Trọng lượng nhẹ, chi phí thấp, độ bền va đập cao, khả năng tạo khuôn và tùy chỉnh đang nhanh chóng thúc đẩy nhu cầu về nhựa nhiệt dẻo, giúp giữ mát cho các thiết bị điện tử, đèn chiếu sáng và động cơ ô tô.#polyolefin
Các hợp chất dẫn nhiệt của PolyOne được sử dụng trong ô tô và các ứng dụng E/E, chẳng hạn như đèn LED, tản nhiệt và vỏ điện tử.
Các sản phẩm PC nhiệt Makrolon của Covestro bao gồm các loại đèn LED và tản nhiệt.
Các hợp chất dẫn nhiệt của RTP có thể được sử dụng trong các vỏ như hộp pin, cũng như bộ tản nhiệt và các bộ phận tản nhiệt tích hợp khác.
Các OEM trong ngành điện/điện tử, ô tô, chiếu sáng, thiết bị y tế và máy móc công nghiệp đã quan tâm đến nhựa nhiệt dẻo dẫn nhiệt trong nhiều năm vì họ đang tìm kiếm các giải pháp mới cho các ứng dụng bao gồm bộ tản nhiệt và các thiết bị tản nhiệt khác, đèn LED.Vỏ và vỏ pin.
Nghiên cứu trong ngành cho thấy những vật liệu này đang tăng trưởng với tốc độ hai con số, được thúc đẩy bởi các ứng dụng mới như xe chạy hoàn toàn bằng điện, ô tô phức tạp và các bộ phận chiếu sáng LED thương mại cỡ lớn.Nhựa dẫn nhiệt đang thách thức nhiều vật liệu truyền thống hơn, chẳng hạn như kim loại (đặc biệt là nhôm) và gốm sứ, vì chúng có nhiều ưu điểm: hợp chất nhựa có trọng lượng nhẹ hơn, chi phí thấp hơn, dễ tạo hình, có thể tùy chỉnh và có thể mang lại nhiều lợi thế hơn về độ ổn định nhiệt. , Độ bền va đập và khả năng chống trầy xước và mài mòn.
Các chất phụ gia cải thiện tính dẫn nhiệt bao gồm than chì, graphene và chất độn gốm như boron nitride và alumina.Công nghệ sử dụng chúng cũng ngày càng tiến bộ và tiết kiệm chi phí hơn.Một xu hướng khác là việc đưa các loại nhựa kỹ thuật chi phí thấp (như nylon 6, 66 và PC) vào các hợp chất dẫn nhiệt, khiến các vật liệu giá cao được sử dụng phổ biến hơn như PPS, PSU và PEI phải cạnh tranh.
Có chuyện gì ồn ào vậy?Một nguồn tin tại RTP cho biết: “Khả năng tạo thành các bộ phận ròng, giảm số lượng bộ phận và các bước lắp ráp cũng như giảm trọng lượng và chi phí đều là động lực thúc đẩy việc sử dụng những vật liệu này”.“Đối với một số ứng dụng nhất định, chẳng hạn như vỏ điện và đúc linh kiện, Khả năng truyền nhiệt khi trở thành bộ cách điện là trọng tâm của sự chú ý.”
Dalia Naamani-Goldman, Giám đốc Tiếp thị Vận tải Điện và Điện tử của Bộ phận Kinh doanh Vật liệu Chức năng của BASF, cho biết thêm: “Độ dẫn nhiệt đang nhanh chóng trở thành vấn đề ngày càng được các nhà sản xuất linh kiện điện tử và OEM ô tô quan tâm.Do những tiến bộ công nghệ và hạn chế về không gian, các ứng dụng được thu nhỏ và do đó nhiệt. Việc tích lũy và phân phối năng lượng đã trở thành tâm điểm chú ý.Nếu diện tích của bộ phận bị hạn chế thì rất khó để thêm tản nhiệt kim loại hoặc lắp bộ phận kim loại vào.”
Naamani-Goldman giải thích rằng các ứng dụng điện áp cao hơn đang thâm nhập vào ô tô và nhu cầu về năng lượng xử lý cũng ngày càng tăng.Trong các bộ pin xe điện, việc sử dụng kim loại để phân tán và tản nhiệt làm tăng trọng lượng, đây là lựa chọn không được ưa chuộng.Ngoài ra, các bộ phận kim loại hoạt động ở công suất cao có thể gây ra những cú điện giật nguy hiểm.Nhựa nhựa dẫn nhiệt nhưng không dẫn điện cho phép điện áp cao hơn mà vẫn đảm bảo an toàn về điện.
Kỹ sư phát triển lĩnh vực của Celanese, James Miller (tiền thân của Cool Polymers được Celanese mua lại vào năm 2014) cho biết, các linh kiện điện và điện tử, đặc biệt là linh kiện điện và điện tử trong xe điện, đã phát triển cùng với không gian linh kiện ngày càng đông đúc và tiếp tục thu hẹp.“Một yếu tố hạn chế việc giảm kích thước của các thành phần này là khả năng quản lý nhiệt của chúng.Những cải tiến trong các tùy chọn đóng gói dẫn nhiệt giúp các thiết bị nhỏ hơn và hiệu quả hơn.”
Miller chỉ ra rằng trong thiết bị điện tử công suất, nhựa dẫn nhiệt có thể được ép khuôn hoặc đóng gói, đây là một lựa chọn thiết kế không có ở kim loại hoặc gốm sứ.Đối với các thiết bị y tế tạo nhiệt (như thiết bị y tế có máy ảnh hoặc bộ phận đốt), tính linh hoạt trong thiết kế của nhựa dẫn nhiệt cho phép đóng gói chức năng có trọng lượng nhẹ hơn.
Jean-Paul Scheepens, tổng giám đốc kinh doanh vật liệu kỹ thuật đặc biệt của PolyOne, đã chỉ ra rằng ngành công nghiệp ô tô và E/E có nhu cầu lớn nhất về các hợp chất dẫn nhiệt.Ông cho biết những sản phẩm này có thể đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau của khách hàng và ngành, bao gồm cả quyền tự do thiết kế mở rộng, cho phép thiết kế diện tích bề mặt tăng lên có thể cải thiện độ ổn định nhiệt.Polyme dẫn nhiệt cũng cung cấp các tùy chọn nhẹ hơn và hợp nhất các bộ phận hơn, chẳng hạn như tích hợp bộ tản nhiệt và vỏ vào cùng một bộ phận cũng như khả năng tạo ra một hệ thống quản lý nhiệt thống nhất hơn.Hiệu quả kinh tế tốt của quá trình ép phun là một yếu tố tích cực khác.”
Joel Matsco, giám đốc tiếp thị cấp cao về polycarbonate tại Covestro, tin rằng nhựa dẫn nhiệt chủ yếu tập trung vào các ứng dụng ô tô.“Với lợi thế về mật độ khoảng 50%, chúng có thể giảm trọng lượng đáng kể.Điều này cũng có thể được mở rộng cho xe điện.Nhiều mô-đun pin vẫn sử dụng kim loại để quản lý nhiệt và vì hầu hết các mô-đun sử dụng nhiều cấu trúc lặp đi lặp lại bên trong nên chúng sử dụng tính dẫn nhiệt. Trọng lượng tiết kiệm được khi thay thế kim loại bằng polyme tăng lên nhanh chóng.”
Covestro cũng nhận thấy xu hướng giảm nhẹ các bộ phận chiếu sáng thương mại lớn.Matsco chỉ ra: “Đèn cao 35 pound thay vì 70 pound yêu cầu ít cấu trúc hơn và người lắp đặt dễ dàng mang theo trên giàn giáo hơn”.Covestro cũng có các dự án vỏ bọc điện tử như bộ định tuyến, trong đó các bộ phận bằng nhựa đóng vai trò là Thùng chứa và cung cấp khả năng quản lý nhiệt.Matsco cho biết: “Ở tất cả các thị trường, tùy theo thiết kế, chúng tôi cũng có thể giảm chi phí tới 20%”.
Sheepens's của PolyOne tuyên bố rằng các ứng dụng chính của công nghệ dẫn nhiệt trong ô tô và E/E bao gồm đèn LED, tản nhiệt và khung điện tử, chẳng hạn như bo mạch chủ, hộp biến tần và các ứng dụng quản lý/bảo mật nguồn.Tương tự, các nguồn RTP nhận thấy các hợp chất dẫn nhiệt của nó đang được sử dụng trong vỏ và tản nhiệt, cũng như các bộ phận tản nhiệt tích hợp hơn trong thiết bị công nghiệp, y tế hoặc điện tử.
Matsco của Covestro cho biết ứng dụng chính của chiếu sáng thương mại là thay thế bộ tản nhiệt bằng kim loại.Tương tự, quản lý nhiệt của các ứng dụng mạng cao cấp cũng đang phát triển trong các bộ định tuyến và trạm gốc.Naamani-Goldman của BASF đặc biệt chỉ ra rằng các thành phần điện tử bao gồm thanh cái, hộp nối và đầu nối điện áp cao, chất cách điện động cơ cũng như camera quan sát phía trước và phía sau.
Miller của Celanese cho biết nhựa dẫn nhiệt đã có những bước tiến lớn trong việc mang lại sự linh hoạt trong thiết kế 3D nhằm đáp ứng các yêu cầu quản lý nhiệt cao hơn cho đèn LED.Ông nói thêm: “Trong chiếu sáng ô tô, Polymer dẫn nhiệt CoolPoly (TCP) của chúng tôi cho phép sử dụng vỏ đèn chiếu sáng trên cao có cấu hình mỏng và bộ tản nhiệt thay thế bằng nhôm cho đèn pha bên ngoài.”
Miller của Celanese cho biết CoolPoly TCP cung cấp giải pháp cho màn hình hiển thị trên kính chắn gió ô tô (HUD) đang phát triển - do không gian bảng điều khiển, luồng không khí và nhiệt bị hạn chế nên ứng dụng này yêu cầu tản nhiệt cao hơn so với chiếu sáng đồng đều.Ánh nắng chiếu vào vị trí này của xe.“Trọng lượng của nhựa dẫn nhiệt nhẹ hơn nhôm nên có thể giảm tác động sốc, rung lên bộ phận này của xe có thể gây biến dạng hình ảnh”.
Trong trường hợp pin, Celanese đã tìm ra giải pháp cải tiến thông qua dòng CoolPoly TCP D, có thể cung cấp tính dẫn nhiệt mà không dẫn điện, từ đó đáp ứng các yêu cầu chất lượng ứng dụng tương đối nghiêm ngặt.Đôi khi, vật liệu gia cố trong nhựa dẫn nhiệt hạn chế độ giãn dài của nó, vì vậy các chuyên gia vật liệu Celanese đã phát triển loại CoolPoly TCP dựa trên nylon, cứng hơn loại thông thường (cường độ uốn 100 MPa, mô đun uốn 14 GPa, 9 kJ / m2 Tác động của rãnh Charpy) mà không làm giảm độ dẫn nhiệt hoặc mật độ.
CoolPoly TCP cung cấp tính linh hoạt trong thiết kế đối lưu và có thể đáp ứng các yêu cầu truyền nhiệt của nhiều ứng dụng trước đây sử dụng nhôm.Ưu điểm của phương pháp ép phun là đúc nhôm tiêu thụ một phần ba năng lượng của nhôm và tuổi thọ được kéo dài thêm sáu lần.
Theo Matsco của Covestro, trong lĩnh vực ô tô, ứng dụng chính là thay thế bộ tản nhiệt trong mô-đun đèn pha, mô-đun đèn sương mù và mô-đun đèn hậu.Tản nhiệt cho chức năng đèn LED chiếu xa và đèn chiếu gần, ống đèn LED và thanh dẫn ánh sáng, đèn chạy ban ngày (DRL) và đèn xi nhan đều là những ứng dụng tiềm năng.
Matsco đã chỉ ra: “Một trong những động lực chính của PC nhiệt Makrolon là khả năng tích hợp trực tiếp chức năng tản nhiệt vào các bộ phận chiếu sáng (chẳng hạn như tấm phản xạ, viền và vỏ), điều này đạt được bằng cách ép phun nhiều lần hoặc hai- các phương pháp thành phần.“Thông qua tấm phản xạ và khung thường được làm bằng PC, có thể thấy độ bám dính được cải thiện khi PC dẫn nhiệt được đúc lại lên nó để kiểm soát nhiệt, do đó giảm nhu cầu cố định vít hoặc chất kết dính.Yêu cầu.Điều này làm giảm số lượng bộ phận, hoạt động phụ trợ và chi phí tổng thể ở cấp độ hệ thống.Ngoài ra, trong lĩnh vực xe điện, chúng tôi nhận thấy cơ hội trong cấu trúc hỗ trợ và quản lý nhiệt của các mô-đun pin.”
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) của BASF cũng tuyên bố về xe điện rằng các thành phần của bộ pin như bộ tách pin rất hứa hẹn.“Pin lithium-ion tạo ra rất nhiều nhiệt, nhưng chúng cần phải ở trong môi trường ổn định khoảng 65°C, nếu không chúng sẽ xuống cấp hoặc hỏng.”
Ban đầu, các hợp chất nhựa dẫn nhiệt được làm từ nhựa kỹ thuật cao cấp.Nhưng trong những năm gần đây, các loại nhựa kỹ thuật hàng loạt như nylon 6 và 66, PC và PBT đã đóng một vai trò lớn.Matsco của Covestro cho biết: “Tất cả những thứ này đã được tìm thấy trong tự nhiên.Tuy nhiên, vì lý do chi phí, thị trường dường như chủ yếu tập trung vào nylon và polycarbonate.”
Scheepens cho biết mặc dù PPS vẫn được sử dụng rất thường xuyên nhưng nylon 6 và 66 và PBT của PolyOne đã tăng lên.
RTP cho biết nylon, PPS, PBT, PC và PP là những loại nhựa phổ biến nhất, nhưng tùy thuộc vào thách thức ứng dụng, có thể sử dụng nhiều loại nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao hơn như PEI, PEEK và PPSU.Nguồn tin RTP cho biết: “Ví dụ, tản nhiệt của đèn LED có thể được làm bằng vật liệu composite nylon 66 để mang lại khả năng dẫn nhiệt lên tới 35 W/mK.Đối với pin phẫu thuật phải chịu được khử trùng thường xuyên, cần phải có PPSU.Đặc tính cách điện và giảm sự tích tụ độ ẩm.”
Naamani-Goldman cho biết BASF có một số hợp chất dẫn nhiệt thương mại, bao gồm cả loại nylon 6 và 66.“Việc sử dụng vật liệu của chúng tôi đã được đưa vào sản xuất trong nhiều ứng dụng khác nhau như vỏ động cơ và cơ sở hạ tầng điện.Khi chúng tôi tiếp tục xác định nhu cầu của khách hàng về tính dẫn nhiệt, đây là một lĩnh vực đang phát triển tích cực.Nhiều khách hàng không biết họ cần Độ dẫn điện ở mức độ nào, vì vậy vật liệu phải được điều chỉnh cho phù hợp với các ứng dụng cụ thể để có hiệu quả.”
DSM Engineering Plastics gần đây đã ra mắt Xytron G4080HR, một loại PPS được gia cố bằng sợi thủy tinh 40% giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống quản lý nhiệt xe điện.Nó được thiết kế với các đặc tính lão hóa nhiệt, chống thủy phân, ổn định kích thước, kháng hóa chất ở nhiệt độ cao và khả năng chống cháy vốn có.
Theo báo cáo, vật liệu này có thể duy trì độ bền từ 6000 đến 10.000 giờ ở nhiệt độ làm việc liên tục trên 130°C.Trong thử nghiệm nước/chất lỏng glycol 135°C kéo dài 3000 giờ gần đây nhất, độ bền kéo của Xytron G4080HR đã tăng 114% và độ giãn dài khi đứt tăng 63% so với sản phẩm tương đương.
RTP tuyên bố rằng theo yêu cầu ứng dụng, bất kỳ loại chất phụ gia nào cũng có thể được sử dụng để cải thiện độ dẫn nhiệt và chỉ ra: “Các chất phụ gia phổ biến nhất tiếp tục là các chất phụ gia như than chì, nhưng chúng tôi đã khám phá các lựa chọn mới như graphene hoặc phụ gia gốm mới..hệ thống."
Một ví dụ sau này đã được Martinswerk Div ​​của Huber Engineered Polymers khởi xướng vào năm ngoái.Theo các báo cáo, dựa trên alumina và đối với các xu hướng di chuyển mới (chẳng hạn như điện khí hóa), hiệu suất của các chất phụ gia dòng Martoxid tốt hơn so với các chất alumina khác và các chất độn dẫn điện khác.Martoxid được tăng cường bằng cách kiểm soát sự phân bố kích thước hạt và hình thái học để cải thiện độ đóng gói và mật độ cũng như xử lý bề mặt độc đáo.Theo báo cáo, nó có thể được sử dụng với lượng lấp đầy vượt quá 60% mà không ảnh hưởng đến các tính chất cơ học hoặc lưu biến.Nó cho thấy tiềm năng tuyệt vời trong PP, TPO, nylon 6 và 66, ABS, PC và LSR.
Matsco của Covestro cho biết cả than chì và graphene đều đã được sử dụng rộng rãi và chỉ ra rằng than chì có chi phí tương đối thấp và độ dẫn nhiệt vừa phải, trong khi graphene thường đắt hơn nhưng có lợi thế dẫn nhiệt rõ ràng.Ông nói thêm: “Thường có nhu cầu về vật liệu dẫn nhiệt, cách điện (TC/EI) và đây là lúc các chất phụ gia như boron nitride trở nên phổ biến.Thật không may, bạn không nhận được gì cả.Trong trường hợp này, boron nitride mang lại khả năng cách điện được cải thiện nhưng độ dẫn nhiệt lại giảm.Hơn nữa, chi phí của boron nitride có thể rất cao, do đó TC/EI phải trở thành một loại vật liệu có hiệu suất cần gấp để chứng minh chi phí tăng lên.
Naamani-Goldman của BASF phát biểu như sau: “Thách thức là đạt được sự cân bằng giữa độ dẫn nhiệt và các yêu cầu khác;để đảm bảo vật liệu có thể được xử lý hiệu quả với số lượng lớn và tính chất cơ học không bị giảm quá nhiều.Một thách thức khác là tạo ra một hệ thống có thể được áp dụng rộng rãi.Giải pháp hiệu quả."
Scheepens của PolyOne tin rằng cả chất độn gốc carbon (than chì) và chất độn gốm đều là những chất phụ gia đầy hứa hẹn được kỳ vọng sẽ đạt được độ dẫn nhiệt cần thiết và cân bằng các đặc tính cơ và điện khác.
Celanese's Miller cho biết công ty đã khám phá nhiều loại chất phụ gia kết hợp với sự lựa chọn rộng rãi nhất của ngành nhựa cơ bản tích hợp theo chiều dọc để cung cấp các thành phần độc quyền giúp tạo ra độ dẫn nhiệt trong phạm vi 0,4-40 W/mK.
Nhu cầu về các hợp chất dẫn điện đa chức năng như dẫn nhiệt và dẫn điện hoặc chất chống cháy và nhiệt dường như cũng tăng lên.
Matsco của Covestro chỉ ra rằng khi công ty tung ra PC Makrolon TC8030 và TC8060 dẫn nhiệt, khách hàng ngay lập tức hỏi liệu chúng có thể được chế tạo thành vật liệu cách điện hay không.“Giải pháp không đơn giản như vậy.Mọi thứ chúng tôi làm để cải thiện EI sẽ có tác động tiêu cực đến TC.Hiện tại, chúng tôi cung cấp polycarbonate Makrolon TC110 và đang phát triển các giải pháp khác để đáp ứng các yêu cầu này.”
Naamani-Goldman của BASF cho biết, các ứng dụng khác nhau đòi hỏi tính dẫn nhiệt và các đặc tính khác, chẳng hạn như bộ pin và đầu nối điện áp cao, tất cả đều cần tản nhiệt và phải đáp ứng các tiêu chuẩn chống cháy nghiêm ngặt khi sử dụng pin lithium-ion.
PolyOne, RTP và Celanese đều nhận thấy nhu cầu rất lớn về các hợp chất đa chức năng từ tất cả các phân khúc thị trường, đồng thời cung cấp khả năng dẫn nhiệt và che chắn EMI, tác động cao hơn, chống cháy, cách điện và các Hợp chất có các chức năng như chống tia cực tím và ổn định nhiệt.
Kỹ thuật đúc truyền thống không hiệu quả đối với vật liệu có nhiệt độ cao.Người làm khuôn cần hiểu một số điều kiện và thông số nhất định để giải quyết các vấn đề đôi khi do ép phun nhiệt độ cao gây ra.
Một nghiên cứu mới cho thấy loại và lượng LDPE trộn với LLDPE ảnh hưởng như thế nào đến khả năng xử lý và độ bền/độ dẻo dai của màng thổi.Dữ liệu được hiển thị cho hỗn hợp giàu LDPE và giàu LLDPE.