Majhna teža, nizki stroški, visoka udarna trdnost, sposobnost oblikovanja in prilagajanje hitro spodbujajo povpraševanje po termoplastih, ki pomagajo ohranjati elektroniko, razsvetljavo in avtomobilske motorje hladne.#poliolefin
Toplotno prevodne spojine PolyOne se uporabljajo v avtomobilski in E/E aplikacijah, kot so LED razsvetljava, hladilni odvodi in elektronska ohišja.
Covestrovi termalni izdelki Makrolon PC vključujejo razrede za LED sijalke in toplotna telesa.
Toplotno prevodne spojine RTP se lahko uporabljajo v ohišjih, kot so škatle za baterije, kot tudi radiatorji in bolj integrirane komponente za odvajanje toplote.
Proizvajalci originalne opreme v industriji električne/elektronike, avtomobilske industrije, razsvetljave, medicinske opreme in industrijskih strojev se že vrsto let navdušujejo nad toplotno prevodnimi termoplasti, ker iščejo nove rešitve za aplikacije, vključno z radiatorji in drugimi napravami za odvajanje toplote, LED.Etui in etui za baterije.
Raziskave v industriji kažejo, da ti materiali rastejo z dvomestno stopnjo, ki jo poganjajo nove aplikacije, kot so popolnoma električna vozila, kompleksni avtomobili in velike komercialne komponente LED razsvetljave.Toplotno prevodna plastika je izziv za bolj tradicionalne materiale, kot so kovine (zlasti aluminij) in keramika, saj imajo številne prednosti: plastične spojine so manjše teže, nižje cene, enostavne za oblikovanje, prilagodljive in lahko zagotovijo več prednosti pri toplotni stabilnosti. , Odpornost na udarce in odpornost na praske ter odpornost proti obrabi.
Dodatki, ki izboljšajo toplotno prevodnost, vključujejo grafit, grafen in keramična polnila, kot sta borov nitrid in aluminijev oksid.Tudi tehnologija za njihovo uporabo napreduje in postaja stroškovno učinkovitejša.Drug trend je uvedba poceni inženirskih smol (kot sta najlon 6 in 66 in PC) v toplotno prevodne spojine, zaradi česar so bolj pogosto uporabljeni materiali z visokimi cenami, kot so PPS, PSU in PEI, konkurenca.
Kaj vse je narobe?Vir pri RTP je dejal: "Možnost oblikovanja neto delov, zmanjšanje števila delov in korakov sestavljanja ter zmanjšanje teže in stroškov so vse gonilne sile za sprejetje teh materialov.""Za nekatere aplikacije, kot so električna ohišja in prelivanje komponent, je v središču pozornosti sposobnost prenosa toplote, ko postane električni izolator."
Dalia Naamani-Goldman, vodja trženja elektronskega in električnega transporta pri podjetju BASF za funkcionalne materiale, je dodala: »Toplotna prevodnost hitro postaja vprašanje, ki vzbuja vse večjo skrb proizvajalcev elektronskih komponent in proizvajalcev originalne opreme za avtomobile.Zaradi tehnološkega napredka in prostorskih omejitev so aplikacije miniaturne in zato toplotne. Akumulacija in diseminacija moči je postala središče pozornosti.Če je odtis komponente omejen, je težko dodati kovinsko hladilno telo ali vstaviti kovinsko komponento.«
Naamani-Goldman je pojasnil, da aplikacije z višjo napetostjo prodirajo v avtomobile, narašča pa tudi povpraševanje po procesorski moči.Pri akumulatorskih sklopih električnih vozil uporaba kovine za razprševanje in odvajanje toplote poveča težo, kar je nepriljubljena izbira.Poleg tega lahko kovinski deli, ki delujejo z visoko močjo, povzročijo nevarne električne udare.Toplotno prevodna, vendar neprevodna plastična smola omogoča višje napetosti, hkrati pa ohranja električno varnost.
Celanesejev inženir za terenski razvoj James Miller (predhodnik podjetja Cool Polymers, ki ga je Celanese pridobil leta 2014) je dejal, da so električne in elektronske komponente, zlasti električne in elektronske komponente v električnih vozilih, rasle s prostorom za komponente. Postaja vedno bolj natrpan in se še naprej krči.»Eden od dejavnikov, ki omejuje zmanjšanje velikosti teh komponent, je njihova sposobnost upravljanja toplote.Izboljšave možnosti toplotno prevodne embalaže naredijo naprave manjše in učinkovitejše.«
Miller je poudaril, da je pri močnostni elektronski opremi toplotno prevodno plastiko mogoče preliti ali zapakirati, kar je oblikovalska izbira, ki ni na voljo pri kovinah ali keramiki.Pri medicinskih napravah, ki proizvajajo toploto (kot so medicinske naprave s kamerami ali komponentami za kauterizacijo), fleksibilnost oblikovanja toplotno prevodne plastike omogoča lažjo funkcionalno embalažo.
Jean-Paul Scheepens, generalni direktor podjetja PolyOne za specializirane inženirske materiale, je poudaril, da imata avtomobilska in E/E industrija največje povpraševanje po toplotno prevodnih spojinah.Rekel je, da lahko ti izdelki zadovoljijo različne potrebe kupcev in industrije, vključno z razširjeno svobodo oblikovanja, ki omogoča oblikovanje Povečana površina lahko izboljša toplotno stabilnost.Toplotno prevodni polimeri zagotavljajo tudi lažje možnosti in konsolidacijo delov, kot je integracija hladilnikov in ohišij v isto komponento ter možnost ustvarjanja bolj enotnega sistema za upravljanje toplote.Dobra ekonomska učinkovitost procesa brizganja je še en pozitiven dejavnik.”
Joel Matsco, višji vodja trženja za polikarbonat pri Covestro, meni, da je toplotno prevodna plastika v glavnem osredotočena na uporabo v avtomobilih.»S približno 50-odstotno prednostjo gostote lahko znatno zmanjšajo težo.To se lahko razširi tudi na električna vozila.Številni baterijski moduli še vedno uporabljajo kovino za upravljanje toplote in ker večina modulov uporablja v notranjosti veliko ponavljajočih se struktur, uporabljajo toplotno prevodnost. Prihranjena teža z zamenjavo kovin s polimeri se je hitro povečala.«
Covestro vidi tudi trend zmanjševanja teže velikih komponent komercialne razsvetljave.Matsco poudarja: "35-funtska namesto 70-funtska visoka luči zahtevajo manj strukture in jih monterji lažje nosijo na odru."Covestro ima tudi projekte elektronskih ohišij, kot so usmerjevalniki, v katerih plastični deli delujejo kot posoda in zagotavljajo upravljanje toplote.Matsco je dejal: "Na vseh trgih, odvisno od dizajna, lahko znižamo stroške tudi do 20 %."
PolyOne's Sheepens's je izjavil, da ključne aplikacije njegove tehnologije toplotne prevodnosti v avtomobilski industriji in E/E vključujejo LED razsvetljavo, hladilne odvode in elektronska ohišja, kot so matične plošče, inverterske škatle in aplikacije za upravljanje/varnost energije.Podobno viri RTP vidijo, da se njegove toplotno prevodne spojine uporabljajo v ohišjih in hladilnih odvodih, kot tudi bolj integrirane komponente za odvajanje toplote v industrijski, medicinski ali elektronski opremi.
Matsco iz Covestra je dejal, da je glavna uporaba komercialne razsvetljave zamenjava kovinskih radiatorjev.Podobno se v usmerjevalnikih in baznih postajah povečuje toplotno upravljanje vrhunskih omrežnih aplikacij.Naamani-Goldman iz BASF je posebej poudaril, da elektronske komponente vključujejo vodila, visokonapetostne razvodne omarice in konektorje, izolatorje motorjev ter kamere za sprednji in zadnji pogled.
Miller iz podjetja Celanese je dejal, da je toplotno prevodna plastika naredila velik napredek pri zagotavljanju prilagodljivosti 3D oblikovanja za izpolnjevanje višjih zahtev glede toplotnega upravljanja za LED osvetlitev.Dodal je: "V avtomobilski razsvetljavi naš CoolPoly Thermally Conductive Polymer (TCP) omogoča uporabo ohišij stropnih luči s tankim profilom in aluminijastih nadomestnih radiatorjev za zunanje žaromete."
Miller iz Celanese je dejal, da CoolPoly TCP ponuja rešitev za rastoči avtomobilski zaslon na glavo (HUD) – zaradi omejenega prostora na armaturni plošči, pretoka zraka in toplote ta aplikacija zahteva večje odvajanje toplote kot enotna osvetlitev.Na ta položaj avtomobila sije sončna svetloba."Teža toplotno prevodne plastike je lažja od aluminija, kar lahko zmanjša vpliv udarcev in tresljajev na ta del vozila, kar lahko povzroči popačenje slike."
V ohišju baterije je Celanese našel inovativno rešitev prek serije CoolPoly TCP D, ki lahko zagotovi toplotno prevodnost brez električne prevodnosti, s čimer izpolnjuje razmeroma stroge zahteve glede kakovosti uporabe.Včasih ojačitveni material v toplotno prevodni plastiki omejuje njen raztezek, zato so strokovnjaki za materiale Celanese razvili kakovost CoolPoly TCP na osnovi najlona, ​​ki je močnejša od tipične kakovosti (upogibna trdnost 100 MPa, upogibni modul 14 GPa, 9 kJ/m2 Charpyjev zarezni udar) brez žrtvovanja toplotne prevodnosti ali gostote.
CoolPoly TCP zagotavlja prilagodljivost pri oblikovanju konvekcije in lahko izpolni zahteve glede prenosa toplote v številnih aplikacijah, ki so v preteklosti uporabljale aluminij.Prednost njegovega brizganja je v tem, da aluminijasti tlačni ulitki porabijo eno tretjino energije aluminija, življenjska doba pa se podaljša za šestkrat.
Po besedah ​​Matsca iz Covestra je v avtomobilskem sektorju glavna uporaba zamenjava radiatorjev v modulih žarometov, modulih meglenk in modulih zadnjih luči.Toplotni odvodi za funkcije dolgih in kratkih luči LED, svetlobne cevi LED in svetlobna vodila, dnevne luči (DRL) in smerniki so vse možne uporabe.
Matsco je poudaril: »Ena od glavnih gonilnih sil Makrolon termalnega računalnika je zmožnost neposredne integracije funkcije toplotnega odvoda v svetlobne komponente (kot so reflektorji, okvirji in ohišja), kar se doseže z večkratnim brizganjem ali dvojnim brizganjem. komponentne metode.»Skozi reflektor in okvir, ki sta običajno izdelana iz PC-ja, je mogoče opaziti izboljšan oprijem, ko se toplotno prevodni PC ponovno ulije nanj za nadzor toplote, s čimer se zmanjša potreba po pritrdilnih vijakih ali lepilih.Povpraševanje.To zmanjša število delov, pomožnih operacij in skupne stroške na ravni sistema.Poleg tega na področju električnih vozil vidimo priložnosti v toplotnem upravljanju in podporni strukturi baterijskih modulov.”
Naamani-Goldman iz družbe BASF (Naamani-Goldman) je na področju električnih vozil tudi izjavil, da so komponente baterijskega sklopa, kot so separatorji baterij, zelo obetavne."Litij-ionske baterije proizvajajo veliko toplote, vendar morajo biti v stalnem okolju približno 65 °C, sicer se bodo poslabšale ali odpovedale."
Sprva so toplotno prevodne plastične mase temeljile na vrhunskih inženirskih smolah.Toda v zadnjih letih so imele veliko vlogo smole za šaržno inženirstvo, kot so najlon 6 in 66, PC in PBT.Matsco iz Covestra je dejal: »Vse to so našli v naravi.Vendar se zdi, da je zaradi stroškovnih razlogov trg osredotočen predvsem na najlon in polikarbonat.«
Scheepens je dejal, da čeprav se PPS še vedno zelo pogosto uporablja, so se PolyOneovi najlon 6 in 66 ter PBT povečali.
RTP je navedel, da so najlon, PPS, PBT, PC in PP najbolj priljubljene smole, vendar je glede na izziv uporabe mogoče uporabiti veliko visokozmogljivih termoplastov, kot so PEI, PEEK in PPSU.Vir RTP je povedal: »Na primer, hladilno telo LED svetilke je lahko izdelano iz kompozitnega materiala najlon 66, ki zagotavlja toplotno prevodnost do 35 W/mK.Za kirurške baterije, ki morajo vzdržati pogosto sterilizacijo, je potreben PPSU.Električne izolacijske lastnosti in zmanjšanje kopičenja vlage.”
Naamani-Goldman je dejala, da ima BASF več komercialnih toplotno prevodnih spojin, vključno z najlonom 6 in 66.»Uporaba naših materialov je bila uporabljena v proizvodnji v različnih aplikacijah, kot so ohišja motorjev in električna infrastruktura.Ker še naprej ugotavljamo potrebe strank glede toplotne prevodnosti, je to aktivno področje razvoja.Številne stranke ne vedo, kakšno raven prevodnosti potrebujejo, zato morajo biti materiali prilagojeni za posebne aplikacije, da so učinkoviti.«
Podjetje DSM Engineering Plastics je pred kratkim lansiralo Xytron G4080HR, PPS, ojačan s 40 % steklenimi vlakni, ki optimizira delovanje sistemov za upravljanje toplote električnih vozil.Zasnovan je z lastnostmi termičnega staranja, odpornostjo proti hidrolizi, dimenzijsko stabilnostjo, kemično odpornostjo pri visokih temperaturah in inherentno odpornostjo na gorenje.
Glede na poročila lahko ta material ohrani trdnost od 6000 do 10.000 ur pri stalni delovni temperaturi nad 130 °C.V zadnjem 3000-urnem preskusu vode/glikolne tekočine pri 135 °C se je natezna trdnost Xytrona G4080HR povečala za 114 %, raztezek ob pretrgu pa za 63 % v primerjavi z enakovrednim izdelkom.
RTP je izjavil, da je v skladu z zahtevami uporabe mogoče uporabiti katerega koli od različnih dodatkov za izboljšanje toplotne prevodnosti, in poudaril: »Najbolj priljubljeni dodatki so še vedno dodatki, kot je grafit, vendar raziskujemo nove možnosti, kot je grafen oz. novi keramični dodatki..sistem.«
Primer slednjega je lani sprožil Martinswerk Div ​​iz Huber Engineered Polymers.Glede na poročila, na osnovi aluminijevega oksida in za nove migracijske trende (kot je elektrifikacija), je učinkovitost aditivov serije Martoxid boljša od drugih aluminijevega oksida in drugih prevodnih polnil.Martoxid je izboljšan z nadzorom porazdelitve velikosti delcev in morfologije, da zagotovi izboljšano pakiranje in gostoto ter edinstveno površinsko obdelavo.Glede na poročila se lahko uporablja s količino polnila, ki presega 60 %, ne da bi to vplivalo na mehanske ali reološke lastnosti.Kaže odličen potencial v PP, TPO, najlonu 6 in 66, ABS, PC in LSR.
Matsco iz Covestra je dejal, da se tako grafit kot grafen pogosto uporabljata, in poudaril, da ima grafit relativno nizko ceno in zmerno toplotno prevodnost, medtem ko grafen običajno stane več, vendar ima očitne prednosti toplotne prevodnosti.Dodal je: »Pogosto obstaja potreba po toplotno prevodnih, električno izolacijskih (TC/EI) materialih in tukaj so običajni dodatki, kot je borov nitrid.Na žalost ne dobiš nič.V tem primeru zagotavlja borov nitrid. Električna izolacija se izboljša, vendar se toplotna prevodnost zmanjša.Poleg tega so lahko stroški borovega nitrida zelo visoki, zato mora TC/EI postati materialna zmogljivost, ki mora nujno dokazati povečanje stroškov.
Naamani-Goldman iz družbe BASF pravi takole: »Izziv je najti ravnovesje med toplotno prevodnostjo in drugimi zahtevami;zagotoviti, da se lahko materiali učinkovito obdelujejo v velikih količinah in da mehanske lastnosti ne padejo preveč.Drug izziv je ustvariti sistem, ki ga je mogoče široko sprejeti.Stroškovno učinkovita rešitev.«
Scheepens iz PolyOne verjame, da so tako polnila na osnovi ogljika (grafit) kot keramična polnila obetavni dodatki, za katere se pričakuje, da bodo dosegli zahtevano toplotno prevodnost in uravnotežili druge električne in mehanske lastnosti.
Miller iz Celanese je dejal, da je podjetje raziskalo različne dodatke, ki združujejo najširši izbor vertikalno integriranih osnovnih smol v industriji, da bi zagotovili lastniške sestavine, ki povečajo toplotno prevodnost Razpon je 0,4-40 W/mK.
Zdi se, da se povečuje tudi povpraševanje po večnamenskih prevodnih spojinah, kot so toplotna in električna prevodnost ali zaviralci toplote in gorenja.
Matsco iz Covestra je poudaril, da so kupci, ko je podjetje lansiralo svoja toplotno prevodna Makrolon TC8030 in TC8060 PC, takoj začeli spraševati, ali bi jih bilo mogoče izdelati v električne izolacijske materiale.»Rešitev ni tako preprosta.Vse, kar naredimo za izboljšanje EI, bo negativno vplivalo na TC.Zdaj ponujamo polikarbonat Makrolon TC110 in razvijamo druge rešitve za izpolnjevanje teh zahtev.«
Naamani-Goldman iz BASF je dejal, da različne aplikacije zahtevajo toplotno prevodnost in druge lastnosti, kot so baterijski paketi in visokonapetostni priključki, ki vsi potrebujejo odvajanje toplote in morajo izpolnjevati stroge standarde za zaviranje gorenja pri uporabi litij-ionskih baterij.
PolyOne, RTP in Celanese so opazili veliko povpraševanje po večnamenskih spojinah iz vseh tržnih segmentov in zagotavljajo toplotno prevodnost in zaščito pred elektromagnetnimi motnjami, večji vpliv, odpornost na gorenje, električno izolacijo in spojine s funkcijami, kot sta UV odpornost in toplotna stabilnost.
Tradicionalne tehnike oblikovanja niso učinkovite pri visokotemperaturnih materialih.Oblikovalci morajo razumeti določene pogoje in parametre, da bi rešili težave, ki jih včasih povzroči visokotemperaturno brizganje.
Nova študija kaže, kako vrsta in količina LDPE, pomešanega z LLDPE, vplivata na sposobnost obdelave in trdnost/žilavost pihanega filma.Podatki so prikazani za mešanice, bogate z LDPE in LLDPE.