导热塑料调研报告

导热塑料调研报告导热塑料是以 PP、ABS、PC、PA、PPA、PBT、LCP、PPS、PEI、P EEK 等通用塑料或工程塑料为基材，将高导热复合材料添加在塑料基 材中共混复合、通过热传导改性而成的新型高性能塑料。未经改性普 通塑料的热传导率或导热系数很低，一般为0.2-0.46W/ (m.K)左右，而 经过热传导改性的导热塑料可依据产品要求大大提高其热传导率或 导热系数，一般为220W/(m.K)，某些特殊品级导热塑料的导热系 数可达50W/(m。K)或更高，最高可达100W/(m.K)。通过热传导改性的 塑料其导热系数是传统普通塑料的 5100倍甚至更高，这使得导热 塑料的热传导率或导热系数可与某些金属媲美，如不锈钢15W/m.K和某些铸铝合金50100W/m。K.导热塑料的优点：1、在使用过程中可实现均匀散热,有效避免了灼热点，可减少零部件 因局部或全部产生高温而造成的变形，可调整导热塑料的各项物理性 能,如可提高机械性能，增加强度和硬挺度；可根据需要调整其导电 性能，制成绝缘型、导电型或抗静电型导热塑料；2、导热塑料的重量轻，比铝材轻 50%左右，可减少对成品装置的震 动，设备的稳定性提高；3、有相当宽广的选择范围，可在 PP、ABS、PC、PA、PPA、PBT、LC P、PPS、PEI、PEEK 等多种基础树脂甚至是弹性体中选择，根据产品 需要选择相关塑料的物性,也可选择成本相对低廉的塑料基材，降低 产品成本；4、导热塑料的热膨胀系数和成型收缩率低，可适应对尺寸稳定要求 较高的产品；5、加工成型非常方便，可使用普通注塑成型设备象热塑性塑料一样 进行简单加工,与普通塑料的加工工艺相同，可大批量快速成型,无须 二次加工，大大缩短产品的成型周期;6、工作温度低，耐温度高，可提高组件和设备的使用寿命；7、成型加工方便,可制成比较复杂的形状，从而提高产品的设计自由 度和产品附加值；8、应用广泛。有多种基材可选择,可根据需要调整相关物性，故导热 塑料的应用相当广泛。技术特征提高塑料导热性的途径主要有两种：第一改变高分子结构；第二， 通过填充高导热无机物，制备无机物/聚合物复合材料.现今导热塑料 基本采用第二种方法。导热塑料按树脂基体分为热塑性及热固性 ;按 填充粒子类型可分为金属填充、金属氧化物填充、金属氮化物填充、 无机非金属填充及纤维填充；按绝缘电性能分为绝缘性和非绝缘型 . 由于塑料为绝缘体，因此绝缘性和非绝缘性导热塑料主要是由填料的 种类所决定,非绝缘性导热材料的填料主要是:金属粉、石墨、炭黑及 碳纤维等,这类材料兼具导热性的同时又有利于抗静电、电磁屏蔽等 而绝缘性材料填料主要包括：金属氧化物、金属氮化物、碳化物等。可用作导热粒子的无机填充材料主要有以下几种：(1) 金属粉末:铜粉、铝粉、金粉、银粉。(2) 金属氧化物：氧化铝、氧化铋、氧化铍、氧化镁、氧化锌.(3) 金属氮化物:氮化铝、氮化铋。(4) 无机非金属：石墨、碳化硅。 有资料表明导热塑料现在主要使用填充材料为铝粉和石墨，同时 亦有研究采用多种填料复配使用。其中石墨的导热率为 209W/MK(100C),与金属的导热率最为接近，所以用石墨来改善高分子导热 率的研究最多.铝粉与石墨均为导电材料，而非导电材料所用填料主 要有氧化铝、氮化铝及氧化镁等.有研究说，一般石墨填充量 30 40%的产品用途较广。填充效果的好坏主要取决于以下因素：( 1)聚合物的种类和类型(2) 填料的形状、粒径及尺寸分布(3) 填料与基体的界面结合特性及两相的相互作用.目前市场是主要的导热塑料所采用的基材有：PS、PPS、PPA、PC、LCP、PA6、PA66、PA46、PA12、TPE等.其中PPS产品较多，但具体使 用何种基材可能与具体的导热、性能及使用场合的要求有关。导热塑料生产过程中需加入偶联剂以改善材料性能，所采用的基 本为常规偶联剂，如：硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂及铝酸锆类偶 联剂。导热塑料生产工艺与高填充改性料生产工艺类似 ,首先是偶联剂 对导热剂的表面处理，而后树脂、表面改性的导热剂及加工助剂经双 螺杆挤出造粒。又有通过密炼机混合,而后层压成板材生产工艺。针对 lED 灯行业，一典型技术指标 用于 Led 的塑料散热器：热变形温度180C(3.2mm)导热系数2。 9W/MK表面电阻1012 Q击穿电压4000V阻燃V0( 1.3mm)灼热丝750C( 13mm)有文章指出，片材在横向上的合适导热系数为：机械应用方面 1。3W/MK-2W/MK; 电子领域的应用为 2W/MK4W/MK 山东大学硕士论文。专利及文献从文献及专利上看,在这方面做研究开发的部门较少，主要有华 南理工大学、山东大学以及一些高校与企业联合研究的在建筑及冷却 系统中导热塑料的使用效果的评价研究（低成本的PP、PVC等），可 能是限于成本压力而所使用的填料也主要是低成本的氧化镁、石墨之 类。同时,导热填料的整体添加量也较高，如华南理工大学添加高目 数MgO制备PPS导热塑料，氧化镁添加量达80%才能达到3。1W/MK 的热导率；有相关专利（200810025883）中添加 70%的氧化镁的 PPS, 才能达到1.6左右的导热率；华源集团与同济大学开发导热PP，石墨 添加量达50%时，热导率达到3.9W/MK同时将热导率为1。69W/MK 的导热PP分别用到暖气片、换热器、蛇形盘管中，具有“良好效果” 金陵石化添加石墨开发导热PP,整体导热率数据很高,30%石墨添加 量达到21.45W/MK （可能测试方法不一样）。山东大学硕士论文，在PC、PC/ABS 及 ABS 中分别添加 30-40%的 AL2O3、BiO/AL2O3、SiC、SiC/AL2O3，其中在PC/ABS中添加30% BiO和SiC导热率分别达到 1.226及 1.099，其他填料导热率均小于1.达到要求的导热率，如此高的填充量下，其实际使用效果有待评 价验证.使用量现今导热塑料使用量不大。从LED行业上看，主要有两方面的原 因：一是价格昂贵，一般导热塑料的价格在20美元/Kg,可能更高，与现 在使用的铝制散热材料相比成本较高。二是，与传统的散热材料相比, 导热塑料是新材料，很多厂家担心使用风险，不愿采用。应用领域在各行各业的市场上，很多地方都需要散热材料。同时，塑料材 料几乎渗透了所有的行业和领域，导热塑料的应用也可以覆盖这些领 域.即，应用于要求热传递用途，以及对塑料的其他性能，加工性能 或成本方面有要求的用途.这些领域包括电子电器、汽车、加热/冷却/ 制冷、照明、医药、食品以及体育用品。照明领域:导热塑料最典型的应用是在照明领域，主要用于制作需要散热良 好的 LED 节能灯灯杯等，虽然 LED 节能灯所消耗的热量要比普通光源 小得多，但因为 LED 节能灯结构紧凑、功能强大，温度控制仍然是 一个重要的问题。从网站及其方面了解，导热塑料在 LED 行业用量很 大，但价格很高。一般 5W/MK 的导热塑料,每公斤价格基本在 20 美 元 百度 .数据分析表明 ,一般 5mm 以下的制品 , 导热率 5W/MK 与 200W/MK对产品性能影响不大dsm导热塑料宣传册.但铝一直以来都是作为 散热系统的材料，塑料作为散热材料才刚刚起步，目前市场上也只有 飞利浦公司(所用料为DSM)推出了产品，所以很多厂家目前因担心风 险，因而不太愿意尝试开模。针对 LED 行业中不同的应用 coolpolymer 所推产品更为详细，应 用面更广 coolpolymer 官方网站。 针对封装材料(die level encapsulation) 提供低热膨胀系数的LCP基的D5506，导热率为10W/MK。针对背板 结构(board level construction)提供 PPS 基的 D5108，导热率为 10W/MK。针对外壳材料(LED enclosures)提供PPS基E5101及 PPA基E3603,导热率均为20W/MK。针对其中LED中所用的导热垫片 (sealing gaskets)提供 tpe 基的 D8101，导热率为 3W/MK。除上 述推荐牌号外，coolpolymer提供其他两款PC基E4501及E4505,导热 率为4W/MK，LED灯反光片/发热片(Reflectors)。除coolpolymer外,DSM公司也推出了相应的以PA46为基的专用 料，有三个牌号的产品(阻燃)：TC153、TC154及TC551.导热率分别 为8.0 W/MK,1.1W/MK，14W/MK。其中飞利浦公司应用DSM导热塑 料生产出了 LED灯.立达信光电选择SABIC公司新款白色LNP* Konduit *热传导复合 材料作为制造其两种LED灯泡散热片的材料。电子电器领域：析 Coolpolymer 官万网站（。 ）, 导热塑料在电子电器领域的应用有:包括线路板/电子设备封装（D5112）;片状散热片/散热片（E5101、E2）垫片（D8102）电机芯体、线圈骨架（D5110、D5506）基板、电子封装板、印刷线路板、LED线路板（D5108）功能性散热扇/散热片（E5101、E2、E3603 ）及其所用垫片（D8102）。散热垫片（D8102、D8104、E8103）继电器管或托盘（E1201、E1202）电阻器或转换器（D5502、D5110）温度传感器（D5112、D3608、D5112、D8102）抗静电（E5107） 绝缘传热板（ D5108、 D5506）电磁屏蔽板（E4505）加热/冷却/制冷化工生产中的热交换器、导热壳体及加热器 /供热设备、轴承和 电机外壳,太阳能热水器，蓄电池冷却器,散热器（暖气片），导热管等。生产商阿里巴巴及 IDE（1）美国 coolpolymerCoolpolymer 产品线比较丰富依据电性能不同分为两个系列，共26 款的产品：具有电传导性的 E 系列产品以及绝缘性的 D 系列。（2）德国 LUVOCOMLUVOCOM 1301-7804PPSLUVOCOM 1301-8153PPSLUVOCOM 13017769PPS燃LUVOCOM 6-8139PA12LUVOCOM 3-8097PA6（3）沙特 SABIC6.0 W/MK玻纤增强阻燃15 W/MK非阻燃3。5W/MK玻纤增强非阻3.0W/MK玻纤增强非阻燃3.5W/MK玻纤增强非阻燃E系列（导热导电）D系列（导热绝缘）牌号基材阻燃性导热系数牌号基材阻燃性导热系数E2LCPVO20 W/MKD4302COPE/2.3 W/MKE3607PA666VO14 W/MKD5502LCPV01.46 W/MKE4501PC/4 W/MKD5506LCPV010 W/MKE4505PCV04 W/MKD1202PP/5 W/MKE4507PCV03。6 W/MKD3608PPAV01.6 W/MKE1201PP/10 W/MKD5108PPSV010 W/MKE3603PPA/20 W/MKD5110PPSV02 W/MKE3605PA46/6 W/MKD5112PPS/6 W/MKE5101PPAV020 W/MKD8102TPE/3 W/MKE5107PPS/1。4 W/MKD8104TPEV01。31 W/MKE5109PPS/1。4 W/MKE8103TPE/5 W/MKSABIC公司推出的导热塑料产品，商品名为Konduit,所用基材有PP、PA612、PA6、PA66及PPS，有以下九款产品：Konduit ITF2B PA612 1。 1 W/MK 非阻燃玻纤增强Konduit MT00EPPKonduit MT00ELPP物）1.1 W/MK非阻燃未增强1。1 W/MK非阻燃未增强（低萃取2.2 W/MK阻燃碳纤玻纤增强1。1 W/MK玻纤阻燃增强（线性）1。1 W/MK玻纤增强2.6-10 W/MK非阻燃未增强2。2W/MK非增强阻燃1。2W/MK增强不阻燃Konduit OTF2AXXPPPSKonduit OTF2BPPSKonduit PTF2BXXXPA6Konduit PX08321PA6Konduit PX08322PA6Konduit RTF2BPA664）荷兰 DSMDSM公司主要推出的是PA46为基的LED专用料，有三个牌号的产品（阻燃）：TC153、TC154及TC551。导热率分别为8.0 W/MK, 1.1W/MK,14W/MK。相关产品物性可参看附加资料相关产品物性表。