is al die ophef over?Een bron bij RTP zei: “Het vermogen om netto onderdelen te vormen, het aantal onderdelen en assemblagestappen te verminderen, en het gewicht en de kosten te verminderen zijn allemaal drijvende krachten achter de adoptie van deze materialen.”“Voor bepaalde toepassingen, zoals elektrische behuizingen en het omspuiten van componenten, is de aandacht gericht op het vermogen om warmte over te dragen als elektrische isolator.”
Dalia Naamani-Goldman, Manager Electronic and Electrical Transportation Marketing van BASF's Functional Materials Business, voegde hieraan toe: “Thermische geleidbaarheid wordt in snel tempo een probleem van toenemende zorg voor fabrikanten van elektronische componenten en OEM's in de auto-industrie.Als gevolg van technologische vooruitgang en beperkte ruimte zijn toepassingen geminiaturiseerd en daarom thermisch. De accumulatie en verspreiding van macht is het middelpunt van de aandacht geworden.Als de footprint van het onderdeel beperkt is, is het moeilijk om een ​​metalen koellichaam toe te voegen of een metalen onderdeel te plaatsen.”
Naamani-Goldman legde uit dat toepassingen met hogere spanning ook in auto's doordringen, en dat de vraag naar verwerkingskracht ook groeit.Bij accupakketten voor elektrische voertuigen verhoogt het gebruik van metaal om de warmte te verspreiden en af ​​te voeren het gewicht, wat een impopulaire keuze is.Bovendien kunnen metalen onderdelen die op hoog vermogen werken, gevaarlijke elektrische schokken veroorzaken.Thermisch geleidende maar niet-geleidende kunststofhars maakt hogere spanningen mogelijk met behoud van de elektrische veiligheid.
Celanese's veldontwikkelingsingenieur James Miller (voorloper van Cool Polymers overgenomen door Celanese in 2014) zei dat elektrische en elektronische componenten, vooral elektrische en elektronische componenten in elektrische voertuigen, zijn gegroeid naarmate de componentenruimte steeds drukker wordt en blijft krimpen.“Eén factor die de verkleining van deze componenten beperkt, zijn hun mogelijkheden voor thermisch beheer.Verbeteringen in thermisch geleidende verpakkingsopties maken apparaten kleiner en efficiënter.”
Miller wees erop dat in vermogenselektronische apparatuur thermisch geleidende kunststoffen kunnen worden omgevormd of verpakt, wat een ontwerpkeuze is die niet beschikbaar is bij metalen of keramiek.Voor warmtegenererende medische apparaten (zoals medische apparaten met camera's of cauterisatiecomponenten) maakt de ontwerpflexibiliteit van thermisch geleidende kunststoffen een lichtere functionele verpakking mogelijk.
Jean-Paul Scheepens, algemeen directeur van PolyOne's divisie voor speciale technische materialen, wees erop dat de automobiel- en E/E-industrie de grootste vraag hebben naar thermisch geleidende verbindingen.Hij zei dat deze producten kunnen voldoen aan een verscheidenheid aan behoeften van klanten en de industrie, waaronder grotere ontwerpvrijheid, waardoor ontwerp mogelijk wordt. Het grotere oppervlak kan de thermische stabiliteit verbeteren.Thermisch geleidende polymeren bieden ook lichtere opties en consolidatie van onderdelen, zoals het integreren van koellichamen en behuizingen in hetzelfde onderdeel, en de mogelijkheid om een ​​meer uniform thermisch beheersysteem te creëren.De goede economische efficiëntie van het spuitgietproces is een andere positieve factor.”
Joel Matsco, senior marketingmanager voor polycarbonaat bij Covestro, is van mening dat thermisch geleidende kunststoffen vooral gericht zijn op automobieltoepassingen.“Met een dichtheidsvoordeel van ongeveer 50% kunnen ze het gewicht aanzienlijk verminderen.Dit kan ook worden uitgebreid naar elektrische voertuigen.Veel batterijmodules gebruiken nog steeds metaal voor thermisch beheer, en omdat de meeste modules binnenin veel repetitieve structuren gebruiken, gebruiken ze thermische geleidbaarheid. Het gewicht dat wordt bespaard door het vervangen van metalen door polymeren nam snel toe.”
Covestro ziet ook een trend naar het lichter maken van grote commerciële verlichtingscomponenten.Matsco wijst erop: “Hoogbouwlampen van 35 pond in plaats van 70 pond vereisen minder structuur en zijn voor installateurs gemakkelijker om op steigers te staan.”Covestro heeft ook elektronische behuizingsprojecten zoals routers, waarbij plastic onderdelen als container fungeren en voor warmtebeheer zorgen.Matsco zei: “In alle markten kunnen we, afhankelijk van het ontwerp, ook de kosten met wel 20% verlagen.”
PolyOne's Sheepens verklaarde dat de belangrijkste toepassingen van zijn thermische geleidbaarheidstechnologie in de automobielsector en E/E onder meer LED-verlichting, koellichamen en elektronische chassis zijn, zoals moederborden, omvormerkasten en energiebeheer-/beveiligingstoepassingen.Op dezelfde manier zien RTP-bronnen dat de thermisch geleidende verbindingen worden gebruikt in behuizingen en koellichamen, evenals meer geïntegreerde componenten voor warmteafvoer in industriële, medische of elektronische apparatuur.
Matsco van Covestro zei dat de belangrijkste toepassing van commerciële verlichting de vervanging van metalen radiatoren is.Op dezelfde manier groeit het thermische beheer van hoogwaardige netwerktoepassingen ook in routers en basisstations.Naamani-Goldman van BASF wees er specifiek op dat de elektronische componenten stroomrails, hoogspanningsaansluitdozen en -connectoren, motorisolatoren en voor- en achteruitkijkcamera's omvatten.
Miller van Celanese zei dat thermisch geleidende kunststoffen grote vooruitgang hebben geboekt bij het bieden van 3D-ontwerpflexibiliteit om te voldoen aan de hogere eisen op het gebied van thermisch beheer van LED-verlichting.Hij voegde eraan toe: “In de autoverlichting maakt ons CoolPoly Thermally Conductive Polymer (TCP) het gebruik mogelijk van dunne bovenverlichtingsbehuizingen en aluminium vervangende radiatoren voor externe koplampen.”
Miller van Celanese zei dat CoolPoly TCP een oplossing biedt voor het groeiende head-up display (HUD) in de autosector. Vanwege de beperkte dashboardruimte, luchtstroom en warmte vereist deze toepassing een hogere warmteafvoer dan uniforme verlichting.Op deze positie van de auto schijnt zonlicht.“Het gewicht van thermisch geleidend plastic is lichter dan aluminium, wat de impact van schokken en trillingen op dit deel van het voertuig kan verminderen, wat beeldvervorming kan veroorzaken.”
In de batterijbehuizing heeft Celanese een innovatieve oplossing gevonden via de CoolPoly TCP D-serie, die thermische geleidbaarheid kan bieden zonder elektrische geleidbaarheid, en daarmee voldoet aan relatief strenge kwaliteitseisen voor de toepassing.Soms beperkt het versterkende materiaal in het thermisch geleidende plastic de rek, dus hebben materiaalexperts van Celanese een op nylon gebaseerde CoolPoly TCP-kwaliteit ontwikkeld, die sterker is dan de typische kwaliteit (100 MPa buigsterkte, 14 GPa buigmodulus, 9 kJ / m2 Charpy-inkeping) zonder in te boeten aan thermische geleidbaarheid of dichtheid.
CoolPoly TCP biedt flexibiliteit in het convectieontwerp en kan voldoen aan de warmteoverdrachtsvereisten van veel toepassingen waarbij van oudsher aluminium werd gebruikt.Het voordeel van het spuitgieten is dat aluminium spuitgietstukken een derde van de energie van aluminium verbruiken en dat de levensduur zes keer wordt verlengd.
Volgens Matsco van Covestro is de belangrijkste toepassing in de automobielsector het vervangen van radiateurs in koplampmodules, mistlampmodules en achterlichtmodules.Koellichamen voor led-grootlicht- en dimlichtfuncties, led-lichtbuizen en lichtgeleiders, dagrijverlichting (DRL) en richtingaanwijzers zijn allemaal mogelijke toepassingen.
Matsco legt uit: “Een van de belangrijkste drijvende krachten achter de thermische PC van Makrolon is de mogelijkheid om de koellichaamfunctie direct te integreren in de verlichtingscomponenten (zoals reflectoren, randen en behuizingen), wat wordt bereikt door meervoudig spuitgieten of twee-voudig spuitgieten. component methoden.“Door de reflector en het frame dat meestal van PC is gemaakt, is de verbeterde hechting te zien wanneer de thermisch geleidende PC er opnieuw op wordt gegoten om de hitte onder controle te houden, waardoor de noodzaak voor het bevestigen van schroeven of lijmen wordt verminderd.Vraag.Dit vermindert het aantal onderdelen, aanvullende handelingen en de totale kosten op systeemniveau.Daarnaast zien we op het gebied van elektrische voertuigen kansen in het thermisch beheer en de draagstructuur van batterijmodules.”
Naamani-Goldman van BASF (Naamani-Goldman) verklaarde ook in elektrische voertuigen dat componenten van batterijpakketten, zoals batterijscheiders, veelbelovend zijn.“Lithium-ionbatterijen genereren veel warmte, maar ze moeten zich in een constante omgeving van ongeveer 65°C bevinden, anders gaan ze kapot of falen ze.”
Aanvankelijk waren thermisch geleidende kunststofverbindingen gebaseerd op hoogwaardige technische harsen.Maar de afgelopen jaren hebben batch-engineeringharsen zoals nylon 6 en 66, PC en PBT een grote rol gespeeld.Matsco van Covestro zei: “Dit alles is in het wild gevonden.Vanwege kostenredenen lijkt de markt zich echter vooral te concentreren op nylon en polycarbonaat.”
Scheepens zei dat hoewel PPS nog steeds heel vaak wordt gebruikt, PolyOne's nylon 6 en 66 en PBT zijn toegenomen.
RTP verklaarde dat nylon, PPS, PBT, PC en PP de meest populaire harsen zijn, maar afhankelijk van de toepassingsuitdaging kunnen veel thermoplastische materialen met hogere prestaties, zoals PEI, PEEK en PPSU, worden gebruikt.Een RTP-bron zei: “Het koellichaam van een LED-lamp kan bijvoorbeeld worden gemaakt van nylon 66-composietmateriaal om een ​​thermische geleidbaarheid tot 35 W/mK te bieden.Voor chirurgische batterijen die veelvuldig moeten worden gesteriliseerd, is PPSU vereist.Elektrische isolatie-eigenschappen en vermindering van vochtophoping.”
Naamani-Goldman zei dat BASF verschillende commerciële thermisch geleidende verbindingen heeft, waaronder nylon 6 en 66 kwaliteiten.“Het gebruik van onze materialen is in productie genomen in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals motorbehuizingen en elektrische infrastructuur.Omdat we de behoeften van klanten op het gebied van thermische geleidbaarheid blijven bepalen, is dit een actief ontwikkelingsgebied.Veel klanten weten niet welk niveau ze nodig hebben voor geleidbaarheid, dus materialen moeten op maat worden gemaakt voor specifieke toepassingen om effectief te zijn.”
DSM Engineering Plastics heeft onlangs Xytron G4080HR gelanceerd, een met 40% glasvezel versterkte PPS die de prestaties van thermische managementsystemen voor elektrische voertuigen optimaliseert.Het is ontworpen met thermische verouderingseigenschappen, hydrolysebestendigheid, maatvastheid, chemische bestendigheid bij hoge temperaturen en inherente vlamvertraging.
Volgens rapporten kan dit materiaal een sterkte van 6000 tot 10.000 uur behouden bij een continue werktemperatuur van meer dan 130°C.In de meest recente water/glycol-vloeistoftest van 3000 uur bij 135°C nam de treksterkte van Xytron G4080HR toe met 114% en nam de rek bij breuk toe met 63% vergeleken met het equivalente product.
RTP verklaarde dat, afhankelijk van de toepassingsvereisten, een verscheidenheid aan additieven kan worden gebruikt om de thermische geleidbaarheid te verbeteren, en merkte op: “De meest populaire additieven blijven additieven zoals grafiet, maar we hebben nieuwe opties onderzocht, zoals grafeen of nieuwe keramische additieven..systeem."
Een voorbeeld van dat laatste werd vorig jaar geïnitieerd door Martinswerk Div ​​van Huber Engineered Polymers.Volgens rapporten, gebaseerd op aluminiumoxide, en voor nieuwe migratietrends (zoals elektrificatie), zijn de prestaties van additieven uit de Martoxid-serie beter dan die van andere aluminiumoxide en andere geleidende vulstoffen.Martoxid wordt verbeterd door de deeltjesgrootteverdeling en morfologie te controleren om een ​​verbeterde pakking en dichtheid en een unieke oppervlaktebehandeling te bieden.Volgens rapporten kan het worden gebruikt met een vulhoeveelheid van meer dan 60% zonder de mechanische of reologische eigenschappen aan te tasten.Het vertoont een uitstekend potentieel in PP, TPO, nylon 6 en 66, ABS, PC en LSR.
Covestro's Matsco zei dat zowel grafiet als grafeen op grote schaal worden gebruikt, en wees erop dat grafiet relatief lage kosten en een gematigde thermische geleidbaarheid heeft, terwijl grafeen meestal duurder is, maar duidelijke voordelen op het gebied van thermische geleidbaarheid heeft.Hij voegde eraan toe: “Er is vaak behoefte aan thermisch geleidende, elektrisch isolerende (TC/EI) materialen, en dit is waar additieven zoals boornitride gebruikelijk zijn.Helaas krijg je niets.In dit geval zorgt boornitride voor een betere elektrische isolatie, maar wordt de thermische geleidbaarheid verminderd.Bovendien kunnen de kosten van boornitride zeer hoog zijn, dus moet TC/EI een materiaalprestatie worden die dringend de kostenstijging moet bewijzen.
Naamani-Goldman van BASF zegt het zo: “De uitdaging is om een ​​evenwicht te vinden tussen thermische geleidbaarheid en andere eisen;om ervoor te zorgen dat materialen in grote hoeveelheden efficiënt kunnen worden verwerkt en dat de mechanische eigenschappen niet te veel afnemen.Een andere uitdaging is het creëren van een systeem dat op grote schaal kan worden toegepast.Kosteneffectieve oplossing.”
Scheepens van PolyOne is van mening dat zowel op koolstof gebaseerde vulstoffen (grafiet) als keramische vulstoffen veelbelovende additieven zijn waarvan wordt verwacht dat ze de vereiste thermische geleidbaarheid zullen bereiken en andere elektrische en mechanische eigenschappen in evenwicht zullen brengen.
Miller van Celanese zei dat het bedrijf een verscheidenheid aan additieven heeft onderzocht die de breedste selectie verticaal geïntegreerde basisharsen in de sector combineren om gepatenteerde ingrediënten te leveren die de thermische geleidbaarheid bereiken. Het bereik is 0,4-40 W/mK.
De vraag naar multifunctionele geleidende verbindingen zoals thermische en elektrische geleidbaarheid of thermische en vlamvertragende middelen lijkt ook toe te nemen.
Covestro's Matsco wees erop dat toen het bedrijf de thermisch geleidende Makrolon TC8030 en TC8060 PC lanceerde, klanten onmiddellijk begonnen te vragen of er elektrische isolatiematerialen van konden worden gemaakt.“De oplossing is niet zo eenvoudig.Alles wat we doen om EI te verbeteren zal een negatief effect hebben op TC.Nu bieden we Makrolon TC110 polycarbonaat aan en ontwikkelen we andere oplossingen om aan deze eisen te voldoen.”
Naamani-Goldman van BASF zei dat verschillende toepassingen thermische geleidbaarheid en andere kenmerken vereisen, zoals batterijpakketten en hoogspanningsconnectoren, die allemaal warmteafvoer nodig hebben en moeten voldoen aan strikte vlamvertragende normen bij het gebruik van lithium-ionbatterijen.
PolyOne, RTP en Celanese hebben allemaal een enorme vraag gezien naar multifunctionele verbindingen vanuit alle marktsegmenten, en bieden thermische geleidbaarheid en EMI-afscherming, hogere impact, vlamvertraging, elektrische isolatie en verbindingen met functies zoals UV-bestendigheid en thermische stabiliteit.
Traditionele vormtechnieken zijn niet effectief voor materialen met hoge temperaturen.Vormers moeten bepaalde omstandigheden en parameters begrijpen om de problemen op te lossen die soms worden veroorzaakt door spuitgieten bij hoge temperaturen.
Een nieuwe studie laat zien hoe het type en de hoeveelheid LDPE gemengd met LLDPE de verwerkbaarheid en sterkte/taaiheid van blaasfolie beïnvloeden.Gegevens worden getoond voor LDPE-rijke en LLDPE-rijke mengsels.