Nízka hmotnosť, nízke náklady, vysoká rázová húževnatosť, tvarovateľnosť a prispôsobenie rýchlo zvyšujú dopyt po termoplastoch, ktoré pomáhajú udržiavať elektroniku, osvetlenie a motory áut v chlade.#Polyolefín
Tepelne vodivé zlúčeniny PolyOne sa používajú v automobilovom priemysle a E/E aplikáciách, ako je LED osvetlenie, chladiče a elektronické kryty.
Termálne PC produkty Makrolon od Covestro zahŕňajú typy pre LED lampy a chladiče.
Tepelne vodivé zlúčeniny RTP možno použiť v krytoch, ako sú batériové boxy, ako aj radiátory a integrovanejšie komponenty na odvádzanie tepla.
OEM výrobcovia v elektrotechnickom/elektronickom priemysle, automobilovom priemysle, osvetlení, zdravotníckych zariadeniach a priemyselných strojoch sa už mnoho rokov zaujímajú o tepelne vodivé termoplasty, pretože hľadajú nové riešenia pre aplikácie vrátane radiátorov a iných zariadení na odvádzanie tepla, LED diód.Puzdro a puzdro na batériu.
Prieskum v priemysle ukazuje, že tieto materiály rastú dvojciferným tempom vďaka novým aplikáciám, ako sú plne elektrické vozidlá, zložité autá a veľké komerčné komponenty LED osvetlenia.Tepelne vodivé plasty sú výzvou pre tradičnejšie materiály, ako sú kovy (najmä hliník) a keramika, pretože majú mnoho výhod: plastové zmesi sú ľahšie, majú nižšiu cenu, ľahko sa formujú, prispôsobujú sa a môžu poskytnúť viac výhod v tepelnej stabilite. , Nárazová pevnosť a odolnosť proti poškriabaniu a oderu.
Prísady, ktoré zlepšujú tepelnú vodivosť, zahŕňajú grafit, grafén a keramické plnivá, ako je nitrid bóru a oxid hlinitý.Technológia na ich používanie tiež napreduje a stáva sa nákladovo efektívnejšou.Ďalším trendom je zavádzanie lacných inžinierskych živíc (ako je nylon 6 a 66 a PC) do tepelne vodivých zlúčenín, čo stavia do konkurencie bežne používané materiály s vysokou cenou, ako sú PPS, PSU a PEI.
O čom je ten rozruch?Zdroj z RTP povedal: „Schopnosť vytvárať sieťové diely, znižovať počet dielov a montážnych krokov a znižovať hmotnosť a náklady sú hnacou silou pre prijatie týchto materiálov.“"Pri určitých aplikáciách, ako sú elektrické kryty a prelisovanie komponentov, je stredobodom pozornosti schopnosť prenášať teplo, keď sa stanete elektrickým izolátorom."
Dalia Naamani-Goldman, manažérka marketingu elektronickej a elektrickej dopravy v divízii funkčných materiálov BASF, dodala: „Tepelná vodivosť sa rýchlo stáva problémom, ktorý vyvoláva čoraz väčšie obavy výrobcov elektronických súčiastok a automobilových OEM.V dôsledku technologického pokroku a priestorových obmedzení sú aplikácie miniaturizované, a preto tepelné. Akumulácia a šírenie energie sa stali stredobodom pozornosti.Ak je pôdorys komponentu obmedzený, je ťažké pridať kovový chladič alebo vložiť kovový komponent.“
Naamani-Goldman vysvetlil, že aplikácie s vyšším napätím prenikajú do automobilov a rastie aj dopyt po výkone spracovania.V akumulátoroch elektrických vozidiel použitie kovu na rozptýlenie a rozptýlenie tepla zvyšuje hmotnosť, čo je nepopulárna voľba.Okrem toho kovové časti pracujúce s vysokým výkonom môžu spôsobiť nebezpečné úrazy elektrickým prúdom.Tepelne vodivá, ale nevodivá plastová živica umožňuje vyššie napätie pri zachovaní elektrickej bezpečnosti.
Poľný vývojový inžinier spoločnosti Celanese James Miller (predchodca spoločnosti Cool Polymers, ktorú spoločnosť Celanese získala v roku 2014) uviedol, že elektrické a elektronické komponenty, najmä elektrické a elektronické komponenty v elektrických vozidlách, rástli s priestorom komponentov, ktorý je čoraz viac preplnený a stále sa zmenšuje.„Jedným z faktorov, ktoré obmedzujú zmenšenie veľkosti týchto komponentov, sú ich schopnosti tepelného manažmentu.Vďaka vylepšeniam tepelne vodivých možností balenia sú zariadenia menšie a efektívnejšie.“
Miller poukázal na to, že vo výkonových elektronických zariadeniach môžu byť tepelne vodivé plasty zaformované alebo zabalené, čo je dizajnová voľba, ktorá nie je k dispozícii v kovoch alebo keramike.Pri zdravotníckych pomôckach generujúcich teplo (ako sú zdravotnícke pomôcky s kamerami alebo kauterizačnými komponentmi) konštrukčná flexibilita tepelne vodivých plastov umožňuje ľahšie funkčné balenie.
Jean-Paul Scheepens, generálny riaditeľ divízie špeciálnych inžinierskych materiálov PolyOne, poukázal na to, že najväčší dopyt po tepelne vodivých zlúčeninách má automobilový a elektrotechnický priemysel.Povedal, že tieto produkty môžu spĺňať rôzne potreby zákazníkov a priemyslu, vrátane rozšírenej voľnosti dizajnu, čo umožňuje dizajn Zväčšený povrch môže zlepšiť tepelnú stabilitu.Tepelne vodivé polyméry tiež poskytujú ľahšie možnosti a konsolidáciu dielov, ako je napríklad integrácia chladičov a krytov do rovnakého komponentu, a možnosť vytvoriť jednotnejší systém tepelného manažmentu.Dobrá ekonomická efektívnosť procesu vstrekovania je ďalším pozitívnym faktorom.“
Joel Matsco, senior marketingový manažér pre polykarbonát v Covestro, je presvedčený, že tepelne vodivé plasty sa zameriavajú najmä na automobilové aplikácie.„S výhodou hustoty približne 50 % môžu výrazne znížiť hmotnosť.To sa dá rozšíriť aj na elektromobily.Mnoho batériových modulov stále používa kov na tepelné riadenie, a pretože väčšina modulov používa vo vnútri mnoho opakujúcich sa štruktúr, využívajú tepelnú vodivosť. Hmotnosť ušetrená nahradením kovov polymérmi sa rýchlo zvýšila.
Covestro tiež vidí trend smerom k odľahčovaniu veľkých komponentov komerčného osvetlenia.Matsco poukazuje na to: „35-librové namiesto 70-librových výškových svietidiel vyžadujú menšiu štruktúru a pre inštalatérov je jednoduchšie prenášať lešenie.“Covestro má tiež projekty elektronických krytov, ako sú smerovače, v ktorých plastové časti fungujú ako kontajner a poskytujú riadenie tepla.Matsco povedal: „Na všetkých trhoch, v závislosti od dizajnu, môžeme tiež znížiť náklady až o 20 %.
Spoločnosť PolyOne's Sheepens's uviedla, že kľúčové aplikácie jej technológie tepelnej vodivosti v automobilovom priemysle a E/E zahŕňajú LED osvetlenie, chladiče a elektronické šasi, ako sú základné dosky, invertorové boxy a aplikácie na správu/zabezpečenie napájania.Podobne zdroje RTP vidia, že ich tepelne vodivé zlúčeniny sa používajú v krytoch a chladičoch, ako aj integrovanejšie komponenty na odvádzanie tepla v priemyselných, lekárskych alebo elektronických zariadeniach.
Matsco z Covestra povedal, že hlavnou aplikáciou komerčného osvetlenia je výmena kovových radiátorov.Podobne rastie aj tepelný manažment špičkových sieťových aplikácií v smerovačoch a základňových staniciach.Naamani-Goldman z BASF konkrétne poukázal na to, že elektronické komponenty zahŕňajú zbernice, vysokonapäťové spojovacie skrinky a konektory, izolátory motora a predné a zadné kamery.
Miller z Celanese povedal, že tepelne vodivé plasty urobili veľký pokrok v poskytovaní flexibility 3D dizajnu, aby splnili vyššie požiadavky na riadenie teploty pre LED osvetlenie.Dodal: „V automobilovom osvetlení náš tepelne vodivý polymér CoolPoly (TCP) umožňuje použitie tenkoprofilových krytov stropného osvetlenia a hliníkových náhradných radiátorov pre vonkajšie svetlomety.
Miller z Celanese povedal, že CoolPoly TCP poskytuje riešenie pre rastúci automobilový head-up displej (HUD) – kvôli obmedzenému priestoru na palubnej doske, prúdeniu vzduchu a teplu si táto aplikácia vyžaduje vyšší odvod tepla ako rovnomerné osvetlenie.Na túto polohu auta svieti slnečné svetlo."Hmotnosť tepelne vodivého plastu je ľahšia ako hliník, čo môže znížiť nárazy a vibrácie na túto časť vozidla, čo môže spôsobiť skreslenie obrazu."
V puzdre na batérie našla spoločnosť Celanese inovatívne riešenie prostredníctvom série CoolPoly TCP D, ktoré dokáže zabezpečiť tepelnú vodivosť bez elektrickej vodivosti, čím spĺňa relatívne prísne požiadavky na kvalitu aplikácie.Niekedy výstužný materiál v tepelne vodivom plaste obmedzuje jeho predĺženie, takže odborníci na materiály Celanese vyvinuli triedu CoolPoly TCP na báze nylonu, ktorá je tvrdšia ako typická trieda (pevnosť v ohybe 100 MPa, modul pružnosti v ohybe 14 GPa, 9 kJ / m2 Charpyho vrubový náraz) bez obetovania tepelnej vodivosti alebo hustoty.
CoolPoly TCP poskytuje flexibilitu v konvekčnom dizajne a dokáže splniť požiadavky na prenos tepla v mnohých aplikáciách, ktoré v minulosti používali hliník.Výhodou jeho vstrekovania je, že hliníkové tlakové odliatky spotrebujú jednu tretinu energie hliníka a životnosť sa predĺži šesťkrát.
Podľa Matsca z Covestro je v automobilovom sektore hlavnou aplikáciou výmena chladičov v moduloch svetlometov, moduloch hmlových svetiel a moduloch zadných svetiel.Potenciálnymi aplikáciami sú chladiče pre funkcie LED diaľkových a stretávacích svetiel, LED svetlovody a svetlovody, denné svetlá (DRL) a smerové svetlá.
Matsco zdôraznil: „Jednou z hlavných hnacích síl tepelného počítača Makrolon je schopnosť priamo integrovať funkciu chladiča do komponentov osvetlenia (ako sú reflektory, rámčeky a kryty), čo sa dosahuje viacnásobným vstrekovaním alebo dvoma komponentné metódy.„Prostredníctvom reflektora a rámu, ktorý je zvyčajne vyrobený z PC, je možné vidieť zlepšenú priľnavosť, keď sa naň tepelne vodivý PC znovu nalisuje, aby sa regulovalo teplo, čím sa zníži potreba upevňovacích skrutiek alebo lepidiel.Dopyt.Tým sa znižuje počet dielov, pomocných operácií a celkové náklady na úrovni systému.Okrem toho v oblasti elektrických vozidiel vidíme príležitosti v tepelnom manažmente a nosnej štruktúre batériových modulov.“
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) zo spoločnosti BASF tiež uviedol v elektrických vozidlách, že komponenty batériových blokov, ako sú oddeľovače batérií, sú veľmi sľubné.Lítium-iónové batérie generujú veľa tepla, ale musia byť v konštantnom prostredí s teplotou približne 65 °C, inak sa znehodnotia alebo zlyhajú.
Spočiatku boli tepelne vodivé plastové zlúčeniny založené na špičkových inžinierskych živiciach.Ale v posledných rokoch zohrali veľkú úlohu živice pre dávkové inžinierstvo ako nylon 6 a 66, PC a PBT.Matsco zo spoločnosti Covestro povedal: „Toto všetko bolo nájdené vo voľnej prírode.Zdá sa však, že z nákladových dôvodov sa trh sústreďuje hlavne na nylon a polykarbonát.“
Scheepens povedal, že hoci sa PPS stále veľmi často používa, nylon 6 a 66 a PBT spoločnosti PolyOne sa zvýšili.
RTP uviedla, že nylon, PPS, PBT, PC a PP sú najobľúbenejšie živice, ale v závislosti od aplikačnej výzvy je možné použiť mnoho vysokovýkonných termoplastov, ako sú PEI, PEEK a PPSU.Zdroj RTP uviedol: „Napríklad chladič LED lampy môže byť vyrobený z kompozitného materiálu nylon 66, ktorý poskytuje tepelnú vodivosť až 35 W/mK.Pre chirurgické batérie, ktoré musia vydržať častú sterilizáciu, sa vyžaduje PPSU.Elektroizolačné vlastnosti a znižujú hromadenie vlhkosti.“
Naamani-Goldman povedal, že BASF má niekoľko komerčných tepelne vodivých zlúčenín, vrátane nylonu 6 a 66.„Použitie našich materiálov bolo zavedené do výroby v rôznych aplikáciách, ako sú kryty motorov a elektrická infraštruktúra.Keďže neustále zisťujeme potreby zákazníkov v oblasti tepelnej vodivosti, ide o aktívnu oblasť vývoja.Mnoho zákazníkov nevie, akú úroveň vodivosti potrebujú, takže materiály musia byť prispôsobené pre konkrétne aplikácie, aby boli efektívne.“
Spoločnosť DSM Engineering Plastics nedávno uviedla na trh Xytron G4080HR, 40 % skleneným vláknom vystužený PPS, ktorý optimalizuje výkon systémov tepelného manažmentu elektrických vozidiel.Je navrhnutý s vlastnosťami tepelného starnutia, odolnosťou voči hydrolýze, rozmerovou stálosťou, chemickou odolnosťou pri vysokých teplotách a prirodzenou retardáciou horenia.
Podľa správ si tento materiál dokáže udržať pevnosť 6 000 až 10 000 hodín pri nepretržitej pracovnej teplote presahujúcej 130 °C.V najnovšom 3000-hodinovom 135°C kvapalinovom teste voda/glykol sa pevnosť v ťahu Xytronu G4080HR zvýšila o 114 % a predĺženie pri pretrhnutí sa zvýšilo o 63 % v porovnaní s ekvivalentným produktom.
RTP uviedla, že podľa požiadaviek aplikácie možno na zlepšenie tepelnej vodivosti použiť ktorúkoľvek z rôznych prísad a zdôraznila: „Najobľúbenejšími prísadami sú naďalej prísady ako grafit, ale skúmali sme nové možnosti, ako je grafén alebo nové keramické prísady..systém.“
Príklad posledne menovaného inicioval minulý rok Martinswerk Div ​​​​z Huber Engineered Polymers.Podľa správ na báze oxidu hlinitého a nových migračných trendov (ako je elektrifikácia) je výkonnosť aditív radu Martoxid lepšia ako u iných oxidov hlinitých a iných vodivých plnív.Martoxid je vylepšený riadením distribúcie veľkosti častíc a morfológie, aby sa zabezpečilo lepšie balenie a hustota a jedinečná povrchová úprava.Podľa správ sa môže použiť s množstvom náplne presahujúcim 60% bez ovplyvnenia mechanických alebo reologických vlastností.Ukazuje vynikajúci potenciál v PP, TPO, nylone 6 a 66, ABS, PC a LSR.
Matsco zo spoločnosti Covestro povedal, že grafit aj grafén boli široko používané a poukázal na to, že grafit má relatívne nízku cenu a miernu tepelnú vodivosť, zatiaľ čo grafén zvyčajne stojí viac, ale má zjavné výhody tepelnej vodivosti.Dodal: „Často sú potrebné tepelne vodivé, elektricky izolačné (TC/EI) materiály a práve tu sú bežné prísady, ako je nitrid bóru.Žiaľ, nedostanete nič.V tomto prípade poskytuje nitrid bóru Elektrická izolácia sa zlepšuje, ale znižuje sa tepelná vodivosť.Navyše náklady na nitrid bóru môžu byť veľmi vysoké, takže TC/EI sa musí stať materiálom, ktorý naliehavo potrebuje preukázať zvýšenie nákladov.
Naamani-Goldman zo spoločnosti BASF to vyjadril takto: „Výzvou je nájsť rovnováhu medzi tepelnou vodivosťou a ostatnými požiadavkami;aby sa zabezpečilo, že materiály sa dajú efektívne spracovávať vo veľkých množstvách a že mechanické vlastnosti príliš neklesnú.Ďalšou výzvou je vytvoriť systém, ktorý sa dá široko prijať.Cenovo výhodné riešenie.”
Spoločnosť PolyOne's Scheepens verí, že plnivá na báze uhlíka (grafit) aj keramické plnivá sú sľubnými prísadami, od ktorých sa očakáva, že dosiahnu požadovanú tepelnú vodivosť a vyvážia ostatné elektrické a mechanické vlastnosti.
Miller z Celanese uviedol, že spoločnosť preskúmala rôzne prísady, ktoré kombinujú najširší výber vertikálne integrovaných základných živíc v tomto odvetví, aby poskytli patentované prísady, ktoré zaisťujú tepelnú vodivosť. Rozsah je 0,4-40 W/mK.
Zdá sa, že sa zvyšuje aj dopyt po multifunkčných vodivých zlúčeninách, ako je tepelná a elektrická vodivosť alebo tepelné a horľavé látky.
Matsco zo spoločnosti Covestro poukázal na to, že keď spoločnosť uviedla na trh svoj tepelne vodivý Makrolon TC8030 a TC8060 PC, zákazníci sa okamžite začali pýtať, či sa z nich dajú vyrobiť elektroizolačné materiály."Riešenie nie je také jednoduché.Všetko, čo robíme pre zlepšenie EI, bude mať negatívny vplyv na TC.Teraz ponúkame polykarbonát Makrolon TC110 a vyvíjame ďalšie riešenia na splnenie týchto požiadaviek.
Naamani-Goldman zo spoločnosti BASF uviedol, že rôzne aplikácie vyžadujú tepelnú vodivosť a ďalšie charakteristiky, ako sú batérie a vysokonapäťové konektory, ktoré všetky potrebujú odvádzanie tepla a pri používaní lítium-iónových batérií musia spĺňať prísne normy na spomaľovanie horenia.
PolyOne, RTP a Celanese zaznamenali obrovský dopyt po multifunkčných zlúčeninách zo všetkých segmentov trhu a poskytujú tepelnú vodivosť a tienenie EMI, vyšší náraz, retardáciu horenia, elektrickú izoláciu a zlúčeniny s funkciami, ako je UV odolnosť a tepelná stabilita.
Tradičné formovacie techniky nie sú účinné pre vysokoteplotné materiály.Formári musia pochopiť určité podmienky a parametre, aby vyriešili problémy niekedy spôsobené vysokoteplotným vstrekovaním.
Nová štúdia ukazuje, ako typ a množstvo LDPE zmiešaného s LLDPE ovplyvňuje spracovateľnosť a pevnosť/pevnosť vyfukovanej fólie.Údaje sú uvedené pre zmesi bohaté na LDPE a bohaté na LLDPE.