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3M™ 氮化硼冷却填料是一系列先进的陶瓷材料,它可以用于改善聚合物的导热性,同时保持或改善电绝缘。其独特性能使得这些添加剂适用于各种电气和电子应用。使用3M氮化硼冷却填料,可以定制热导率以满足您系统中的热量要求 – 与目标电绝缘、阻燃性、机械性能和化合物/系统成本要求等性能标准相协调。
我们经验丰富的全球材料科学家、产品专家和应用工程师团队将与您密切合作,开发配方和工艺,帮助您实现最佳导热率和性能水平。
我们的使命是帮助您成功实现新的产品理念或使用3M氮化硼冷却填料优化现有设计。利用我们团队的专业知识和洞察力,您可以充分发挥这些神奇材料的潜力。
塑料成为现代设计师最喜爱材料的理由十分充分,包括其成本相对较低;适合大批量生产;以及允许非常自由的设计。
然而,在电子领域,许多塑料的应用受限。这是因为电子元件所需材料的特点是,即便在狭小的空间内,也能有效散热。虽然传统塑料没有导热性,但加入氮化硼作为填充材料即可轻松解决这一缺陷。
一般来说,填充材料的固有热传导性是由其化学成分和围观形貌决定的。
最好的例子是碳:
大多数热填充物是各向同性的和/或接近球形的。相反,石墨和六方氮化硼在结构上是各向异性的。如果应用得当,这种结构可以用来显著提高导热性。圆形或低纵横比的填料,如氧化铝、硅酸铝等,其热传导路径会因以下特性而受到阻碍:
各向异性填料,如石墨和六方氮化硼,其热传导路径更有效:
该图显示了这种各向异性的优点,它显示了用氮化硼和其他两种填充材料配制的PA6化合物的面内电导率。
对于2W/mK的面内热导率:
另请注意,3M™ 氮化硼冷却填料的密度远低于其他热填料。
如今的塑料化合物通常含有各种添加剂,以调整机械性能、阻燃性和成本等因素。通过在化合物中引入3M氮化硼冷却填料,可以显著提高其导热性能。
第二种填料的尺寸、形状和内在热导率将对化合物的热导率产生很大的影响。
在聚合物中,可以通过使用具有不同几何形状的颗粒组合形成复杂的网络。从而有利于更好的渗流,增强Z方向的导热路径,并减少填充物和聚合物之间的相互作用。
第一个例子,展示了如何通过添加3M™ 氮化硼冷却填料CFF 500-3来提高含有硅酸铝的环氧浇注树脂的导热性。
在浇注树脂中,各向异性的氮化硼通常不定向,而是均匀地分布在聚合物基质中。因此,面内和层间的热导率是相似的。
第二个例子,展示了如何通过添加氮化硼片来提高注塑成型的PA 6化合物的导热性。
同大多数热塑性材料一样,PA6传统上是注塑成型的,这也就导致了各向异性的氮化硼在聚合物基质中的取向/排列。因此,面内和层间的热导率是不同的,注塑PA 6中的对面内热导率提升的影响更大。
由于对模具的摩擦,氮化硼片通常与注塑方向平行。
然而,注塑部件中间区域的方向可能会受到注塑参数的影响。
激光闪光测量:ASTM E 1461/DIN EN 821
通过以下方式,可以进一步提高层间热导率:
激光闪光测量:ASTM E 1461/DIN EN 821
导热性能在双螺杆挤出机混炼的过程中也会受到影响。
螺杆速度以及混合条件的降低可以最大限度地减少团聚体的破裂,并增加热导率。
德国政府资助的BMBF项目概述如下。该项目旨在评估用于简化锂离子电池工艺和系统的创新材料。
该研究的技术要求如下:
该研究比较了3M™ 氮化硼片单晶片和薄片的导热性能。如该图所示,氮化硼薄片将层间热导率提高了2.5倍。
为什么会有这种差别?首先,理解热传导是通过氮化硼颗粒进行的,这一点比较重要。任何接触点都是一个热敏电阻。增加颗粒大小可以减少接触点的数量。
如下图所示,在相同的填料填充量下,500μm的薄片比3μm的薄片有更少的中断点 – 使热量有更直接的逸出路径(由红线表示)。因此,颗粒越大,导热性越高。
电气和电子行业最近的举措表明,加入氮化硼冷却填料的塑料能够节约成本、提高产品性能和扩展设计机会。
下面的示例展示了一种新的LED手电筒解决方案,它将TIMs、二级散热器甚至反射器合二为一,同时简化了整体结构。
项目参与者
“量身定做”化合物的开发者和制造商
提供热建模、模具设计和注塑成型服务
印制电路板制造商
LED供应商
填充氮化硼的化合物由于具有较好的电绝缘性能,所以可以直接将其注塑在印刷电路板周围,兼具了散热器和反射器的功能。
与之前使用金属外壳的解决方案相比,通过减少部件数量和实现一步法制造,系统总成本降低了30%。
同时,出色的热管理可以延长LED的使用寿命。
如果您需要产品、技术或应用建议,或希望与3M技术专家合作,请联系我们。