Låg vikt, låg kostnad, hög slaghållfasthet, formbarhet och anpassning driver snabbt efterfrågan på termoplaster, som hjälper till att hålla elektronik, belysning och bilmotorer svala.#Polyolefin
PolyOnes värmeledande föreningar används i fordons- och E/E-applikationer, såsom LED-belysning, kylflänsar och elektroniska kapslingar.
Covestros Makrolon termiska PC-produkter inkluderar kvaliteter för LED-lampor och kylflänsar.
RTP:s värmeledande föreningar kan användas i höljen som batterilådor, såväl som radiatorer och mer integrerade värmeavledningskomponenter.
OEM-företag inom industrin för el/elektronik, fordon, belysning, medicinsk utrustning och industrimaskiner har varit angelägna om termiskt ledande termoplaster i många år eftersom de letar efter nya lösningar för applikationer inklusive radiatorer och andra värmeavledningsanordningar, LED.Fodral och batterifodral.
Branschforskning visar att dessa material växer i tvåsiffrig takt, drivet av nya applikationer som helelektriska fordon, komplexa bilar och stora kommersiella LED-belysningskomponenter.Värmeledande plaster utmanar mer traditionella material, såsom metaller (särskilt aluminium) och keramik, eftersom de har många fördelar: plastblandningar är lättare i vikt, lägre kostnad, lätta att forma, anpassningsbara och kan ge fler fördelar i termisk stabilitet , Slaghållfasthet och reptålighet och nötningsbeständighet.
Tillsatser som förbättrar värmeledningsförmågan inkluderar grafit, grafen och keramiska fyllmedel som bornitrid och aluminiumoxid.Tekniken för att använda dem utvecklas också och blir mer kostnadseffektiv.En annan trend är införandet av lågkostnadsteknikhartser (som nylon 6 och 66 och PC) i termiskt ledande föreningar, vilket sätter mer vanligt använda högprismaterial som PPS, PSU och PEI i konkurrens.
Vad handlar allt väsen om?En källa på RTP sa: "Förmågan att forma nätdelar, minska antalet delar och monteringssteg och minska vikt och kostnad är alla drivkrafter för att använda dessa material.""För vissa applikationer, såsom elektriska kapslingar och övergjutning av komponenter, är förmågan att överföra värme när man blir en elektrisk isolator i fokus för uppmärksamheten."
Dalia Naamani-Goldman, chef för marknadsföring av elektroniska och elektriska transporter för BASF:s verksamhet för funktionella material, tillade: "Värmeledningsförmåga blir snabbt en fråga av ökande oro för tillverkare av elektroniska komponenter och OEM-tillverkare för bilar.På grund av tekniska framsteg och utrymmesbegränsningar är applikationer miniatyriserade och därför termiska. Ackumulering och spridning av kraft har blivit i fokus.Om komponentens fotavtryck är begränsat är det svårt att lägga till en kylfläns av metall eller sätta in en metallkomponent."
Naamani-Goldman förklarade att applikationer med högre spänning penetrerar bilar, och efterfrågan på processorkraft ökar också.I batteripaket för elbilar ökar vikten att använda metall för att sprida och avleda värme, vilket är ett impopulärt val.Dessutom kan metalldelar som arbetar med hög effekt orsaka farliga elektriska stötar.Värmeledande men icke-ledande plastharts tillåter högre spänningar samtidigt som den elektriska säkerheten bibehålls.
Celaneses fältutvecklingsingenjör James Miller (föregångaren till Cool Polymers förvärvad av Celanese 2014) sa att elektriska och elektroniska komponenter, särskilt elektriska och elektroniska komponenter i elfordon, har vuxit med komponentutrymmet Det blir mer och mer trångt och fortsätter att krympa."En faktor som begränsar storleksminskningen av dessa komponenter är deras värmehanteringsförmåga.Förbättringar i termiskt ledande förpackningsalternativ gör enheterna mindre och mer effektiva."
Miller påpekade att i kraftelektronisk utrustning kan termiskt ledande plaster övergjutas eller förpackas, vilket är ett designval som inte är tillgängligt i metaller eller keramik.För värmealstrande medicinsk utrustning (såsom medicinsk utrustning med kameror eller kauteriseringskomponenter) möjliggör designflexibiliteten hos termiskt ledande plaster en lättare funktionell förpackning.
Jean-Paul Scheepens, general manager för PolyOnes specialitetstekniska materialverksamhet, påpekade att fordons- och E/E-industrin har störst efterfrågan på termiskt ledande föreningar.Han sa att dessa produkter kan möta en mängd olika kund- och industribehov, inklusive utökad designfrihet, vilket möjliggör design Den ökade ytan kan förbättra termisk stabilitet.Termiskt ledande polymerer ger också mer lättviktsalternativ och delkonsolidering, som att integrera kylflänsar och höljen i samma komponent, och möjligheten att skapa ett mer enhetligt värmeledningssystem.Den goda ekonomiska effektiviteten i formsprutningsprocessen är en annan positiv faktor.”
Joel Matsco, senior marknadschef för polykarbonat på Covestro, tror att termiskt ledande plaster främst är inriktade på fordonsapplikationer."Med en densitetsfördel på cirka 50 % kan de minska vikten avsevärt.Detta kan även utvidgas till elfordon.Många batterimoduler använder fortfarande metall för värmehantering, och eftersom de flesta moduler använder många repetitiva strukturer inuti, använder de värmeledningsförmåga. Vikten som sparades genom att ersätta metaller med polymerer ökade snabbt."
Covestro ser också en trend mot lättviktning av stora kommersiella belysningskomponenter.Matsco påpekar: "35-pund istället för 70-pund högviktsljus kräver mindre struktur och är lättare för installatörer att fortsätta med byggnadsställningar."Covestro har även elektroniska kapslingsprojekt som routrar, där plastdelar fungerar som behållare och ger värmehantering.Matsco sa: "På alla marknader, beroende på design, kan vi också minska kostnaderna med upp till 20 %."
PolyOne's Sheepens's uppgav att nyckeltillämpningar av dess värmeledningsteknik inom bilindustrin och E/E inkluderar LED-belysning, kylflänsar och elektroniska chassier, såsom moderkort, inverterboxar och strömhanterings-/säkerhetsapplikationer.På liknande sätt ser RTP-källor dess termiskt ledande föreningar användas i höljen och kylflänsar, såväl som mer integrerade värmeavledningskomponenter i industriell, medicinsk eller elektronisk utrustning.
Matsco från Covestro sa att den huvudsakliga tillämpningen av kommersiell belysning är att ersätta metallradiatorer.På liknande sätt växer termisk hantering av avancerade nätverkstillämpningar också i routrar och basstationer.BASF:s Naamani-Goldman påpekade specifikt att de elektroniska komponenterna inkluderar samlingsskenor, högspänningsdosor och kopplingar, motorisolatorer och kameror fram och bak.
Celaneses Miller sa att termiskt ledande plaster har gjort stora framsteg när det gäller att tillhandahålla flexibilitet i 3D-design för att möta högre värmeledningskrav för LED-belysning.Han tillade: "Inom bilbelysning möjliggör vår CoolPoly Thermally Conductive Polymer (TCP) användning av tunnprofilerade takbelysningshöljen och ersättningsradiatorer i aluminium för externa strålkastare."
Celaneses Miller sa att CoolPoly TCP tillhandahåller en lösning för den växande automotive head-up display (HUD) – på grund av begränsat utrymme på instrumentbrädan, luftflöde och värme kräver denna applikation högre värmeavledning än enhetlig belysning.Solljus skiner på denna position av bilen."Vikten av termiskt ledande plast är lättare än aluminium, vilket kan minska påverkan av stötar och vibrationer på denna del av fordonet, vilket kan orsaka bildförvrängning."
I batterihöljet har Celanese hittat en innovativ lösning genom CoolPoly TCP D-serien, som kan ge värmeledningsförmåga utan elektrisk ledningsförmåga och därigenom uppfylla relativt stränga applikationskvalitetskrav.Ibland begränsar förstärkningsmaterialet i den termiskt ledande plasten dess töjning, så Celanese materialexperter har utvecklat en nylonbaserad CoolPoly TCP, som är tuffare än den typiska kvaliteten (100 MPa böjhållfasthet, 14 GPa böjmodul, 9 kJ/m2 Charpy notch impact) utan att offra värmeledningsförmåga eller densitet.
CoolPoly TCP ger flexibilitet i konvektionsdesign och kan möta värmeöverföringskraven för många applikationer som historiskt har använt aluminium.Fördelen med dess formsprutning är att pressgjutgods av aluminium förbrukar en tredjedel av energin i aluminium, och livslängden förlängs med sex gånger.
Enligt Matsco från Covestro, inom fordonssektorn, är huvudapplikationen att ersätta radiatorer i strålkastarmoduler, dimljusmoduler och bakljusmoduler.Kylflänsar för LED-hel- och halvljusfunktioner, LED-ljusrör och ljusledare, varselljus (DRL) och blinkers är alla potentiella applikationer.
Matsco påpekade: "En av de viktigaste drivkrafterna hos Makrolon termisk PC är förmågan att direkt integrera kylflänsfunktionen i belysningskomponenterna (som reflektorer, ramar och höljen), vilket uppnås genom multipel formsprutning eller två- komponentmetoder."Genom reflektorn och ramen som vanligtvis är gjorda av PC, kan den förbättrade vidhäftningen ses när den värmeledande PC:n gjuts om på den för att kontrollera värmen, vilket minskar behovet av fästskruvar eller lim.Efterfrågan.Detta minskar antalet delar, hjälpoperationer och övergripande kostnader på systemnivå.Dessutom ser vi möjligheter inom elfordon i termisk hantering och stödstruktur för batterimoduler.”
BASF:s Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) uppgav också i elfordon att batteripaketkomponenter som batteriseparatorer är mycket lovande."Litiumjonbatterier genererar mycket värme, men de måste vara i en konstant miljö på cirka 65°C, annars kommer de att brytas ned eller misslyckas."
Till en början var termiskt ledande plastföreningar baserade på avancerade tekniska hartser.Men på senare år har batch-teknikhartser som nylon 6 och 66, PC och PBT spelat en stor roll.Covestros Matsco sa: "Allt detta har hittats i naturen.Men på grund av kostnadsskäl verkar marknaden huvudsakligen vara koncentrerad till nylon och polykarbonat.”
Scheepens sa att även om PPS fortfarande används väldigt ofta, har PolyOnes nylon 6 och 66 och PBT ökat.
RTP uppgav att nylon, PPS, PBT, PC och PP är de mest populära hartserna, men beroende på applikationsutmaningen kan många termoplaster med högre prestanda som PEI, PEEK och PPSU användas.En RTP-källa sa: "Till exempel kan kylflänsen i en LED-lampa vara gjord av nylon 66-kompositmaterial för att ge en värmeledningsförmåga på upp till 35 W/mK.För kirurgiska batterier som måste tåla frekvent sterilisering krävs PPSU.Elektriska isoleringsegenskaper och minskar fuktansamling.”
Naamani-Goldman sa att BASF har flera kommersiella termiskt ledande föreningar, inklusive nylon 6 och 66 kvaliteter."Användningen av våra material har satts i produktion i en mängd olika applikationer som motorhus och elektrisk infrastruktur.Eftersom vi fortsätter att fastställa kundernas behov av värmeledningsförmåga är detta ett aktivt utvecklingsområde.Många kunder vet inte vilken nivå de behöver ledningsförmåga, så material måste skräddarsys för specifika applikationer för att vara effektiva."
DSM Engineering Plastics lanserade nyligen Xytron G4080HR, en 40 % glasfiberförstärkt PPS som optimerar prestandan hos elfordons värmeledningssystem.Den är designad med termiska åldringsegenskaper, hydrolysbeständighet, dimensionsstabilitet, kemisk beständighet vid höga temperaturer och inneboende flamskydd.
Enligt rapporter kan detta material bibehålla en styrka på 6000 till 10.000 timmar vid en kontinuerlig arbetstemperatur som överstiger 130°C.I det senaste 3000-timmars 135°C vatten/glykolvätsketestet ökade draghållfastheten för Xytron G4080HR med 114 % och brottöjningen ökade med 63 % jämfört med motsvarande produkt.
RTP uppgav att enligt applikationskraven kan vilken som helst av en mängd olika tillsatser användas för att förbättra värmeledningsförmågan och påpekade: "De mest populära tillsatserna fortsätter att vara tillsatser som grafit, men vi har undersökt nya alternativ som grafen eller nya keramiska tillsatser..systemet."
Ett exempel på det sistnämnda initierades förra året av Martinswerk Div​ från Huber Engineered Polymers.Enligt rapporter, baserat på aluminiumoxid, och för nya migrationstrender (som elektrifiering), är prestandan för Martoxid-seriens tillsatser bättre än andra aluminiumoxid och andra ledande fyllmedel.Martoxid förbättras genom att kontrollera partikelstorleksfördelning och morfologi för att ge förbättrad packning och densitet och unik ytbehandling.Enligt rapporter kan den användas med en fyllnadsmängd som överstiger 60 % utan att påverka mekaniska eller reologiska egenskaper.Den visar utmärkt potential i PP, TPO, nylon 6 och 66, ABS, PC och LSR.
Covestros Matsco sa att både grafit och grafen har använts i stor utsträckning, och påpekade att grafit har en relativt låg kostnad och måttlig värmeledningsförmåga, medan grafen vanligtvis kostar mer, men har uppenbara fördelar med värmeledningsförmåga.Han tillade: "Det finns ofta ett behov av termiskt ledande, elektriskt isolerande (TC/EI) material, och det är här tillsatser som bornitrid är vanliga.Tyvärr får du ingenting.I detta fall ger bornitrid Den elektriska isoleringen förbättras, men värmeledningsförmågan minskar.Dessutom kan kostnaden för bornitrid vara mycket hög, så TC/EI måste bli en materialprestanda som snarast måste bevisa kostnadsökning.
BASF:s Naamani-Goldman uttrycker det så här: ”Utmaningen är att hitta en balans mellan värmeledningsförmåga och andra krav;för att säkerställa att material kan bearbetas effektivt i stora mängder och att de mekaniska egenskaperna inte sjunker för mycket.En annan utmaning är att skapa ett system som kan användas brett.Kostnadseffektiv lösning.”
PolyOnes Scheepens anser att både kolbaserade fyllmedel (grafit) och keramiska fyllmedel är lovande tillsatser som förväntas uppnå den erforderliga värmeledningsförmågan och balansera andra elektriska och mekaniska egenskaper.
Celaneses Miller sa att företaget har utforskat en mängd olika tillsatser som kombinerar branschens bredaste urval av vertikalt integrerade bashartser för att tillhandahålla patentskyddade ingredienser som gör värmeledningsförmåga. Området är 0,4-40 W/mK.
Efterfrågan på multifunktionella ledande föreningar såsom termisk och elektrisk ledningsförmåga eller termisk och flamskyddsmedel verkar också öka.
Covestros Matsco påpekade att när företaget lanserade sin värmeledande Makrolon TC8030 och TC8060 PC började kunderna omedelbart fråga om de kunde göras till elektriska isoleringsmaterial.”Lösningen är inte så enkel.Allt vi gör för att förbättra EI kommer att ha en negativ inverkan på TC.Nu erbjuder vi Makrolon TC110 polykarbonat och utvecklar andra lösningar för att möta dessa krav."
BASF:s Naamani-Goldman sa att olika applikationer kräver värmeledningsförmåga och andra egenskaper, såsom batteripaket och högspänningskontakter, som alla behöver värmeavledning och måste uppfylla strikta flamskyddsstandarder när man använder litiumjonbatterier.
PolyOne, RTP och Celanese har alla sett en enorm efterfrågan på multifunktionella föreningar från alla marknadssegment och tillhandahåller värmeledningsförmåga och EMI-skärmning, högre slag, flamskydd, elektrisk isolering och föreningar med funktioner som UV-beständighet och termisk stabilitet.
Traditionella formningstekniker är inte effektiva för material med hög temperatur.Formare måste förstå vissa villkor och parametrar för att lösa de problem som ibland orsakas av högtemperaturformsprutning.
En ny studie visar hur typen och mängden LDPE blandad med LLDPE påverkar bearbetbarheten och styrkan/segheten hos blåst film.Data visas för LDPE-rika och LLDPE-rika blandningar.