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 ou 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).