Тепло — одна из самых серьёзных угроз как для электронной, так и для автомобильной промышленности, особенно когда речь идёт о снижении веса. Нагрев традиционных материалов в электронных компонентах может привести к ухудшению их характеристик и даже к проблемам безопасности. Для решения проблем, связанных с теплом, компании широко переходят на композитные материалы, такие как теплопроводящие пластики (ТКП).
Хотите узнать, что такое теплопроводящие материалы и как они могут помочь вам добиться своих главных преимуществ? Именно об этом и рассказывает это руководство. Здесь вы также узнаете о принципах работы теплопроводящих материалов и их распространённых применениях. В конце вы также узнаете об их ограничениях и требованиях к материалам нового поколения.
Понимание теплопроводящих пластиков
Термопроводящие пластмассы (ТП) — это особый вид пластика, специально разработанный для обеспечения превосходной теплопроводности (способности материала рассеивать тепло). Подобно металлам, ТП позволяют передавать тепло быстрее, чем обычные пластмассы, но при этом не увеличивают вес материала. Именно поэтому эти материалы обеспечивают ценовое преимущество по сравнению с традиционными теплоизоляционными материалами.
Эти термопроводящие полимеры обычно создаются путем сочетания пластиковой основы с теплопроводящими полимерами, такими как углеродные волокна, керамика, графит, углеродные нанотрубки, сажа или металл. Эти полимеры /наполнители улучшают как теплопроводность, так и электропроводность, а также помогают пластику рассеивать тепло, сохраняя при этом его стабильность, малый вес и охлаждающие свойства.
Именно поэтому эти материалы широко используются в областях применения, чувствительных к высоким температурам, где управление тепловым режимом имеет решающее значение. К таким требовательным областям относятся электронные устройства (например, мобильные телефоны), автомобильные детали (например, датчики), передовые системы помощи водителю и компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (например, кондиционеры).
Однако важно отметить, что не все ТКП являются электропроводящими пластиками (способностью материала проводить ток). Некоторые из них обладают как тепло-, так и электропроводностью, но многие обладают электроизоляционными свойствами. Их электрические свойства обычно зависят от типа используемого наполнителя.
Процесс производства TCP на основе полимеров
По своей природе пластик не является ни тепло-, ни электропроводящим. Поэтому для создания термопластичных пластиков (ТКП) используются фирменные электропроводящие добавки (то есть теплопроводящие наполнители). Выбор подходящего теплопроводящего наполнителя обычно зависит от термостойкости, электропроводности/изоляционных свойств и требований к применению.
После выбора наполнителя, полимерная основа и термостойкие наполнители диспергируются и расплавляются для достижения высокой теплопроводности. Затем полученный компаунд формуется методом литья под давлением при подходящей температуре плавления, давлении и времени охлаждения.
Проходя эти параметры литья под давлением, термопластичные полимеры (TCP) снижают образование горячих точек (накопление тепла в одной области), что делает их идеальными для электронных и автомобильных компонентов. Помимо превосходного терморегулирования и быстрого рассеивания тепла, TCP также обеспечивает значительное снижение веса, коррозионную стойкость и отличную свободу проектирования.
Основные свойства теплопроводящих пластиков
Что касается термопластичных полимеров (ТПП), то их отличительными свойствами являются высокая теплопроводность, быстрое рассеивание тепла и надежная электроизоляция. Но есть и другие характеристики материала, которые в совокупности делают ТПП более эффективными в реальных приложениях. Давайте рассмотрим их:
- Высокая теплопроводность
Их теплопроводность обычно составляет от 0.8 до 5.0 Вт/м·К в зависимости от концентрации наполнителя и требований конечного использования.
- Контролируемое электрическое поведение
В зависимости от используемого наполнителя, термопластичные пластики (ТСП) могут быть электроизоляционными или электропроводящими. Таким образом, ТСП представляют собой идеальное решение для теплоизоляции, отвечающее различным техническим требованиям.
- Стабильность размеров
Даже при воздействии высоких температур термопластичные термопласты (TCP) не ржавеют и не корродируют, что позволяет легко придавать им желаемую форму. Более того, они сохраняют свою форму в течение длительного времени.
- Механическая прочность и жесткость
В сочетании с наполнителями (такими как металлы, керамика и т. д.) они образуют прочную связь, обеспечивают жёсткость и прочность на разрыв. Эти свойства в конечном итоге делают ТКП более устойчивыми к высоким температурам и агрессивным средам.
- Легко адаптировать
TCP обладают широкими возможностями настройки. Используя такой производственный процесс, как литье под давлением, производители могут регулировать термические и механические характеристики TCP, выбирая конкретный тип и форму наполнителя и создавая их при определённой температуре расплава, скорости впрыска и конструкции пресс-формы.
Как работают теплопроводящие пластики?
Фактически, TCP работают за счёт передачи тепла через теплопроводящие наполнители, добавленные внутрь пластиковой основы. По сути, когда электронные устройства выделяют тепло, наполнители в TCP позволяют пластику равномерно рассеивать тепло. Таким образом, тепло быстро отводится от источника. В результате тепло распространяется по материалу, а не задерживается в одном месте. Это уменьшает количество горячих точек и обеспечивает стабильность компонента.
Хотя эти наполнители способствуют быстрой передаче тепла и улучшают теплопроводность, будут ли они электроизоляционными или электропроводящими пластмассами, полностью зависит от того, какие наполнители используются.
Например, наполнители на основе керамики обеспечивают электроизоляцию и защиту чувствительной электроники. С другой стороны, наполнители на основе углерода обеспечивают электропроводность. Это означает, что они обеспечивают функциональную интеграцию, когда требуется одновременное управление теплом и током.
Вот почему перед выбором любого материала TCP необходимо убедиться в правильности выбора формулы, которая соответствует требованиям к теплопроводности и электропроводности вашего применения.
Основные преимущества использования тепло- и электропроводящих пластиков
- Легкий по сравнению с металлами
Они намного легче металлов. Благодаря этому они снижают общий вес электронных устройств, автомобильных деталей и компонентов электромобилей.
- Отличное рассеивание тепла/терморегулирование
По сравнению с обычными пластиками, наполнители в TCP обеспечивают более быструю теплопередачу. Они отводят тепло от точек перегрева и равномерно его распределяют. В результате они предотвращают перегрев устройства и увеличивают срок его службы.
- Большая свобода дизайна
Поскольку TCP все еще являются пластиком, их чрезвычайно легко формовать в любую форму, что обеспечивает гибкость дизайна и низкую стоимость сборки.
- Уменьшение количества деталей / консолидация деталей
Одним из удивительных преимуществ теплопроводящих пластиков является их целостность. Это означает, что они объединяют в себе функции корпуса и теплоотвода. Это не только сокращает количество компонентов, но и повышает надежность и снижает затраты.
- Коррозионная стойкость
В отличие от металлов, которые подвержены коррозии и к тому же тяжёлые, TCP-соединения выделяются. Даже при воздействии влаги или химикатов они не ржавеют и не подвержены коррозии, обеспечивая долгосрочные преимущества в цене и функциональную интеграцию с пониженным уровнем радиопомех.
- Способность выдерживать высокие напряжения в электромобилях
В зависимости от используемых наполнителей некоторые составы TCP являются теплопроводящими, но электроизолирующими. Таким образом, они представляют собой оптимальное решение для практического применения, например, в аккумуляторах электромобилей, силовой электронике и светодиодах, защищая как сам компонент, так и пользователя.
- Улучшенные характеристики экранирования электромагнитных помех
Некоторые составы TCP (особенно изготовленные с использованием углеродных наполнителей) обладают превосходными экранирующими свойствами против электромагнитных помех. Это означает, что они помогают снизить электромагнитные помехи , в том числе те, которые могут влиять на работу Wi-Fi, и защищают цепи от этих помех, обеспечивая бесперебойную работу вашего устройства.
Требовательные применения TCP в различных отраслях
| Промышленность | Области применения |
|---|---|
| Электронные компоненты | Светодиодное освещение, радиаторы, силовые модули, разъемы, компоненты смартфонов, корпуса с защитой от электромагнитных помех |
| Автомобили / электромобили | Аккумуляторные батареи, корпуса инверторов, современные системы помощи водителю, компоненты для зарядки, подкапотная электроника, тепловые экраны |
| Медицинские приборы | Диагностическое оборудование, приборы контроля, компактные термостойкие корпуса |
| Освещение | Светодиодные модули, терморамки, корпуса светильников, COB-светодиодные конструкции |
| Телекоммуникации | Оборудование 5G, корпуса антенн, сетевые модули, радиочастотные компоненты |
| Умные устройства | Носимые устройства, ноутбуки, игровые консоли, устройства для умного дома, корпуса устройств со встроенным теплоотводом |
Во всех перечисленных выше термочувствительных приложениях, таких как теплопроводящие материалы и/или электропроводящие пластмассы, TCP улучшают терморегулирование, снижают риск перегрева и образования горячих точек, защищая чувствительную электронику.
Теплопроводящие материалы Jiujutech с превосходной теплопроводностью и электропроводностью
Хотя композитные материалы становятся важным решением для современных систем управления тепловыми процессами, термокомпозитные материалы (ТКП) по-прежнему не могут использоваться во многих областях применения. Поэтому промышленность также полагается на традиционные, но весьма эффективные теплопроводящие материалы (ТПМ).
Например, в некоторых областях применения , по сравнению с термопрокладками, термопрокладки обеспечивают более мягкое взаимодействие с неровными поверхностями. Кроме того, в приложениях, требующих экстремально высокого уровня теплопроводности, лучше всего подходят графитовые прокладки. И именно здесь JiujuTech демонстрирует свои преимущества.
Jiujutech — это надежный производитель и оптовый поставщик решений для управления тепловым режимом . Мы производим термопрокладки , термопасту, термогель, графитовые листы и другие передовые материалы для рассеивания тепла, которые также могут использоваться вместо термопрокладок. Наша цель — предоставлять высокоэффективные решения для управления тепловым режимом с превосходными охлаждающими свойствами, которые инженеры-разработчики могут использовать в любых областях применения.
Наши материалы разработаны для поддержки широкого спектра отраслей промышленности, таких как электроника , автомобилестроение, аккумуляторные системы для электромобилей , светодиодное освещение, силовые модули и бытовая техника. Если вы не уверены, какое тепловое решение выбрать для вашего применения, свяжитесь с Jiujutech сегодня. Наша команда профессионалов поможет вам найти и выбрать оптимальное решение для ваших потребностей.
Ограничения и проблемы TCP, о которых вам следует знать
Несмотря на то, что TCP является отличным теплопроводящим композитным материалом, у него всё ещё есть ряд недостатков и ограничений, которые необходимо учитывать. Одним из главных ограничений является его высокая стоимость. Поскольку TCP дороже традиционных материалов.
Другим ограничением могут быть их механические свойства. TCP могут подходить не для всех областей применения. Кроме того, разработка новых TCP с новыми наполнителями или отраслевые нормативные требования также могут ограничивать использование TCP в некоторых областях применения.
Материалы TCP нового поколения
Спрос на теплопроводящие пластики растёт с каждым днём во всех отраслях промышленности, что требует дальнейшего улучшения их свойств и теплоотдачи. В ближайшие годы можно ожидать появления термопластичных пластиков (ТКП) с использованием современных наполнителей (таких как графен, углеродные нанотрубки и гексагональный нитрид бора).
Они также разрабатываются для новых методов производства, таких как литье под давлением и 3D-печать, что позволяет материалу идеально вписываться в конструкцию изделия. Цель — удовлетворить растущий спрос, повысить совместимость термопластичных термопластов (TCP) с различными сферами применения и дополнительно улучшить теплопроводность, сделав это решение менее затратным, как отмечает ассоциированный издатель.
Заворачивать:
Ожидается, что к 2025 году теплопроводящие пластики станут стандартным выбором для управления теплом благодаря своим преимуществам. По мере развития исследований всё больше отраслей внедряют высокоэффективные теплоизоляционные материалы для улучшения управления теплом.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
- Что такое теплопроводность пластмасс?
Пластики, как правило, обладают низкой теплопроводностью. Однако в сочетании с теплопроводящими наполнителями они обеспечивают теплопроводность до 0.8–5.0 Вт/м·К.
- Какой пластик обладает лучшими теплоизоляционными свойствами?
Как правило, полистирол (ПС) и полипропилен (ПП) являются наиболее распространенными примерами теплоизоляции с очень низкой теплопроводностью.
- Является ли ПВХ теплопроводным?
Нет. ПВХ — это, по сути, обычный пластик. Поэтому он не проводит тепло.
