Теплопроводящие полимерные материалы реферат
Обновлено: 04.07.2024
Теплорассеивающие пластмассы — вызов алюминию Использование полимерных композитов с многократно увеличенной теплопроводностью для охлаждения различных устройств. статья Компания ОЛЕНТА
Рис. 3
Иллюстрация способности теплорассеивающих пластмасс минимизировать локальные перегревы и перепады температур.
Такое резкое повышение теплопроводности ТРПК стало возможным за счет подбора специальных технологических добавок, использования наполнителей с высокой теплопроводностью (до 150–250 Вт/м K), специализированного технологического оборудования для их высокого и сверхвысокого наполнения.
В зависимости от наполнителя эти композиты могут либо сохранять свои электроизоляционные свойства либо иметь на 5-10 порядков более низкие поверхностные электрические сопротивления, т.е. одновременно соответствовать требованиям, предъявляемым к антистатическим и электропроводящим пластмассам.
Ряд производителей полимерных композитов специального назначения информировали о начале промышленного выпуска нескольких семейств теплорассеивающих полимерных композитов.
Таблица 1
Производители ТРПК
Теплопроводность,
wt/M K
Рис. 4
Сравнительная способность транспортировать тепло обычных и ТРПК.
Основной сферой применения ТРПК является изготовление термоинтерфейсов — изделий, обеспечивающих передачу тепла непосредственно от теплогенерирующего МЭУ в окружающую среду. Типичным представителем термоинтерфейсов являются всем известные металлические (обычно это алюминиевые сплавы) радиаторы охлаждения.
По основным технико-экономическим показателям, за исключением теплопроводности (Таблица 2), ТРПК имеют серьезное преимущество в сравнении с алюминиевыми сплавами.
Что касается теплопроводности, то следует помнить ( как показано было выше), что превышение величины λ эф (5-10 Вт/м K ) является технически избыточным, а у большинства ТРПК теплопроводность превышает эти пороговые значения.
Таблица 2
Сравнение теплорассеивающих пластмасс и алюминиевых сплавов для изготовления термоинтерфейсов.
Теплорассеивающие
полимерные композиты
теплопроводность . wt\m K
точность изготовления ( качеств.)
шероховатость поверхности
Ra , мкм
коэф.лин.термического
расширения,
X 10 -6 K -1
усадка при литье, %
финишная мех.
доработка
использования термопаст при монтаже МЭУ
отн. себестоимость
(при массовом производстве)
ТРПК перерабатываются методом литья под давлением на стандартных термопластавтоматах, из них легко и сразу возможно получить высокоточные, полностью готовые к сборке детали.
В отличие от ТРПК, металлические радиаторы охлаждения в силу применяемых технологий переработки (штамповка или экструдирование, литье) нуждаются в дополнительной механической доработке (распиливании, фрезеровании, шлифовке и т.д.) Эти дополнительные операции весьма трудоемки и увеличивают себестоимость изготовления деталей.
Более низкие усадки и коэффициенты литейного термического расширения у ТРПК позволяют снизить допуски на посадочные места для тепловыделяющих элементов МЭУ. За счет этого уменьшаются воздушные теплоизолирующие зазоры (между тепловыделяющим элементом и радиатором охлаждения), улучшаются условия теплопередачи, отпадает в ряде случаев необходимость применения термопластавтоматов.
Из ТРПК могут быть легко получены изделия практически любой формы (3D дизайн). Это дает возможность разработчику спроектировать более сложную и развитую теплопередающую поверхность радиатора (Рис. 5), а также использовать для этих целей функционально другие детали МЭУ (монтажные планки, ребра жесткости, перегородки, собственно сами корпуса и оболочки устройств и т.д.), создавая по сути интегрированную систему пассивного охлаждения с горазда большей эффективной площадью теплообмена.
Так, разработчики фирмы Apple выполнили термооинтерфейс видеопроцессора в виде элемента внешнего корпуса ноутбука (Рис. 6). Это позволило эффективно охлаждать видеопроцессор без применения вентилятора, повысить стабильность работы ноутбука.
По данным фирмы СооlPolymers, два одинаковых по геометрическим размерам радиатора, изготовленных из алюминия и ТРПК на основе углеродного наполнителя, продемонстрировали в условиях естественного охлаждения практически одинаковую теплопроизводительность , не потребовали дополнительной механической доработки. В итоге (при крупносерийном производстве) радиаторы, изготовленные из ТРПК, стоили почти в два раза меньше, а их вес уменьшился на 40%.
Рис. 5
3 D радиатор из ТРПК.
Рис. 6
Теплорассеивающая панель из ТРПК для видеопроцессора ноутбука Apple РПК.
Из ТРПК изготавливается как теплопоглащающая панель тепловых труб (причем она может одновременно быть гнездом для установки МЭУ), так и теплоизлучающая панель (внутри которой происходит конденсация тепла, а на поверхности внешний теплообмен).
LED — светят , ТРПК — охлаждают.
LED (Light Emitting Diode) (светоизлучающий диод сокр. светодио́д) и светильники на их основе являются вероятно наиболее перспективной и емкой сферой применения ТРПК. Стремительный прогресс в создании все более мощных и миниатюрных светоизлучающих диодов / СИД /создал ситуацию, когда отвод тепла, неизбежно возникающего при работе мощных и сверхмощных СИД, становиться одной из главных проблем для их стабильной работы.
В качестве светоизлучающего элемента в светодиододах используются полупроводниковый кристалл (LED Chip) Рис. 9, преобразующий часть подводимой к нему электрической энергии в световое излучение. Остальная часть энергии выделяется в виде тепла.
Физика работы полупроводникового кристалла такова, что с повышением температуры кристалла (выше 100°C) его яркость падает, а дальнейшее увеличение температуры приводит к его пробою. Это означает, что поддержание теплового режима работы, отвод излишнего тепла является критически важным условием для работы СИД.
Анализ трех составляющих выделения тепла (тепловое излучение, конвекция, теплопроводность) для LED показывает, что основное тепло ( >90 %) передается непосредственно от полупроводникового кристалла на его металлическую подложку (корпус лампы) за счет механизма теплопроводности. Лишь 5% тепла уходят в виде теплового (инфракрасного) излучения.
Рис. 8
Стандартная (многокомпонентная) конструкция светодиода.
Рис. 9
Перспективная (малокомонентная ) конструкция светодиода на базе ТРПК.
Форм-фактор этого светильника полностью соответствует 12 вт галогеновым лампам. Практически весь этот светильник сделан из теплорассеивающей пластмассы фирмы DSM (США).
Вышеприведенные примеры отражают лишь малую часть потенциальных областей применения ТРПК в объектах новой техники, и подтверждают мнение авторитетных экспертов, что ТРПК будут одними из самых востребованных в ближайшее десятилетие новых полимерных материалов.
Читайте также: