导热的复合物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及由热塑性弹性体和填料构成的具有增强导热性的柔性复合物，以及由其制造的柔性导热管，其尤其可以用作加热或冷却管。本发明专利技术的混合物的导热系数为０．５到２Ｗ／ｍＫ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括一种热塑性弹性体的柔性复合物以及由其制造的柔性导热管，其尤其可以用作加热管或冷却管。在性能提高的同时，电力/电子装置的构造逐渐紧凑。因此，欧姆损失也有条件地增加，这导致了升高的运行温度。但是，这大多是不能容忍的，因为在温度升高时，装置的寿命大幅度减小，特别是对于半导体而言，其损失率呈指数增加。另外，用于绝缘的合成材料只可在有限的温度范围内应用；在较高温度下，机械稳定性降低，或者使超越持续耐热性的老化过程的机械性能和介电性能降低。为了传导热量，特别是将热量从诸如电线圈的大体积装置中导出，一个非常有效的方法是这样的，即设置优良导热性的金属管(如由铜构成的管)并泵入冷却流体，如冷水。但是，为了避免飞弧，给金属管装配由合成材料构成的绝缘层是必要的，该层具有不希望的阻热性。另外的缺点在于，必须将很多平行排列的管在末端昂贵地相互连接，并且在横截面不变时，以结构为条件的弯曲是不可行的，这会阻碍流动或者必须使预压升高。应用商购柔性的合成材料管使适当的制造成为可能(用以冷却线圈的部件；卷绕热交换器的预制件)。但是其也有缺点，即合成材料及由其形成的管壁具有约0.15-0.20W/mK的很小的导热性，因此冷却效率明显减小。由于要求耐压性，当必须使用壁相对较厚的管，如1-2mm厚的管时，冷却效率降低更明显。如果以结构为条件的窄的弯曲半径是必需的，基于此，则必须使用厚壁管，因为众所周知，在壁较薄时会增加折弯的趋势。为了改进导体和冷却管之间的热传导性能，可以用浇铸树脂，优选具有较高导热性的树脂浇注装置/线圈。因此，本专利技术的任务是提供可热塑性加工的复合物，尽管有高的填充度，其作为管在加工中还兼有具备高爆裂压力和高断裂伸长的窄弯曲半径。本专利技术的主题是具有导热系数高于0.5W/mK的柔性可热塑性加工的复合物，其包含一种可热塑性加工的模塑材料和一种填料。根据一个实施方案，该复合物具有高于15MPa的抗拉强度和/或介于100和1000MPa之间的弹性模量。根据一个实施方案，该复合物中填料的含量介于15和50体积％之间，优选含量为20至40体积％。该复合物含有一种可热塑性加工的模塑材料和一种导热性填料。原则上，可以使用所有具有高断裂伸长(大于200％)和低E-模量(100到500MPa)的可热塑性加工的模塑材料。高的填料含量可以显著降低断裂伸长，提高E-模量，因此最终产品比起始产品更坚硬。抗拉和弯曲强度必须足够高，以满足在填充状态下必需的弯曲半径和压力测试。原材料(Rohware)的拉伸应力应该＞20MPa。因此，热塑性弹性体(具有弹性体性质并且如热塑性材料般可加工的合成材料)和共聚物特别适合此目的。根据一个实施方案，模塑材料是选自下列的热塑性弹性体TPE-U(基于聚氨酯的热塑性弹性体)、TPE-A(基于聚酰胺的热塑性弹性体)、TPE-E(基于聚酯的热塑性弹性体)、TPE-O(基于聚烯烃的热塑性弹性体)、苯乙烯-嵌段-共聚物(SEBS-嵌段聚合物、SBS-嵌段聚合物)、EPDM/PE-混合物、EPDM/PP-混合物、EVA、PEBA(聚醚嵌段酰胺)。根据一个实施方案，填料选自下列填料石英、氧化铝、氧化镁、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氮化硼、硫化锌以及它们的混合物。此外，良好导热性的粉末状金属如铝、铜、银还可以部分地或全部地替代上述填料。优选石英、氧化铝和氮化硼。实质上，不仅可以使用碎片状、球状、纤维状颗粒，还可以使用薄片状颗粒。这些粒径分别针对各种使用目的。在使用本专利技术的混合物作为管材料时，保持最大粒径明显低于待实现的壁厚是有利的；优选最大粒径小于壁厚一半。平均粒径为小于200μm，优选小于100μm，更优选小于50μm。另外，使用双峰或三峰粒径分布是有利的。原则上，为了加工和最终性质的有目的改性，可以并且允许使用添加剂、软化剂、粘合剂、染色剂、加工助剂。基于迁移问题，应该有选择地添加添加剂，特别是软化剂。所述复合物通常用双螺旋挤出机连续制造。因此，必须基于每种合成材料和填料调整加工参数，并符合螺旋几何学。原则上还可以在捏和机或压延机(如剪切滚筒压延机)上非连续地制备。由于高的填充度和可能出现的磨损，必须重视与配混机器和后续设备匹配的装置(可能是有壳的圆筒、螺旋、刀具、粉碎刀，等等)。用于进一步加工的最终复合物必须具有足够好的填料分布和均匀性。所述管在常用的管挤出线上制造。根据材料不同，复合物在一种单-或双螺旋挤出机中熔化并均匀混合。在熔融状态下，首先使用工具连续地将复合物成型为管子并送出。接着，校准、固化、冷却和卷绕。由于高的填充度和磨损，必须重视与配混机器和后续设备匹配的装置(可能是有壳的圆筒、螺旋、刀具部件，等等)。壁厚为0.05-5mm时；优选在壁厚为0.2-2mm时，管子的内径典型地介于1mm和20mm之间。管子的横截面可以是圆形或椭圆形，或者还可以由多个用隔板(Stege)分隔的空间组成。由于管壁的高导热性，本专利技术的管子不仅可以用作冷却管，还可以用作加热管。此管特别适合于冷却电力装置，如引擎或变压器。但是还可以想到，其可以用在如地板加热装置和/或其他所有领域的热交换器中。以下用3个实施例对本专利技术进行说明在以下实施例中，用双螺旋挤出机实现复合物和管子的制造。使用基于聚酰胺TPE-A的热塑性弹性体作为热塑性材料。组成和性质汇总在下表中。 实施例1是不添加填料的对比例。相对于实施例1，实施例2和3表现出明显提高的导热性；在实施例2和3中，尽管填料含量较高，然而实施例2和3中的断裂伸长足够高，以使弯曲半径可以＜5cm。相对于商购热塑性材料和管子或圆筒，用本专利技术的复合物可以达到0.5-2W/mK的高的导热性，因此其超过起始合成材料约3-10倍。同时，此管子显示出高的柔性和强度。由于断裂伸长＞20％，可以加工所制得的管子的弯曲半径＜5cm。尽管柔性高，但所制得的管子的爆裂压力＞20bar。令人惊奇的是，尽管填料含量非常高，本专利技术组合物的断裂伸长＞20％，并且由此能够制造管子，该管子在没有断裂和折弯情况下可以达到弯曲半径＜5cm。另外，令人惊奇的是，本专利技术管子的爆裂压力＞20bar。权利要求1.柔性可热塑性加工的复合物，其导热系数大于0.5W/mK，包含可热塑性加工的模塑材料和填料。2.权利要求1所述柔性可热塑性加工的复合物，其断裂伸长大于10％，优选大于20％。3.权利要求1或2所述柔性可热塑性加工的复合物，其抗拉强度大于15MPa和/或弹性模量介于100和1000MPa之间。4.前述权利要求之一所述柔性可热塑性加工的复合物，其中模塑材料选自下列热塑性弹性体TPE-U(基于聚氨酯的热塑性弹性体)、TPE-A(基于聚酰胺的热塑性弹性体)、TPE-E(基于聚酯的热塑性弹性体)、TPE-O(基于聚烯烃的热塑性弹性体)、苯乙烯-嵌段-共聚物(SEBS-嵌段聚合物、SBS-嵌段聚合物)、EPDM/PE-混合物、EPDM/PP-混合物、EVA、PEBA(聚醚嵌段酰胺)。5.前述权利要求之一所述柔性可热塑性加工的复合物，其中填料选自下列填料石英、氧化铝、氧化镁、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氮化硼、硫化锌以及它们的混合物。6.前述权利要求之一所述柔性可热塑性加工的复合物，其中填料包括导热性粉末状金属，如铝、铜、银。7.权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
柔性可热塑性加工的复合物，其导热系数大于０．５Ｗ／ｍＫ，包含可热塑性加工的模塑材料和填料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R格雷纳，L舍恩，M奥赫森屈恩，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]