Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, part 3.

Jejich výhodou je, obdobn� jako u prakticky všech výst�ik� z termoplast�, vyšší svoboda designu ve vztahu k technologii vst�ikování, mo�nost vytvá�et nová, vlastní �ešení se synergickými ú�inky - integrace funkcí, systém p�enosu tepla je prakticky stejný jako u kovových materiál�, sní�ení hmotnosti konstrukce, recyklovatelnost, enviromentální p�ínos - nekorodují, zvýšení efektivity výroby a odstran�ní nutných víceprací jako nap�íklad lakování, vrtání, atd., sní�ení celkových výrobních náklad� oproti �ešením z kovu.

Jednou z nezanedbatelných výhod konstrukcí z tepeln� vodivých materiál� je mo�nost �ešení - sní�ení - lokálního p�eh�ívání - hot spot reduction.

Tepeln� vodivé materiály z termoplastickou matricí se vyráb�jí zárove� bu� jako elektricky vodivé nebo nevodivé, s mo�ností další aditivace - UV stabilizace, odolnost proti ho�ení, barvení, atd. Rozsah teploty pou�ití je dán tepelnou odolností pou�ité matrice.

P�i konstrukci výst�ik� z tepeln� vodivých granulát� je nutno pamatovat na všechny t�i slo�ky odvodu tepla - vedením - kondukcí, proud�ním - konvekcí a zá�ením - radiací. Slo�ka odvodu tepla vedením je ze všech t�í slo�ek nejrychlejší, proud�ní zvyšuje ú�innost tepeln� vodivých materiál� a radiace se obvykle, pro svoji malou hodnotu, zanedbává.  

Firma PolyOne publikovala p�ípadovou studii pou�ití tepeln� vodivého plastu namísto klasicky pou�ívaného hliníku ve sv�tle osobního automobilu s t�mito výsledky:

 - sní�ení hmotnost - 37 %
 - sní�ení výrobních náklad� - více ne� 25 %
 - celková úspora náklad� na díl - 35 %.

P�íklady tepeln� vodivých materiál�

www.barlogplastics.de

Obchodní název -  KEBABLEND/TC:

 - tepeln� i elektricky vodivé, nesamozhášivé
 - matrice - PP, PA, POM, TPE
 - plnivo - kovový prach, kovová vlákna, uhlíková vlákna
 - tepelná vodivost a� 10 W/mK

 - tepeln� vodivé, elekticky nevodivé
 - samozhášivé - matrice - PPS, PET FR
 - nesamozhášivé - matrice. PP, PA, TPE
 - plnivo - keramický prášek
 - tepelná vodivost a� 6 W/mK

www.coolpolymer.com

Obchodní název - CoolPoly - �ada E, D

 - �ada E - tepeln� i elektricky vodivé
 - �ada D - tepeln� vodivé, dielektrické plasty - izolanty, elektrická rezistivita 1E12 a� 1E16 ohm cm
 - matrice pro ob� �ady - PP, PPA, PA, PPS, LCP, TPE
 - tepelná vodivost od 1 a� do 100 W/mK, nej�ast�ji 1 a� 20 W/mK, tj. 5 a� 100x více ne� mají b�né plasty

Obchodní název - CoolPoly LED Series Thermally Conductive Plastics - TCP

 - ur�eny pro výrobu chladi�� LED osv�tlovacích systém� - úspora a� 50 % hmotnosti oproti hliníkovým chladi��m

Firma CoolPoly má ve svém portfoliu vysoce tepeln� vodivý materiál, který má v názvu:  vst�ikováním tvarovatelný kov, tj . materiál dodávaný ve form� granulátu, který je mo�no standardn� vst�ikovat do b�ných vst�ikovacích forem.

Obchodní název - Xyloy M 950 Injection Moldable Metal

 - materiál svými vlastnostmi je schopen nahradit slitiny lehkých kov� a jejich zpracování tlakovým odléváním
 - pro porovnání: Xyloy má hustotu 4, 9 g/1E  - 3 g a sou�initel vedení tepla lambda 110 W/mK, smršt�ní 0, 5 %, Al slitiny 2, 7 g/ 1E  - 3 g, lambda 95 W/mK, Zn slitiny 6, 6 g/1E  - 3 g, lambda 133 W/mK, Mg slitiny 1, 8 g/1E  - 3 g, lambda 50 W/mK.

www.polyone.com  

Obchodní název - THERMA - TECH

 - tepeln� vodivé, elektricky vodivé i nevodivé
 - samozhášivé, V - 0, PPS
 - nesamozhášivé - PA 66
 - tepelná vodivost a� 21 W/mK

Pro p�edstavu uvedu orienta�ní ceny p�i odb�ru 1 000 kg granulátu - hrubý odhad:

 - PA 66 - obojí vodivost - 6, 90 EUR/kg
 - PPS - obojí vodivost - 10, 70 EUR/kg
 - PA 66 - tepeln� vodivý, izolant - 35, 30 EUR/kg
 - PPS - tepeln� vodivý, izolant - 39, 50 EUR/kg

Materiály PolyOne pou�ívá pro výrobu LED systém� finská firma www. kruunutekniikka. fi, respektive její divize Coolics, www. coolics. fi.

www.premixgroup.com

Obchodní název - PRETHERM TPE

 - matrice - termoplastické elastomery, tepeln� vodivé, elektricky izolant
 - plnivo - nitrid bóru

www.sabic - ip.com

Obchodní název - LNP KONDUIT

 - matrice - PP, PPS, PA 6, PA 66, PA GF


Elektricky vodivé termoplasty

Elektricky vodivé termoplasty, ve všech variantách vodivosti, stín�ní, elektromagnetické kompatibility, antistatických vlastností, ochrany p�ed nebezpe�ím výbuchu, ve form� objemového dílu nebo jako povlak se pou�ívají zejména p�i konstrukci a výrob� r�zných typ� konektor�, díl� do za�ízení silové elektroniky, osv�tlovacích systém� dopravních prost�edk�, palivových systém� dopravních prost�edk�, za�ízení informa�ních technologií, ve zdravotnické technice, v po�íta�ích, v mobilních telefonech, atd.

Výhody výst�ik� z t�chto materiál� jsou velmi obdobné jako u tepeln� vodivých materiál�, které se v mnoha p�ípadech samoz�ejm� dají pou�ít i v aplikacích elektricky vodivých materiál�.

obr.: Prototyp zo vstrekovaného plastového krú�ku s magnetmi. Niektoré z 16 magnetických pólov sú vidite�né za fóliou Flux detektor, Foto: BARLOG plastics GmbH

Podle po�adavk� na výst�iky kladené je mo�no vybírat z pom�rn� široké škály nabízených rozsah� povrchového m�rného odporu . Obvyklý rozsah povrchové rezistivity pro náhradu kovových materiál� plasty je od cca 1E11 do cca 1E 1 ohmu. Tento nastavitelný rozsah je dán pou�itým plnivem v kompozitech.

Nejmenší stínící výkon mají uhlíková vlákna, následují nerezová kovová vlákna a nejvyšší výkon dávají niklem pota�ená uhlíková vlákna.  

V rozsahu povrchového odporu cca 1E 14 a� cca 1E 12 hovo�íme o izola�ních materiálech, pro antistatické materiály je mo�no definovat rozsah cca 1E 12 a� 1E 9, disipativní elektricky vodivé materiály mají rozsah cca 1E 9 a� cca 1E 5 a vodivé materiály cca 1E 4 a� cca 1E  - 2, EMI/RFI 1E 4 a� 1E 1. V literatu�e o elektrické vodivosti plast� lze nalézt i jiné rozsahy odpor�.

Kovové materiály mají povrchový odpor v rozmezí cca 1E  - 1 a� cca 1E  - 5, b�né plasty 1E 12 a výše.

P�íklady typických hodnot povrchového odporu  - ohm - v závislosti na plnivu:

 - POM - vodivé saze - 1E 3
      - uhlíkové vlákno - 1E 2
 - PA 66 - vodivé saze - 1E 5
       - uhlíkové vlákno - 1E 2
 - PA 6 - uhlíkové vlákno - 1E 4
      - kovové vlákno - 1E 5
 - PA 12 - vodivé saze - 1E 6
       - uhlíkové vlákno - 5 E 1
 - PPA - uhlíkové vlákno - 1E 2.  

Krom� výše uvedených mo�ností pou�ití v oblasti vyu�ití elektrovodivých vlastností je mo�no granuláty a koncentráty pou�ít i pro zvýšení fyzikáln� - mechanických vlastností matric.

Plniv se vyu�ívá zejména pro zvýšení tuhosti a pevnosti díl� nap�íklad typu tenisové rakety, golfové hole, hokejky, rámy jízdních kol, jachta�ské pot�eby, díly do v�trných elektráren, apod.

N�které typy koncentrát� se pou�ívají i v technologii nanášení vrstev na kovové materiály - technologie CCVD - Cataly - Chemical Vapor Deposition - ve fluidním lo�i.


P�íklady elektricky vodivých termoplast�

www.barlogplastics.de

Obchodní název - KEBABLEND/EC

 - matrice - �áste�n� krystalické termoplasty, nap�íklad PP, PA
 - plnivo - vodivé saze, uhlíková vlákna, kovové prášky, kovová vlákna
 - pou�ití - podle matrice a plniva - pro povrchové úpravy - nap�íklad práškové lakování, zamezení statickým výboj�m, ochrana proti výbuchu, atd.

www.graphistrength.com

Krom� komer�n� dodávaných granulát� s elektrovodivými vlastnostmi jsou na trhu i koncentráty, které po dispergaci v polymerní tavenin� dávají základní matrici ESD vlastnosti.

Koncentráty zejména typu vícevrstvých uhlíkových nanotrubic vhodné pro matrice PA 12, PA 6, PA 66, PC, PE, PP, PS, ABS, PC/ABS, PVC - dávkování 15 a� 30 %.

www.polyone.com

Obchodní název - STAT - TECH, Static Dissipative and Conductive Compounds

 - matrice - ABS, POM, PA 6/12, PA 12, PA 6, PA 66, LCP, PC, PC/ABS, PEI, PP, PA GF
 - plnivo - uhlíkový prach, uhlíkové vlákno, uhlíkové vlákno pota�ené niklem, kovová vlákna

www.premixgroup.com

Obchodní název

PRE - ELEC - povrchový odpor 1E 5 a� 1E 8 ohm

 - matrice - PP, PP GF, PS, PE - HD, PE - LD, PA 6, ABS, PC, PC/ABS, TPE - SEBS
 - plnivo - uhlíkové vlákno
 - obsah 40 a� 50 %

PRE - ELEC ESD - povrchový odpor 1E 8 a� 1E 12 ohm

 - granulát - PP, HI PS, ABS, MABS, PC/ABS
 - koncentrát pro - PP, ABS, PE

PREPERM - anténní a konektorové aplikace, pro vysokofrekven�ní pole, mají vysokou dielektrickou konstantu

PRESEAL TPE - vysoká elektrická vodivost, plnivo - st�íbro, niklem pokovený grafit

www.rtpcompany.com

 Dodávají:
 - antistatické materiály - odpor 1E 10 a� 1E 12
 - staticky disipativní - odpor - 1E 6 a� 1E 12
 - elektricky vodivé - odpor - 1E 1 a� 1E 6
 - EMI/RFI - odpor - 1E 1 a� 1E 4

www.sabic-ip.com

Obchodní název - LNP FARADEX - ESD, EMI/RFI, elektricky vodivé materiály

 - matrice - ABS, PC, PC/ABS, PP, PE, PS
 - plnivo - kovová nerezová vlákna

V n�kterých p�ípadech je mo�no pou�ít kovová plniva nejen k elektrické vodivosti kompozitních materiál�, ale je mo�no jejich vlastností vyu�ít pro zna�kování, tj . umo�nit nap�íklad detektorem kov� zjistit, �e v kontrolovaném systému je daný materiál.
P�íkladem takových materiál� je KEBABLEND/D firmy BARLOG plastics GmbH. Matrice - PP, PA, PBT, ABS, plnivo - kovový prach.
Pou�ití - strojní sou�ásti v potraviná�ských technologiích, medicínská technika, pom�cky pro balení, apod.

1. �as� »

2. �as� »

• pokra�ovanie �lánku bude uverejnené 3.11.2014.