• Home
  • Features
  • Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, part 3.

Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, part 3.

Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, part 3.

Heat conductive thermoplastics are used in the construction of various devices, most car lighting systems, LED lighting, cooling systems, and the like. are replaced by aluminum and its alloys.

Jejich výhodou je, obdobně jako u prakticky všech výstřiků z termoplastů, vyšší svoboda designu ve vztahu k technologii vstřikování, možnost vytvářet nová, vlastní řešení se synergickými účinky - integrace funkcí, systém přenosu tepla je prakticky stejný jako u kovových materiálů, snížení hmotnosti konstrukce, recyklovatelnost, enviromentální přínos - nekorodují, zvýšení efektivity výroby a odstranění nutných víceprací jako například lakování, vrtání, atd., snížení celkových výrobních nákladů oproti řešením z kovu.

Jednou z nezanedbatelných výhod konstrukcí z tepelně vodivých materiálů je možnost řešení - snížení - lokálního přehřívání - hot spot reduction.

Tepelně vodivé materiály z termoplastickou matricí se vyrábějí zároveň buď jako elektricky vodivé nebo nevodivé, s možností další aditivace - UV stabilizace, odolnost proti hoření, barvení, atd. Rozsah teploty použití je dán tepelnou odolností použité matrice.

Při konstrukci výstřiků z tepelně vodivých granulátů je nutno pamatovat na všechny tři složky odvodu tepla - vedením - kondukcí, prouděním - konvekcí a zářením - radiací. Složka odvodu tepla vedením je ze všech tří složek nejrychlejší, proudění zvyšuje účinnost tepelně vodivých materiálů a radiace se obvykle, pro svoji malou hodnotu, zanedbává.  

Firma PolyOne publikovala případovou studii použití tepelně vodivého plastu namísto klasicky používaného hliníku ve světle osobního automobilu s těmito výsledky:

 - snížení hmotnost - 37 %
 - snížení výrobních nákladů - více než 25 %
 - celková úspora nákladů na díl - 35 %.

Příklady tepelně vodivých materiálů

www.barlogplastics.de

Obchodní název -  KEBABLEND/TC:

 - tepelně i elektricky vodivé, nesamozhášivé
 - matrice - PP, PA, POM, TPE
 - plnivo - kovový prach, kovová vlákna, uhlíková vlákna
 - tepelná vodivost až 10 W/mK

 - tepelně vodivé, elekticky nevodivé
 - samozhášivé - matrice - PPS, PET FR
 - nesamozhášivé - matrice. PP, PA, TPE
 - plnivo - keramický prášek
 - tepelná vodivost až 6 W/mK

www.coolpolymer.com

Obchodní název - CoolPoly - řada E, D

 - řada E - tepelně i elektricky vodivé
 - řada D - tepelně vodivé, dielektrické plasty - izolanty, elektrická rezistivita 1E12 až 1E16 ohm cm
 - matrice pro obě řady - PP, PPA, PA, PPS, LCP, TPE
 - tepelná vodivost od 1 až do 100 W/mK, nejčastěji 1 až 20 W/mK, tj. 5 až 100x více než mají běžné plasty

Obchodní název - CoolPoly LED Series Thermally Conductive Plastics - TCP

 - určeny pro výrobu chladičů LED osvětlovacích systémů - úspora až 50 % hmotnosti oproti hliníkovým chladičům

Firma CoolPoly má ve svém portfoliu vysoce tepelně vodivý materiál, který má v názvu:  vstřikováním tvarovatelný kov, tj . materiál dodávaný ve formě granulátu, který je možno standardně vstřikovat do běžných vstřikovacích forem.

Obchodní název - Xyloy M 950 Injection Moldable Metal

 - materiál svými vlastnostmi je schopen nahradit slitiny lehkých kovů a jejich zpracování tlakovým odléváním
 - pro porovnání: Xyloy má hustotu 4, 9 g/1E  - 3 g a součinitel vedení tepla lambda 110 W/mK, smrštění 0, 5 %, Al slitiny 2, 7 g/ 1E  - 3 g, lambda 95 W/mK, Zn slitiny 6, 6 g/1E  - 3 g, lambda 133 W/mK, Mg slitiny 1, 8 g/1E  - 3 g, lambda 50 W/mK.

www.polyone.com  

Obchodní název - THERMA - TECH

 - tepelně vodivé, elektricky vodivé i nevodivé
 - samozhášivé, V - 0, PPS
 - nesamozhášivé - PA 66
 - tepelná vodivost až 21 W/mK

Pro představu uvedu orientační ceny při odběru 1 000 kg granulátu - hrubý odhad:

 - PA 66 - obojí vodivost - 6, 90 EUR/kg
 - PPS - obojí vodivost - 10, 70 EUR/kg
 - PA 66 - tepelně vodivý, izolant - 35, 30 EUR/kg
 - PPS - tepelně vodivý, izolant - 39, 50 EUR/kg

Materiály PolyOne používá pro výrobu LED systémů finská firma www. kruunutekniikka. fi, respektive její divize Coolics, www. coolics. fi.

www.premixgroup.com

Obchodní název - PRETHERM TPE

 - matrice - termoplastické elastomery, tepelně vodivé, elektricky izolant
 - plnivo - nitrid bóru

www.sabic - ip.com

Obchodní název - LNP KONDUIT

 - matrice - PP, PPS, PA 6, PA 66, PA GF


Elektricky vodivé termoplasty

Elektricky vodivé termoplasty, ve všech variantách vodivosti, stínění, elektromagnetické kompatibility, antistatických vlastností, ochrany před nebezpečím výbuchu, ve formě objemového dílu nebo jako povlak se používají zejména při konstrukci a výrobě různých typů konektorů, dílů do zařízení silové elektroniky, osvětlovacích systémů dopravních prostředků, palivových systémů dopravních prostředků, zařízení informačních technologií, ve zdravotnické technice, v počítačích, v mobilních telefonech, atd.

Výhody výstřiků z těchto materiálů jsou velmi obdobné jako u tepelně vodivých materiálů, které se v mnoha případech samozřejmě dají použít i v aplikacích elektricky vodivých materiálů.

   obr.: Prototyp zo vstrekovaného plastového krúžku s magnetmi. Niektoré z 16 magnetických pólov sú viditeľné za fóliou Flux detektor, Foto: BARLOG plastics GmbH


Podle požadavků na výstřiky kladené je možno vybírat z poměrně široké škály nabízených rozsahů povrchového měrného odporu . Obvyklý rozsah povrchové rezistivity pro náhradu kovových materiálů plasty je od cca 1E11 do cca 1E 1 ohmu. Tento nastavitelný rozsah je dán použitým plnivem v kompozitech.

Nejmenší stínící výkon mají uhlíková vlákna, následují nerezová kovová vlákna a nejvyšší výkon dávají niklem potažená uhlíková vlákna.  

V rozsahu povrchového odporu cca 1E 14 až cca 1E 12 hovoříme o izolačních materiálech, pro antistatické materiály je možno definovat rozsah cca 1E 12 až 1E 9, disipativní elektricky vodivé materiály mají rozsah cca 1E 9 až cca 1E 5 a vodivé materiály cca 1E 4 až cca 1E  - 2, EMI/RFI 1E 4 až 1E 1. V literatuře o elektrické vodivosti plastů lze nalézt i jiné rozsahy odporů.

Kovové materiály mají povrchový odpor v rozmezí cca 1E  - 1 až cca 1E  - 5, běžné plasty 1E 12 a výše.

Příklady typických hodnot povrchového odporu  - ohm - v závislosti na plnivu:

 - POM - vodivé saze - 1E 3
      - uhlíkové vlákno - 1E 2
 - PA 66 - vodivé saze - 1E 5
       - uhlíkové vlákno - 1E 2
 - PA 6 - uhlíkové vlákno - 1E 4
      - kovové vlákno - 1E 5
 - PA 12 - vodivé saze - 1E 6
       - uhlíkové vlákno - 5 E 1
 - PPA - uhlíkové vlákno - 1E 2.  

Kromě výše uvedených možností použití v oblasti využití elektrovodivých vlastností je možno granuláty a koncentráty použít i pro zvýšení fyzikálně - mechanických vlastností matric.

Plniv se využívá zejména pro zvýšení tuhosti a pevnosti dílů například typu tenisové rakety, golfové hole, hokejky, rámy jízdních kol, jachtařské potřeby, díly do větrných elektráren, apod.

Některé typy koncentrátů se používají i v technologii nanášení vrstev na kovové materiály - technologie CCVD - Cataly - Chemical Vapor Deposition - ve fluidním loži.


Příklady elektricky vodivých termoplastů

www.barlogplastics.de

Obchodní název - KEBABLEND/EC

 - matrice - částečně krystalické termoplasty, například PP, PA
 - plnivo - vodivé saze, uhlíková vlákna, kovové prášky, kovová vlákna
 - použití - podle matrice a plniva - pro povrchové úpravy - například práškové lakování, zamezení statickým výbojům, ochrana proti výbuchu, atd.

www.graphistrength.com

Kromě komerčně dodávaných granulátů s elektrovodivými vlastnostmi jsou na trhu i koncentráty, které po dispergaci v polymerní tavenině dávají základní matrici ESD vlastnosti.

Koncentráty zejména typu vícevrstvých uhlíkových nanotrubic vhodné pro matrice PA 12, PA 6, PA 66, PC, PE, PP, PS, ABS, PC/ABS, PVC - dávkování 15 až 30 %.

www.polyone.com

Obchodní název - STAT - TECH, Static Dissipative and Conductive Compounds

 - matrice - ABS, POM, PA 6/12, PA 12, PA 6, PA 66, LCP, PC, PC/ABS, PEI, PP, PA GF
 - plnivo - uhlíkový prach, uhlíkové vlákno, uhlíkové vlákno potažené niklem, kovová vlákna

www.premixgroup.com

Obchodní název

PRE - ELEC - povrchový odpor 1E 5 až 1E 8 ohm

 - matrice - PP, PP GF, PS, PE - HD, PE - LD, PA 6, ABS, PC, PC/ABS, TPE - SEBS
 - plnivo - uhlíkové vlákno
 - obsah 40 až 50 %

PRE - ELEC ESD - povrchový odpor 1E 8 až 1E 12 ohm

 - granulát - PP, HI PS, ABS, MABS, PC/ABS
 - koncentrát pro - PP, ABS, PE

PREPERM - anténní a konektorové aplikace, pro vysokofrekvenční pole, mají vysokou dielektrickou konstantu

PRESEAL TPE - vysoká elektrická vodivost, plnivo - stříbro, niklem pokovený grafit

www.rtpcompany.com

 Dodávají:
 - antistatické materiály - odpor 1E 10 až 1E 12
 - staticky disipativní - odpor - 1E 6 až 1E 12
 - elektricky vodivé - odpor - 1E 1 až 1E 6
 - EMI/RFI - odpor - 1E 1 až 1E 4

www.sabic-ip.com

Obchodní název - LNP FARADEX - ESD, EMI/RFI, elektricky vodivé materiály

 - matrice - ABS, PC, PC/ABS, PP, PE, PS
 - plnivo - kovová nerezová vlákna

V některých případech je možno použít kovová plniva nejen k elektrické vodivosti kompozitních materiálů, ale je možno jejich vlastností využít pro značkování, tj . umožnit například detektorem kovů zjistit, že v kontrolovaném systému je daný materiál.
Příkladem takových materiálů je KEBABLEND/D firmy BARLOG plastics GmbH. Matrice - PP, PA, PBT, ABS, plnivo - kovový prach.
Použití - strojní součásti v potravinářských technologiích, medicínská technika, pomůcky pro balení, apod.

1. časť »

2. časť »

• pokračovanie článku bude uverejnené 3.11.2014.

  • autor:
  • Lubomír Zeman


    You might also be interested



     

    Article archive