La légèreté, le faible coût, la résistance élevée aux chocs, la moulabilité et la personnalisation stimulent rapidement la demande de thermoplastiques, qui contribuent à maintenir le refroidissement des composants électroniques, de l'éclairage et des moteurs de voiture.#Polyoléfine
Les composés thermoconducteurs de PolyOne sont utilisés dans les applications automobiles et E/E, telles que l'éclairage LED, les dissipateurs thermiques et les boîtiers électroniques.
Les produits PC thermiques Makrolon de Covestro comprennent des qualités pour les lampes LED et les dissipateurs thermiques.
Les composés thermiquement conducteurs de RTP peuvent être utilisés dans des boîtiers tels que des boîtiers de batterie, ainsi que des radiateurs et des composants de dissipation thermique plus intégrés.
Les équipementiers des secteurs de l'électricité/électronique, de l'automobile, de l'éclairage, des équipements médicaux et des machines industrielles s'intéressent depuis de nombreuses années aux thermoplastiques thermoconducteurs car ils recherchent de nouvelles solutions pour des applications telles que les radiateurs et autres dispositifs de dissipation thermique, les LED.Boîtier et boîtier de batterie.
Les recherches industrielles montrent que ces matériaux connaissent une croissance à deux chiffres, portée par de nouvelles applications telles que les véhicules entièrement électriques, les voitures complexes et les grands composants d'éclairage LED commerciaux.Les plastiques thermoconducteurs défient les matériaux plus traditionnels, tels que les métaux (en particulier l'aluminium) et la céramique, car ils présentent de nombreux avantages : les composés plastiques sont plus légers, moins coûteux, faciles à former, personnalisables et peuvent offrir davantage d'avantages en termes de stabilité thermique. , Résistance aux chocs, résistance aux rayures et résistance à l'abrasion.
Les additifs qui améliorent la conductivité thermique comprennent le graphite, le graphène et les charges céramiques telles que le nitrure de bore et l'alumine.La technologie permettant de les utiliser progresse également et devient plus rentable.Une autre tendance est l’introduction de résines techniques à faible coût (telles que le nylon 6 et 66 et le PC) dans les composés thermiquement conducteurs, ce qui met en concurrence des matériaux plus coûteux et plus couramment utilisés tels que le PPS, le PSU et le PEI.
Pourquoi une telle agitation?Une source chez RTP a déclaré : « La capacité de former des pièces nettes, de réduire le nombre de pièces et d’étapes d’assemblage, ainsi que de réduire le poids et les coûts sont autant de facteurs déterminants pour l’adoption de ces matériaux. »"Pour certaines applications, telles que les boîtiers électriques et le surmoulage de composants, la capacité à transférer de la chaleur lorsqu'elle devient un isolateur électrique est au centre de l'attention."
Dalia Naamani-Goldman, responsable du marketing des transports électroniques et électriques de l'activité Matériaux fonctionnels de BASF, a ajouté : « La conductivité thermique devient rapidement un problème de plus en plus préoccupant pour les fabricants de composants électroniques et les équipementiers automobiles.En raison des progrès technologiques et des contraintes d'espace, les applications sont miniaturisées et donc thermiques. L'accumulation et la diffusion de l'énergie sont devenues le centre d'attention.Si l’encombrement du composant est limité, il est difficile d’ajouter un dissipateur thermique métallique ou d’insérer un composant métallique.
Naamani-Goldman a expliqué que les applications à haute tension pénètrent dans les automobiles et que la demande en puissance de traitement augmente également.Dans les batteries des véhicules électriques, l’utilisation de métal pour disperser et dissiper la chaleur augmente le poids, ce qui est un choix impopulaire.De plus, les pièces métalliques fonctionnant à haute puissance peuvent provoquer des chocs électriques dangereux.La résine plastique thermoconductrice mais non conductrice permet des tensions plus élevées tout en maintenant la sécurité électrique.
L'ingénieur de développement sur le terrain de Celanese, James Miller (prédécesseur de Cool Polymers acquis par Celanese en 2014), a déclaré que les composants électriques et électroniques, en particulier les composants électriques et électroniques des véhicules électriques, ont grandi avec l'espace des composants. Il devient de plus en plus encombré et continue de rétrécir.« L’un des facteurs limitant la réduction de la taille de ces composants réside dans leurs capacités de gestion thermique.Les améliorations apportées aux options d'emballage thermoconducteurs rendent les appareils plus petits et plus efficaces.
Miller a souligné que dans les équipements électroniques de puissance, les plastiques thermoconducteurs peuvent être surmoulés ou emballés, ce qui constitue un choix de conception non disponible dans les métaux ou la céramique.Pour les dispositifs médicaux générant de la chaleur (tels que les dispositifs médicaux équipés de caméras ou de composants de cautérisation), la flexibilité de conception des plastiques thermoconducteurs permet un emballage fonctionnel plus léger.
Jean-Paul Scheepens, directeur général de l'activité matériaux d'ingénierie spécialisés de PolyOne, a souligné que les industries automobile et E/E ont la plus grande demande de composés thermiquement conducteurs.Il a déclaré que ces produits peuvent répondre à une variété de besoins des clients et de l'industrie, y compris une liberté de conception accrue, permettant une conception plus grande surface peut améliorer la stabilité thermique.Les polymères thermoconducteurs offrent également des options plus légères et une consolidation des pièces, comme l'intégration de dissipateurs thermiques et de boîtiers dans le même composant, et la possibilité de créer un système de gestion thermique plus unifié.La bonne rentabilité du processus de moulage par injection est un autre facteur positif.»
Joel Matsco, directeur marketing principal du polycarbonate chez Covestro, estime que les plastiques thermoconducteurs sont principalement destinés aux applications automobiles.« Avec un avantage en termes de densité d’environ 50 %, ils peuvent réduire considérablement le poids.Cela peut également être étendu aux véhicules électriques.De nombreux modules de batterie utilisent encore du métal pour la gestion thermique, et comme la plupart des modules utilisent de nombreuses structures répétitives à l'intérieur, ils utilisent la conductivité thermique. Le poids économisé en remplaçant les métaux par des polymères a rapidement augmenté.
Covestro constate également une tendance à l’allègement des gros composants d’éclairage commercial.Matsco souligne : « Les luminaires pour grande hauteur de 35 livres au lieu de 70 livres nécessitent moins de structure et sont plus faciles à transporter sur les échafaudages pour les installateurs. »Covestro propose également des projets de boîtiers électroniques tels que des routeurs, dans lesquels des pièces en plastique font office de conteneur et assurent la gestion de la chaleur.Matsco a déclaré : « Sur tous les marchés, en fonction de la conception, nous pouvons également réduire les coûts jusqu'à 20 %. »
Sheepens's de PolyOne a déclaré que les applications clés de sa technologie de conductivité thermique dans l'automobile et l'E/E comprennent l'éclairage LED, les dissipateurs thermiques et les châssis électroniques, tels que les cartes mères, les boîtiers d'onduleurs et les applications de gestion de l'alimentation/sécurité.De même, les sources RTP voient leurs composés thermoconducteurs utilisés dans les boîtiers et les dissipateurs thermiques, ainsi que dans les composants de dissipation thermique plus intégrés dans les équipements industriels, médicaux ou électroniques.
Matsco de Covestro a déclaré que la principale application de l'éclairage commercial est le remplacement des radiateurs métalliques.De même, la gestion thermique des applications réseau haut de gamme se développe également dans les routeurs et les stations de base.Naamani-Goldman de BASF a spécifiquement souligné que les composants électroniques comprennent des barres omnibus, des boîtes de jonction et des connecteurs haute tension, des isolateurs de moteur et des caméras de vue avant et arrière.
Miller de Celanese a déclaré que les plastiques thermoconducteurs ont fait de grands progrès en offrant une flexibilité de conception 3D pour répondre aux exigences plus élevées en matière de gestion thermique pour l'éclairage LED.Il a ajouté : « Dans l'éclairage automobile, notre polymère thermoconducteur CoolPoly (TCP) permet l'utilisation de boîtiers d'éclairage zénithal à profil mince et de radiateurs de remplacement en aluminium pour les phares externes. »
Miller de Celanese a déclaré que CoolPoly TCP fournit une solution pour l'affichage tête haute (HUD) automobile en pleine croissance : en raison de l'espace limité du tableau de bord, du flux d'air et de la chaleur, cette application nécessite une dissipation thermique plus élevée qu'un éclairage uniforme.La lumière du soleil brille sur cette position de la voiture."Le poids du plastique thermoconducteur est plus léger que celui de l'aluminium, ce qui peut réduire l'impact des chocs et des vibrations sur cette partie du véhicule, susceptibles de provoquer une distorsion de l'image."
Dans le boîtier de la batterie, Celanese a trouvé une solution innovante grâce à la série CoolPoly TCP D, qui peut fournir une conductivité thermique sans conductivité électrique, répondant ainsi aux exigences de qualité des applications relativement strictes.Parfois, le matériau de renforcement du plastique thermiquement conducteur limite son allongement, c'est pourquoi les experts en matériaux Celanese ont développé un grade CoolPoly TCP à base de nylon, qui est plus résistant que le grade typique (résistance à la flexion de 100 MPa, module de flexion de 14 GPa, 9 kJ/m2). Impact d'encoche Charpy) sans sacrifier la conductivité thermique ou la densité.
CoolPoly TCP offre une flexibilité dans la conception par convection et peut répondre aux exigences de transfert de chaleur de nombreuses applications qui utilisent historiquement l'aluminium.L'avantage de son moulage par injection est que les moulages sous pression d'aluminium consomment un tiers de l'énergie de l'aluminium et que la durée de vie est prolongée de six fois.
Selon Matsco de Covestro, dans le secteur automobile, l'application principale est le remplacement des radiateurs des modules de phares, des modules de feux antibrouillard et des modules de feux arrière.Les dissipateurs de chaleur pour les fonctions de feux de route et de croisement à LED, les conduits de lumière et les guides de lumière à LED, les feux de jour (DRL) et les clignotants sont autant d'applications potentielles.
Matsco a souligné : « L'une des principales forces motrices du PC thermique Makrolon est la capacité d'intégrer directement la fonction de dissipateur thermique dans les composants d'éclairage (tels que les réflecteurs, les cadres et les boîtiers), ce qui est obtenu par moulage par injection multiple ou deux. méthodes de composants.« Grâce au réflecteur et au cadre généralement constitués de PC, l'adhérence améliorée peut être constatée lorsque le PC thermiquement conducteur est remoulé dessus pour contrôler la chaleur, réduisant ainsi le besoin de vis de fixation ou d'adhésifs.Demande.Cela réduit le nombre de pièces, les opérations auxiliaires et les coûts globaux au niveau du système.De plus, dans le domaine des véhicules électriques, nous voyons des opportunités dans la gestion thermique et la structure de support des modules de batterie.
Naamani-Goldman de BASF a également déclaré dans le domaine des véhicules électriques que les composants des batteries, tels que les séparateurs de batteries, sont très prometteurs.« Les batteries lithium-ion génèrent beaucoup de chaleur, mais elles doivent être dans un environnement constant d’environ 65°C, sinon elles se dégraderont ou tomberont en panne. »
Initialement, les composés plastiques thermoconducteurs étaient basés sur des résines techniques haut de gamme.Mais ces dernières années, les résines techniques discontinues telles que les nylons 6 et 66, le PC et le PBT ont joué un rôle important.Matsco de Covestro a déclaré : « Tout cela a été trouvé dans la nature.Cependant, pour des raisons de coûts, le marché semble se concentrer principalement sur le nylon et le polycarbonate.
Scheepens a déclaré que même si le PPS est encore très souvent utilisé, les nylons 6 et 66 et PBT de PolyOne ont augmenté.
RTP a déclaré que le nylon, le PPS, le PBT, le PC et le PP sont les résines les plus populaires, mais qu'en fonction du défi de l'application, de nombreux thermoplastiques plus performants tels que le PEI, le PEEK et le PPSU peuvent être utilisés.Une source RTP a déclaré : « Par exemple, le dissipateur thermique d’une lampe LED peut être constitué d’un matériau composite nylon 66 pour fournir une conductivité thermique allant jusqu’à 35 W/mK.Pour les batteries chirurgicales devant résister à des stérilisations fréquentes, le PPSU est requis.Propriétés d’isolation électrique et réduction de l’accumulation d’humidité.
Naamani-Goldman a déclaré que BASF propose plusieurs composés commerciaux thermoconducteurs, notamment les qualités de nylon 6 et 66.« L'utilisation de nos matériaux a été mise en production dans une variété d'applications telles que les carters de moteurs et les infrastructures électriques.Alors que nous continuons à déterminer les besoins des clients en matière de conductivité thermique, il s’agit d’un domaine de développement actif.De nombreux clients ne savent pas de quel niveau de conductivité ils ont besoin, les matériaux doivent donc être adaptés à des applications spécifiques pour être efficaces.
DSM Engineering Plastics a récemment lancé Xytron G4080HR, un PPS renforcé à 40 % de fibres de verre qui optimise les performances des systèmes de gestion thermique des véhicules électriques.Il est conçu avec des propriétés de vieillissement thermique, de résistance à l'hydrolyse, de stabilité dimensionnelle, de résistance chimique à haute température et d'ignifugation inhérente.
Selon les rapports, ce matériau peut maintenir une résistance de 6 000 à 10 000 heures à une température de travail continue supérieure à 130°C.Lors du test le plus récent de 3 000 heures sur un liquide eau/glycol à 135 °C, la résistance à la traction du Xytron G4080HR a augmenté de 114 % et l'allongement à la rupture a augmenté de 63 % par rapport au produit équivalent.
RTP a déclaré que, selon les exigences de l'application, n'importe lequel des nombreux additifs peut être utilisé pour améliorer la conductivité thermique et a souligné : « Les additifs les plus populaires restent des additifs tels que le graphite, mais nous avons exploré de nouvelles options telles que le graphène ou nouveaux additifs céramiques..système."
Un exemple de ce dernier a été initié l'année dernière par Martinswerk Div ​​​​de Huber Engineered Polymers.Selon les rapports, basés sur l'alumine et pour les nouvelles tendances de migration (telles que l'électrification), les performances des additifs de la série Martoxid sont meilleures que celles des autres alumines et autres charges conductrices.Martoxid est amélioré en contrôlant la distribution granulométrique et la morphologie pour fournir un tassement et une densité améliorés et un traitement de surface unique.Selon les rapports, il peut être utilisé avec un taux de remplissage supérieur à 60 % sans affecter les propriétés mécaniques ou rhéologiques.Il présente un excellent potentiel en PP, TPO, nylon 6 et 66, ABS, PC et LSR.
Matsco de Covestro a déclaré que le graphite et le graphène ont été largement utilisés et a souligné que le graphite a un coût relativement faible et une conductivité thermique modérée, tandis que le graphène coûte généralement plus cher, mais présente des avantages évidents en termes de conductivité thermique.Il a ajouté : « Il existe souvent un besoin en matériaux thermiquement conducteurs et électriquement isolants (TC/EI), et c'est là que les additifs tels que le nitrure de bore sont courants.Malheureusement, vous n'obtenez rien.Dans ce cas, le nitrure de bore assure une meilleure isolation électrique, mais une conductivité thermique réduite.De plus, le coût du nitrure de bore peut être très élevé, le TC/EI doit donc devenir un matériau performant dont il est urgent de prouver l'augmentation des coûts.
Naamani-Goldman de BASF l'exprime ainsi : « Le défi consiste à trouver un équilibre entre la conductivité thermique et les autres exigences ;pour garantir que les matériaux peuvent être traités efficacement en grandes quantités et que les propriétés mécaniques ne diminuent pas trop.Un autre défi consiste à créer un système qui puisse être largement adopté.Solution rentable.
Scheepens de PolyOne estime que les charges à base de carbone (graphite) et les charges céramiques sont des additifs prometteurs qui devraient atteindre la conductivité thermique requise et équilibrer d'autres propriétés électriques et mécaniques.
Miller de Celanese a déclaré que la société a exploré une variété d'additifs combinant la plus large sélection de résines de base intégrées verticalement du secteur pour fournir des ingrédients exclusifs qui rendent la conductivité thermique comprise entre 0,4 et 40 W/mK.
La demande de composés conducteurs multifonctionnels tels que la conductivité thermique et électrique ou les retardateurs thermiques et ignifuges semble également augmenter.
Matsco de Covestro a souligné que lorsque la société a lancé ses PC Makrolon TC8030 et TC8060 thermoconducteurs, les clients ont immédiatement commencé à se demander s'ils pouvaient être transformés en matériaux isolants électriques.« La solution n'est pas si simple.Tout ce que nous faisons pour améliorer l’assurance-emploi aura un impact négatif sur TC.Nous proposons désormais le polycarbonate Makrolon TC110 et développons d'autres solutions pour répondre à ces exigences.
Naamani-Goldman de BASF a déclaré que différentes applications nécessitent une conductivité thermique et d'autres caractéristiques, telles que les blocs-batteries et les connecteurs haute tension, qui nécessitent tous une dissipation thermique et doivent répondre à des normes ignifuges strictes lors de l'utilisation de batteries lithium-ion.
PolyOne, RTP et Celanese ont tous constaté une énorme demande de composés multifonctionnels de la part de tous les segments du marché et offrent une conductivité thermique et un blindage EMI, un impact plus élevé, un retardateur de flamme, une isolation électrique et des composés dotés de fonctions telles que la résistance aux UV et la stabilité thermique.
Les techniques de moulage traditionnelles ne sont pas efficaces pour les matériaux à haute température.Les mouleurs doivent comprendre certaines conditions et paramètres pour résoudre les problèmes parfois causés par le moulage par injection à haute température.
Une nouvelle étude montre comment le type et la quantité de LDPE mélangés au LLDPE affectent la transformabilité et la résistance/ténacité du film soufflé.Les données sont présentées pour les mélanges riches en LDPE et riches en LLDPE.