CN105431280A - 在厚度方向上具有增强的导热性的导热的塑料构件 - Google Patents

Abstract

一种用于制造塑料成型件的方法，包括：通过对由聚合物和导热填充物微粒构成的混合物的注塑来形成成型件，其中，在通过注塑进行成型期间，由于注塑模具腔穴的表面造型使得填充物微粒横向于成型件平面朝向，通过这种方法可以得到横向于成型件平面具有改善的导热能力的成型件。

Description

在厚度方向上具有增强的导热性的导热的塑料构件

背景技术

本发明涉及导热的塑料的技术领域。

塑料由于注塑方法和挤出方法而相比于金属材料具有很大的制造优势和很大的设计灵活性，而其导热能力却通常小很多，其值为λ＝0.1-0.5W/(m·K)。往往通过将合适的填充物加入到聚合物中来实现提高导热能力。

为了对例如电子的组件调温，使用由这种导热的例如电绝缘的塑料构成的构件来代替金属构件具有诸多优点。这些构件在现有技术中例如采用注塑方法制得。通常它们也摆脱了模具(werkzeugfallend)，而无需为了其使用目的进行后续加工。

这种构件的使用目的通常是，通过排出工作热量对安置于其上的电子组件予以调温。在此需要沿构件经过方向(下面称为板经过方向或厚度方向)形成尽可能连续的导热线路。在导热的电绝缘的塑料中，通过对塑料的布置及其组分，即聚合物基质中的填充物，由于制造条件和造型条件引起所述导热线路各不相同。

发明内容

通过本发明提出下述内容：一种用于制造具有增强的导热能力的塑料成型件的方法，包括a)通过对由聚合物和导热填充物微粒构成的混合物的注塑和/或挤出来形成成型件；其中，在通过注塑和/或挤出进行成型期间，由于注塑模具的表面造型使得导热的填充物微粒局部地横向于成型件平面朝向。

这样就能实现特别有利的填充物朝向，即在注塑过程期间利用通常小片状的造型对填充物定向。用来增强导热能力的填充物在注塑过程期间通过充模模拟(Füllbild)、层流(Quellfluss)和板平面上的剪切梯度而定向。还可以避免很少有填充物的边缘层，否则，边缘层就会引起构件导热能力在整体上并非所愿地减小。采用本发明的方法还可以明显减小因制造引起的填充物朝向流动方向或平行于流动方向，否则这会特别是在预计的热传递方向上导致整个构件的导热能力的严重的各向异性。

这样就得到了由塑料制造成型件的方法，通过使用相应的填充物而使得所述塑料变得导热，采用该方法一方面可以至少减小很少有填充物的边缘层，另一方面垂直于板平面改善了导热能力。

在本发明的范畴内，注塑方法是一种用于塑料的注塑方法，其对于本领域技术人员来说在现有技术中是普遍公知的。为此利用注塑机在注塑单元中使得塑料塑化，再喷入到注塑模具中。注塑模具的腔穴决定了以这种方式制得的成型件的形状和表面结构。因而通过注塑既能以较高的精度制得成型体，但也可以绝大多数在短暂的时间内制得成型体。

在本方法中，将塑料塑化并予以喷射，该塑料包含聚合物和至少一种导热的填充物。这里在注塑过程期间，利用表面造型使得导热的特别是小片状的或纤维状的填充物微粒横向于成型件平面朝向。术语“成型件平面”将借助板状成型件得到最佳解释：成型件平面与板平面等同，或者与其平行地伸展。采用本发明的方法将使得特别是片状的或纤维状的填充物微粒大多数横向于即特别是理想地局部地垂直于成型件平面朝向。这意味着，填充物微粒的平面横向于特别是垂直于成型件平面朝向。

在本发明的一种优选的实施方式中，横向于成型件平面朝向的小片状填充物微粒的份额为填充物微粒总量的至少10％，优选至少50％，特别优选至少75％。

若按照标准以相同的工艺制造成型件，但导热的填充物微粒并无这种局部朝向，则相比于这种成型件，由于导热的填充物微粒局部地横向于流动方向或者特别是横向于板平面的所述朝向，横向于成型件或板平面地在厚度方向上实现了增强的导热能力。

为了使得导热的填充物颗粒有针对性地朝向特别是板状塑料成型件的厚度方向，可以根据对应有增强的定向性的面的要求，考虑采用注塑模具的表面的各种不同的功能部件或功能造型。已表明，特别是通过在注塑模具腔穴表面上构造出销、肋或锯齿造型，可以实现填充物颗粒的特别有利的朝向。因此，在本发明的方法的一种优选的实施方式中，注塑模具的腔穴包括销、肋和/或锯齿造型。在这里，这些功能部件优选局部地或者全面地构造在注塑模具腔穴的至少一个侧面上。在本发明的该实施方式的另一优选的设计中，功能部件全面地构造在腔穴的一个侧面上，在另一优选的设计中，功能部件全面地构造在注塑模具腔穴的两个侧面上。这在注塑板状塑料成型件时特别有利。

通过去除成型件表面的至少一个部分，还去除了很少有填充物的边缘层的至少一部分，这导致进一步有利地提高成型件的导热能力。因此，在另一优选的实施方式中，根据本发明的方法包括步骤b)：通过机械处理来去除表面的至少一部分。按照根据本发明的方法的步骤b)，在功能部件的区域内对成型件进行这种机械的后处理，由此引起部分地或完全地去除这些部件，由此可以使得要调温的电子器件比如锂离子单电池和/或调温介质直接与所产生的富含填充物的表面接触，该表面的填充物优化地朝向板厚度方向。这实现了有利地减小热阻。

如果成型件是板状成型件，则特别有利的是，在板状成型件的两侧对表面予以去除。成型件的表面进而很少有填充物的边缘层以多大厚度被去除，这尤其取决于成型件的形状，以及取决于很少有填充物的边缘层的厚度和***度针对要予以去除的面的面积和深度，特别有效地且受控地，按照根据本发明的方法的步骤b)的机械的去除通过磨削、铣削和/或车削来进行。在步骤b)的实施方式的一种优选的设计中，对成型件表面的至少一部分的机械去除因而通过磨削、铣削和/或车削来进行，所述表面基本上相应于很少有填充物的边缘层。

此外，步骤b)的优选通过磨削、铣削和/或车削进行的机械后加工能实现补偿因制造引起的不平整性，并提高成型件表面的尺寸精确性。这尤其在使得用作冷却器的构件或者用作冷却器的构件的一部分适配于要调温的构件的轮廓时是有利的。

即使不考虑此点也可以在无步骤b)中后续的机械处理情况下在成型件上构造去除的功能部件或其压痕，这除了能实现增强厚度方向上的导热能力外，还能通过增高表面来引起改善热传递。

可将在现有技术中已知的塑料和聚合物普遍地视为本发明意义下的塑料，其可采用注塑方法和/或挤出方法来成型，且并不因在热变形耐受温度以下的热作用而变形。在本发明的一种优选的实施方式中，塑料或聚合物选自热塑性塑料、弹性体和热固性塑料的组。特别适宜的是聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚多酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰胺、BMC和环氧树脂。

作为填充物，在本发明的范畴内采用本身具有良好的导热能力且能够使得它周围的聚合物基质的塑料具有较高导热能力的物质、化合物和矿物质。这里必须在导电化合物和用作电流绝缘体的化合物之间作出区分。它们可以根据意愿或塑料成型件的使用目的来使用。如果根据本发明的方法制得的成型件除了提高导热能力外，还要具有相比于纯粹的聚合物有所提高的导电能力，则优选采用导电的化合物。既能引导电流又能导热进而提高聚合物的导电性和导热性的优选的填充物选自由石墨、碳-纳米管、铜、铁、铝和镁构成的组。这里特别有利进而优选地采用石墨。

与此不同地，对于使用塑料成型件例如作为冷却器或电子器件壳体等来说必需的是，它们具有增强的导热能力，但在其它情况下用作电绝缘体。在这种情况下，在本发明的优选实施方式中，使用一种或多种不导电的化合物作为导热的填充物。选自由下述构成的组的化合物特别适宜：滑石、白垩、玻璃纤维、氮化硼、氮化铝、氧化铝、磁铁石、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、高岭土、长石、硅酸铝、硅灰石、方英石和氧化铍。特别有利地因而优选地使用氮化硼。

根据本发明的方法制得的塑料成型件因此具有改善的导热能力，因而可以特别有利地用作冷却器、电子器件壳体。所以，本发明的另一主题是塑料成型件，其包括聚合物和至少一种导热的填充物，其中，导热的特别是小片状的或纤维状的填充物微粒主要横向于成型件平面。在此，聚合物、填充物的含义与本发明的方法相同。

在本发明的一种优选的实施方式中，横向于成型件平面朝向的小片状填充物微粒的份额为填充物微粒总量的至少10％，优选至少50％，特别优选至少75％。

基于在横向于板厚度或横向于成型件平面的导热能力方面的有利特性，优选结合以作为电绝缘体的特性，在一种优选的实施方式中，根据本发明的塑料成型件是板、壳体或冷却体。

本发明还涉及一种电子器件，其包括至少一个根据本发明的或者可根据本发明的方法得到的塑料成型件。

附图说明

图1示出根据现有技术借助于板状构件造型的纵向区段对填充物的原理性布置。可以看到边缘区段(1)，其很少有或者甚至没有填充物。在其下面可看到在制造构件时沿流动方向(4)朝向的小片状填充物。该流动方向(4)总体上与板平面一致。由此形成区域(2)，在该区域中沿着板的纵向和宽度方向存在良好的导热能力。在板的中间有个区域(3)，在这个区域内，填充物基本上垂直于流动方向(4)朝向。在这里，该流动方向(4)与成型件平面一致。厚度方向垂直于成型件平面和流动方向(4)。由于区域(3)中的填充物主要垂直于成型件平面(4)，且主要平行于板状构件的厚度方向，所以该板在(区域(3)的)构件中心沿厚度方向导热性良好。

图2是采用本发明的方法得到的板状塑料成型件(11)的横截面。在左边示出了未加工的板(5)，在该板的下端还可看到注塑模具的功能部件的变形部(13)。在右边示出了经过机械加工的板(6)，在该板上已将变形部(13)的尖端机械地去除。通过这种方式在表面上产生区域(7)，这些区域通过改善的填充物朝向而具有改善的导热性。总之，这里采用本发明的方法，特别是使用注塑模具的功能部件，产生了区域(3)的加宽部，在该加宽部中，填充物(12)基本上垂直于流动方向(4)朝向。这尤其系指，流动方向(4)在本发明的意义下与板平面或成型件平面平行或等同。这并非仅适用于图2中所示的实施方式，而是在本发明中全篇适用。

图3示出根据本发明的板状塑料成型件(11)的横截面。这里在附图左边可看到未经处理的板(8)，填充物在该板的上边缘和下边缘不利地分布。在附图右边示出了经过机械加工的板(9)，在该板上通过机械加工比如磨削、铣削和/或车削将鲜有填充物的边缘区段(1)和层(2)去除，在该层中，小片状填充物(12)基本上平行于板平面朝向。因而通过这种方式在板(11)的表面上得到了区域(10)，这些区域通过改善的填充物朝向而具有改善的导热性。

Claims (12)

1.一种用于制造具有增强的导热能力的塑料成型件(11)的方法，包括：

a)通过对由聚合物和导热填充物微粒(12)构成的混合物的注塑和/或挤出来形成成型件(11)；

其特征在于，

在通过注塑和/或挤出进行成型期间，由于注塑模具的表面造型使得导热的填充物微粒(12)局部地横向于成型件平面(4)朝向。

2.如权利要求1所述的方法，其中，注塑模具的表面造型包括功能部件，优选销、肋和/或锯齿造型。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述功能部件局部地或者全面地构造在注塑模具的至少一个侧面上。

4.如前述权利要求中至少一项所述的方法，还包括步骤b)：去除成型件(11)的表面的至少一部分。

5.如权利要求4所述的方法，其中，对表面的至少一部分的去除通过机械处理优选通过磨削、铣削和/或车削来进行。

6.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，横向于成型件平面(4)朝向的小片状填充物微粒(12)的份额为填充物微粒(12)总量的至少10％，优选至少50％，特别优选至少75％。

7.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，聚合物选自由下述构成的组：聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚多酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚酰胺。

8.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，填充物(12)由导电化合物构成，优选该化合物选自由石墨、纳米管、铜、铁、铝和镁构成的组。

9.如权利要求1-7中至少一项所述的方法，其中，填充物(12)由不导电的化合物构成，优选该化合物选自由下述构成的组：滑石、玻璃纤维、氮化硼、氮化铝、氧化铝、磁铁石、高岭石、长石、硅酸铝和氧化铍。

10.一种塑料成型件(11)，包括聚合物和至少一种导热的填充物(12)，其中，导热的特别是小片状的或纤维状的填充物微粒(12)主要横向于成型件平面(4)朝向。

11.如权利要求10所述的塑料成型件(11)，其中，横向于成型件平面(4)朝向的小片状填充物微粒(12)的份额为填充物微粒(12)总量的至少10％，优选至少50％，特别优选至少75％。

12.如权利要求10和11中任一项所述的塑料成型件(11)，其中，成型件(11)是板、壳体或冷却体。