Peso leve, baixo custo, alta resistência ao impacto, moldabilidade e personalização estão impulsionando rapidamente a demanda por termoplásticos, que ajudam a manter a refrigeração dos componentes eletrônicos, da iluminação e dos motores dos automóveis.#Poliolefina
Os compostos termicamente condutores da PolyOne são usados ​​em aplicações automotivas e E/E, como iluminação LED, dissipadores de calor e gabinetes eletrônicos.
Os produtos térmicos para PC Makrolon da Covestro incluem classes para lâmpadas LED e dissipadores de calor.
Os compostos termicamente condutores da RTP podem ser usados ​​em invólucros como caixas de baterias, bem como em radiadores e componentes de dissipação de calor mais integrados.
Os OEMs dos setores elétrico/eletrônico, automotivo, de iluminação, de equipamentos médicos e de máquinas industriais têm se interessado por termoplásticos termicamente condutivos há muitos anos porque buscam novas soluções para aplicações que incluem radiadores e outros dispositivos de dissipação de calor, LEDs.Caixa e caixa de bateria.
A investigação da indústria mostra que estes materiais estão a crescer a uma taxa de dois dígitos, impulsionados por novas aplicações, tais como veículos totalmente eléctricos, carros complexos e grandes componentes de iluminação comercial LED.Os plásticos termicamente condutores estão desafiando os materiais mais tradicionais, como os metais (especialmente o alumínio) e a cerâmica, porque apresentam muitas vantagens: os compostos plásticos são mais leves, mais baratos, fáceis de formar, personalizáveis ​​e podem fornecer mais vantagens em termos de estabilidade térmica. , Resistência ao impacto e resistência a arranhões e resistência à abrasão.
Os aditivos que melhoram a condutividade térmica incluem grafite, grafeno e cargas cerâmicas, como nitreto de boro e alumina.A tecnologia para usá-los também está avançando e se tornando mais econômica.Outra tendência é a introdução de resinas de engenharia de baixo custo (como náilon 6 e 66 e PC) em compostos termicamente condutores, o que coloca em competição materiais de alto preço mais comumente usados, como PPS, PSU e PEI.
Por que tanto alarido?Uma fonte da RTP disse: “A capacidade de formar peças líquidas, reduzir o número de peças e etapas de montagem e reduzir peso e custo são forças motrizes para a adoção destes materiais”.“Para certas aplicações, como gabinetes elétricos e sobremoldagem de componentes, a capacidade de transferir calor ao se tornar um isolador elétrico é o foco de atenção.”
Dalia Naamani-Goldman, Gerente de Marketing de Transporte Eletrônico e Elétrico do Negócio de Materiais Funcionais da BASF, acrescentou: “A condutividade térmica está rapidamente se tornando uma questão de crescente preocupação para fabricantes de componentes eletrônicos e OEMs automotivos.Devido aos avanços tecnológicos e às restrições de espaço, as aplicações são miniaturizadas e, portanto, térmicas. A acumulação e disseminação de energia tornou-se o foco de atenção.Se a área ocupada pelo componente for limitada, será difícil adicionar um dissipador de calor metálico ou inserir um componente metálico.”
Naamani-Goldman explicou que as aplicações de alta tensão estão penetrando nos automóveis e a demanda por poder de processamento também está crescendo.Nas baterias de veículos elétricos, o uso de metal para dispersar e dissipar o calor aumenta o peso, o que é uma escolha impopular.Além disso, peças metálicas operando em alta potência podem causar choques elétricos perigosos.A resina plástica termicamente condutora, mas não condutora, permite tensões mais altas, mantendo a segurança elétrica.
O engenheiro de desenvolvimento de campo da Celanese, James Miller (antecessor da Cool Polymers adquirida pela Celanese em 2014), disse que os componentes elétricos e eletrônicos, especialmente os componentes elétricos e eletrônicos em veículos elétricos, cresceram com o espaço de componentes.“Um fator que limita a redução do tamanho desses componentes é a sua capacidade de gerenciamento térmico.As melhorias nas opções de embalagens termicamente condutoras tornam os dispositivos menores e mais eficientes.”
Miller destacou que em equipamentos eletrônicos de potência, plásticos termicamente condutores podem ser sobremoldados ou embalados, o que é uma opção de design não disponível em metais ou cerâmicas.Para dispositivos médicos geradores de calor (como dispositivos médicos com câmeras ou componentes de cauterização), a flexibilidade de design dos plásticos termicamente condutores permite embalagens funcionais mais leves.
Jean-Paul Scheepens, gerente geral do negócio de materiais de engenharia especializados da PolyOne, destacou que as indústrias automotiva e de E/E têm a maior demanda por compostos termicamente condutivos.Ele disse que esses produtos podem atender a uma variedade de necessidades dos clientes e da indústria, incluindo maior liberdade de design, permitindo o design. O aumento da área de superfície pode melhorar a estabilidade térmica.Os polímeros termicamente condutores também oferecem opções mais leves e consolidação de peças, como a integração de dissipadores de calor e invólucros no mesmo componente e a capacidade de criar um sistema de gerenciamento térmico mais unificado.A boa eficiência económica do processo de moldagem por injeção é outro fator positivo.”
Joel Matsco, gerente sênior de marketing de policarbonato da Covestro, acredita que os plásticos termicamente condutivos se concentram principalmente em aplicações automotivas.“Com uma vantagem de densidade de cerca de 50%, eles podem reduzir significativamente o peso.Isto também pode ser estendido aos veículos elétricos.Muitos módulos de bateria ainda usam metal para gerenciamento térmico e, como a maioria dos módulos usa muitas estruturas repetitivas em seu interior, eles usam condutividade térmica. O peso economizado pela substituição de metais por polímeros aumentou rapidamente.”
A Covestro também vê uma tendência de redução de peso em grandes componentes de iluminação comercial.Matsco ressalta: “Luzes altas de 35 libras em vez de 70 libras exigem menos estrutura e são mais fáceis para os instaladores transportarem andaimes”.A Covestro também possui projetos de gabinetes eletrônicos, como roteadores, nos quais peças plásticas atuam como contêineres e fornecem gerenciamento de calor.Matsco disse: “Em todos os mercados, dependendo do design, também podemos reduzir custos em até 20%”.
Sheepens da PolyOne afirmou que as principais aplicações de sua tecnologia de condutividade térmica em automóveis e E/E incluem iluminação LED, dissipadores de calor e chassis eletrônicos, como placas-mãe, caixas de inversores e aplicações de gerenciamento de energia/segurança.Da mesma forma, as fontes RTP veem seus compostos termicamente condutores sendo usados ​​em caixas e dissipadores de calor, bem como componentes de dissipação de calor mais integrados em equipamentos industriais, médicos ou eletrônicos.
Matsco, da Covestro, disse que a principal aplicação da iluminação comercial é a substituição de radiadores metálicos.Da mesma forma, o gerenciamento térmico de aplicações de rede de ponta também está crescendo em roteadores e estações base.Naamani-Goldman da BASF apontou especificamente que os componentes eletrônicos incluem barramentos, caixas de junção e conectores de alta tensão, isoladores de motor e câmeras de visão frontal e traseira.
Miller, da Celanese, disse que os plásticos termicamente condutores fizeram grandes avanços no fornecimento de flexibilidade de design 3D para atender aos requisitos mais elevados de gerenciamento térmico para iluminação LED.Ele acrescentou: “Na iluminação automotiva, nosso Polímero Termicamente Condutor (TCP) CoolPoly permite o uso de caixas de iluminação suspensa de perfil fino e radiadores de substituição de alumínio para faróis externos.”
Miller, da Celanese, disse que o CoolPoly TCP fornece uma solução para o crescente head-up display automotivo (HUD) - devido ao espaço limitado no painel, ao fluxo de ar e ao calor, esta aplicação requer maior dissipação de calor do que a iluminação uniforme.A luz solar brilha nesta posição do carro.“O peso do plástico termicamente condutor é mais leve que o do alumínio, o que pode reduzir o impacto de choques e vibrações nesta parte do veículo, o que pode causar distorção de imagem.”
No caso da bateria, a Celanese encontrou uma solução inovadora através da série CoolPoly TCP D, que pode fornecer condutividade térmica sem condutividade elétrica, atendendo assim a requisitos de qualidade de aplicação relativamente rigorosos.Às vezes, o material de reforço no plástico termicamente condutor limita seu alongamento, então os especialistas em materiais da Celanese desenvolveram um CoolPoly TCP à base de náilon, que é mais resistente do que o tipo típico (resistência à flexão de 100 MPa, módulo de flexão de 14 GPa, 9 kJ/m2 Impacto de entalhe Charpy) sem sacrificar a condutividade térmica ou densidade.
CoolPoly TCP oferece flexibilidade no projeto de convecção e pode atender aos requisitos de transferência de calor de muitas aplicações que historicamente usaram alumínio.A vantagem de sua moldagem por injeção é que as peças fundidas de alumínio consomem um terço da energia do alumínio e a vida útil é estendida em seis vezes.
Segundo Matsco, da Covestro, no setor automotivo a principal aplicação é a substituição de radiadores em módulos de faróis, módulos de faróis de neblina e módulos de lanternas traseiras.Dissipadores de calor para funções de farol alto e baixo de LED, tubos de luz LED e guias de luz, luzes diurnas (DRL) e luzes de pisca são todas aplicações potenciais.
Matsco destacou: “Uma das principais forças motrizes do Makrolon Thermal PC é a capacidade de integrar diretamente a função de dissipador de calor nos componentes de iluminação (como refletores, engastes e caixas), o que é conseguido por moldagem por injeção múltipla ou dois- métodos de componentes.“Através do refletor e da moldura geralmente feitos de PC, a adesão aprimorada pode ser vista quando o PC termicamente condutor é moldado nele para controlar o calor, reduzindo assim a necessidade de parafusos ou adesivos de fixação.Demanda.Isto reduz o número de peças, operações auxiliares e custos gerais no nível do sistema.Além disso, na área de veículos elétricos, vemos oportunidades na gestão térmica e estrutura de suporte de módulos de baterias.”
Naamani-Goldman da BASF (Naamani-Goldman) também afirmou em veículos elétricos que os componentes da bateria, como separadores de bateria, são muito promissores.“As baterias de íons de lítio geram muito calor, mas precisam estar em um ambiente constante de cerca de 65°C, caso contrário, elas se degradarão ou falharão.”
Inicialmente, os compostos plásticos termicamente condutores eram baseados em resinas de engenharia de alta qualidade.Mas nos últimos anos, resinas de engenharia em lote, como náilon 6 e 66, PC e PBT, desempenharam um papel importante.Matsco da Covestro disse: “Tudo isso foi encontrado na natureza.No entanto, por razões de custo, o mercado parece estar concentrado principalmente em nylon e policarbonato.”
Scheepens disse que embora o PPS ainda seja usado com muita frequência, o náilon 6 e 66 e o ​​PBT da PolyOne aumentaram.
A RTP afirmou que nylon, PPS, PBT, PC e PP são as resinas mais populares, mas dependendo do desafio da aplicação, muitos termoplásticos de maior desempenho, como PEI, PEEK e PPSU, podem ser usados.Uma fonte da RTP disse: “Por exemplo, o dissipador de calor de uma lâmpada LED pode ser feito de material compósito de nylon 66 para fornecer uma condutividade térmica de até 35 W/mK.Para baterias cirúrgicas que devem suportar esterilização frequente, é necessário PPSU.Propriedades de isolamento elétrico e redução do acúmulo de umidade.”
Naamani-Goldman disse que a BASF possui vários compostos comerciais termicamente condutores, incluindo náilon 6 e 66.“O uso de nossos materiais foi colocado em produção em diversas aplicações, como carcaças de motores e infraestrutura elétrica.À medida que continuamos a determinar as necessidades dos clientes em termos de condutividade térmica, esta é uma área ativa de desenvolvimento.Muitos clientes não sabem que nível de condutividade precisam, portanto, os materiais devem ser adaptados para aplicações específicas para serem eficazes.”
A DSM Engineering Plastics lançou recentemente o Xytron G4080HR, um PPS reforçado com 40% de fibra de vidro que otimiza o desempenho dos sistemas de gerenciamento térmico de veículos elétricos.É projetado com propriedades de envelhecimento térmico, resistência à hidrólise, estabilidade dimensional, resistência química a altas temperaturas e retardamento de chama inerente.
Segundo relatos, este material pode manter uma resistência de 6.000 a 10.000 horas a uma temperatura de trabalho contínua superior a 130°C.No mais recente teste de água/glicol líquido a 135°C de 3.000 horas, a resistência à tração do Xytron G4080HR aumentou 114% e o alongamento na ruptura aumentou 63% em comparação com o produto equivalente.
A RTP afirmou que, de acordo com os requisitos da aplicação, qualquer um de uma variedade de aditivos pode ser usado para melhorar a condutividade térmica e destacou: “Os aditivos mais populares continuam a ser aditivos como o grafite, mas temos explorado novas opções como o grafeno ou novos aditivos cerâmicos..sistema."
Um exemplo deste último foi iniciado no ano passado pela Martinswerk Div ​​​​da Huber Engineered Polymers.Segundo relatos, com base em alumina, e para novas tendências de migração (como eletrificação), o desempenho dos aditivos da série Martoxid é melhor do que outras aluminas e outras cargas condutoras.Martoxid é aprimorado controlando a distribuição e a morfologia do tamanho das partículas para fornecer melhor empacotamento e densidade e tratamento de superfície exclusivo.Segundo relatos, pode ser utilizado com teor de enchimento superior a 60% sem afetar as propriedades mecânicas ou reológicas.Apresenta excelente potencial em PP, TPO, nylon 6 e 66, ABS, PC e LSR.
Matsco, da Covestro, disse que tanto o grafite quanto o grafeno têm sido amplamente utilizados e destacou que o grafite tem um custo relativamente baixo e uma condutividade térmica moderada, enquanto o grafeno geralmente custa mais, mas tem vantagens óbvias de condutividade térmica.Ele acrescentou: “Muitas vezes há necessidade de materiais termicamente condutores e eletricamente isolantes (TC/EI), e é aqui que aditivos como o nitreto de boro são comuns.Infelizmente, você não ganha nada.Neste caso, o nitreto de boro fornece O isolamento elétrico é melhorado, mas a condutividade térmica é reduzida.Além disso, o custo do nitreto de boro pode ser muito elevado, pelo que o TC/EI deve tornar-se um material de desempenho que necessita urgentemente de comprovar aumento de custos.
Naamani-Goldman, da BASF, coloca a questão desta forma: “O desafio é encontrar um equilíbrio entre a condutividade térmica e outros requisitos;para garantir que os materiais possam ser processados ​​eficientemente em grandes quantidades e que as propriedades mecânicas não caiam muito.Outro desafio é criar um sistema que possa ser amplamente adotado.Solução econômica.”
Scheepens da PolyOne acredita que tanto as cargas à base de carbono (grafite) quanto as cargas cerâmicas são aditivos promissores que devem atingir a condutividade térmica necessária e equilibrar outras propriedades elétricas e mecânicas.
Miller, da Celanese, disse que a empresa explorou uma variedade de aditivos que combinam a mais ampla seleção de resinas de base verticalmente integradas da indústria para fornecer ingredientes proprietários que tornam a condutividade térmica na faixa de 0,4-40 W/mK.
A demanda por compostos condutores multifuncionais, como condutividade térmica e elétrica ou retardadores térmicos e de chama, também parece aumentar.
Matsco, da Covestro, destacou que quando a empresa lançou seus PCs termicamente condutivos Makrolon TC8030 e TC8060, os clientes imediatamente começaram a perguntar se eles poderiam ser transformados em materiais de isolamento elétrico.“A solução não é tão simples.Tudo o que fizermos para melhorar a IE terá um impacto negativo na CT.Agora oferecemos o policarbonato Makrolon TC110 e estamos desenvolvendo outras soluções para atender a esses requisitos.”
Naamani-Goldman, da BASF, disse que diferentes aplicações exigem condutividade térmica e outras características, como baterias e conectores de alta tensão, que precisam de dissipação de calor e devem atender a rígidos padrões de retardamento de chama ao usar baterias de íons de lítio.
PolyOne, RTP e Celanese têm visto uma enorme demanda por compostos multifuncionais de todos os segmentos de mercado e fornecem condutividade térmica e blindagem EMI, maior impacto, retardamento de chama, isolamento elétrico e compostos com funções como resistência UV e estabilidade térmica.
As técnicas tradicionais de moldagem não são eficazes para materiais de alta temperatura.Os moldadores precisam entender certas condições e parâmetros para resolver os problemas às vezes causados ​​pela moldagem por injeção em alta temperatura.
Um novo estudo mostra como o tipo e a quantidade de LDPE misturado com LLDPE afetam a processabilidade e a resistência/tenacidade do filme soprado.Os dados são apresentados para misturas ricas em LDPE e ricas em LLDPE.