導(dǎo)熱塑料調(diào)研報(bào)告

導(dǎo)熱塑料調(diào)研報(bào)告導(dǎo)熱塑料是以PP、ABS、PC、PA、PPA、PBT、LCP、PPS、PEI、PEEK等通用塑料或工程塑料為基材，將高導(dǎo)熱復(fù)合材料添加在塑料基材中共混復(fù)合、通過熱傳導(dǎo)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(dǎo)率或?qū)嵯禂?shù)很低，一般為0.2-0.46W/(m.K)左右，而經(jīng)過熱傳導(dǎo)改性的導(dǎo)熱塑料可依據(jù)產(chǎn)品要求大大提高其熱傳導(dǎo)率或?qū)嵯禂?shù)，一般為2-20W/(m.K)，某些特殊品級(jí)導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)50W/(m.K)或更高，最高可達(dá)100W/(m.K)。通過熱傳導(dǎo)改性的塑料其導(dǎo)熱系數(shù)是傳統(tǒng)普通塑料的5-100倍甚至更高，這使得導(dǎo)熱塑料的熱傳導(dǎo)率或?qū)嵯禂?shù)可與某些金屬媲美，如不銹鋼[15W/m.K]和某些鑄鋁合金[50-100W/m.K]。導(dǎo)熱塑料的優(yōu)點(diǎn)：1、在使用過程中可實(shí)現(xiàn)均勻散熱，有效避免了灼熱點(diǎn)，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(diào)整導(dǎo)熱塑料的各項(xiàng)物理性能，如可提高機(jī)械性能，增加強(qiáng)度和硬挺度；可根據(jù)需要調(diào)整其導(dǎo)電性能，制成絕緣型、導(dǎo)電型或抗靜電型導(dǎo)熱塑料；2、導(dǎo)熱塑料的重量輕，比鋁材輕50%左右，可減少對(duì)成品裝置的震動(dòng)，設(shè)備的穩(wěn)定性提高；3、有相當(dāng)寬廣的選擇范圍，可在PP、ABS、PC、PA、PPA、PBT、LCP、PPS、PEI、PEEK等多種基礎(chǔ)樹脂甚至是彈性體中選擇，根據(jù)產(chǎn)品需要選擇相關(guān)塑料的物性，也可選擇成本相對(duì)低廉的塑料基材，降低產(chǎn)品成本；4、導(dǎo)熱塑料的熱膨脹系數(shù)和成型收縮率低，可適應(yīng)對(duì)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(shè)備象熱塑性塑料一樣進(jìn)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(shè)備的使用壽命；7、成型加工方便，可制成比較復(fù)雜的形狀，從而提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)自由度和產(chǎn)品附加值；8、應(yīng)用廣泛。有多種基材可選擇，可根據(jù)需要調(diào)整相關(guān)物性，故導(dǎo)熱塑料的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。技術(shù)特征提高塑料導(dǎo)熱性的途徑主要有兩種：第一改變高分子結(jié)構(gòu)；第二，通過填充高導(dǎo)熱無機(jī)物，制備無機(jī)物/聚合物復(fù)合材料。現(xiàn)今導(dǎo)熱塑料基本采用第二種方法。導(dǎo)熱塑料按樹脂基體分為熱塑性及熱固性；按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(jī)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(dǎo)熱塑料主要是由填料的種類所決定，非絕緣性導(dǎo)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(dǎo)熱性的同時(shí)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?？捎米鲗?dǎo)熱粒子的無機(jī)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、氧化鉍、氧化鈹、氧化鎂、氧化鋅。（3）金屬氮化物：氮化鋁、氮化鉍。（4）無機(jī)非金屬：石墨、碳化硅。有資料表明導(dǎo)熱塑料現(xiàn)在主要使用填充材料為鋁粉和石墨，同時(shí)亦有研究采用多種填料復(fù)配使用。其中石墨的導(dǎo)熱率為209W/MK(100℃)，與金屬的導(dǎo)熱率最為接近，所以用石墨來改善高分子導(dǎo)熱率的研究最多。鋁粉與石墨均為導(dǎo)電材料，而非導(dǎo)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%的產(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(jié)合特性及兩相的相互作用。目前市場是主要的導(dǎo)熱塑料所采用的基材有：PS、PPS、PPA、PC、LCP、PA6、PA66、PA46、PA12、TPE等。其中PPS產(chǎn)品較多，但具體使用何種基材可能與具體的導(dǎo)熱、性能及使用場合的要求有關(guān)。導(dǎo)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)劑及鋁酸鋯類偶聯(lián)劑。導(dǎo)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(duì)導(dǎo)熱劑的表面處理，而后樹脂、表面改性的導(dǎo)熱劑及加工助劑經(jīng)雙螺桿擠出造粒。又有通過密煉機(jī)混合，而后層壓成板材生產(chǎn)工藝。針對(duì)lED燈行業(yè)，一典型技術(shù)指標(biāo)[用于Led的塑料散熱器]：熱變形溫度180℃（3.2mm）導(dǎo)熱系數(shù)2.9W/MK表面電阻1012Ω擊穿電壓4000V阻燃V0（1.3mm）灼熱絲750℃（1.3mm）有文章指出，片材在橫向上的合適導(dǎo)熱系數(shù)為：機(jī)械應(yīng)用方面1.3W/MK-2W/MK;電子領(lǐng)域的應(yīng)用為2W/MK-4W/MK[山東大學(xué)碩士論文]。專利及文獻(xiàn)從文獻(xiàn)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(xué)、山東大學(xué)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(dǎo)熱塑料的使用效果的評(píng)價(jià)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(shí)，導(dǎo)熱填料的整體添加量也較高，如華南理工大學(xué)添加高目數(shù)MgO制備PPS導(dǎo)熱塑料，氧化鎂添加量達(dá)80%才能達(dá)到3.1W/MK的熱導(dǎo)率；有相關(guān)專利（200810025883）中添加70%的氧化鎂的PPS，才能達(dá)到1.6左右的導(dǎo)熱率；華源集團(tuán)與同濟(jì)大學(xué)開發(fā)導(dǎo)熱PP，石墨添加量達(dá)50%時(shí)，熱導(dǎo)率達(dá)到3.9W/MK。同時(shí)將熱導(dǎo)率為1.69W/MK的導(dǎo)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(dǎo)熱PP，整體導(dǎo)熱率數(shù)據(jù)很高，30%石墨添加量達(dá)到21.45W/MK(可能測試方法不一樣)。山東大學(xué)碩士論文，在PC、PC/ABS及ABS中分別添加30-40%的AL2O3、BiO/AL2O3、SiC、SiC/AL2O3，其中在PC/ABS中添加30%BiO和SiC導(dǎo)熱率分別達(dá)到1.226及1.099，其他填料導(dǎo)熱率均小于1。達(dá)到要求的導(dǎo)熱率，如此高的填充量下，其實(shí)際使用效果有待評(píng)價(jià)驗(yàn)證。使用量現(xiàn)今導(dǎo)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(jià)格昂貴，一般導(dǎo)熱塑料的價(jià)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(dǎo)熱塑料是新材料，很多廠家擔(dān)心使用風(fēng)險(xiǎn)，不愿采用。應(yīng)用領(lǐng)域在各行各業(yè)的市場上，很多地方都需要散熱材料。同時(shí)，塑料材料幾乎滲透了所有的行業(yè)和領(lǐng)域，導(dǎo)熱塑料的應(yīng)用也可以覆蓋這些領(lǐng)域。即，應(yīng)用于要求熱傳遞用途，以及對(duì)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(lǐng)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(lǐng)域：導(dǎo)熱塑料最典型的應(yīng)用是在照明領(lǐng)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?yàn)長ED節(jié)能燈結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大，溫度控制仍然是一個(gè)重要的問題。從網(wǎng)站及其方面了解，導(dǎo)熱塑料在LED行業(yè)用量很大，但價(jià)格很高。一般5W/MK的導(dǎo)熱塑料，每公斤價(jià)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(dǎo)熱率5W/MK與200W/MK對(duì)產(chǎn)品性能影響不大[DSM導(dǎo)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(dān)心風(fēng)險(xiǎn)，因而不太愿意嘗試開模。針對(duì)LED行業(yè)中不同的應(yīng)用coolpolymer所推產(chǎn)品更為詳細(xì)，應(yīng)用面更廣[coolpolymer官方網(wǎng)站]。針對(duì)封裝材料（dielevelencapsulation）提供低熱膨脹系數(shù)的LCP基的D5506，導(dǎo)熱率為10W/MK。針對(duì)背板結(jié)構(gòu)（boardlevelconstruction）提供PPS基的D5108，導(dǎo)熱率為10W/MK。針對(duì)外殼材料（LEDenclosures）提供PPS基E5101及PPA基E3603,導(dǎo)熱率均為20W/MK。針對(duì)其中LED中所用的導(dǎo)熱墊片（sealinggaskets）提供TPE基的D8101，導(dǎo)熱率為3W/MK。除上述推薦牌號(hào)外，coolpolymer提供其他兩款PC基E4501及E4505，導(dǎo)熱率為4W/MK，LED燈反光片/發(fā)熱片（Reflectors）。除coolpolymer外，DSM公司也推出了相應(yīng)的以PA46為基的專用料，有三個(gè)牌號(hào)的產(chǎn)品（阻燃）：TC153、TC154及TC551。導(dǎo)熱率分別為8.0W/MK，1.1W/MK，14W/MK。其中飛利浦公司應(yīng)用DSM導(dǎo)熱塑料生產(chǎn)出了LED燈。立達(dá)信光電選擇SABIC公司新款白色LNP*Konduit*熱傳導(dǎo)復(fù)合材料作為制造其兩種LED燈泡散熱片的材料。電子電器領(lǐng)域：分析Coolpolymer官方網(wǎng)站（/materialsolutions.asp），導(dǎo)熱塑料在電子電器領(lǐng)域的應(yīng)用有：包括線路板/電子設(shè)備封裝（D5112）；片狀散熱片/散熱片（E5101、E2）墊片（D8102）電機(jī)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/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(zhuǎn)換器（D5502、D5110）溫度傳感器（D5112、D3608、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(dǎo)熱殼體及加熱器/供熱設(shè)備、軸承和電機(jī)外殼，太陽能熱水器，蓄電池冷卻器，散熱器（暖氣片），導(dǎo)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(gè)系列，共26款的產(chǎn)品：具有電傳導(dǎo)性的E系列產(chǎn)品以及絕緣性的D系列。E系列(導(dǎo)熱導(dǎo)電)D系列（導(dǎo)熱絕緣）牌號(hào)基材阻燃性導(dǎo)熱系數(shù)牌號(hào)基材阻燃性導(dǎo)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/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(qiáng)阻燃LUVOCOM1301-8153PPS15W/MK非阻燃LUVOCOM1301-7769PPS3.5W/MK玻纖增強(qiáng)非阻燃LUVOCOM6-8139PA123.0W/MK玻纖增強(qiáng)非阻燃LUVOCOM3-8097PA63.5W/MK玻纖增強(qiáng)非阻燃（3）沙特SABICSABIC公司推出的導(dǎo)熱塑料產(chǎn)品，商品名為