경량, 저비용, 높은 충격 강도, 성형성 및 맞춤화로 인해 전자 제품, 조명 및 자동차 엔진을 시원하게 유지하는 데 도움이 되는 열가소성 수지에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있습니다.#폴리올레핀
PolyOne의 열 전도성 화합물은 LED 조명, 방열판 및 전자 인클로저와 같은 자동차 및 E/E 응용 분야에 사용됩니다.
Covestro의 Makrolon 열 PC 제품에는 LED 램프 및 방열판용 등급이 포함됩니다.
RTP의 열 전도성 화합물은 배터리 상자, 라디에이터 및 보다 통합된 방열 부품과 같은 하우징에 사용할 수 있습니다.
전기/전자, 자동차, 조명, 의료 장비 및 산업 기계 산업의 OEM은 라디에이터 및 기타 방열 장치, LED를 포함한 응용 분야를 위한 새로운 솔루션을 찾고 있기 때문에 수년 동안 열 전도성 열가소성 수지에 관심을 가져왔습니다.케이스와 배터리 케이스입니다.
업계 조사에 따르면 이러한 소재는 순수 전기 자동차, 복잡한 자동차, 대형 상용 LED 조명 부품 등 새로운 응용 분야에 힘입어 두 자릿수 비율로 성장하고 있는 것으로 나타났습니다.열 전도성 플라스틱은 많은 장점을 가지고 있기 때문에 금속(특히 알루미늄) 및 세라믹과 같은 보다 전통적인 재료에 도전하고 있습니다. 플라스틱 화합물은 무게가 더 가볍고, 비용이 저렴하며, 형성이 쉽고, 맞춤화가 가능하며, 열 안정성에서 더 많은 이점을 제공할 수 있습니다. , 충격 강도 및 긁힘 방지 및 내마모성.
열전도율을 높이는 첨가제로는 흑연, 그래핀, 질화붕소, 알루미나 등 세라믹 필러 등이 있다.이를 사용하는 기술도 발전하고 비용 효율성이 높아지고 있습니다.또 다른 추세는 열 전도성 화합물에 저가의 엔지니어링 수지(나일론 6, 66, PC 등)를 도입하는 것입니다. 이로 인해 PPS, PSU, PEI 등 일반적으로 사용되는 고가 재료가 경쟁하게 됩니다.
왜 그렇게 소란스러운 걸까요?RTP 관계자는 "순 부품을 형성하고, 부품 수와 조립 단계를 줄이고, 무게와 비용을 줄이는 능력은 모두 이러한 재료를 채택하는 원동력입니다."라고 말했습니다."전기 인클로저 및 부품 오버몰딩과 같은 특정 응용 분야의 경우 전기 절연체가 될 때 열을 전달하는 능력이 관심의 초점입니다."
BASF 기능성 소재 사업부의 전자 및 전기 운송 마케팅 관리자인 Dalia Naamani-Goldman은 다음과 같이 덧붙였습니다. “열 전도성은 전자 부품 제조업체와 자동차 OEM의 관심이 높아지는 문제로 빠르게 대두되고 있습니다.기술의 발전과 공간의 제약으로 인해 응용분야가 소형화됨에 따라 열에너지의 축적과 확산이 주목받고 있습니다.부품의 설치 공간이 제한되면 금속 방열판을 추가하거나 금속 부품을 삽입하기가 어렵습니다.”
Naamani-Goldman은 고전압 애플리케이션이 자동차에 침투하고 있으며 처리 능력에 대한 수요도 증가하고 있다고 설명했습니다.전기 자동차 배터리 팩에서 열을 분산 및 방출하기 위해 금속을 사용하면 무게가 증가하므로 인기가 없습니다.또한 높은 전력으로 작동하는 금속 부품은 위험한 감전을 일으킬 수 있습니다.열 전도성이 있지만 비전도성 플라스틱 수지는 전기 안전을 유지하면서 더 높은 전압을 허용합니다.
Celanese의 현장 개발 엔지니어인 James Miller(2014년 Celanese가 인수한 Cool Polymers의 전신)는 전기 및 전자 부품, 특히 전기 자동차의 전기 및 전자 부품이 부품 공간과 함께 성장했으며 점점 더 혼잡해지고 계속 축소되고 있다고 말했습니다.“이러한 구성 요소의 크기 감소를 제한하는 한 가지 요소는 열 관리 기능입니다.열 전도성 패키징 옵션의 개선으로 장치가 더 작고 효율적으로 만들어졌습니다.”
Miller는 전력 전자 장비에서 열 전도성 플라스틱을 오버몰딩하거나 패키징할 수 있으며 이는 금속이나 세라믹에서는 사용할 수 없는 설계 선택이라고 지적했습니다.열을 발생시키는 의료 장치(예: 카메라 또는 소작 부품이 포함된 의료 장치)의 경우 열 전도성 플라스틱의 설계 유연성으로 인해 더 가벼운 기능성 포장이 가능해졌습니다.
PolyOne의 특수 엔지니어링 재료 사업 총괄인 Jean-Paul Scheepens는 자동차 및 E/E 산업이 열 전도성 화합물에 대한 수요가 가장 크다고 지적했습니다.그는 이들 제품이 설계 자유도 확대 등 다양한 고객 및 업계 요구를 충족할 수 있어 설계가 가능해졌습니다. 표면적이 늘어나 열 안정성이 향상될 수 있다고 말했습니다.열 전도성 폴리머는 또한 방열판과 하우징을 동일한 구성 요소에 통합하는 등 보다 가벼운 옵션과 부품 통합을 제공하고 보다 통합된 열 관리 시스템을 생성하는 기능을 제공합니다.사출 성형 공정의 우수한 경제성은 또 다른 긍정적인 요소입니다.”
Covestro의 폴리카보네이트 수석 마케팅 관리자인 Joel Matsco는 열 전도성 플라스틱이 주로 자동차 응용 분야에 중점을 두고 있다고 믿습니다.“약 50%의 밀도 이점으로 무게를 크게 줄일 수 있습니다.이는 전기차에도 확장될 수 있다.많은 배터리 모듈은 여전히 ​​열 관리를 위해 금속을 사용하고 있으며, 대부분의 모듈은 내부에 많은 반복 구조를 사용하기 때문에 열 전도성을 사용합니다. 금속을 폴리머로 대체함으로써 절감된 무게는 빠르게 증가했습니다.”
Covestro는 또한 대형 상업용 조명 부품의 경량화 경향을 보고 있습니다.Matsco는 다음과 같이 지적합니다. "70파운드의 높은 베이 조명 대신 35파운드의 조명은 구조가 덜 필요하며 설치자가 비계를 운반하기가 더 쉽습니다."Covestro에는 플라스틱 부품이 컨테이너 역할을 하고 열 관리 기능을 제공하는 라우터와 같은 전자 인클로저 프로젝트도 있습니다.Matsco는 "모든 시장에서 디자인에 따라 비용을 최대 20%까지 절감할 수도 있습니다."라고 말했습니다.
PolyOne의 Sheepens는 자동차 및 E/E 분야의 열 전도성 기술의 주요 응용 분야에는 LED 조명, 방열판 및 전자 섀시(예: 마더보드, 인버터 박스, 전력 관리/보안 응용 분야)가 포함된다고 밝혔습니다.마찬가지로 RTP 소스에서는 열 전도성 화합물이 하우징 및 방열판뿐만 아니라 산업, 의료 또는 전자 장비의 보다 통합된 방열 구성 요소에 사용되는 것을 확인합니다.
Covestro의 Matsco는 상업용 조명의 주요 응용 분야가 금속 라디에이터를 교체하는 것이라고 말했습니다.마찬가지로 라우터와 기지국에서도 고급 네트워크 애플리케이션의 열 관리가 증가하고 있습니다.BASF의 Naamani-Goldman은 전자 부품에는 버스 바, 고전압 정션 박스 및 커넥터, 모터 절연체, 전면 및 후면 카메라가 포함된다는 점을 구체적으로 지적했습니다.
Celanese의 Miller는 열 전도성 플라스틱이 LED 조명에 대한 더 높은 열 관리 요구 사항을 충족할 수 있는 3D 설계 유연성을 제공하는 데 큰 진전을 이루었다고 말했습니다.그는 "자동차 조명에서 당사의 CoolPoly 열 전도성 폴리머(TCP)를 사용하면 얇은 머리 위 조명 하우징과 외부 헤드라이트용 알루미늄 교체 라디에이터를 사용할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.
Celanese의 Miller는 CoolPoly TCP가 제한된 대시보드 공간, 공기 흐름 및 열로 인해 성장하고 있는 자동차 헤드업 디스플레이(HUD)를 위한 솔루션을 제공한다고 말했습니다. 이 애플리케이션은 균일한 조명보다 더 높은 열 방출이 필요합니다.햇빛은 자동차의 이 위치에 빛납니다.“열 전도성 플라스틱의 무게는 알루미늄보다 가볍기 때문에 차량의 이 부분에 충격과 진동이 미치는 영향을 줄여 이미지 왜곡을 일으킬 수 있습니다.”
배터리 케이스에서 Celanese는 CoolPoly TCP D 시리즈를 통해 전기 전도성 없이 열 전도성을 제공함으로써 비교적 엄격한 애플리케이션 품질 요구 사항을 충족할 수 있는 혁신적인 솔루션을 찾았습니다.때로는 열 전도성 플라스틱의 보강재가 신장을 제한하므로 Celanese 재료 전문가는 일반 등급(100 MPa 굴곡 강도, 14 GPa 굴곡 탄성률, 9 kJ/m2)보다 인성이 강한 나일론 기반 등급 CoolPoly TCP를 개발했습니다. 열 전도성이나 밀도를 희생하지 않고 샤르피 노치 충격).
CoolPoly TCP는 대류 설계에 유연성을 제공하며 역사적으로 알루미늄을 사용해 온 많은 응용 분야의 열 전달 요구 사항을 충족할 수 있습니다.사출 성형의 장점은 알루미늄 다이캐스팅이 알루미늄 에너지의 1/3을 소비하고 수명이 6배 연장된다는 것입니다.
Covestro의 Matsco에 따르면 자동차 부문의 주요 응용 분야는 전조등 모듈, 안개등 모듈 및 후미등 모듈의 라디에이터를 교체하는 것입니다.LED 하이빔 및 로우빔 기능용 방열판, LED 광파이프 및 라이트 가이드, 주간 주행등(DRL) 및 방향 지시등은 모두 잠재적인 응용 분야입니다.
Matsco는 다음과 같이 지적했습니다. “Makrolon 열 PC의 주요 원동력 중 하나는 방열판 기능을 조명 구성 요소(예: 반사경, 베젤, 하우징)에 직접 통합할 수 있는 능력입니다. 이는 다중 사출 성형 또는 이중 사출 성형을 통해 달성됩니다. 구성 요소 방법.“일반적으로 PC로 제작되는 반사경과 프레임을 통해 열전도성 PC를 다시 성형해 열을 제어하면 접착력이 향상되어 나사나 접착제를 고정할 필요성이 줄어드는 것을 확인할 수 있습니다.수요.이를 통해 부품 수, 보조 작업 및 전체 시스템 수준 비용이 절감됩니다.또한, 전기차 분야에서는 배터리 모듈의 열 관리 및 지원 구조에서도 기회를 보고 있습니다.”
BASF의 나아마니-골드만(Naamani-Goldman)도 전기차 분야에서 배터리 분리막 등 배터리팩 부품이 매우 유망하다고 밝혔다."리튬이온 배터리는 많은 열을 발생하지만 약 65°C의 일정한 환경에 있어야 합니다. 그렇지 않으면 성능이 저하되거나 고장납니다."
처음에는 열 전도성 플라스틱 화합물이 고급 엔지니어링 수지를 기반으로 했습니다.그러나 최근에는 나일론 6 및 66, PC 및 PBT와 같은 배치 엔지니어링 수지가 큰 역할을 했습니다.Covestro의 Matsco는 다음과 같이 말했습니다. “이 모든 것은 야생에서 발견되었습니다.하지만 비용 문제로 인해 시장은 주로 나일론과 폴리카보네이트에 집중된 것으로 보인다”고 말했다.
Scheepens는 PPS가 여전히 많이 사용되지만 PolyOne의 나일론 6 및 66과 PBT가 증가했다고 말했습니다.
RTP는 나일론, PPS, PBT, PC 및 PP가 가장 널리 사용되는 수지이지만 응용 분야에 따라 PEI, PEEK 및 PPSU와 같은 다양한 고성능 열가소성 수지를 사용할 수 있다고 밝혔습니다.RTP 관계자는 “예를 들어 LED 램프의 방열판은 나일론 66 복합재료로 만들어 최대 35W/mK의 열전도율을 제공할 수 있다”고 말했다.잦은 멸균을 견뎌야 하는 수술용 배터리의 경우 PPSU가 필요합니다.전기 절연 특성 및 습기 축적을 줄입니다.”
Naamani-Goldman은 BASF가 나일론 6 및 66 등급을 포함하여 여러 가지 상업용 열 전도성 화합물을 보유하고 있다고 말했습니다.“우리 소재는 모터 하우징, 전기 인프라 등 다양한 응용 분야에서 생산에 활용되었습니다.열전도율에 대한 고객의 요구 사항을 지속적으로 파악함에 따라 이는 활발한 개발 영역입니다.많은 고객은 전도도가 어느 정도 필요한지 모르기 때문에 특정 응용 분야에 맞게 재료를 맞춤화해야 효과적입니다.”
DSM Engineering Plastics는 최근 전기 자동차 열 관리 시스템의 성능을 최적화하는 40% 유리 섬유 강화 PPS인 Xytron G4080HR을 출시했습니다.열 노화 특성, 내가수분해성, 치수 안정성, 고온에서의 내화학성 및 고유한 난연성을 갖도록 설계되었습니다.
보고에 따르면 이 소재는 130°C가 넘는 연속 작업 온도에서 6000~10,000시간의 강도를 유지할 수 있다고 합니다.최근 3000시간 135°C 물/글리콜 액체 테스트에서 Xytron G4080HR의 인장강도는 동급 제품에 비해 114%, 파단신율은 63% 증가했습니다.
RTP는 응용 요구 사항에 따라 다양한 첨가제를 사용하여 열 전도성을 향상시킬 수 있다고 밝혔으며 다음과 같이 지적했습니다. “가장 널리 사용되는 첨가제는 계속해서 흑연과 같은 첨가제이지만 우리는 그래핀 또는 그래핀과 같은 새로운 옵션을 탐색해 왔습니다. 새로운 세라믹 첨가제..체계."
후자의 예는 작년에 Huber Engineered Polymers의 Martinswerk Div에 의해 시작되었습니다.보고서에 따르면 알루미나를 기반으로 하고 새로운 이동 추세(예: 전기화)에 대해 Martoxy 시리즈 첨가제의 성능은 다른 알루미나 및 기타 전도성 필러보다 우수합니다.Martoxy는 입자 크기 분포와 형태를 제어하여 향상된 패킹과 밀도, 독특한 표면 처리 기능을 제공합니다.보고에 따르면 기계적 특성이나 유변학적 특성에 영향을 주지 않고 60%를 초과하는 충전량으로 사용할 수 있습니다.PP, TPO, 나일론 6 및 66, ABS, PC 및 LSR에서 탁월한 잠재력을 보여줍니다.
Covestro의 Matsco는 흑연과 그래핀이 모두 널리 사용되어 왔으며 흑연은 상대적으로 저렴하고 적당한 열 전도성을 갖는 반면, 그래핀은 일반적으로 더 비싸지만 분명한 열 전도성 이점을 가지고 있다고 지적했습니다.그는 “열 전도성, 전기 절연(TC/EI) 재료가 필요한 경우가 많으며 여기에는 질화붕소와 ​​같은 첨가제가 일반적으로 사용됩니다.불행하게도 당신은 아무것도 얻지 못합니다.이 경우 질화붕소는 전기 절연성은 향상되지만 열전도율은 감소합니다.더욱이 질화붕소의 가격은 매우 높을 수 있으므로 TC/EI는 비용 증가를 시급히 입증해야 하는 재료 성능이 되어야 합니다.
BASF의 Naamani-Goldman은 다음과 같이 설명합니다. “열 전도성과 기타 요구 사항 간의 균형을 맞추는 것이 과제입니다.재료를 대량으로 효율적으로 처리할 수 있고 기계적 특성이 너무 많이 떨어지지 않도록 보장합니다.또 다른 과제는 널리 채택될 수 있는 시스템을 만드는 것입니다.비용 효율적인 솔루션입니다.”
PolyOne의 Scheepens는 탄소 기반 필러(흑연)와 세라믹 필러 모두 필요한 열 전도성을 달성하고 다른 전기적 및 기계적 특성의 균형을 맞출 것으로 예상되는 유망한 첨가제라고 믿습니다.
Celanese의 Miller는 회사가 열 전도성 범위를 0.4-40 W/mK로 만드는 독점 성분을 제공하기 위해 업계에서 가장 광범위한 수직 통합 기본 수지를 결합하는 다양한 첨가제를 탐색했다고 말했습니다.
열·전기 전도성이나 열·난연제 등 다기능 전도성 화합물에 대한 수요도 늘어날 것으로 보인다.
Covestro의 Matsco는 회사가 열 전도성 Makrolon TC8030 및 TC8060 PC를 출시했을 때 고객이 즉시 전기 절연 재료로 만들 수 있는지 묻기 시작했다고 지적했습니다.“해결책은 그리 간단하지 않습니다.EI를 개선하기 위해 우리가 하는 모든 일은 TC에 부정적인 영향을 미칠 것입니다.이제 우리는 Makrolon TC110 폴리카보네이트를 제공하고 이러한 요구 사항을 충족하는 다른 솔루션을 개발하고 있습니다.”
BASF의 나아마니-골드만(Naamani-Goldman)은 다양한 응용 분야에는 배터리 팩 및 고전압 커넥터와 같은 열 전도성 및 기타 특성이 필요하며, 이는 모두 열 방출이 필요하고 리튬 이온 배터리를 사용할 때 엄격한 난연성 표준을 충족해야 한다고 말했습니다.
PolyOne, RTP 및 Celanese는 모두 모든 시장 부문에서 다기능 화합물에 대한 엄청난 수요를 확인했으며 열 전도성 및 EMI 차폐, 더 높은 충격, 난연성, 전기 절연 및 UV 저항 및 열 안정성과 같은 기능을 갖춘 화합물을 제공합니다.
전통적인 성형 기술은 고온 재료에는 효과적이지 않습니다.성형업체는 고온 사출 성형으로 인해 때때로 발생하는 문제를 해결하기 위해 특정 조건과 매개변수를 이해해야 합니다.
새로운 연구에서는 LLDPE와 혼합된 LDPE의 유형과 양이 블로운 필름의 가공성과 강도/인성에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.LDPE가 풍부한 혼합물과 LLDPE가 풍부한 혼합물에 대한 데이터가 표시됩니다.