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MEXCOOL
El uso de plásticos termoconductores (TCP) en disipadores de calor representa un cambio significativo en la ingeniería de materiales, superando a los metales tradicionales. A continuación, se presentan las principales ventajas, desglosadas por categoría. Los plásticos se pueden moldear por inyección en formas altamente complejas y optimizadas (como matrices de aletas, canales de flujo de aire intrincados o formas conformadas) que son imposibles o prohibitivamente costosas de lograr con la extrusión de aluminio o el mecanizado de cobre. Un disipador de calor de plástico puede integrar clips de montaje, enganches a presión, guías de cables, carcasas de ventiladores y elementos estructurales en una sola pieza consolidada. Esto elimina los pasos de ensamblaje, reduce el número de piezas y disminuye el costo total del sistema. La transición a plásticos térmicamente conductores no se trata de reemplazar el aluminio en todas partes, sino de habilitar sistemas optimizados de gestión térmica donde el peso, la seguridad eléctrica, la geometría compleja y la consolidación de las piezas son más valiosos que la pura conductividad térmica.
Los plásticos Mexcool permiten una conductividad térmica hasta 200 veces mayor que los plásticos convencionales.
Mexcool CC Conductor térmico, conductor eléctrico con tecnología basada en carbono con conductividad térmica de 1 a 40 W/m·K (de 5 a 200 veces la de los plásticos convencionales), con una resistividad eléctrica de 10e-1 a 10e8 ohm-cm.
Comprensión de la transferencia de calor y la conductividad térmica
La transferencia de calor y la conductividad térmica del material no están relacionadas linealmente. Solo el modo de conducción depende de la conductividad del material. El calor suele circular a través de una pieza más rápido de lo que puede eliminarse de su superficie. El exceso de conductividad suele ser ineficiente. La transferencia de calor depende de la potencia, el flujo de aire y las dimensiones.
Reducción de peso
Los plásticos termo-conductores son aproximadamente un 40-50 % más ligeros que el aluminio y un 80 % más ligeros que el cobre para el mismo volumen. Esto es fundamental en aplicaciones sensibles al peso, como drones, la industria aeroespacial, la automoción (especialmente vehículos eléctricos) y la electrónica portátil (computadoras portátiles, proyectores, luminarias LED).
Aislamiento eléctrico y seguridad
Esta es una importante ventaja funcional. Los disipadores de calor de plástico son aislantes eléctricos, lo que elimina el riesgo de cortocircuitos. Esto permite el contacto directo con componentes electrónicos o PCB sin necesidad de almohadillas o películas aislantes adicionales, lo que simplifica el montaje y mejora la interfaz térmica.
Resistencia a la corrosión y a los productos químicos
Los plásticos no se corroen como el aluminio. Son inmunes a la oxidación y resistentes a numerosos productos químicos y entornos agresivos (por ejemplo, la intemperie y los fluidos de automoción), lo que mejora la fiabilidad a largo plazo y elimina la necesidad de anodizado u otros tratamientos superficiales.
Reducción de costes de montaje y utillaje
- Para formas complejas, las herramientas de moldeo por inyección pueden ser más económicas que el mecanizado de alta precisión o las matrices de extrusión para metales.
- Las características integradas (ajustes a presión, bisagras flexibles) y la eliminación de procesos secundarios (desbarbado, acabado superficial) reducen la mano de obra y el tiempo de ensamblaje.
- Gestión térmica más allá de la conductividad
- Si bien la conductividad térmica pura (λ) de los TCP (1-20 W/mK) es menor que la del aluminio (~200 W/mK), esta no es la única razón.
- Los disipadores de calor se encargan de trasladar el calor desde una fuente específica (el chip) al aire ambiente.
- Los TCP pueden formularse y diseñarse para conducir el calor eficientemente lejos del punto caliente y luego utilizar la compleja geometría de sus aletas para maximizar la disipación del calor por convección
- A menudo, el cuello de botella es la interfaz de aire (convección), no la conductividad del material.
Menor masa térmica
Mientras que los metales almacenan más calor (mayor masa térmica), los plásticos se calientan y enfrían más rápido. En aplicaciones con ciclos térmicos frecuentes o cargas de calor pulsadas, esto puede prevenir el retardo térmico y permitir una gestión de la temperatura más eficaz.
Aplicaciones
Los plásticos térmicamente y/o eléctricamente conductores se pueden usar como disipadores de calor. Los plásticos conductores térmicos Mexcool revolucionan los disipadores de calor de los automóviles al cumplir con los requisitos térmicos necesarios, superar el rendimiento y ofrecer ahorros de peso y costos en comparación con el metal. El uso de plásticos termoconductores (TCP) en disipadores de calor representa un cambio significativo en la ingeniería de materiales, superando a los metales tradicionales.
- Iluminación LED: Perfecta para carcasas que funcionan como estructura ligera del motor y disipador de calor. Son aislantes eléctricos y permiten diseños elegantes e integrados.
- Electrónica de consumo: Permite diseños delgados, ligeros y estéticamente atractivos para dispositivos como portátiles, consolas de videojuegos y routers.
- Vehículos eléctricos (VE): La reducción de peso aumenta directamente la autonomía. Se utiliza en sistemas de gestión de baterías (BMS), faros LED, electrónica de potencia y sistemas de carga.
- Dispositivos médicos: Seguridad eléctrica, resistencia a la corrosión (para esterilización) y capacidad para crear carcasas ergonómicas y fáciles de usar.
- Fuentes de alimentación y convertidores: Permite la instalación de disipadores de calor directamente sobre los componentes sin problemas de aislamiento.
Limitaciones
- Menor conductividad térmica absoluta: No pueden igualar la capacidad de disipación de calor bruta del cobre o el aluminio para aplicaciones de alta densidad de potencia (p. ej., CPU de gama alta, procesadores de servidor).
- Resistencia a la temperatura: Si bien algunos TCP de alto rendimiento pueden soportar más de 200 °C, la mayoría tienen temperaturas de uso continuo más bajas que los metales (que pueden soportar más de 250 °C).
- Mayor coste por kilogramo: La resina base y los rellenos conductores (como cerámica, grafito o fibras de carbono) hacen que los TCP sean más caros por peso que el aluminio. Sin embargo, el coste total del sistema suele ser menor debido a la consolidación de piezas y al ahorro en el montaje.
- Conductividad anisotrópica: Algunos TCP, especialmente aquellos con rellenos fibrosos, conducen mejor el calor en una dirección, lo cual debe tenerse en cuenta en el diseño (pero también puede aprovecharse).
Polímero conductore térmico
Los polímeros industriales son malos conductores de calor. Su conductividad térmica es similar a la de la madera y muy inferior a la del vidrio. El fenómeno de la transición del calor por conducción de los materiales no metálicos en los que no existen los electrones móviles, puede considerarse como la transición del movimiento vibratorio de unos átomos de mayor nivel enérgico continuos; esta transmisión resulta mucho más fácil cuando su estructura es cristalina, estando dispuesto los átomos ordenadamente en el espacio, que en los materiales amorfos. La propiedad que caracteriza la capacidad de un material para transferir calor es la conductividad térmica. Las conductividades térmicas de la mayoría de los polímeros son del orden de 0.2 ÷ 0.3 W/m-K. En estos materiales la transferencia de calor se realiza por la vibración, traslación y rotación de moléculas. La magnitud de las conductividades térmicas dependen del grado de cristalinidad; un polímero con un alto grado de cristalinidad y una estructura ordenada tendrá una conductividad mayor que el material amorfo equivalente. Esto se debe a la vibración coordinada mas efectiva de las cadenas de moléculas en el estado cristalino. Los polímeros son a menudo utilizados como aislantes térmicos debido a que sus conductividades térmicas son bajas. De la misma manera que las cerámicas, las propiedades aislantes pueden ser mejoradas mediante la introducción de pequeños poros, los cuales ordinariamente se introducen mediante espumacion durante la polimerizacion.Los termoplásticos conductores ofrecen una conductividad muy superior a los termoplásticos ordinarios
El empleo de estos materiales ayuda a eliminar el calor producido por ejemplo por un equipamiento electrónico y eléctrico, favoreciendo la transferencia de calor tanto por conducción como promoviendo el fenómeno natural de la convección. Además es posible implementar sistemas de refrigeración efectivos para todas aquellas aplicaciones donde los termoplásticos y los polímeros termoestables, prácticamente aislantes, son empleados en la actualidad. También son interesantes como sustitutos de metales cuya alta conductividad no puede ser totalmente aprovechada debido a los problemas derivados de las condiciones medioambientales para un intercambio térmico efectivo. Las ventajas ofrecidas por estos materiales están relacionadas, tanto con su alta conductividad térmica, como con el peso limitado cuando se compara con metales. También con su reducido coste, la resistencia química y los valores lineales térmicos similares a los de los metales. Los productos Mexcond permiten integrar complicadas formas con insertos o componentes consistentes en piezas ensambladas en una única operación de inyección.
