O peso lixeiro, o baixo custo, a alta resistencia ao impacto, a moldeabilidade e a personalización impulsan rapidamente a demanda de termoplásticos, que axudan a manter frescos os produtos electrónicos, a iluminación e os motores dos automóbiles.#poliolefina
Os compostos termocondutores de PolyOne úsanse en aplicacións automotrices e E/E, como iluminación LED, disipadores de calor e caixas electrónicas.
Os produtos de PC térmico Makrolon de Covestro inclúen calidades para lámpadas LED e disipadores de calor.
Os compostos termocondutores de RTP pódense usar en carcasas como caixas de baterías, así como radiadores e compoñentes de disipación de calor máis integrados.
Os fabricantes de equipos eléctricos/electrónicos, automoción, iluminación, equipos médicos e industrias de maquinaria industrial levan moitos anos interesados ​​en termoplásticos condutores térmicamente porque buscan novas solucións para aplicacións, incluíndo radiadores e outros dispositivos de disipación de calor, LED.Estuche e funda de batería.
A investigación da industria mostra que estes materiais están crecendo a un ritmo de dous díxitos, impulsados ​​por novas aplicacións como vehículos totalmente eléctricos, coches complexos e grandes compoñentes de iluminación LED comerciais.Os plásticos termocondutores están a desafiar os materiais máis tradicionais, como os metais (especialmente o aluminio) e a cerámica, porque teñen moitas vantaxes: os compostos plásticos son máis lixeiros, teñen un custo máis baixo, son fáciles de formar, son personalizables e poden proporcionar máis vantaxes na estabilidade térmica. , Resistencia ao impacto e resistencia a arañazos e resistencia á abrasión.
Os aditivos que melloran a condutividade térmica inclúen o grafito, o grafeno e os recheos cerámicos como o nitruro de boro e a alúmina.A tecnoloxía para usalos tamén avanza e cada vez é máis rendible.Outra tendencia é a introdución de resinas de enxeñería de baixo custo (como o nailon 6 e 66 e PC) en compostos termocondutores, o que pon en competencia os materiais de alto prezo máis usados, como PPS, PSU e PEI.
De que vai todo o alboroto?Unha fonte de RTP dixo: "A capacidade de formar pezas netas, reducir o número de pezas e pasos de montaxe e reducir o peso e o custo son todas as forzas impulsoras para a adopción destes materiais"."Para certas aplicacións, como recintos eléctricos e sobremoldeo de compoñentes, a capacidade de transferir calor ao converterse nun illante eléctrico é o foco de atención".
Dalia Naamani-Goldman, xerente de mercadotecnia de transporte electrónico e eléctrico da empresa de materiais funcionais de BASF, engadiu: "A condutividade térmica estase a converter rapidamente nun problema de crecente preocupación para os fabricantes de compoñentes electrónicos e os fabricantes de automóbiles.Debido aos avances tecnolóxicos e ás limitacións de espazo, as aplicacións están miniaturizadas e, polo tanto, térmicas. A acumulación e difusión de enerxía converteuse no foco de atención.Se a pegada do compoñente é limitada, é difícil engadir un disipador de calor metálico ou inserir un compoñente metálico".
Naamani-Goldman explicou que as aplicacións de maior tensión están penetrando nos automóbiles e que a demanda de potencia de procesamento tamén está crecendo.Nas baterías de vehículos eléctricos, o uso de metal para dispersar e disipar a calor aumenta o peso, o que é unha opción impopular.Ademais, as pezas metálicas que funcionan a alta potencia poden provocar descargas eléctricas perigosas.A resina plástica termocondutora pero non condutora permite tensións máis altas mantendo a seguridade eléctrica.
O enxeñeiro de desenvolvemento de campo de Celanese, James Miller (predecesor de Cool Polymers adquirida por Celanese en 2014) dixo que os compoñentes eléctricos e electrónicos, especialmente os compoñentes eléctricos e electrónicos dos vehículos eléctricos, creceron co espazo dos compoñentes."Un factor que limita a redución de tamaño destes compoñentes é a súa capacidade de xestión térmica.As melloras nas opcións de envasado termocondutor fan que os dispositivos sexan máis pequenos e eficientes".
Miller sinalou que nos equipos electrónicos de potencia, os plásticos termocondutores pódense sobremoldear ou empaquetar, o que é unha opción de deseño que non está dispoñible en metais ou cerámicas.Para dispositivos médicos que xeran calor (como dispositivos médicos con cámaras ou compoñentes de cauterización), a flexibilidade de deseño dos plásticos termocondutores permite un envase funcional máis lixeiro.
Jean-Paul Scheepens, director xeral do negocio de materiais de enxeñería especializada de PolyOne, sinalou que as industrias da automoción e E/E teñen a maior demanda de compostos termocondutores.El dixo que estes produtos poden satisfacer unha variedade de necesidades dos clientes e da industria, incluíndo a liberdade de deseño ampliada, permitindo o deseño. A superficie aumentada pode mellorar a estabilidade térmica.Os polímeros termocondutores tamén proporcionan opcións máis lixeiras e consolidación de pezas, como a integración de disipadores de calor e carcasas no mesmo compoñente, e a capacidade de crear un sistema de xestión térmica máis unificado.A boa eficiencia económica do proceso de moldaxe por inxección é outro factor positivo.”
Joel Matsco, director sénior de marketing de policarbonato en Covestro, cre que os plásticos termocondutores céntranse principalmente en aplicacións automotrices."Cunha vantaxe de densidade de preto do 50%, poden reducir significativamente o peso.Isto tamén se pode estender aos vehículos eléctricos.Moitos módulos de batería aínda usan metal para a xestión térmica e, como a maioría dos módulos usan moitas estruturas repetitivas no seu interior, usan condutividade térmica. O peso aforrado ao substituír os metais por polímeros aumentou rapidamente.
Covestro tamén ve unha tendencia á aligeración dos grandes compoñentes de iluminación comercial.Matsco sinala: "As luces de bahía de 35 libras en lugar de 70 libras requiren menos estrutura e son máis fáciles para os instaladores de levar estadas".Covestro tamén conta con proxectos de envolventes electrónicos como routers, nos que as pezas de plástico actúan como Container e proporcionan xestión da calor.Matsco dixo: "En todos os mercados, dependendo do deseño, tamén podemos reducir os custos ata un 20%".
Sheepens's de PolyOne afirmou que as aplicacións clave da súa tecnoloxía de condutividade térmica en automoción e E/E inclúen iluminación LED, disipadores de calor e chasis electrónicos, como placas base, caixas de inversores e aplicacións de xestión e seguridade de enerxía.Do mesmo xeito, as fontes RTP ven os seus compostos condutores térmicamente empregados en carcasas e disipadores de calor, así como en compoñentes de disipación de calor máis integrados en equipos industriais, médicos ou electrónicos.
Matsco de Covestro dixo que a principal aplicación da iluminación comercial é a substitución de radiadores metálicos.Do mesmo xeito, a xestión térmica das aplicacións de rede de gama alta tamén está a medrar en enrutadores e estacións base.Naamani-Goldman de BASF sinalou específicamente que os compoñentes electrónicos inclúen barras de bus, caixas de conexión e conectores de alta tensión, illantes de motores e cámaras de visión frontal e traseira.
Miller, de Celanese, dixo que os plásticos termocondutores fixeron grandes avances na subministración de flexibilidade de deseño 3D para cumprir os requisitos máis altos de xestión térmica para a iluminación LED.Engadiu: "En iluminación de automóbiles, o noso polímero condutor térmico CoolPoly (TCP) permite o uso de carcasas de iluminación aérea de perfil fino e radiadores de substitución de aluminio para faros externos".
Miller de Celanese dixo que CoolPoly TCP ofrece unha solución para a crecente pantalla de visualización frontal (HUD) do automóbil; debido ao espazo limitado do panel de instrumentos, ao fluxo de aire e á calor, esta aplicación require unha disipación de calor máis elevada que a iluminación uniforme.A luz solar brilla nesta posición do coche."O peso do plástico termocondutor é máis lixeiro que o aluminio, o que pode reducir o impacto dos golpes e as vibracións nesta parte do vehículo, o que pode causar distorsións na imaxe".
No caso da batería, Celanese atopou unha solución innovadora a través da serie CoolPoly TCP D, que pode proporcionar condutividade térmica sen condutividade eléctrica, cumprindo así requisitos de calidade de aplicación relativamente estritos.Ás veces, o material de reforzo do plástico termocondutor limita o seu alongamento, polo que os expertos en materiais de Celanese desenvolveron unha calidade a base de nailon CoolPoly TCP, que é máis resistente que o grao típico (resistencia á flexión de 100 MPa, módulo de flexión de 14 GPa, 9 kJ/m2). Impacto de muesca Charpy) sen sacrificar a condutividade térmica ou a densidade.
CoolPoly TCP ofrece flexibilidade no deseño de convección e pode cumprir os requisitos de transferencia de calor de moitas aplicacións que históricamente utilizaron aluminio.A vantaxe do seu moldeado por inxección é que as fundicións de aluminio consomen un terzo da enerxía do aluminio e a vida útil prolóngase seis veces.
Segundo Matsco de Covestro, no sector da automoción a principal aplicación é a substitución de radiadores en módulos de faros, módulos de faros antinéboa e módulos de luces traseiras.Os disipadores de calor para as funcións de luces altas e de cruce LED, tubos de luz LED e guías de luz, luces de circulación diurna (DRL) e luces de intermitentes son todas as posibles aplicacións.
Matsco sinalou: "Unha das principais forzas impulsoras do PC térmico Makrolon é a capacidade de integrar directamente a función do disipador de calor nos compoñentes de iluminación (como reflectores, biseles e carcasas), que se consegue mediante o moldeado por inxección múltiple ou dous métodos de compoñentes."A través do reflector e do cadro xeralmente feitos de PC, pódese ver a adhesión mellorada cando o PC condutor térmicamente se volve a moldear sobre el para controlar a calor, reducindo así a necesidade de fixar parafusos ou adhesivos.Demanda.Isto reduce o número de pezas, operacións auxiliares e custos xerais a nivel do sistema.Ademais, no ámbito dos vehículos eléctricos, vemos oportunidades na xestión térmica e na estrutura de soporte dos módulos de baterías”.
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) de BASF tamén afirmou nos vehículos eléctricos que os compoñentes do paquete de baterías, como os separadores de baterías, son moi prometedores."As baterías de ión-litio xeran moita calor, pero deben estar nun ambiente constante duns 65 °C, se non, degradaranse ou fallarán".
Inicialmente, os compostos plásticos condutores térmicamente baseáronse en resinas de enxeñería de alta gama.Pero nos últimos anos, as resinas de enxeñaría por lotes como o nylon 6 e 66, PC e PBT xogaron un papel importante.Matsco de Covestro dixo: “Todo isto atopouse na natureza.Non obstante, por razóns de custo, o mercado parece estar concentrado principalmente no nailon e o policarbonato".
Scheepens dixo que aínda que o PPS aínda se usa con moita frecuencia, o nylon 6 e 66 de PolyOne e o PBT aumentaron.
RTP afirmou que o nailon, PPS, PBT, PC e PP son as resinas máis populares, pero dependendo do desafío da aplicación, pódense usar moitos termoplásticos de maior rendemento como PEI, PEEK e PPSU.Unha fonte de RTP dixo: "Por exemplo, o disipador de calor dunha lámpada LED pode estar feito de material composto de nailon 66 para proporcionar unha condutividade térmica de ata 35 W/mK.Para as baterías cirúrxicas que deben soportar unha esterilización frecuente, requírese PPSU.Propiedades de illamento eléctrico e reducir a acumulación de humidade.
Naamani-Goldman dixo que BASF ten varios compostos termocondutores comerciais, incluíndo nailon 6 e 66 graos."O uso dos nosos materiais púxose en produción nunha variedade de aplicacións, como carcasas de motores e infraestruturas eléctricas.Mentres seguimos determinando as necesidades dos clientes para a condutividade térmica, esta é unha área activa de desenvolvemento.Moitos clientes non saben que nivel necesitan de condutividade, polo que os materiais deben adaptarse a aplicacións específicas para que sexan eficaces".
DSM Engineering Plastics lanzou recentemente Xytron G4080HR, un PPS reforzado con fibra de vidro nun 40 % que optimiza o rendemento dos sistemas de xestión térmica de vehículos eléctricos.Está deseñado con propiedades de envellecemento térmico, resistencia á hidrólise, estabilidade dimensional, resistencia química a altas temperaturas e retardo de chama inherente.
Segundo os informes, este material pode manter unha resistencia de 6.000 a 10.000 horas a unha temperatura de traballo continua superior a 130 °C.Na proba máis recente de auga/glicol a 135 °C de 3000 horas, a resistencia á tracción de Xytron G4080HR aumentou un 114% e o alongamento á rotura aumentou un 63% en comparación co produto equivalente.
RTP afirmou que, segundo os requisitos da aplicación, pódese empregar calquera aditivo dunha variedade de aditivos para mellorar a condutividade térmica, e sinalou: “Os aditivos máis populares seguen a ser aditivos como o grafito, pero estivemos explorando novas opcións como o grafeno ou o grafeno. novos aditivos cerámicos..sistema”.
Un exemplo deste último foi iniciado o ano pasado por Martinswerk Div ​​de Huber Engineered Polymers.Segundo os informes, baseados na alúmina, e para novas tendencias de migración (como a electrificación), o rendemento dos aditivos da serie Martoxid é mellor que outros recheos de alúmina e outros condutores.Martoxid é mellorado controlando a distribución do tamaño das partículas e a morfoloxía para proporcionar un empaquetado e densidade mellorados e un tratamento de superficie único.Segundo os informes, pódese utilizar cunha cantidade de recheo superior ao 60% sen afectar ás propiedades mecánicas ou reolóxicas.Mostra un excelente potencial en PP, TPO, nylon 6 e 66, ABS, PC e LSR.
Matsco de Covestro dixo que tanto o grafito como o grafeno foron moi utilizados, e sinalou que o grafito ten un custo relativamente baixo e unha condutividade térmica moderada, mentres que o grafeno adoita custar máis, pero ten vantaxes obvias de condutividade térmica.Engadiu: "Moitas veces hai unha necesidade de materiais termocondutores e eléctricamente illantes (TC/EI), e aquí é onde os aditivos como o nitruro de boro son comúns.Por desgraza, non obtén nada.Neste caso, o nitruro de boro proporciona O illamento eléctrico é mellorado, pero a condutividade térmica redúcese.Ademais, o custo do nitruro de boro pode ser moi elevado, polo que o TC/EI debe converterse nun material de rendemento que necesita con urxencia probar o aumento do custo.
Naamani-Goldman de BASF expóno así: “O reto é lograr un equilibrio entre a condutividade térmica e outros requisitos;para garantir que os materiais poden ser procesados ​​de forma eficiente en grandes cantidades e que as propiedades mecánicas non baixan demasiado.Outro reto é crear un sistema que poida ser amplamente adoptado.Solución rendible.”
Scheepens de PolyOne cre que tanto os recheos a base de carbono (grafito) como os recheos cerámicos son aditivos prometedores que se espera que alcancen a condutividade térmica necesaria e equilibren outras propiedades eléctricas e mecánicas.
Miller de Celanese dixo que a compañía explorou unha variedade de aditivos que combinan a máis ampla selección da industria de resinas de base integradas verticalmente para proporcionar ingredientes propietarios que fan condutividade térmica. O rango é de 0,4-40 W/mK.
Tamén parece aumentar a demanda de compostos condutores multifuncionais como a condutividade térmica e eléctrica ou os retardantes térmicos e de chama.
Matsco de Covestro sinalou que cando a compañía lanzou os seus ordenadores termocondutores Makrolon TC8030 e TC8060, os clientes inmediatamente comezaron a preguntar se podían converterse en materiais illantes eléctricos."A solución non é tan sinxela.Todo o que fagamos para mellorar a IE repercutirá negativamente no TC.Agora, ofrecemos policarbonato Makrolon TC110 e estamos desenvolvendo outras solucións para cumprir estes requisitos".
Naamani-Goldman de BASF dixo que as diferentes aplicacións requiren condutividade térmica e outras características, como paquetes de batería e conectores de alta tensión, que todos necesitan disipación de calor e deben cumprir estritos estándares de retardo de chama cando se usan baterías de iones de litio.
PolyOne, RTP e Celanese experimentaron unha gran demanda de compostos multifuncionais en todos os segmentos do mercado e proporcionan condutividade térmica e blindaxe EMI, maior impacto, retardo de chama, illamento eléctrico e compostos con funcións como resistencia UV e estabilidade térmica.
As técnicas tradicionais de moldaxe non son eficaces para materiais de alta temperatura.Os moldeadores necesitan comprender determinadas condicións e parámetros para resolver os problemas ocasionados ás veces polo moldeado por inxección a alta temperatura.
Un novo estudo mostra como o tipo e a cantidade de LDPE mesturado con LLDPE afectan á procesabilidade e á resistencia/dureza da película soprada.Os datos móstranse para mesturas ricas en LDPE e ricas en LLDPE.