導熱塑料調研報告

1、導熱塑料調研報告導熱塑料是以PP、ABSPCPAPPAPBTLCRPPSPEIPEE將通用塑料或工程塑料為基材，將高導熱復合材料添加在塑料基材中共混復合、通過熱傳導改性而成的新型高性能塑料。未經(jīng)改性普通塑料的熱傳導率或導熱系數(shù)很低，一般為0.2-0.46W/(m.K)左右，而經(jīng)過熱傳導改性的導熱塑料可依據(jù)產(chǎn)品要求大大提高其熱傳導率或導熱系數(shù)，一般為2-20W/(m.K),某些特殊品級導熱塑料的導熱系數(shù)可達50W/(m.K)或更高，最高可達100W/(m.K)。通過熱傳導改性的塑料其導熱系數(shù)是傳統(tǒng)普通塑料的5-100倍甚至更高，這使得導熱塑料的熱傳導率或導熱系數(shù)可與某些金屬媲美，如不銹鋼15W/

2、m.K和某些鑄鋁合金50-100W/m.K。導熱塑料的優(yōu)點：1、在使用過程中可實現(xiàn)均勻散熱，有效避免了灼熱點，可減少零部件因局部或全部產(chǎn)生高溫而造成的變形，可調整導熱塑料的各項物理性能，如可提高機械性能，增加強度和硬挺度；可根據(jù)需要調整其導電性能，制成絕緣型、導電型或抗靜電型導熱塑料；2、導熱塑料的重量輕，比鋁材輕50%左右，可減少對成品裝置的震動，設備的穩(wěn)定性提高；3、有相當寬廣的選擇范圍，可在PRABSPGPAPPAPBTLCP、PPSPEIPEEK?多種基礎樹脂甚至是彈性體中選擇，根據(jù)產(chǎn)品需要選擇相關塑料的物性，也可選擇成本相對低廉的塑料基材，降低產(chǎn)品成本；4、導熱塑料的熱膨脹系數(shù)和成型

3、收縮率低，可適應對尺寸穩(wěn)定要求較高的產(chǎn)品；5、加工成型非常方便，可使用普通注塑成型設備象熱塑性塑料一樣進行簡單加工，與普通塑料的加工工藝相同，可大批量快速成型，無須二次加工，大大縮短產(chǎn)品的成型周期；6、工作溫度低，耐溫度高，可提高組件和設備的使用壽命；7、成型加工方便，可制成比較復雜的形狀，從而提高產(chǎn)品的設計自由度和產(chǎn)品附加值；8、應用廣泛。有多種基材可選擇，可根據(jù)需要調整相關物性，故導熱塑料的應用相當廣泛。技術特征提高塑料導熱性的途徑主要有兩種：第一改變高分子結構；第二,通過填充高導熱無機物，制備無機物/聚合物復合材料。現(xiàn)今導熱塑料基本采用第二種方法。導熱塑料按樹脂基體分為熱塑性及熱固性；按

4、填充粒子類型可分為金屬填充、金屬氧化物填充、金屬氮化物填充、無機非金屬填充及纖維填充；按絕緣電性能分為絕緣性和非絕緣型。由于塑料為絕緣體，因此絕緣性和非絕緣性導熱塑料主要是由填料的種類所決定，非絕緣性導熱材料的填料主要是：金屬粉、石墨、炭黑及碳纖維等，這類材料兼具導熱性的同時又有利于抗靜電、電磁屏蔽等；而絕緣性材料填料主要包括：金屬氧化物、金屬氮化物、碳化物等。可用作導熱粒子的無機填充材料主要有以下幾種:(1)金屬粉末：銅粉、鋁粉、金粉、銀粉。(2)金屬氧化物：氧化鋁、氧化韌、氧化鉞、氧化鎂、氧化鋅。(3)金屬氮化物：氮化鋁、氮化韌。(4)無機非金屬：石墨、碳化硅。有資料表明導熱塑料現(xiàn)在主要使

5、用填充材料為鋁粉和石墨，同時亦有研究采用多種填料復配使用。其中石墨的導熱率為209W/MK(100C),與金屬的導熱率最為接近，所以用石墨來改善高分子導熱率的研究最多。鋁粉與石墨均為導電材料，而非導電材料所用填料主要有氧化鋁、氮化鋁及氧化鎂等。有研究說，一般石墨填充量30%-40%勺產(chǎn)品用途較廣。填充效果的好壞主要取決于以下因素：(1)聚合物的種類和類型(2)填料的形狀、粒徑及尺寸分布(3)填料與基體的界面結合特性及兩相的相互作用。目前市場是主要的導熱塑料所采用的基材有：PSPPSPPAPGLCRPA6PA66PA46PA12TPE等。其中PPST品較多，但具體使用何種基材可能與具體的導熱、性

6、能及使用場合的要求有關。導熱塑料生產(chǎn)過程中需加入偶聯(lián)劑以改善材料性能，所采用的基本為常規(guī)偶聯(lián)劑，如：硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑及鋁酸錯類偶聯(lián)劑。導熱塑料生產(chǎn)工藝與高填充改性料生產(chǎn)工藝類似，首先是偶聯(lián)劑對導熱劑的表面處理，而后樹脂、表面改性的導熱劑及加工助劑經(jīng)雙螺桿擠出造粒。又有通過密煉機混合，而后層壓成板材生產(chǎn)工藝。針對1ED燈行業(yè)，一典型技術指標用于Led的塑料散熱器:熱變形溫度180c(3.2mm)導熱系數(shù)2.9W/MK表面電阻1012Q擊穿電壓4000V阻燃V0(1.3mm)灼熱絲750c(1.3mm)山東大學碩士論文有文章指出，片材在橫向上的合適導熱系數(shù)為：機械應用方面1.3W/MK

7、-2W/MK;電子領域的應用為2W/MK-4W/MK專利及文獻從文獻及專利上看，在這方面做研究開發(fā)的部門較少，主要有華南理工大學、山東大學以及一些高校與企業(yè)聯(lián)合研究的在建筑及冷卻系統(tǒng)中導熱塑料的使用效果的評價研究(低成本的PP、PVC等)，可能是限于成本壓力而所使用的填料也主要是低成本的氧化鎂、石墨之類。同時，導熱填料的整體添加量也較高，如華南理工大學添加高目數(shù)MgO制備PPSII熱塑料，氧化鎂添加量達80%能達到3.1W/MK的熱導率；有相關專利(20081002588中添加70%的氧化鎂的PPS才能達到1.6左右的導熱率；華源集團與同濟大學開發(fā)導熱PP,石墨添加量達50%寸，熱導率達到3.

8、9W/MK。同時將熱導率為1.69W/MK的導熱PP分別用到暖氣片、換熱器、蛇形盤管中，具有“良好效果”。金陵石化添加石墨開發(fā)導熱PP,整體導熱率數(shù)據(jù)很高，30%石墨添加量達到21.45W/MK(可能測試方法不一樣)。山東大學碩士論文，在PGPC/AB皺ABS中分另U添加30-40%AL2O3BiO/AL2O3SiCSiC/AL2O3其中在PC/ABSfr添加30%Bi5口SiC導熱率分別達到1.226及1.099,其他填料導熱率均小于1。達到要求的導熱率，如此高的填充量下，其實際使用效果有待評價驗證。使用量現(xiàn)今導熱塑料使用量不大。從LED行業(yè)上看，主要有兩方面的原因：一是價格昂貴，一般導熱塑

9、料的價格在20美元/Kg,可能更高，與現(xiàn)在使用的鋁制散熱材料相比成本較高。二是，與傳統(tǒng)的散熱材料相比，導熱塑料是新材料，很多廠家擔心使用風險，不愿采用。應用領域在各行各業(yè)的市場上，很多地方都需要散熱材料。同時，塑料材料幾乎滲透了所有的行業(yè)和領域，導熱塑料的應用也可以覆蓋這些領域。即，應用于要求熱傳遞用途，以及對塑料的其他性能，加工性能或成本方面有要求的用途。這些領域包括電子電器、汽車、加熱/冷卻/制冷、照明、醫(yī)藥、食品以及體育用品。照明領域：導熱塑料最典型的應用是在照明領域，主要用于制作需要散熱良好的LED節(jié)能燈燈杯等，雖然LED節(jié)能燈所消耗的熱量要比普通光源小得多，但因為LED節(jié)能燈結構緊湊

10、、功能強大，溫度控制仍然是一個重要的問題。從網(wǎng)站及其方面了解，導熱塑料在LED行業(yè)用量很大，但價格很高。一般5W/MK的導熱塑料，每公斤價格基本在20美元百度。數(shù)據(jù)分析表明，一般5mm以下的制品，導熱率5W/MK與200W/MK對產(chǎn)品性能影響不大DSM導熱塑料宣傳冊。但鋁一直以來都是作為散熱系統(tǒng)的材料，塑料作為散熱材料才剛剛起步，目前市場上也只有飛利浦公司(所用料為DSM)推出了產(chǎn)品，所以很多廠家目前因擔心風險，因而不太愿意嘗試開模。針對LED行業(yè)中不同的應用coolpolymer所推產(chǎn)品更為詳細，應用面更廣c001P01ymer官萬網(wǎng)站。針對封裝材料(dielevelencapsulatio

11、n)提供低熱膨脹系數(shù)的LCP基的D5506,導熱率為10W/MK。針對背板結構(boardlevelconstruction)提供PPS的D5108,導熱率為10W/MK。針對外殼材料(LEDenclosures)提供PPS基E5101及PPA基E3603導熱率均為20W/MK。針對其中LED中所用的導熱墊片(sealinggaskets)提供TPE基的D8101,導熱率為3W/MK。除上述推薦牌號外，coolpolymer提供其他兩款PC基E4501及E4505,導熱率為4W/MK,LEW反光片/發(fā)熱片(Reflectors)。除coolpolymer外，DSM公司也推出了相應的以PA46為

12、基的專用料，有三個牌號的產(chǎn)品(阻燃)：TC153TC154及TC551。導熱率分別為8.0W/MK,1.1W/MK,14W/MK。其中飛利浦公司應用DSM導熱塑料生產(chǎn)出了LED燈。立達信光電選擇SABIC公司新款白色LNP*Konduit*熱傳導復合材料作為制造其兩種LED燈泡散熱片的材料。電子電器領域：分析Coolpolymer官方網(wǎng)站加加田）。區(qū)噂）,導熱塑料在電子電器領域的應用有：包括線路板/電子設備封裝（D5112）;片狀散熱片/散熱片（E5101、E2）墊片（D8102）電機芯體、線圈骨架（D5110、D5506）基板、電子封裝板、印刷線路板、LED線路板（D5108）功能性散熱扇/

13、散熱片（E5101、E2、E3603）及其所用墊片（D8102）散熱墊片（D8102、D8104、E8103）繼電器管或托盤（E1201、E1202）電阻器或轉換器（D5502、D5110）溫度傳感器（D5112、D360&D5112、D8102）抗靜電（E5107）絕緣傳熱板（D5108、D5506）電磁屏蔽板（E4505加熱/冷卻/制冷化工生產(chǎn)中的熱交換器、導熱殼體及加熱器/供熱設備、軸承和電機外殼，太陽能熱水器，蓄電池冷卻器，散熱器（暖氣片），導熱管等。生產(chǎn)商阿里巴巴及IDE(1)美國coolpolymerCoolpolymer產(chǎn)品線比較豐富依據(jù)電性能不同分為兩個系列，共26款的產(chǎn)品：具

14、有電傳導性的E系列產(chǎn)品以及絕緣性的D系列E系歹（導熱導電）D系列（導熱絕緣）牌號基材阻燃性導熱系數(shù)牌號基材阻燃性導熱系數(shù)E2LCPV020W/MKD4302COPE/2.3W/MKE3607PA66/6V014W/MKD5502LCPV01.46W/MKE4501PC/4W/MKD5506LCPV010W/MKE4505PCV04W/MKD1202PP/5W/MKE4507PCV03.6W/MKD3608PPAV01.6W/MKE1201PP/10W/MKD5108PPSV010W/MKE3603PPA/20W/MKD5110PPSV02W/MKE3605PA46/6W/MKD5112PPS/

15、6W/MKE5101PPAV020W/MKD8102TPE/3W/MKE5107PPS/1.4W/MKD8104TPEV01.31W/MKE5109PPS/1.4W/MKE8103TPE/5W/MK(2)德國LUVOCOMLUVOCOM1301-7804PPS6.0W/MK玻纖增強阻燃LUVOCOM1301-8153PPS15W/MK非阻燃LUVOCOM1301-7769PPS3.5W/MK玻纖增強非阻燃LUVOCOM6-8139PA123.0W/MK玻纖增強非阻燃LUVOCOM3-8097PA63.5W/MK玻纖增強非阻燃(3)沙特SABICSABIC公司推出的導熱塑料產(chǎn)品,商品名為Konduit,所用基材有PRPA612PA6PA66及PPS有以下九款產(chǎn)品:KonduitITF2BPA6121.1W/MK非阻燃玻纖增強KonduitMT00EPP1.1W/MK非阻燃未增強KonduitMT00ELPP1.1W/MK非阻燃未增強（低萃取物）KonduitOTF2AXXPPPS2.2W/MK阻燃碳纖玻纖增強KonduitOTF2BPPS1