Niewielka waga, niski koszt, wysoka udarność, możliwość formowania i dostosowywanie do indywidualnych potrzeb szybko zwiększają popyt na tworzywa termoplastyczne, które pomagają chłodzić elektronikę, oświetlenie i silniki samochodowe.#Poliolefina
Związki przewodzące ciepło PolyOne są stosowane w zastosowaniach motoryzacyjnych i E/E, takich jak oświetlenie LED, radiatory i obudowy elektroniczne.
Produkty Covestro do komputerów termicznych Makrolon obejmują gatunki do lamp LED i radiatorów.
Związki przewodzące ciepło firmy RTP można stosować w obudowach takich jak skrzynki akumulatorowe, a także w grzejnikach i bardziej zintegrowanych elementach rozpraszających ciepło.
Producenci OEM z branży elektrycznej/elektronicznej, motoryzacyjnej, oświetleniowej, sprzętu medycznego i maszyn przemysłowych od wielu lat interesują się termoplastycznymi tworzywami przewodzącymi ciepło, ponieważ poszukują nowych rozwiązań do zastosowań, w tym grzejników i innych urządzeń rozpraszających ciepło, czyli diod LED.Obudowa i pojemnik na baterie.
Badania branżowe pokazują, że liczba tych materiałów rośnie w dwucyfrowym tempie, napędzana nowymi zastosowaniami, takimi jak pojazdy w pełni elektryczne, złożone samochody i duże komercyjne komponenty oświetlenia LED.Tworzywa sztuczne przewodzące ciepło stanowią wyzwanie dla bardziej tradycyjnych materiałów, takich jak metale (zwłaszcza aluminium) i ceramika, ponieważ mają wiele zalet: mieszanki tworzyw sztucznych są lżejsze, tańsze, łatwe do formowania, można je dostosowywać i mogą zapewnić więcej korzyści w zakresie stabilności termicznej , Odporność na uderzenia i zarysowania oraz odporność na ścieranie.
Dodatki poprawiające przewodność cieplną obejmują grafit, grafen i wypełniacze ceramiczne, takie jak azotek boru i tlenek glinu.Technologia ich wykorzystania również się rozwija i staje się coraz bardziej opłacalna.Innym trendem jest wprowadzanie tanich żywic konstrukcyjnych (takich jak nylon 6 i 66 oraz PC) do związków przewodzących ciepło, co powoduje, że konkurencją stają się powszechnie stosowane, droższe materiały, takie jak PPS, PSU i PEI.
O co to całe zamieszanie?Źródło w RTP powiedziało: „Możliwość formowania części siatkowych, zmniejszenie liczby części i etapów montażu oraz zmniejszenie masy i kosztów to czynniki napędzające przyjęcie tych materiałów”.„W przypadku niektórych zastosowań, takich jak obudowy elektryczne i formowanie komponentów, w centrum uwagi znajduje się zdolność do przenoszenia ciepła, gdy staje się izolatorem elektrycznym”.
Dalia Naamani-Goldman, kierownik ds. marketingu transportu elektronicznego i elektrycznego w dziale materiałów funkcjonalnych firmy BASF, dodała: „Przewodność cieplna szybko staje się kwestią budzącą coraz większe obawy producentów podzespołów elektronicznych i producentów OEM z branży motoryzacyjnej.Ze względu na postęp technologiczny i ograniczenia przestrzenne aplikacje są zminiaturyzowane, a co za tym idzie, termiczne. W centrum uwagi znajduje się akumulacja i rozpowszechnianie mocy.Jeśli powierzchnia komponentu jest ograniczona, trudno jest dodać metalowy radiator lub wstawić metalowy komponent.
Naamani-Goldman wyjaśniła, że ​​zastosowania wyższego napięcia przenikają do samochodów, a zapotrzebowanie na moc obliczeniową również rośnie.W zestawach akumulatorów pojazdów elektrycznych zastosowanie metalu do rozpraszania i odprowadzania ciepła zwiększa wagę, co jest niepopularnym wyborem.Ponadto części metalowe pracujące przy dużej mocy mogą spowodować niebezpieczne porażenie prądem.Termoprzewodząca, ale nieprzewodząca żywica z tworzywa sztucznego umożliwia stosowanie wyższych napięć przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa elektrycznego.
Inżynier rozwoju terenowego firmy Celanese, James Miller (poprzednik Cool Polymers przejętej przez Celanese w 2014 r.) powiedział, że komponenty elektryczne i elektroniczne, zwłaszcza elektryczne i elektroniczne w pojazdach elektrycznych, rosną wraz z przestrzenią na komponenty. Staje się coraz bardziej zatłoczona i nadal się kurczy.„Jednym z czynników ograniczających zmniejszenie rozmiaru tych komponentów jest ich zdolność do zarządzania temperaturą.Udoskonalenia w zakresie opakowań przewodzących ciepło sprawiają, że urządzenia są mniejsze i bardziej wydajne”.
Miller zwrócił uwagę, że w sprzęcie energoelektronicznym tworzywa sztuczne przewodzące ciepło mogą być formowane lub pakowane, co jest rozwiązaniem niedostępnym w przypadku metali lub ceramiki.W przypadku wyrobów medycznych wytwarzających ciepło (takich jak urządzenia medyczne z kamerami lub elementy do kauteryzacji) elastyczność projektowania tworzyw sztucznych przewodzących ciepło pozwala na lżejsze funkcjonalne opakowania.
Jean-Paul Scheepens, dyrektor generalny działu specjalistycznych materiałów inżynieryjnych PolyOne, zwrócił uwagę, że przemysł motoryzacyjny i E/E mają największe zapotrzebowanie na związki przewodzące ciepło.Powiedział, że produkty te mogą zaspokoić różnorodne potrzeby klientów i branży, w tym większą swobodę projektowania, umożliwiając projektowanie. Zwiększona powierzchnia może poprawić stabilność termiczną.Polimery przewodzące ciepło zapewniają również lżejsze opcje i konsolidację części, na przykład integrację radiatorów i obudów w tym samym komponencie oraz możliwość stworzenia bardziej ujednoliconego systemu zarządzania temperaturą.Kolejnym pozytywnym czynnikiem jest dobra efektywność ekonomiczna procesu formowania wtryskowego.”
Joel Matsco, starszy menedżer ds. marketingu poliwęglanów w Covestro, uważa, że ​​tworzywa sztuczne przewodzące ciepło są przeznaczone głównie do zastosowań motoryzacyjnych.„Dzięki przewadze w zakresie gęstości wynoszącej około 50% mogą znacznie zmniejszyć wagę.Można to rozszerzyć również na pojazdy elektryczne.Wiele modułów akumulatorowych nadal wykorzystuje metal do zarządzania ciepłem, a ponieważ większość modułów wykorzystuje wewnątrz wiele powtarzalnych struktur, wykorzystują one przewodność cieplną. Waga zaoszczędzona dzięki zastąpieniu metali polimerami szybko wzrosła.
Covestro widzi również tendencję do zmniejszania wagi dużych komponentów oświetlenia komercyjnego.Matsco podkreśla: „35-funtowe zamiast 70-funtowych lamp do wysokiego składowania wymagają mniejszej konstrukcji i są łatwiejsze dla instalatorów do przenoszenia na rusztowaniach”.Covestro ma również projekty obudów elektronicznych, takich jak routery, w których części z tworzyw sztucznych pełnią rolę kontenera i zapewniają zarządzanie ciepłem.Matsco powiedział: „Na wszystkich rynkach, w zależności od projektu, możemy również obniżyć koszty nawet o 20%.
Firma Sheepens's z firmy PolyOne stwierdziła, że ​​kluczowe zastosowania jej technologii przewodności cieplnej w motoryzacji i E/E obejmują oświetlenie LED, radiatory i obudowy elektroniczne, takie jak płyty główne, skrzynki z inwerterami oraz aplikacje do zarządzania energią i bezpieczeństwa.Podobnie w przypadku źródeł RTP jego związki przewodzące ciepło są stosowane w obudowach i radiatorach, a także w bardziej zintegrowanych elementach rozpraszających ciepło w sprzęcie przemysłowym, medycznym lub elektronicznym.
Matsco z Covestro powiedział, że głównym zastosowaniem oświetlenia komercyjnego jest wymiana metalowych grzejników.Podobnie zarządzanie temperaturą w zaawansowanych zastosowaniach sieciowych rośnie również w routerach i stacjach bazowych.Naamani-Goldman z firmy BASF szczególnie zwrócił uwagę, że komponenty elektroniczne obejmują szyny zbiorcze, skrzynki przyłączeniowe i złącza wysokiego napięcia, izolatory silnika oraz kamery przednie i tylne.
Miller z Celanese powiedział, że tworzywa sztuczne przewodzące ciepło poczyniły ogromne postępy w zapewnianiu elastyczności projektowania 3D, aby spełnić wyższe wymagania w zakresie zarządzania ciepłem dla oświetlenia LED.Dodał: „W oświetleniu samochodowym nasz polimer przewodzący ciepło CoolPoly (TCP) umożliwia stosowanie cienkościennych obudów oświetlenia górnego i aluminiowych radiatorów zastępczych do reflektorów zewnętrznych”.
Miller z Celanese powiedział, że CoolPoly TCP stanowi rozwiązanie dla rozwijających się samochodowych wyświetlaczy przeziernych (HUD) – ze względu na ograniczoną przestrzeń na desce rozdzielczej, przepływ powietrza i ciepło, to zastosowanie wymaga większego rozpraszania ciepła niż jednolite oświetlenie.Światło słoneczne oświetla tę pozycję samochodu.„Waga tworzywa termoprzewodzącego jest lżejsza od aluminium, co może zmniejszyć wpływ wstrząsów i wibracji na tę część pojazdu, co może powodować zniekształcenie obrazu.”
W przypadku akumulatorów Celanese znalazł innowacyjne rozwiązanie w postaci serii CoolPoly TCP D, która może zapewnić przewodność cieplną bez przewodnictwa elektrycznego, spełniając w ten sposób stosunkowo surowe wymagania jakościowe aplikacji.Czasami materiał wzmacniający w tworzywie przewodzącym ciepło ogranicza jego wydłużenie, dlatego eksperci ds. materiałów Celanese opracowali gatunek CoolPoly TCP na bazie nylonu, który jest twardszy niż typowy gatunek (wytrzymałość na zginanie 100 MPa, moduł sprężystości 14 GPa, 9 kJ / m2 udar Charpy’ego) bez utraty przewodności cieplnej i gęstości.
CoolPoly TCP zapewnia elastyczność w projektowaniu konwekcyjnym i może spełnić wymagania dotyczące wymiany ciepła w wielu zastosowaniach, w których w przeszłości stosowano aluminium.Zaletą formowania wtryskowego jest to, że odlewy ciśnieniowe aluminium zużywają jedną trzecią energii aluminium, a żywotność wydłuża się sześciokrotnie.
Według Matsco z Covestro, w sektorze motoryzacyjnym głównym zastosowaniem jest wymiana chłodnic w modułach reflektorów, modułach świateł przeciwmgłowych i modułach tylnych świateł.Potencjalnymi zastosowaniami są radiatory do świateł drogowych i świateł mijania LED, rury świetlne i światłowody LED, światła do jazdy dziennej (DRL) i kierunkowskazy.
Matsco zauważył: „Jedną z głównych sił napędowych termicznego komputera Makrolon jest możliwość bezpośredniego zintegrowania funkcji radiatora z elementami oświetleniowymi (takimi jak reflektory, ramki i obudowy), co osiąga się poprzez wielokrotne formowanie wtryskowe lub dwu- metody składowe.„Dzięki odbłyśnikowi i ramie wykonanej zwykle z PC można zauważyć lepszą przyczepność, gdy ponownie uformuje się na nim przewodzący ciepło PC, aby kontrolować ciepło, zmniejszając w ten sposób potrzebę stosowania śrub mocujących lub klejów.Popyt.Zmniejsza to liczbę części, operacji pomocniczych i ogólne koszty na poziomie systemu.Ponadto w dziedzinie pojazdów elektrycznych widzimy możliwości w zarządzaniu temperaturą i strukturze wsporczej modułów akumulatorowych.”
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) z BASF stwierdził również w odniesieniu do pojazdów elektrycznych, że elementy zestawów akumulatorów, takie jak separatory akumulatorów, są bardzo obiecujące.„Akumulatory litowo-jonowe wytwarzają dużo ciepła, ale muszą znajdować się w środowisku o stałej temperaturze około 65°C, w przeciwnym razie ulegną degradacji lub uszkodzeniu”.
Początkowo tworzywa sztuczne przewodzące ciepło bazowały na wysokiej klasy żywicach konstrukcyjnych.Jednak w ostatnich latach dużą rolę odegrały żywice inżynierii wsadowej, takie jak nylon 6 i 66, PC i PBT.Matsco z Covestro powiedział: „Wszystko to znaleziono na wolności.Jednak ze względu na koszty wydaje się, że rynek koncentruje się głównie na nylonie i poliwęglanie”.
Scheepens powiedział, że chociaż PPS jest nadal bardzo często używany, wzrosła liczba nylonów 6 i 66 firmy PolyOne oraz PBT.
RTP stwierdziło, że najpopularniejszymi żywicami są nylon, PPS, PBT, PC i PP, ale w zależności od zastosowania można zastosować wiele tworzyw termoplastycznych o wyższej wydajności, takich jak PEI, PEEK i PPSU.Źródło RTP podało: „Na przykład radiator lampy LED może być wykonany z materiału kompozytowego nylon 66, aby zapewnić przewodność cieplną do 35 W/mK.W przypadku akumulatorów chirurgicznych, które muszą wytrzymywać częstą sterylizację, wymagany jest PPSU.Właściwości izolacji elektrycznej i zmniejszają gromadzenie się wilgoci.
Naamani-Goldman powiedziała, że ​​firma BASF ma w ofercie kilka dostępnych na rynku związków przewodzących ciepło, w tym nylon 6 i 66.„Nasze materiały zostały wykorzystane w produkcji w różnych zastosowaniach, takich jak obudowy silników i infrastruktura elektryczna.Ponieważ nadal określamy potrzeby klientów w zakresie przewodności cieplnej, jest to aktywny obszar rozwoju.Wielu klientów nie wie, jakiego poziomu przewodności potrzebują, dlatego materiały muszą być dostosowane do konkretnych zastosowań, aby były skuteczne.
Firma DSM Engineering Plastics wprowadziła na rynek niedawno Xytron G4080HR, PPS wzmocniony w 40% włóknem szklanym, który optymalizuje wydajność systemów zarządzania temperaturą w pojazdach elektrycznych.Został zaprojektowany z myślą o właściwościach starzenia termicznego, odporności na hydrolizę, stabilności wymiarowej, odporności chemicznej w wysokich temperaturach i naturalnej ognioodporności.
Według doniesień materiał ten może utrzymać wytrzymałość od 6000 do 10 000 godzin przy ciągłej temperaturze pracy przekraczającej 130°C.W najnowszym teście wody/glikolu, trwającym 3000 godzin w temperaturze 135°C, wytrzymałość na rozciąganie Xytron G4080HR wzrosła o 114%, a wydłużenie przy zerwaniu wzrosło o 63% w porównaniu z równoważnym produktem.
RTP stwierdziło, że zgodnie z wymaganiami zastosowania, w celu poprawy przewodności cieplnej można zastosować dowolny z różnorodnych dodatków, i wskazało: „Najpopularniejszymi dodatkami w dalszym ciągu są dodatki takie jak grafit, ale badamy nowe opcje, takie jak grafen lub nowe dodatki ceramiczne..system."
Przykład tego ostatniego został zainicjowany w zeszłym roku przez Martinswerk Div ​​z Huber Engineered Polymers.Według raportów opartych na tlenku glinu i nowych trendach migracji (takich jak elektryfikacja), działanie dodatków serii Martoksyda jest lepsze niż innych tlenków glinu i innych wypełniaczy przewodzących.Martoksyd jest ulepszany poprzez kontrolowanie rozkładu wielkości cząstek i morfologii, aby zapewnić lepsze upakowanie i gęstość oraz wyjątkową obróbkę powierzchni.Według doniesień można go stosować przy zawartości wypełnienia przekraczającej 60% bez wpływu na właściwości mechaniczne i reologiczne.Wykazuje doskonały potencjał w PP, TPO, nylonie 6 i 66, ABS, PC i LSR.
Matsco z Covestro stwierdził, że zarówno grafit, jak i grafen są szeroko stosowane, i zwrócił uwagę, że grafit ma stosunkowo niski koszt i umiarkowaną przewodność cieplną, podczas gdy grafen zwykle kosztuje więcej, ale ma oczywiste zalety w zakresie przewodności cieplnej.Dodał: „Często potrzebne są materiały przewodzące ciepło i izolujące elektrycznie (TC/EI) i właśnie w tym przypadku powszechne są dodatki takie jak azotek boru.Niestety, nic nie zyskasz.W tym przypadku azotek boru zapewnia lepszą izolację elektryczną, ale przewodność cieplna jest zmniejszona.Co więcej, koszt azotku boru może być bardzo wysoki, więc TC/EI musi stać się materiałem, który musi pilnie wykazać wzrost kosztów.
Naamani-Goldman z BASF ujął to w ten sposób: „Wyzwanie polega na znalezieniu równowagi pomiędzy przewodnością cieplną a innymi wymaganiami;aby zapewnić efektywną obróbkę materiałów w dużych ilościach i aby właściwości mechaniczne nie spadły zbytnio.Kolejnym wyzwaniem jest stworzenie systemu, który będzie mógł zostać powszechnie przyjęty.Ekonomiczne rozwiązanie.”
Scheepens z firmy PolyOne uważa, że ​​zarówno wypełniacze na bazie węgla (grafit), jak i wypełniacze ceramiczne to obiecujące dodatki, od których oczekuje się osiągnięcia wymaganej przewodności cieplnej i zrównoważenia innych właściwości elektrycznych i mechanicznych.
Miller z Celanese powiedział, że firma zbadała różne dodatki, które łączą najszerszy w branży wybór pionowo zintegrowanych żywic bazowych, aby zapewnić zastrzeżone składniki zapewniające przewodność cieplną w zakresie 0,4–40 W/mK.
Wydaje się, że wzrasta również zapotrzebowanie na wielofunkcyjne związki przewodzące, takie jak przewodność cieplna i elektryczna lub środki zmniejszające palność i ciepło.
Matsco z Covestro zwrócił uwagę, że kiedy firma wprowadziła na rynek komputery PC przewodzące ciepło Makrolon TC8030 i TC8060, klienci natychmiast zaczęli pytać, czy można je przerobić na materiały elektroizolacyjne.„Rozwiązanie nie jest takie proste.Wszystko, co robimy, aby poprawić EI, będzie miało negatywny wpływ na TC.Obecnie oferujemy poliwęglan Makrolon TC110 i opracowujemy inne rozwiązania, aby sprostać tym wymaganiom.”
Naamani-Goldman z BASF stwierdziła, że ​​różne zastosowania wymagają przewodności cieplnej i innych właściwości, takich jak zestawy akumulatorów i złącza wysokiego napięcia, które wymagają odprowadzania ciepła i muszą spełniać rygorystyczne normy w zakresie zmniejszania palności w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.
PolyOne, RTP i Celanese odnotowały ogromne zapotrzebowanie na wielofunkcyjne związki ze wszystkich segmentów rynku, zapewniające przewodność cieplną i ekranowanie EMI, większą udarność, ognioodporność, izolację elektryczną oraz związki posiadające takie funkcje, jak odporność na promieniowanie UV i stabilność termiczna.
Tradycyjne techniki formowania nie są skuteczne w przypadku materiałów wysokotemperaturowych.Formerzy muszą poznać pewne warunki i parametry, aby rozwiązać problemy czasami powodowane przez formowanie wtryskowe w wysokiej temperaturze.
Nowe badanie pokazuje, jak rodzaj i ilość LDPE zmieszanego z LLDPE wpływa na przetwarzalność oraz wytrzymałość/wytrzymałość folii rozdmuchiwanej.Dane przedstawiono dla mieszanin bogatych w LDPE i LLDPE.