本松新材高導(dǎo)熱尼龍基復(fù)合材料通過科技成果
發(fā)布時間:2021/07/03 發(fā)布作者:
2021年,杭州本松新材料技術(shù)股份有限公司歷經(jīng)數(shù)年開發(fā)的高導(dǎo)熱尼龍基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用技術(shù),通過了中國輕工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)成果鑒定,經(jīng)專家鑒定,相關(guān)技術(shù)處國內(nèi)領(lǐng)先水平,產(chǎn)品核心指標達國際先進水平。本松新材利用配方設(shè)計,通過優(yōu)化雙螺桿擠出機螺桿組合的結(jié)構(gòu)設(shè)計,攻克了無機填料超高填充無法擠出造粒的技術(shù)難題,制備的PA6導(dǎo)熱復(fù)合材料兼具優(yōu)良的導(dǎo)熱性能(導(dǎo)熱系數(shù)≥8W/m?K)和力學(xué)性能(拉伸強度≥70MPa、彎曲強度≥76MPa),領(lǐng)先于國內(nèi)外同類產(chǎn)品(當前,國際上代表性導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)最高能做到5~6W/m?K),正逐步應(yīng)用于LED照明、通訊電子、航空航天、5G基站、安防等領(lǐng)域。
讓我們一起走進導(dǎo)熱材料
導(dǎo)熱材料的發(fā)展
塑料自19世紀60年代問世以來,由于有著種類多,特性突出,質(zhì)輕,價廉,易加工等優(yōu)點,逐漸取代了木材、陶瓷、象牙、金屬等材料,越來越多的進入到人們的生產(chǎn)生活中。但受其結(jié)構(gòu)特性限制,塑料的導(dǎo)熱系數(shù)普遍只有0.2W/m·K左右,所以一直以來塑料多用在絕熱領(lǐng)域,直到近年來隨著導(dǎo)熱塑料的涌現(xiàn)才開始在散熱領(lǐng)域有所突破。
導(dǎo)熱塑料種類
目前提高塑料導(dǎo)熱性能的途徑有兩種:一種是通過改變分子和鏈節(jié)結(jié)構(gòu),或者通過外力的作用改變分子和分子鏈的排列來獲得特殊物理結(jié)構(gòu),從而提高材料的導(dǎo)熱性能。這種方法成本高,方法復(fù)雜,所以并不常用。第二種也是現(xiàn)今采用最廣泛的制備導(dǎo)熱塑料的方法是通過高導(dǎo)熱材料對聚合物進行填充,制備導(dǎo)熱填料/聚合物復(fù)合材料。
常見填料導(dǎo)熱系數(shù)
材料 | 導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K) | 材料 | 導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K) |
Ca | 380 | CaO | 15 |
Mg | 103 | MgO | 36 |
Fe | 63 | SiO2 | 10 |
Cu | 398 | SiC | 270 |
Al | 219 | Al2O3 | 30 |
BN | 125 | AlN | 320 |
石墨 | 120 | 金剛石 | 3500 |
填充型導(dǎo)熱塑料機理
以上這類導(dǎo)熱填料在填充到聚合物基體中,通過微粒與微粒間的接觸會形成一個三維網(wǎng)絡(luò),熱量就可以沿著網(wǎng)絡(luò)快速傳遞。這一特性決定了填充型導(dǎo)熱塑料必須加入大量填料才能形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)而顯示出良好的導(dǎo)熱性能,但與此同時,大量填料的加入也導(dǎo)致了導(dǎo)熱塑料的力學(xué)性能降低和擠出生產(chǎn)加工困難等問題。所以目前填充型導(dǎo)熱塑料大量的研究工作聚焦于較少損失力學(xué)性能的情況下提升材料的熱導(dǎo)率,尋求力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的平衡。
導(dǎo)熱塑料和鋁對比的優(yōu)勢
目前大多數(shù)熱管理系統(tǒng)都采用鋁制散熱器,但導(dǎo)熱塑料在成本、重量、環(huán)保等方面有著巨大的優(yōu)勢。如下表兩者的對比:
鋁 | 導(dǎo)熱塑料 | |
密度 | 2.7g/mm3 | 1.2-2.0g/mm3 |
加工 | 能耗高 | 能耗低 |
設(shè)計 | 無法做出復(fù)雜結(jié)構(gòu) 可以做支撐結(jié)構(gòu) | 設(shè)計自由度較高 受限于力學(xué)性能無法做支撐結(jié)構(gòu) |
后處理 | 后處理繁雜 處理過程有污染 | 無需后處理,環(huán)保 |
散熱 | 導(dǎo)熱能力高 熱輻射系數(shù)低 | 導(dǎo)熱能力低 熱輻射系數(shù)高 |
安全 | 非絕緣,需隔離啟動 | 絕緣/非絕緣不同類型 |
成本 | 綜合成本高 | 綜合成本較鋁低30% |
塑料散熱器的主要優(yōu)勢在于低密度及可注塑性,后處理程序簡單使得整體制造成本下降。此外,導(dǎo)熱塑料還可以與鋁材相互結(jié)合,以塑包鋁的形式進一步提升導(dǎo)熱能力,得到低成本、強散熱的復(fù)合結(jié)構(gòu)散熱器。相信隨著技術(shù)的發(fā)展會制備出性能更好的導(dǎo)熱塑料,應(yīng)用到LED照明、通訊電子、航空航天、5G基站、安防等領(lǐng)域。