Cómo funcionan los Aditivos de Refrigerante de Nitruro de Boro 3M™
Explore nuestra biblioteca de estudios de casos para conocer cómo los Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro 3M™ pueden aumentar la conductividad térmica de los compuestos existentes, cómo los factores de procesamiento influyen en el rendimiento y mucho más.
Adaptación de la conductividad térmica de materiales plásticos con Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro 3M™
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Los Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro de 3M™ son una familia de materiales cerámicos avanzados que se utilizan para mejorar la conductividad térmica en polímeros mientras mantienen o mejoran el aislamiento eléctrico. Sus propiedades únicas hacen que estos aditivos sean adecuados para una amplia variedad de aplicaciones eléctricas y electrónicas. Con los Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro, la conductividad térmica se puede adaptar para cumplir con los requisitos térmicos de su sistema, en armonía con los criterios de rendimiento, como el aislamiento eléctrico objetivo, el retardo de llama, las propiedades mecánicas y los requisitos de costo del sistema/compuesto.
Nuestro experimentado equipo global de científicos de materiales, especialistas en productos e ingenieros de aplicaciones trabajará en estrecha colaboración con usted para desarrollar formulaciones y procesos que puedan ayudarlo a lograr niveles óptimos de conductividad térmica y rendimiento.
Nuestra misión es ayudarlo a tener éxito en la implementación de nuevas ideas de productos o en la optimización de diseños existentes utilizando Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro de 3M. Al aprovechar su experiencia y conocimientos, puede aprovechar todo el potencial de estos increíbles materiales.
Aplicando la tecnología
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- Comparación de la conductividad térmica de varios aditivos térmicos
- Aumento de la conductividad térmica de los compuestos con la solución de 3M
- Los parámetros de moldeo por inyección y la conductividad térmica
- La modificación de los parámetros de composición y la conductividad térmica
- Comparación de la conductividad térmica de varios aditivos de nitruro de boro
- Uso de la solución de 3M para ahorrar costos a lo largo de la cadena de valor
Comparación de la conductividad térmica de varios aditivos térmicos
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Hay muchas buenas razones por las que los plásticos son los materiales favoritos de los diseñadores modernos, incluido su costo relativamente bajo, idoneidad para la producción de alto volumen y la excepcional libertad de diseño que permiten.
Sin embargo, en el área de la electrónica, la utilidad de muchos plásticos es limitada. Esto se debe a que los componentes electrónicos requieren materiales que puedan disipar el calor de manera efectiva en un espacio pequeño. Aunque los plásticos convencionales no son térmicamente conductores, la adición de nitruro de boro como material de aditivo resuelve fácilmente esta deficiencia.
En general, la conductividad térmica intrínseca de un material de aditivo está determinada por su composición química y morfología. El mejor ejemplo es el carbono:
- Modificación hexagonal -> hasta 165 W/m•K
- Modificación cúbica -> hasta 2.300 W/m•K
- Grafeno -> hasta 6.000 W/m•K
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Aditivos de baja relación de aspecto
La mayoría de los aditivos térmicos son isotrópicos y/o casi esféricos. El grafito y el nitruro de boro hexagonal, por el contrario, tienen una estructura anisotrópica. Cuando se aplica correctamente, esta estructura se puede utilizar para mejorar significativamente la conductividad térmica. La ruta de conducción térmica de los aditivos redondos o de baja relación de aspecto, como la alúmina, el silicato de alúmina y otros, se ve obstaculizada por estas características:
- Sin contacto entre las partículas
- El polímero se comporta como una resistencia térmica entre las partículas
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Aditivos de alta relación de aspecto
La ruta de conducción térmica de los aditivos anisotrópicos, como el grafito y el nitruro de boro hexagonal, toma una ruta más eficiente:
- Más puntos de contacto con la misma carga de llenado
- El puente se alcanza con una carga más baja, lo que conduce a una mayor conductividad térmica
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- Medición del Destello Láser: ASTM E 1461/DIN EN 821
- Martoxid es una marca registrada de Huber Martinswerk Silatherm es una marca registrada de Quarzwerke GmbH
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Mejora del rendimiento térmico con nitruro de boro
El beneficio de esta anisotropía se demuestra en este gráfico, que muestra la conductividad en el plano de los compuestos PA6 formulados con nitruro de boro y otros dos materiales de aditivo.
Mientras que los aditivos térmicos convencionales están limitados a < 4 W/m•K de conductividad térmica en el plano, los Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro de 3M pueden alcanzar > 10 W/m•K en el plano y hasta 4 W/m•K en el plano de conductividad térmica.
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Para conductividad térmica en el plano de 2 W/mK:
- Se necesita 70% en peso de silicato de alúmina
- Se necesita 70% en peso de alúmina
- Se necesita un 30 % en peso de aditivo refrigerante de nitruro de boro
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Densidad del aditivo conductor térmico
Tenga en cuenta también que los Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro de 3M™ tienen una densidad mucho más baja que otros aditivos térmicos.
- Se necesita un % en peso más bajo para lograr las mismas conductividades térmicas que los aditivos térmicos alternativos
- Menos contenido de aditivo significa menos impacto en las propiedades mecánicas del compuesto
- Menos aditivo significa que se agrega menos peso
- Las comparaciones con otros aditivos térmicos siempre deben considerarse sobre la base del porcentaje de volumen
Aumento de la conductividad térmica de los compuestos existentes con las hojuelas de Aditivo Refrigerantes de Nitruro de Boro 3M™
Los compuestos plásticos de hoy en día a menudo contienen una variedad de aditivos para ajustar factores como las propiedades mecánicas, el retardo de llama y el costo. La conductividad térmica de estos compuestos existentes se puede aumentar drásticamente introduciendo copos de Aditivo Refrigerante de Nitruro de Boro 3M en el compuesto.
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Hidróxido de aluminio -
Talco -
Silicato de alúmina -
Wollastonita
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El tamaño, la forma y la conductividad térmica intrínseca de los aditivos secundarios tienen una fuerte influencia en la conductividad térmica de los compuestos.
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El uso de una combinación de partículas que tienen diferentes geometrías crea una red compleja en el polímero. Esto permite una mejor percolación, una ruta de conductividad térmica mejorada en la dirección z y menos interfaces entre el aditivo y el polímero.
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Conductividad térmica en W/m•K, para epoxi aditivo con escamas de nitruro de boroEste primer ejemplo muestra cómo se puede aumentar la conductividad térmica de una resina epoxi que contiene aluminosilicato mediante la adición de Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro 3M™ CFF 500-3.
En las resinas de encapsulado, el nitruro de boro anisotrópico generalmente no está orientado sino que se distribuye uniformemente en la matriz polimérica. Por lo tanto, las conductividades térmicas en el plano y a través del plano son similares.
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Conductividad térmica en W/m•K, en el plano (dirección x/y), PA 6 aditivo con escamas de nitruro de boroEste segundo ejemplo muestra cómo se puede aumentar la conductividad térmica de un compuesto de PA 6 moldeado por inyección con la adición de escamas de nitruro de boro.
PA 6, como la mayoría de los materiales termoplásticos, se moldea tradicionalmente por inyección, lo que provoca una orientación/alineación del nitruro de boro anisotrópico en la matriz polimérica. Por lo tanto, las conductividades térmicas en el plano y a través del plano son diferentes, y el efecto de refuerzo en PA 6 moldeado por inyección es mayor en la conductividad térmica en el plano.
Cómo influye la modificación de los parámetros de moldeo por inyección en la conductividad térmica
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Los copos de nitruro de boro normalmente se orientan paralelos a la dirección de inyección debido a la fricción hacia el molde.
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Sin embargo, la orientación en la zona central de la pieza moldeada por inyección puede verse influenciada por el parámetro moldeado por inyección.
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Medición de destello láser: ASTM E 1461/DIN EN 821
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La conductividad térmica a través del plano se puede aumentar aún más mediante:
- Reducción de la temperatura de fusión
- Disminución de la velocidad de inyección
- Disminución de la temperatura del molde
Cómo la modificación de los parámetros de composición influye en la conductividad térmica
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Medición de destello láser: ASTM E 1461/DIN EN 821
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La conductividad térmica también puede verse afectada durante la preparación de compuestos en una extrusora de doble husillo.
La disminución de la velocidad del tornillo, así como las condiciones de mezclado suaves, pueden minimizar la descomposición del aglomerado y aumentar la conductividad térmica.
Comparación de la conductividad térmica de varios aditivos de nitruro de boro
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El siguiente es un resumen del Proyecto BMBF, financiado por el gobierno alemán. El proyecto está diseñado para evaluar materiales innovadores para la simplificación de procesos y sistemas en baterías de iones de litio.
Los requisitos técnicos del estudio son los siguientes:
- Matriz polimérica: PA 6
- Aislamiento eléctrico: el. resistencia (IEC 60093) 1,00E+14 Ohm•m
- Conductividad térmica (DIN 52612-1) de piezas delgadas moldeadas por inyección: x / y / z = 4 / 4 / >2 W/m•K
- Compuestos PA6 cargados con:
- Tensión de rotura (ISO 527-1/-2): 100 MPa
- Alargamiento a la rotura (ISO 527-1/-2): 2-2,3%
- Charpy (DIN EN ISO 179−1): 40 KJ/m²
- Costos compuestos económicos
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El estudio comparó la conductividad térmica de las plaquetas y hojuelas de Nitruro de Boro 3M™. Como se muestra en este gráfico, las escamas de nitruro de boro aumentaron la conductividad térmica del plano pasante en un factor de 2,5.
¿Por qué la diferencia? Primero, es importante comprender que la conducción térmica se lleva a cabo a través de las partículas de nitruro de boro. Cualquier punto de contacto es una resistencia térmica. El aumento del tamaño de las partículas reduce el número de puntos de contacto.
Como demuestra la siguiente ilustración, una escama de 500 μm tiene muchos menos puntos de interrupción que las plaquetas de 3 μm con las mismas cargas de aditivo, lo que proporciona al calor una vía de escape más directa (indicada por las líneas rojas). Como resultado, la conductividad térmica es mayor con partículas más grandes.
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Tamaño de partícula pequeño (plaquetas) -
Tamaño de partícula más grande (copos)
Uso de Aditivos Refrigerantes de Nitruro de Boro de 3M para ahorrar costos a lo largo de la cadena de valor
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Iniciativas recientes en la industria eléctrica y electrónica han demostrado que los plásticos que incorporan aditivos refrigerantes de nitruro de boro pueden ayudar a ahorrar costos, mejorar el rendimiento del producto y ampliar las oportunidades de diseño.
El siguiente ejemplo muestra una solución para una nueva linterna LED que reúne TIM, disipadores de calor secundarios, e incluso el reflector, al tiempo que simplifica la construcción general.
Participantes del proyecto
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Desarrollador y fabricante de compuestos “a medida”
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Proporcionó modelado térmico, diseño de herramientas y servicio de moldeo por inyección
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Fabricante de placa de circuito impreso
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Proveedor de LED
Debido a que es eléctricamente aislante, el compuesto aditivo de nitruro de boro se puede moldear por inyección directamente alrededor de la placa de circuito impreso, funcionando como disipador de calor y reflector.
Al disminuir la cantidad de componentes y permitir la fabricación en un solo paso, los costos totales del sistema se redujeron en un 30 %, en comparación con las soluciones anteriores que utilizan carcasas de metal.
Al mismo tiempo, la excelente gestión del calor prolonga la vida útil del LED.
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Polímero convencional sin carga -
Polímero termoconductor
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