O Crescimento da Popularidade dos Termoplásticos Termicamente Condutivos
Os OEMs em indústrias como elétrica/eletrônica, automotiva, iluminação, dispositivos médicos e máquinas industriais têm demonstrado um forte interesse pelos termoplásticos termicamente condutivos há vários anos. Eles buscam novas soluções para aplicações que incluem dissipadores de calor e outros dispositivos de remoção de calor, invólucros de LEDs e carcaças de baterias elétricas.
Estudos do setor indicam que esses materiais estão crescendo em dois dígitos, impulsionados por novas aplicações como veículos totalmente elétricos e complexas montagens de iluminação automotiva e comercial de grande porte. Os plásticos termicamente condutivos estão desafiando materiais mais tradicionais, como metais (notavelmente o alumínio) e cerâmicas, devido ao conjunto de vantagens que oferecem. Compostos plásticos pesam menos, custam menos, são fáceis de moldar, podem ser personalizados e também oferecem maior estabilidade térmica, resistência ao impacto e resistência a arranhões e abrasão.
Adicionando Condutividade Térmica com Aditivos
Aditivos que aumentam a condutividade térmica incluem grafite, grafeno e cargas cerâmicas como nitreto de boro e óxido de alumínio. As tecnologias para seu uso também estão avançando e se tornando mais econômicas. Outra tendência é a entrada de resinas de engenharia de menor custo, como nylon 6 e 66 e PC, em compostos termicamente condutivos, ganhando espaço sobre materiais de preço mais alto, como PPS, PSU e PEI.
Porque a Demanda está Crescendo
“A capacidade de moldar peças com forma definida, reduzir a contagem de componentes e etapas de montagem, e diminuir peso e custo são todos fatores determinantes para a adoção desses materiais,” diz uma fonte da RTP. “Para algumas aplicações, como carcaças elétricas e sobremoldagem de componentes, a capacidade de transferir calor enquanto atua como isolante elétrico é um grande ponto de interesse.”
Além disso, Dalia Naamani-Goldman, gerente de segmento de mercado para E&E no negócio de materiais de desempenho da BASF, explica: “A condutividade térmica está rapidamente se tornando uma preocupação crescente para fabricantes de componentes eletrônicos e OEMs automotivos. À medida que as aplicações se miniaturizam devido a melhorias tecnológicas e restrições de espaço, o acúmulo e dissipação de calor se tornam mais focais. Adicionar aletas de metal ou inserir componentes metálicos é difícil se as pegadas de componentes forem limitadas.”
Vantagens dos Termoplásticos em Comparação aos Metais
Aplicações de alta voltagem estão penetrando nos veículos motorizados, e as demandas por potência de processamento estão crescendo, conforme explica Naamani-Goldman. Em pacotes de baterias de veículos elétricos, o uso de metais para dispersar e dissipar calor adiciona peso, tornando-se uma opção indesejável. Além disso, componentes metálicos que operam com altos níveis de energia podem criar choques elétricos perigosos. Uma resina plástica que seja termicamente condutiva e não eletricamente condutiva pode permitir voltagens mais altas, mantendo a segurança elétrica.
James Miller, engenheiro de desenvolvimento de campo da Celanese, afirma que componentes elétricos e eletrônicos, particularmente em veículos eletrificados, continuam a encolher à medida que os espaços de componentes se tornam mais lotados. “Um fator que limita a redução de tamanho desses componentes é sua capacidade de gerenciar calor. Melhorias nas opções de embalagem termicamente condutiva permitem dispositivos menores e mais eficientes.”
Aplicações Médicas e Industriais
Em eletrônicos de potência, Miller aponta que os plásticos termicamente condutivos permitem sobremoldagem ou encapsulamento, uma opção de design não disponível com metais ou cerâmicas. No caso de dispositivos médicos que geram calor, como aqueles com câmeras ou componentes de cauterização, a flexibilidade de design dos plásticos termicamente condutivos permite embalagens mais leves e funcionais.
Além disso, Jean-Paul Scheepens, gerente geral da PolyOne, observa que os setores automotivo e de E&E têm a maior demanda por compostos termicamente condutivos, atendendo às necessidades de clientes e indústrias, incluindo maior liberdade de design, aumento da área superficial para maior variabilidade térmica, opções de redução de peso, e consolidação de peças, como a incorporação de um dissipador de calor no mesmo componente que a carcaça, permitindo criar sistemas de gestão térmica mais uniformes.
Substituindo o Metal
Os termoplásticos termicamente condutivos estão prosperando ao fornecer flexibilidade de design 3D para requisitos de gerenciamento térmico mais elevados em iluminação LED, diz Celanese’s Miller.
No caso automotivo, nossas soluções de polímeros termicamente condutivos (TCP) permitiram invólucros para luzes de teto de perfil baixo e dissipadores de calor que substituem o alumínio em faróis externos. Nossos TCPs CoolPoly oferecem uma solução para o segmento crescente de displays heads-up automotivos, que exigem maior dissipação de calor devido ao espaço do painel confinado, com fluxo de ar limitado e ao calor da luz solar que atinge esta parte do veículo.
Aplicações Automotivas e Comerciais
Em aplicações automotivas, os principais usos incluem substituição de dissipadores de calor em módulos de faróis, módulos de luz de neblina e módulos de faróis traseiros. Isso também se aplica a funções de alto e baixo feixe de LED, tubos de luz e guias de luz de LED, luzes diurnas (DRL) e sinais de mudança de direção.
Em iluminação comercial, Matsco, da Covestro, observa que a gestão térmica de aplicações de rede de alta qualidade está crescendo em roteadores e estações base. Em todos os mercados, também pode ser observado uma redução de custo de até 20%, dependendo do design.
Resinas que Ganham Tração
Inicialmente, os compostos plásticos termicamente condutivos eram baseados em resinas de engenharia de ponta; mas nos últimos anos, resinas de engenharia de volume como nylon 6 e 66, PC, e PBT têm ganhado muito espaço. “Todas essas resinas têm sido vistas no mercado e a nylon e o policarbonato parecem ser as que mais se destacam devido ao custo,” diz Matsco.
Substituição de Materiais Custosos
Enquanto o PPS ainda é usado com frequência, a PolyOne tem visto crescimento tanto em nylon 6 e 66 quanto em PBT, diz Scheepens. A RTP observa que os nylons, PPS, PBT, PC e PP são as resinas mais populares, mas muitos termoplásticos de desempenho superior, como PEI, PEEK, e PPSU, podem ser usados, dependendo dos desafios da aplicação.
Por exemplo, uma carcaça cirúrgica que precisa suportar esterilizações frequentes pode requerer um composto de PPSU para manter propriedades isolantes elétricas e reduzir o acúmulo de umidade.
Aditivos com Promessa
Dependendo dos requisitos da aplicação, uma ampla gama de aditivos pode ser usada para condutividade térmica. “Os mais populares continuam sendo aditivos como grafite, mas sempre estamos explorando novas opções como grafeno ou sistemas aditivos cerâmicos inovadores,” afirma uma fonte da RTP.
Novas Descobertas em Aditivos
Um exemplo recente foi lançado pela Divisão Martinswerk da Huber Engineered Polymers. Baseado em óxido de alumínio e direcionado para novas tendências de mobilidade, como eletrificação, a linha de aditivos Martoxid superou outros óxidos de alumínio e cargas condutivas.
Os aditivos têm mostrado excelente potencial para uso em PP, TPO, nylons 6 e 66, ABS, PC e LSR, permitindo cargas de preenchimento superiores a 60%, sem comprometer propriedades mecânicas ou reológicas.
Compostos Condutores Multifuncionais
A demanda por compostos condutores multifuncionais, como termicamente e eletricamente condutivos ou termicamente condutivos e retardantes de chama, também está aumentando.
Soluções Inovadoras e Econômicas
“O desafio é equilibrar a condutividade térmica com outras necessidades, garantindo que os materiais possam ser processados em altos volumes de maneira eficiente, e que as propriedades mecânicas não caiam muito,” diz Naamani-Goldman. “Outra dificuldade é criar uma solução econômica que possa ser amplamente adotada.”
Na busca por cumprir essas necessidades do mercado, empresas como Covestro, RTP e Celanese têm explorado uma ampla variedade de aditivos que combinam a seleção diversificada de resinas base para oferecer composições proprietárias que possibilitam uma faixa de condutividade térmica de 0,4-40 W/mK.
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Última atualização em 8 de julho de 2024
