می تواند نایلون رسانای حرارتی جایگزین آلومینیوم برای سینک های حرارتی شود?

نایلون رسانای حرارتی در حال تبدیل شدن به جایگزینی برای برخی اجزای اتلاف حرارت است.

محفظه لامپ های LED, محفظه های منبع تغذیه, سازه های خنک کننده الکترونیکی, و سایر رسانه ها- و کاربردهای کم مصرف به طور فزاینده ای از پلاستیک های مهندسی رسانای حرارتی برای کاهش وزن استفاده می کنند, ساده سازی مونتاژ, و یکپارچه سازی عایق الکتریکی.

این یک سوال مهندسی مهم را مطرح می کند: آلومینیوم دارای رسانایی حرارتی در حدود 200 w/m · k. نایلون خالص فقط 0.25-0.3 W/m·K است. این تفاوت چند صد برابری است. آیا نایلون رسانای حرارتی واقعا می تواند جایگزین آلومینیوم در سینک های حرارتی شود?

این یک سوال منصفانه است. عدد موجود در دیتاشیت غیرممکن به نظر می رسد. اما پاسخ جالب تر از یک بله یا نه ساده است.

این که آیا یک قطعه می تواند گرما را از بین ببرد توسط یک خاصیت ماده مشخص نمی شود - این توسط کل مسیر حرارتی تعیین می شود.: هدایت, در حال گسترش, همرفت, و تشعشع.

این مقاله نحوه عملکرد نایلون رسانای حرارتی را توضیح می دهد, جایی که می تواند واقعا جایگزین آلومینیوم شود, جایی که نمی تواند, و چگونه یک نمره را بدون گمراه شدن توسط یک عدد چشمگیر انتخاب کنید.

1. نایلون رسانای حرارتی چیست؟?

نایلون, همچنین به عنوان شناخته می شود پلی آمید (پا), یک ترموپلاستیک مهندسی پرکاربرد است که به دلیل استحکام مکانیکی آن ارزش دارد, مقاومت در برابر پوشیدن, مقاومت شیمیایی, و تطبیق پذیری پردازش.

نمرات مهندسی رایج شامل PA6 و PA66 است. هر چند, نایلون پر نشده به طور طبیعی یک رسانای حرارتی ضعیف است, با هدایت حرارتی معمولی تقریباً 0.25-0.3 W/(m · k).

این با بسیاری از پلاستیک های مهندسی معمولی و بسیار کمتر از آلومینیوم قابل مقایسه است.

نایلون رسانای حرارتی با بارگذاری ماتریس با حجم بالایی از پرکننده رسانای حرارتی کار می کند..

ذرات پرکننده با یکدیگر تماس می گیرند و یک شبکه رسانای پیوسته را تشکیل می دهند. گرما در طول این شبکه به جای پلیمر حرکت می کند.

پرکننده های معمولی رسانای حرارتی

پرکننده های حرارتی را می توان به طور کلی به دو دسته عایق الکتریکی و رسانای الکتریکی تقسیم کرد.

هدایت حرارتی معمولی نایلون رسانای حرارتی

مقادیر زیر ارجاعات کلی انتخاب مواد را ارائه می دهند:

یادداشت: اینها محدوده های شاخص هستند, مشخصات تضمین نشده. عملکرد واقعی به درجه نایلون بستگی دارد, نوع پرکننده, در حال بارگذاری, شرایط پردازش, و جهت اندازه گیری.

کامپوزیت های تخصصی ممکن است به مقادیر بالاتری دست یابند, اما ویژگی های مکانیکی و پردازشی آنها نیز باید ارزیابی شود.

2. آیا نایلون رسانای حرارتی واقعا می تواند گرما را از بین ببرد?

یک هیت سینک به تنهایی با رسانایی کار نمی کند. از طریق یک دنباله کار می کند: هدایت از منبع, از طریق قطعه پخش می شود, همرفت از سطح به هوا, و تشعشع از سطح.

آلومینیوم به سرعت گرما را هدایت می کند, اما هدایت تنها اولین قدم است. مرحله آخر - وارد کردن گرما به هوا - به مساحت سطح و جریان هوا بستگی دارد, نه بر رسانایی مواد.

بخشی با رسانایی عالی و سطح ناکافی همچنان داغ خواهد بود.

نایلون رسانای حرارتی رسانایی کمتر خود را از طریق چندین مزیت طراحی و عملکردی جبران می کند.

تابش سطحی بالاتر

سطوح آلومینیومی, به خصوص آنهایی که روشن یا جلا داده شده اند, عموماً تابش حرارتی نسبتاً پایینی دارند.

سطوح پلیمری معمولاً تابش بالاتری را نشان می دهند, به آنها اجازه می دهد تا نسبت بیشتری از گرما را از طریق تشعشعات حرارتی در همان دمای سطح آزاد کنند.

این مزیت در تجهیزات بسته با جریان هوای محدود بیشتر مرتبط می شود. تحت شرایط همرفت طبیعی, تشعشعات می توانند سهم معنی داری از اتلاف گرما را به همراه داشته باشند.

هر چند, سهم واقعی به دمای سطح بستگی دارد, انتشار, دمای سطح اطراف, و هندسه محوطه.

انتشار بیشتر به طور خودکار نایلون را به یک هیت سینک بهتر تبدیل نمی کند, اما می تواند به جبران رسانایی حرارتی کمتر در برنامه های کاربردی با طراحی مناسب کمک کند.

آزادی طراحی بیشتر برای سازه های پراکنده گرما

قالب‌گیری تزریقی به نایلون رسانای حرارتی اجازه می‌دهد تا هندسه‌های پیچیده‌ای را تشکیل دهد که ممکن است تولید آن از طریق ماشین‌کاری معمولی آلومینیوم دشوار یا گران باشد..

تولید کنندگان می توانند باله های متراکم را با هم ادغام کنند, سطوح منحنی, ویژگی های اتلاف حرارت نامنظم, و حفره های داخلی را به یک جزء قالب گیری تبدیل می کنند.

این سازه‌ها می‌توانند منطقه موثر انتقال حرارت را بدون نیاز به چندین عملیات ماشین‌کاری یا مونتاژ افزایش دهند.

برای محصولات الکترونیکی فشرده, جایی که فضای نصب در دسترس محدود است, هندسه می تواند به اندازه رسانایی مواد مهم باشد.

هر چند, باله های بیشتر همیشه به معنای خنک شدن بهتر نیست. فاصله باله, ضخامت, ارتفاع, جهت گیری, و مقاومت جریان هوا باید با هم در نظر گرفته شود.

اگر فاصله باله ها خیلی نزدیک باشد, جریان هوا محدود ممکن است اثربخشی آنها را کاهش دهد.

عایق الکتریکی یکپارچه

عایق الکتریکی یک نکته مهم در روشنایی LED است, الکترونیک قدرت, تجهیزات شارژ, و سایر مجموعه های الکتریکی.

آلومینیوم به طور موثر گرما را هدایت می کند، اما الکتریسیته را نیز هدایت می کند, بنابراین طراحان ممکن است به عایق اضافی بین منبع گرما و محفظه فلزی نیاز داشته باشند.

هنگامی که فرمولاسیون از پرکننده های عایق الکتریکی استفاده می کند، نایلون رسانای حرارتی می تواند انتقال حرارت و عایق الکتریکی را در یک ماده ترکیب کند., مانند اکسید آلومینیوم, نیترید آلومینیوم, یا نیترید بور.

این می تواند نیاز به ورق های عایق جداگانه را کاهش دهد, پدها, براکت, یا سایر اجزای جداسازی.

نتیجه ممکن است یک مونتاژ ساده تر با رابط های کمتر و فرصت های کمتر برای خطاهای نصب باشد.

با این وجود, عایق الکتریکی باید در برابر ولتاژ محصول تأیید شود, الزامات خزش و ترخیص, محیط عملیاتی, و استانداردهای ایمنی قابل اجرا.

وزن کم و تعداد قطعات کاهش یافته

با چگالی معمولی تقریباً 1.3-1.8 g/cm³, نایلون رسانای حرارتی بسیار سبک تر از آلومینیوم است, که به طور کلی دارای چگالی تقریباً 2.65-2.80 g/cm³ است.

فراتر از وزن مواد, قالب گیری تزریقی همچنین به سازندگان اجازه می دهد تا باس های نصب را یکپارچه کنند, پست های پیچ, کانال های سیمی, ویژگی های اسنپ فیت, و قرار دادن ساختارها به طور مستقیم در محفظه اتلاف کننده حرارت.

این ویژگی های یکپارچه می توانند براکت های جداگانه را حذف کنند, اتصال دهنده, و قطعات پشتیبانی می کند.

برای وسایل الکترونیکی قابل حمل, ماژول های قدرت فشرده, الکترونیک خودرو, و سایر محصولات حساس به وزن, کاهش جرم جزء و پیچیدگی مونتاژ می تواند یک مزیت عملی ایجاد کند.

هزینه ساخت کمتر در حجم تولید

برای اجزای پیچیده, زمانی که حجم تولید، سرمایه گذاری ابزارآلات را توجیه کند، قالب گیری تزریقی می تواند مزیت هزینه ای را ارائه دهد.

یک محفظه نایلونی رسانای حرارتی قالب‌گیری شده می‌تواند چندین عملکرد را در یک قسمت ترکیب کند, به طور بالقوه جایگزین یک جزء آلومینیومی که نیاز به ماشینکاری یا ریخته گری دارد, عایق ثانویه, براکت های اضافی, و مونتاژ دستی.

مزیت اقتصادی به هندسه قطعه بستگی دارد, درجه مواد, حجم تولید, هزینه ابزار, زمان چرخه, و الزامات کیفیت.

برای هیت سینک های ساده یا کاربردهای کم حجم, آلومینیوم ممکن است اقتصادی تر باقی بماند.

برای محصولات با حجم بالا با ویژگی های یکپارچه پیچیده, نایلون رسانای حرارتی می تواند هزینه کل تولید رقابتی تری را ارائه دهد.

بنابراین سوال اصلی این نیست که "آیا نایلون به اندازه آلومینیوم رسانا است؟?"آیا این مشکل حرارتی خاص نیاز به رسانایی در سطح آلومینیوم دارد؟, یا به رسانایی کافی به اضافه سطح به علاوه عایق نیاز دارد?”

3. نایلون رسانای حرارتی در مقابل. آلومینیوم: تفاوت های کلیدی

انتخاب بین نایلون رسانای حرارتی و آلومینیوم به چیزی بیش از مقایسه هدایت حرارتی نیاز دارد.

تفاوت آنها به وزن نیز می رسد, عایق الکتریکی, رفتار مکانیکی, فرآیندهای تولیدی, ثبات ابعادی, و هزینه تولید.

مقایسه عملکرد مواد

یادداشت: ارقام معرف محدوده های مهندسی هستند. خواص نایلون به طور قابل توجهی با نوع پلیمر متفاوت است, فرمولاسیون پرکننده, محتوای رطوبت, درجه حرارت, و جهت قالب گیری.

کاهش وزن

یکی از بارزترین مزایای نایلون رسانای حرارتی، چگالی کمتر آن است.

با چگالی معمولی تقریباً 1.3-1.8 g/cm³, نایلون رسانای حرارتی سبک تر از آلومینیوم است, که معمولاً بین 2.65-2.80 g/cm³ قرار دارد.

این می تواند جرم جزء را کاهش دهد, به ویژه در محصولاتی که هیت سینک به عنوان محفظه یا محفظه ساختاری نیز عمل می کند.

کاهش وزن ارزشمند است:

• دستگاه های الکترونیکی قابل حمل.
• وسایل روشنایی LED.
• تجهیزات با باتری.
• ماژول های قدرت فشرده.
• محفظه های الکترونیکی خودرو.

هر چند, طراحان نباید مواد را تنها با استفاده از چگالی مقایسه کنند.

زیرا نایلون سفتی کمتری دارد, این قطعه ممکن است به دیوارهای ضخیم تر یا ویژگی های تقویت کننده اضافی نیاز داشته باشد. مزیت وزن نهایی به هندسه کامل بستگی دارد.

عایق الکتریکی

عایق الکتریکی یکی از قوی ترین دلایل برای در نظر گرفتن نایلون رسانای حرارتی است.

آلومینیوم رسانای الکتریکی است. اگر یک هیت سینک آلومینیومی در نزدیکی اجزای الکتریکی فعال قرار گرفته باشد, طراحان ممکن است به لایه های عایق اضافی نیاز داشته باشند, لنت های عایق, یا موانع ساختاری.

نایلون رسانای حرارتی با فرمول مناسب می تواند انتقال حرارت را با عایق الکتریکی در یک جزء ترکیب کند.

این می تواند مونتاژ را ساده کند:

• محل های روشنایی LED.
• محفظه های منبع تغذیه.
• ماژول های شارژ.
• واحدهای کنترل الکترونیکی.
• قطعات الکتریکی فشار قوی.

برای این برنامه ها, پرکننده های عایق الکتریکی مانند اکسید آلومینیوم, نیترید بور, و نیترید آلومینیوم به ویژه مرتبط هستند.

خواص الکتریکی همچنان باید با استفاده از ترکیب واقعی و جزء نهایی تأیید شود.

ماده ای که به عنوان رسانای حرارتی توصیف می شود نباید به طور خودکار یک نیاز عایق خاصی را برآورده کند.

استحکام مکانیکی و پایداری ابعادی

آلومینیوم معمولاً سفتی بالاتر و پایداری ابعادی بهتر را تحت بارهای مکانیکی پایدار ارائه می دهد.

کامپوزیت های نایلونی می توانند استحکام مفیدی را ایجاد کنند, اما بارگذاری بالای پرکننده ممکن است مقاومت ضربه و ازدیاد طول را کاهش دهد.

اجزای پلیمری نیز ممکن است تحت بارگذاری مداوم خزش را تجربه کنند, به خصوص در دمای بالا.

این مهم زمانی است که سینک حرارتی باید پشتیبانی کند:

• قطعات الکترونیکی سنگین.
• پیچ و درج رزوه دار.
• مونتاژ و جداسازی مکرر.
• فشار گیره طولانی مدت.
• ارتعاش مکانیکی.

برای این برنامه ها, درجه نایلون انتخاب شده باید از نظر استحکام کششی ارزیابی شود, مدول خمشی, مقاومت در برابر ضربه, خزیدن, و عملکرد پیری حرارتی.

خوردگی و مقاومت در برابر محیط زیست

نایلون رسانای حرارتی مانند آلومینیوم دچار خوردگی فلزی نمی شود.

این می تواند در محیط هایی که رطوبت یا مواد شیمیایی خاص ممکن است به سطوح فلزی حمله کند مفید باشد.

هر چند, نایلون در برابر تخریب محیط زیست مصون نیست. بسته به فرمولاسیون و شرایط مواجهه آن, ممکن است رطوبت را جذب کند, دچار تغییرات ابعادی می شوند, یا تخریب ناشی از گرما را تجربه کنید, اشعه ماوراء بنفش, و مواد شیمیایی خاص.

آلومینیوم همچنین مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد, به ویژه با انتخاب آلیاژ مناسب و درمان های سطحی مانند آندایزینگ.

بنابراین انتخاب مواد باید محیط عملیاتی واقعی را منعکس کند نه اینکه فرض کنیم که یک ماده به طور جهانی دوام بیشتری دارد.

4. چه زمانی می تواند نایلون رسانای حرارتی جایگزین آلومینیوم شود?

نایلون رسانای حرارتی زمانی مناسب است که بار حرارتی متوسط ​​باشد, عایق الکتریکی مهم است, و قطعه را می توان با ناحیه انتقال حرارت کافی طراحی کرد.

در کاربردهایی که چندین عملکرد باید در یک قطعه قالب گیری فشرده ادغام شوند، به طور فزاینده ای جذاب است.

محفظه لامپ LED و اجزای روشنایی

روشنایی LED یکی از مناطق کاربردی امیدوارکننده برای نایلون رسانای حرارتی است.

بسیاری از محصولات LED در سطوح توان متوسط ​​کار می کنند و از هیت سینک های نسبتا فشرده استفاده می کنند.

در این طرح ها, ساختار محفظه و اتلاف حرارت را می توان در یک جزء قالب گیری تزریقی ادغام کرد.

مزایای بالقوه عبارتند از:

• کاهش وزن جزء.
• عایق الکتریکی یکپارچه.
• هندسه باله های پیچیده.
• کاهش مونتاژ ثانویه.
• انعطاف پذیری بیشتر در طراحی.
• تولید مداوم در حجم بالا.

هر چند, ماژول های LED پرقدرت با منابع گرمای متمرکز ممکن است همچنان به ساختارهای حرارتی آلومینیومی یا هیبریدی نیاز داشته باشند..

ماژول های منبع تغذیه کوچک و متوسط

منابع تغذیه و ماژول های کنترل الکترونیکی اغلب به ساختارهای اتلاف حرارت در اطراف اجزای سوئیچینگ نیاز دارند, ترانسفورماتور, و نیمه هادی های قدرت.

نایلون رسانای حرارتی می تواند زمانی مفید باشد که بار حرارتی توزیع شده و نیاز به عایق الکتریکی باشد..

ویژگی‌های قالب‌گیری تزریقی آن همچنین به طراحان اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های نصب را یکپارچه کنند, کانال های کابلی, دیوارهای محافظ, و پره های دفع گرما در یک محفظه واحد.

برای منابع تغذیه با قدرت بالا, هر چند, در جایی که انتشار سریع گرما و مقاومت حرارتی کم ضروری است، آلومینیوم ترجیح داده می شود.

ماژول های شارژ و محفظه های الکتریکی

ماژول‌های شارژ و دستگاه‌های الکتریکی فشرده اغلب شامل چندین جزء تولیدکننده گرما در یک فضای نصب محدود هستند.

نایلون رسانای حرارتی می‌تواند هم حفاظت محفظه و هم مدیریت حرارتی را فراهم کند و در عین حال نیاز به اجزای عایق جداگانه را کاهش دهد..

این به ویژه زمانی که محصول نیاز دارد ارزشمند است:

• عایق برق.
• هندسه داخلی پیچیده.
• ویژگی های نصب یکپارچه.
• ساخت و ساز سبک.
• قالب گیری تزریقی با حجم بالا.

ماده نهایی نیز باید ضد شعله مورد نیاز را برآورده کند, عایق الکتریکی, و مشخصات دمای طولانی مدت.

قطعات الکترونیک و کنترل خودرو

نایلون رسانای حرارتی را می توان برای محفظه های الکترونیکی خودرو نیز در نظر گرفت, محفظه های حسگر, و ماژول های کنترل.

وزن کمتر و خواص عایق الکتریکی آن می تواند بسته بندی الکترونیکی فشرده را پشتیبانی کند.

هر چند, کاربردهای خودرو نیاز به اعتبارسنجی دقیق پیری حرارتی دارند, مقاومت در برابر لرزش, قرار گرفتن در معرض شیمیایی, جذب رطوبت, و ثبات بعدی.

ماده ای که در یک لامپ LED داخلی به خوبی عمل می کند ممکن است برای محیط خودروهای زیر کاپوت مناسب نباشد.

وقتی آلومینیوم یا مس هنوز هم انتخاب بهتری است

نایلون رسانای حرارتی نباید به عنوان یک جایگزین جهانی برای هیت سینک های فلزی در نظر گرفته شود.

آلومینیوم یا مس در کاربردهای مرتبط ترجیح داده می شود:

• دستگاه های نیمه هادی پرقدرت.
• شار حرارتی بالا در یک منطقه کوچک متمرکز شده است.
• تماس مستقیم حرارتی با اجزای با دمای بالا.
• عملکرد مداوم در دمای بالا.
• بارهای گرمایی بزرگ که نیاز به انتشار سریع گرما دارند.
• مسیرهای خنک کننده طولانی که در آن مقاومت حرارتی کم ضروری است.

مس رسانایی حرارتی بالاتری نسبت به آلومینیوم دارد, اگرچه چگالی و هزینه بیشتر آن استفاده از آن را در برخی از برنامه ها محدود می کند.

یک قانون سرانگشتی از تمرین خودم: اگر مسیر هدایت کوتاه باشد, سطح سخاوتمندانه است, قدرت متوسط ​​است, و به هر حال عایق کاری لازم است, نایلون ارزش ارزیابی دارد.

اگر حرارت باید به سرعت از یک منطقه کوچک کشیده شود, با فلز بمان.

5. یک ماده را با یک عدد انتخاب نکنید

یکی از رایج ترین اشتباهات در انتخاب نایلون رسانای حرارتی، تمرکز انحصاری بر روی بالاترین رسانایی حرارتی تبلیغ شده است..

در هواپیما در مقابل. رسانایی حرارتی از طریق هواپیما

یکی از مهمترین ویژگی های نایلون رسانای حرارتی، هدایت حرارتی ناهمسانگرد است, به این معنی که گرما در هر جهت به یک اندازه خوب حرکت نمی کند.

این رفتار در مواد پر شده با ورقه های گرافیت رایج است, پلاکت های نیترید بور, و سایر ذرات با ساختار جهت دار.

در حین قالب گیری تزریقی, این پرکننده‌ها تمایل دارند با جریان مذاب هماهنگ شوند.

در نتیجه, هدایت حرارتی موازی با سطح قالب گیری می تواند به طور قابل توجهی بالاتر از رسانایی از طریق ضخامت جزء باشد.

این تمایز در هنگام طراحی هیت سینک بسیار مهم است. به عنوان مثال, گرمای تولید شده توسط یک قطعه الکترونیکی معمولاً از طریق پایه آن وارد هیت سینک می شود و سپس به سمت پره ها حرکت می کند., جایی که به هوای اطراف منتقل می شود.

این مسیر گرمایی ممکن است به رسانایی موثر از طریق صفحه نیاز داشته باشد, نه صرفاً رسانایی بالا در صفحه.

یک صفحه داده که فقط مقدار بالاتر در صفحه را گزارش می کند، می تواند تصویر ناقصی از عملکرد واقعی انتقال حرارت ارائه دهد..

قبل از انتخاب نمره, از تامین کننده مواد بخواهید که هر دو اندازه گیری را ارائه دهد:

• هدایت حرارتی درون صفحه: انتقال حرارت به موازات سطح قالب گیری یا جهت جریان مذاب اصلی.
• هدایت حرارتی از طریق صفحه: انتقال حرارت عمود بر سطح قالب گیری یا از طریق ضخامت جزء.

این مقادیر باید تحت شرایط آزمون قابل مقایسه اندازه گیری شوند. مهندسان باید محل واقعی دروازه را نیز در نظر بگیرند, جهت جریان مذاب, ضخامت دیواری, و جهت گیری پرکننده هنگام تفسیر داده ها.

برای کاربردهای هیت سینک, هنگامی که گرما باید از سطح نصب به باله ها منتقل شود، ارزش صفحه عبوری بسیار مهم است.

عایق الکتریکی یا هدایت الکتریکی: ابتدا نیاز را تعریف کنید

رفتار الکتریکی نایلون رسانای حرارتی باید قبل از انتخاب سیستم پرکننده مشخص شود.

این فقط یک سوال عملکرد حرارتی نیست; مستقیماً بر ایمنی محصول و انطباق الکتریکی تأثیر می گذارد.

ترکیبات رسانای گرما به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند:

برای قطعات واقع در نزدیکی مدارهای برق دار, ماژول های ولتاژ بالا, یا اتصالات الکتریکی در معرض, به طور کلی درجه های عایق الکتریکی مورد نیاز است.

مقاومت حجمی یکی از پارامترهای مهم برای ارزیابی است. مقدار 10¹4 Ω·cm یا بالاتر می تواند به عنوان یک هدف مرجع برای برنامه های خاص باشد., اما این یک معیار پذیرش جهانی نیست.

نیاز واقعی به ولتاژ بستگی دارد, شرایط عملیاتی, ضخامت مواد, قرار گرفتن در معرض محیطی, و استانداردهای ایمنی قابل اجرا.

در مقابل, گرافیت- یا ترکیبات پر از فیبر کربن ممکن است زمانی مناسب باشند که رسانایی الکتریکی برای زمین یا تداخل الکترومغناطیسی مورد نیاز باشد. (EMI) محافظ.

هر چند, این مواد نباید به عنوان پلاستیک های انتقال حرارت عایق الکتریکی در نظر گرفته شوند.

اشتباه گرفتن این دو دسته مواد می تواند مشکلات جدی در طراحی و انطباق ایجاد کند.

از این رو, الزامات الکتریکی باید قبل از مقایسه هدایت حرارتی یا نهایی کردن درجه مواد تعریف شود.

چرا محتوای پرکننده بالاتر همیشه بهتر نیست؟

افزایش غلظت پرکننده های رسانای حرارتی عموماً انتقال حرارت را با ایجاد مسیرهای پیوسته تر از طریق ماتریس پلیمری بهبود می بخشد..

هر چند, بارگذاری پرکننده بیشتر همچنین خواص مکانیکی مواد و رفتار قالب گیری تزریقی را تغییر می دهد.

با افزایش محتوای پرکننده, ممکن است چندین معامله ایجاد شود:

• کاهش چقرمگی و قدرت ضربه: بارگذاری بالای پرکننده می تواند ترکیب را شکننده تر کند, افزایش خطر ترک خوردن در هنگام مونتاژ, دست زدن, یا خدمات.
• جریان پذیری مذاب کمتر: شاخص جریان مذاب به طور کلی با افزایش غلظت پرکننده کاهش می یابد, پر کردن دیوارهای نازک را دشوارتر می کند, کانال های باریک, و مسیرهای جریان طولانی.
• سایش بیشتر تجهیزات: پرکننده های معدنی سخت می توانند سایش پیچ های قالب گیری تزریقی را تسریع کنند, بشکه ها, نازل, و سطوح قالب.
• هزینه مواد و پردازش بالاتر: پرکننده های تخصصی تر هزینه های ترکیب را افزایش می دهند, در حالی که کاهش جریان پذیری ممکن است به فشار تزریق بالاتر یا شرایط پردازش سخت تری نیاز داشته باشد.
• کاهش ازدیاد طول: افزایش محتوای پرکننده اغلب تحرک زنجیره پلیمری را محدود می کند, کاهش ازدیاد طول در هنگام شکست و شکل پذیری کلی.

درجه مناسب تعادل بین عملکرد حرارتی است, خصوصیات مکانیکی, و قالب پذیری. بالاترین عدد در دیتاشیت به ندرت بهترین انتخاب تولیدی است.

6. مقاوم در برابر شعله و مقاومت در برابر دما: الزامات سینک های حرارتی الکتریکی

عملکرد حرارتی به تنهایی تعیین نمی کند که آیا یک ترکیب نایلونی برای کاربردهای سینک حرارتی الکتریکی مناسب است یا خیر.

بسیاری از قطعات الکترونیکی روشنایی و قدرت نیز باید الزامات مقاوم در برابر شعله و دمای طولانی مدت را برآورده کنند.

UL 94 حرفهای-0 بازدارندگی شعله

برای بسیاری از کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی, طراحان UL را مشخص می کنند 94 حرفهای-0 به عنوان یک هدف مقاوم در برابر شعله.

UL 94 یک سیستم طبقه بندی اشتعال پذیری پلاستیک است. V-0 طبقه بندی تحت شرایط آزمایشگاهی مشخص تعیین می شود و نیاز دارد که مواد معیارهای تعیین شده زمان سوزاندن و شعله ور شدن قطره را برآورده کند..

هر چند, درجه UL یک ماده 94 طبقه بندی به ضخامت نمونه و شرایط آزمایش بستگی دارد.

و V-0 رتبه بندی در یک ضخامت به طور خودکار عملکرد یکسان را در یک جزء نازک تر تضمین نمی کند.

هنگام انتخاب نایلون رسانای حرارتی, تایید کنید:

• درجه مواد و فرمول دقیق.
• گواهی UL 94 طبقه بندی.
• ضخامت نمونه آزمایش شده.
• این که آیا فرمول ضد شعله بر هدایت حرارتی یا عملکرد مکانیکی تأثیر می گذارد.
• آیا قطعه نهایی قالب‌گیری شده با الزامات ایمنی محصول قابل اجرا مطابقت دارد یا خیر.

دمای عملیاتی مداوم

مقاومت دمایی نایلون با توجه به نوع پلیمر آن متفاوت است, سیستم پرکننده, محتوای رطوبت, و پکیج تثبیت.

این ماده نه تنها باید در برابر دمای معمولی عملکرد، بلکه همچنین نقاط داغ موضعی و چرخه حرارتی مکرر مقاومت کند.

خواص مهم عبارتند از:

• دمای انحراف گرما (HDT).
• دمای استفاده مداوم.
• دمای انتقال شیشه ای (Tg), که در آن قابل اجرا است.
• دمای ذوب (TM).
• مقاومت در برابر پیری حرارتی.
• حفظ خواص مکانیکی پس از قرار گرفتن در معرض حرارت طولانی مدت.

یک ترکیب ممکن است عملکرد حرارتی کوتاه مدت خوبی از خود نشان دهد اما پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دماهای بالا، استحکام مکانیکی یا پایداری ابعادی خود را از دست بدهد..

به همین دلیل, پیری حرارتی و آزمایش اجزای واقعی باید در فرآیند صلاحیت گنجانده شود.

7. نایلون رسانای حرارتی در مقابل. آلومینیوم: که مقرون به صرفه تر است?

قیمت اولیه مواد تنها یک بخش از کل هزینه ساخت است.

هیت سینک آلومینیومی ممکن است نیاز به اکستروژن داشته باشد, ریخته گری, ماشینکاری CNC, فروکش, درمان سطحی, و اجزای عایق الکتریکی اضافی.

هیت سینک های نایلونی رسانای حرارتی را می توان از طریق قالب گیری تزریقی تولید کرد, به طور بالقوه ادغام چندین عملکرد در یک بخش.

مقایسه هزینه تولید

نایلون رسانای حرارتی زمانی می تواند مقرون به صرفه تر شود که طراحی چندین جزء را با هم ترکیب کند, قطعات عایق را از بین می برد, عملیات مونتاژ را کاهش می دهد, و از تولید با حجم بالا پشتیبانی می کند.

هر چند, این ترکیب می تواند به طور قابل توجهی گران تر از نایلون استاندارد باشد, به ویژه هنگامی که از پرکننده های پیشرفته استفاده می شود.

آلومینیوم ممکن است برای هیت سینک های بزرگ که به هدایت حرارتی بالا نیاز دارند مقرون به صرفه تر بماند, مخصوصاً زمانی که هندسه نسبتاً ساده باشد و ریخته گری اکستروژن یا دایکاست مناسب باشد.

مقایسه صحیح باید بر اساس هزینه کل قطعه و عملکرد حرارتی باشد, قیمت مواد خام به تنهایی نیست.

8. ملاحظات طراحی هنگام تغییر از آلومینیوم به نایلون

اگر در حال ارزیابی یک تبدیل هستید, اینها تغییرات طراحی هستند که بیشترین اهمیت را دارند.

سطح مقطع مسیر هدایت را افزایش دهید.

زیرا رسانایی کمتر است, قطعه به مواد بیشتری در مسیر هدایت نیاز دارد. دیوارهای ضخیم تر در نزدیکی منبع گرما, یا دنده های هدایت اختصاصی, رسانایی کمتر را جبران کند.

مساحت سطح را به حداکثر برسانید.

از آرایه های باله متراکم استفاده کنید, باله های پین, یا سطوح بافت دار. قالب گیری تزریقی هندسه پره های پیچیده را مقرون به صرفه می کند.

مدیریت ناهمسانگردی.

دروازه و جهت جریان را طوری جهت دهید که هم ترازی پرکننده از مسیر جریان گرمای غالب پشتیبانی کند.

جایی که رسانایی از طریق صفحه حیاتی است, یک سیستم پرکننده با رفتار همسانگرد یا طراحی در اطراف محدودیت انتخاب کنید.

رابط را کنترل کنید.

مقاومت تماس بین منبع گرما و محفظه می تواند بر مقاومت حرارتی کل غالب باشد.

از پد حرارتی استفاده کنید, پرکننده شکاف, یا مواد تغییر فاز دهنده, و یک آپارتمان را مشخص کنید, سطح جفت گیری تمیز.

محدودیت های ضخامت دیوار را در نظر بگیرید.

نمرات بسیار پر برای پر کردن دیوارهای نازک در فواصل طولانی تلاش می کنند. با قالب‌گیر در محل دروازه کار کنید, ضخامت دیواری, و پنجره پردازش.

طراحی برای مونتاژ.

باس های پیچ یکپارچه, ضربه محکم و ناگهانی متناسب است, و کانال های سیمی از مزایای اصلی محفظه های قالب گیری هستند - از آنها استفاده کنید, اما آنها را به اندازه کافی در گریدهای پرکننده پر شکننده تقویت کنید.

خزش و محدودیت دما را در نظر بگیرید.

خواص مکانیکی نایلون با جذب دما و رطوبت کاهش می یابد. دمای سرویس مداوم و تأثیر رطوبت بر ابعاد و استحکام را تأیید کنید.

9. پایان

آیا نایلون رسانای حرارتی می تواند جایگزین آلومینیوم برای سینک های حرارتی شود? گاهی بله, گاهی اوقات خیر - و تفاوت توسط برنامه تعیین می شود, نه توسط دیتاشیت.

مهمترین توصیه عملی این است: یک ماده را با یک عدد رسانایی انتخاب نکنید. هم مقادیر درون صفحه و هم مقادیر درون صفحه را بخواهید.

ابتدا عایق در مقابل رسانایی را تعیین کنید. تعادل بارگذاری پرکننده در برابر الزامات مکانیکی و پردازشی. و با اندازه‌گیری‌های دمای واقعی روی یک نمونه اولیه تأیید اعتبار کنید.

یک ماده را صرفاً به این دلیل انتخاب نکنید که رسانایی حرارتی آن بالاتر است. آن را انتخاب کنید زیرا قطعه کامل می تواند گرمای مورد نیاز را به طور قابل اعتمادی در طول عمر مفید خود دفع کند.

 

متداول

آیا نایلون رسانای حرارتی بهتر از آلومینیوم برای هیت سینک LED است?

لزوماً. آلومینیوم به طور کلی رسانایی حرارتی بسیار بالاتر و پخش گرمای بهتری را ارائه می دهد.

هر چند, نایلون رسانای حرارتی می تواند برای کم مناسب باشد- و محصولات LED با قدرت متوسط ​​که عایق الکتریکی هستند, ساخت سبک وزن, هندسه باله پیچیده, و قالب گیری یکپارچه مزایایی را ارائه می دهد.

آیا نایلون رسانای حرارتی واقعا می تواند جایگزین آلومینیوم در سینک های حرارتی شود?

در برخی از برنامه ها, بله. برای محفظه های LED کم تا متوسط, ماژول های قدرت, و محفظه های شارژ که در آنها عایق مورد نیاز است و سطح سطح را می توان از طریق قالب گیری افزایش داد, نایلون پر شده می تواند کافی باشد.

برای قدرت بالا, شار حرارتی بالا, یا نقاط داغ متمرکز, آلومینیوم یا مس ضروری است.

چه درجه شعله ای برای محفظه های هیت سینک لازم است?

بسیاری از محفظه های هیت سینک باید دارای استاندارد UL94 V0 باشند. درجه شعله درجه خاص را تأیید کنید و آن را تحت ضخامت دیواره واقعی مورد استفاده در قطعه بررسی کنید.

چه تغییراتی در طراحی هنگام تبدیل از آلومینیوم به نایلون مورد نیاز است?

سطح مقطع مسیر هدایت را افزایش دهید, مساحت سطح را با باله های قالب گیری شده به حداکثر برسانید, جهت گیری پرکننده را مدیریت کنید, رابط حرارتی را کنترل کنید, و محدودیت های ضخامت دیوار و حساسیت دما و رطوبت نایلون را در نظر می گیرد.

 

سلب مسئولیت: این مقاله یک مرور فنی است. داده های ذکر شده محدوده های صنعتی معمولی هستند.

درجه بندی شعله UL94 در شرایط آزمایشگاهی تعیین می شود, و عملکرد واقعی بستگی به درجه خاص دارد, تجهیزات, و شرایط عملیاتی.

انتخاب مواد و اعتبارسنجی باید مطابق با استانداردهای ملی فعلی و مشخصات مشتری انجام شود.