Polímeros conductores térmicos

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Conductividad térmica de los polimeros

Thermal conductivity of polymers

El crecimiento en electrónica de vehículos crea oportunidades para proveedores con materiales que abordan la conductividad térmica y el blindaje electromagnético. El valor de la conductividad térmica de los plásticos es pequeño. La conductividad térmica de un polímero amorfo (ABS, PC, PMMA, SAN, etc.) y cristalino es generalmente bastante baja , 0. 1 a 0.25 W/mK. Los metales, por ejemplo, presentan conductividades térmicas 2000 veces mayores que los plásticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el material plástico, mientras los polímeros la trasferencia de calor se realiza gracias a la vibración de la red cristalina. Por tanto, sólo los polímeros de alta cristalinidad pueden transmitir el calor. También los semi-cristalinos (PA, PBT, PP, etc.) no son muy eficaces conductores térmicos, porque la presencia de una fase amorfa dentro de ellos reduce la transmisión de calor.

Los productos de polímero térmicamente conductores se caracterizan por una alta eficiencia en la transferencia de calor de hecho presentan conductividades térmicas 200 veces mayores que los termoplásticos técnicos ordinarios. El uso de estos productos permite la eliminación del calor producido por ejemplo a partir de dispositivos electrónicos y eléctricos, favoreciendo el transporte de calor por conducción tanto como por convección natural y están disponibles en ambas versiones conductoras y aislantes eléctricamente. La combinación de diferentes materiales de carga y resinas, permite la realización de una amplia gama de productos, térmicamente conductoras, que gracias a la utilización de materiales de carga, proporcionar valores de conductividad térmica comprendidos entre 1 y 40 W/mK.

Más que una opción

Los plásticos siempre han sido vistos más como aislantes, mientras que los metales son vistos como mejores conductores del calor. Sin embargo, en aplicaciones que involucran convección natural, se ha demostrado que los plásticos termoconductores ofrecen un rendimiento de enfriamiento comparable al de los metales. Esto los convierte en una alternativa real o una forma ideal de complementar las soluciones convencionales. Su formabilidad libre permite que las estructuras de enfriamiento se configuren para proporcionar exactamente la distribución de calor requerida. Los materiales que también proporcionan propiedades de aislamiento eléctrico pueden ayudar a reducir la necesidad de TIMS (materiales de interfaz térmica). Dependiendo de los rellenos utilizados, los componentes fabricados proporcionan una conductividad térmica entre 1 y 40 W/(m·K). Esto los hace ideales para aplicaciones como la disipación de calor en componentes electrónicos. Formabilidad superior a cualquier metal Los plásticos termoconductores se pueden formar libremente mediante moldeo por inyección. Otra ventaja frente al uso del metal es la posibilidad de dotar a los plásticos de propiedades de aislamiento eléctrico. De esta manera, un solo componente de plástico puede usarse para enfriar varios componentes electrónicos diferentes. Una amplia selección de polímeros base como PP, PA, PBT, PP, PPS, PEEK y otros pueden demostrar diferentes propiedades de conductividad térmica al agregar rellenos específicos. Dependiendo del material de relleno utilizado, estos pueden ser eléctricamente aislantes o conductores. Mediante el uso de rellenos innovadores, el grado de relleno puede ser relativamente pequeño según la aplicación. Esto permite minimizar cualquier influencia sobre las propiedades de los polímeros base utilizados. Aislante eléctrico Un plástico conductor térmico y aislante eléctrico se produce añadiendo rellenos cerámicos o minerales a la matriz polimérica. Podemos utilizar rellenos que permitan una buena conductividad térmica y una buena procesabilidad para el moldeo por inyección. Según la geometría del relleno y el grado de llenado, se puede lograr una conductividad térmica de hasta 10 W/(m·K). Un efecto particular de estos materiales es el desgaste mínimo de la herramienta durante el mecanizado. Conductores eléctricos Al agregar grafito o fibras de carbono, es posible producir materiales conductores térmicos que también tienen propiedades conductoras eléctricas. Según el grado de relleno se pueden alcanzar valores de hasta 25 W/(m·K) aproximadamente, por ejemplo el aluminio tiene una conductividad térmica de 40 W/(m·K). Desarrollo dinámico El sector de los plásticos termoconductores se encuentra actualmente en un proceso de desarrollo muy dinámico. Con sus indiscutibles ventajas materiales, los plásticos están ganando terreno en campos de aplicación cada vez más amplios. Pero la gama de diferentes aplicaciones es muy amplia e impone requisitos muy específicos sobre los materiales utilizados. Esta es la razón por la que podemos desarrollar plásticos termoconductores individuales en estrecha colaboración con los clientes. Productos personalizados para aplicaciones específicas Los plásticos termoconductores satisfacen las necesidades específicas de industrias individuales. Cumplen con una amplia gama de requisitos, que incluyen: • Colores blancos para aplicaciones LED • Comportamiento de fuego V0 según el estándar UL94 para aplicaciones E&E • Mejor rendimiento mecánico debido al uso de rellenos óptimos, incluso en combinación con fibras para requisitos severos en el campo de electrónica automotriz.

Sus beneficios

• Amplia selección de polímeros base

• Amplia gama de rellenos con propiedades termoconductoras

• Excelente capacidad de conducción térmica:

• hasta 10 W/(m·K) para materiales eléctricamente aislantes

• más de 25 W/(m·K) para materiales eléctricamente conductores

• Muy buenas propiedades de procesamiento

• Soluciones para diferentes segmentos industriales (LED, E&E, Automotriz)

• Potencial de ahorro a través de la capacidad de moldeo por inyección

Gama deproductos

Los grados que ofrece Mexpolimeros , tanto estándar como personalizados, están formulados para cumplir una variedad de requisitos eléctricos sin afectando las propiedades del polímero, las eficiencias de moldeo y extrusión, flexibilidad de diseño, nuestro compuestos compuestos son hechos con resinas PBT, PC, ABS, PC / ABS, PA66 , PP y muchos mas con fibra de carbono niquelada o fibra de acero inoxidable , cerámicas y otras carga. También tenemos compound de TPE.

Viene en tres grados:

El tipo «A», combina conductividad térmica y conductividad eléctrica con una gama de calidades de 2 a 34 W/mk. La propiedad de aislamiento eléctrico del material se mide como resistividad eléctrica y normalmente se encuentra en el rango de resistividad volumétrica > 10e13 ohm.m.
Tipo «B», combina conductividad térmica con aislamiento eléctrico con un rango de grados de 1 a 10 W/mk
El plástico termoconductor tipo "C" exhibe tanto aislamiento eléctrico como conductividad térmica. La conductividad eléctrica medida como resistividad de volumen eléctrico suele estar en el rango de 0,001 a 1 ohm × m.

Preparación de muestras y técnica de medición

Los valores de conductividad térmica se determinaron utilizando el método de hilo caliente. En esta técnica, el cable de resistencia incrustado en la muestra sirve tanto como elemento calefactor como sensor de temperatura. Durante la medición, el alambre se calienta aplicando un nivel constante de energía eléctrica. A continuación, se calcula la conductividad térmica del material bajo prueba a partir de la velocidad a la que aumenta la temperatura del cable. Para poder someter la muestra a una presión conocida durante la medición de la conductividad térmica, la muestra y el cable de medición se encierran dentro de un tubo corrugado. Luego se aplica una fuerza axialmente al tubo comprimiendo así la muestra contenida dentro de él. La fracción de la fuerza aplicada soportada por el propio tubo corrugado se corrige realizando una medición en blanco separada utilizando el tubo vacío. Luego se calcula la densidad de la muestra a partir de la masa conocida de la muestra y el volumen dependiente de la presión.

conductividad térmica W/mK

Interfaz adhesiva

Es posible emplear interfaz adhesiva para conectar las piezas moldeadas a la superficie para subir el enfriamiento en el intercambio de calor. Están disponibles en el mercado, pegatinas con 50 ÷ 280 micras de espesor y pegamentos que la base de acrílico o epoxi. Hay hojas, más o menos gruesa, suave y elástico, que aseguran la conductividad térmica entre 2.5 y 10 W/mK y que, en comparación con las soluciones tradicionales, no son frágiles (tales como cerámica) y no se degrada con el tiempo (tal como grasa). Ambos tipos proporcionan conductividad térmica y aislamiento eléctrico.

Aplicaciones

Se utilizan principalmente en la electrónica, microelectrónica, donde la miniaturización de geometrías requiere capacidad de intercambio térmico más, en el sector de las telecomunicaciones, electrodomésticos, componentes de audio y vídeo y convertidores eléctricos, aletas de refrigeración en los sistemas de LED, incluyendo luces delante del coche

Beneficios

El peso es relativamente bajo en comparación con los metales (50-70% menos) el costo reducido, mientras que la inercia química y los valores de dilatación térmica lineal son comparables a las de los metales, la flexibilidad en las formas durante el diseño, gracias a la versatilidad de la proceso de inyección y sobre-moldeo, los procesos de producción más baratos, incluso desde el punto de vista de la energía, de flexibilidad y capacidad de adaptación de las diversas soluciones (tipo cambiando de polímero y el tipo y cantidad de carga), el uso de máquinas de moldeo de plástico tradicionales, ausencia de fenómenos de corrosión , en la capacidad de coloración en masa (aunque limitado), completar el cuadro de la simplicidad de moldeo y reciclabilidad.

Polímeros Termorrígidos o termofixos

Apenas admiten deformación plástica, n la fabricación hay una operación de calentamiento donde se produce gran reticulación. Al calentarse no se rompen ni plastifican sino que se queman (pirólisis)

La conductividad térmica

Al aumentar la temperatura, la conductividad térmica disminuye para estabilizar cerca del punto de fusión. La conductividad térmica de la masa fundida, por otro lado es prácticamente independiente de la temperatura.

Procesabilidad

Actualmente, los sistemas termoplásticos-ICP se pueden procesar por extrusión y moldeo por inyección, así como también pueden utilizarse para fabricar piezas moldeadas por soplado o películas sopladas. A través del proceso de moldeo por inyección se pueden fabricar divisores, rieles, estantes, envases, etc; mientras que por extrusión se pueden obtener láminas para termoformado, filamentos, perfiles y recubrimientos para cables.

Definición de conductividad térmica [Definición tomada de Wikipedia]

La conductividad o conductividad térmica (indicado por λ ok) (unidad: W / (m • K)) es la relación, en condiciones estacionarias, entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura que provoca el paso del calor. En otras palabras, la conductividad térmica es una medida de la capacidad de una sustancia para transmitir calor y sólo depende de la naturaleza del material, no por su forma. La conductividad térmica no debe confundirse con la difusividad térmica (o "conductividad termométrica"), que es la relación entre la conductividad térmica y el producto de la densidad específica y el calor de la sustancia dada (expresada en el Sistema Internacional en m2 / s, de manera similar a todos la "difusividad") y mide la capacidad de una sustancia para transmitir, no el calor, sino más bien un cambio en la temperatura. La conductividad térmica se define como la constante de proporcionalidad entre el flujo de calor observado y el gradiente de temperatura que causa: conductividad térmica = calor de flujo / (gradiente de temperatura).