沙伯基础 导热PPS OX11315 阻燃 矿物增强 绝缘聚苯硫醚塑胶原料

LNP KONDUIT OX11315 compound 导热 PPS 防火
导热PPS材料发展的原因[1]

        导热PPS材料发展的原因，传统的热界面材料通常选用压铸铝材，具有导热性好、热传输速率高、加工成型容易等优点，但是比重大、电绝缘性差、加工成型工艺过程污染严重、生产效率低、不节能不环保。

        导热PPS材料发展的原因，随着欧盟、美国、日本等国家强制立法实施一系列LED照明灯节能与安保法规条款，压铸铝材制造的LED照明灯逐渐受到限制与禁用，并会*终被市场淘汰，故此尽快研究与开发出具有环保、节能、加工成型快、生产效率高、成本低的LED照明灯中使用的新型热界面材料成为近年来热点和迫切市场需求。

        LED照明灯所带来的卓越效益——能耗低、寿命长、效率高及对环境影响小，连同新的各个国家立法，都在鼓励消费者逐渐使用LED照明灯等取代传统照明灯具。随着越来越多的新型LED照明灯具的不断开发，设计人员与生产制造商的不断探索与研究，共同一致认为导热PPS材料是一种合理的新型热界面材料选择。

        导热PPS材料具有优良的机械力学性能，如质轻、耐化学腐蚀性强、电绝缘性能优异、耐冲击性高、加工成型简便，同时导热系数较高等特点，传统的不锈钢热传导率为15 W/m-K，压铸铝合金的热传导率为 50-100 W/m-K。

        一般非工程塑料的热传导率只有0.2 W/m-K，导热PPS材料的热传导率范围为1-20 W/m-K，某些材料导热级可以达到 100 W/m-K。 在适当灯具散热结构设计及合适条件下，导热PPS材料在散热方面具有与传统压铸铝材同效，可以提供全新的LED照明灯具的设计自由度选择，减轻灯具的重量，这十分有利于安装大型的LED照明系统，而且又具有优异的电绝缘性能，符合安全法规要求，完全可替代压铸铝材作为LED照明灯中使用的新型热界面材料。

导热PPS材料作为散热材料的可行性

        在散热系统方面，一直以来都是以铝作为材料。塑料由于其导热系数很小，不能满足散热要求，所从未用在LED散热领域。目前帝斯曼公司推出的新型导热塑料在保持一般塑料材料的优点基础上，增加了它的导热系数，使其导热系数达到一般塑料的10-50倍。

        铝材料的导热系数在200W/(m·K)，在导热系数小于5时，属于热传导受限的情况，这种情况下导热系数很小的变化都会造温度差很大的变化，一般的塑料导热系数都在1以下，所以如果用于散热系统将导致结温的迅速上升，必然会降低LED灯具的使用寿命。在导热系数大于5时，属于对流受限情况，当材料厚度在5mm及以下的情况下，导热系数对温度差的影响都是趋近于0，所以此时导热系数是5W/mK或者200W/mK对结温的影响已经相差不大了。为了满足不同情况下对材料导热系数的要求，导热系数分不同等级，其中白色导热塑料的导热系数分别为2，4，6，8，而黑色的导热塑料的导热系数分别为10，15，*高可达18W/mK，可以满足一般大功率LED灯具对散热效果的要求。 

导热PPS材料与铝材优劣对比

        铝材料虽然作为散热系统技术方面已经比较成熟，但仍有一些不足，同样导热PPS材料也不是完全没有缺点，以下就是两者的优劣比较。

导热PPS材料的优点

        （1）质量轻  在室内照明中，灯具的重量对多方面都有影响，比如重量增加会加大灯具的安装、运输难度，也会对人身安全造成隐患等。纯铝的密度为2700kg/m3 ，铝合金的密度将会更大，而导热塑料的密度为1420 kg/m3 左右，约为铝合金的一半，所以在外形相同的情况下，重量也仅为铝合金的一半左右。

        （2）更加环保和安全  在塑料外壳的生产过程中，几乎不会产生什么有毒污染，而铝壳在生产中经常会有电镀的工序，而电镀产生的废液中的金属会对水源和土壤造成严重的污染。安全方面塑料为绝缘材质，不用担心因为灯的外壳导电而产生的安全隐患。在耐高压测试方面，塑料具有绝对的优势。

        （3）提高设计自由度  塑料的流动性很好，所以可以生产很薄的部件，以及设计更加复杂的形状。铝壳的主要生产方法是压铸或拉伸成型，在生产过程中无法进行较复杂形状的加工。另外在表观效果来说，注塑产品会更加漂亮，还可以加上与其它企业不同的自身标志。

        （4）加工方便，效率更高  塑料导热材料与其他塑料件一样，可以一次成型，无需后加工，而且在注塑成型时，模具可设计为一出四，所以工作效率很高。铝材料在挤出成型后往往还要有去毛边的程序，如果对外形的要求比较高的话，铝材料还要进行镀镍等工序，加工周期还将增长。

        （5）启动系统简化  在外壳为铝合金时，由于外壳导电，内部必须采用隔离启动系统，塑料本身绝缘，没所以用作散热系统时可以采用非隔离启动系统，由于非隔离系统相对于隔离系统来说不仅成本较低而且体积较小，这样不仅可以降低成本而且所占空间会更小。

        （6）降低系统成本  就单价来说，单位质量的导热塑料价格必然是高于铝的，但系统成本却持平或较低，且数量越大，塑料的成本优势越明显。另外，塑料导热材料目前处于一个初级阶段，将来的价格随产业的发展和产品量的增加一定会降低，而铝作为有色金属的价格却不太可能有明显的降低。塑料降低成本主要体现在加工费用方面。

导热PPS材料与铝相比也会有劣势

        （1）导热系数较低  塑料的散热系数始终比铝低很多，所以即使散热效果能够达到要求，灯的温度也会比铝壳稍高。

        （2）数量较小时成本问题  以上的成本计算是建立在量比较大的情况下，如果量小时，塑料导热材料的模具成本体现在每一个上面就会比较大，而铝壳的使用厂家由于加工难度大一般会直接采购成品，不会有模具方面而导致的成本的问题。

        （3）市场接受度  铝一直以来都是作为散热系统的材料，但塑料作为散热材料才刚刚起步，所以很多厂家目前因担心风险，因而不太愿意尝试开模制作产品。

.目前发达国家提高导热PPS的理想工艺

单靠PPS自身导热是不理想的，很难达到使用需求，*新发达国家的生产工艺主要是在PPS配方中添加高纯大单晶氮化硼粉末来提高PPS的导热性，而且提高了绝缘性，产品易加工。目前在国内龙门陶瓷科技公司由于引进德国先进生产工艺生产的氮化硼粉末，纯度可达99.8%，单晶颗粒是目前*大的生产工艺，可达20-50UM。  同时德国先进工艺氮化硼纤维的引入，在高端导热方面不可替代。

销售 基础创新（美国） 工程塑料PPS 牌号如下（部分）

 LNP* Konduit* OTF2AXXP PPS SABIC Innovative Plastics Asia Pacific 玻纤碳纤增强 导电导热 注塑 耐热272C

        LNP* Konduit* OTF2B PPS SABIC Innovative Plastics 玻纤增强 导热 注塑 耐热264C

        LNP* Konduit* OX10324 PPS SABIC Innovative Plastics Asia Pacific 矿物增强 导热 注塑 耐热258C

        LNP* Konduit* OX11315 PPS SABIC Innovative Plastics 矿物增强 导热 绝缘 注塑 耐热228C

        RTP Compounds 1300 TC-C-30 FR PPS RTP Company 导电 导热 注塑

        RTP Compounds 1399 X 102903 J PPS RTP Company 导热 绝缘 注塑

        Sumikon FM-TK210 PPS Sumitomo Bakelite Co., Ltd. 导热 辐射屏蔽 金属置换

        Sumikon FM-TK215 PPS Sumitomo Bakelite Co., Ltd. 碳纤增强 导热 有机填料 辐射屏蔽 金属置换

        Laticonther 80 CPG/700 PPS LATI S.p.A. 70%玻纤增强 导热

        Laticonther 80 GR/50 PPS LATI S.p.A. 石墨粉润滑剂 导热

        Therma-Tech SF-4500 TC PPS PolyOne Corporation 导电 导热

PPS简介

聚硫醚英文名称Poly phenylene sulfide，简称PPS，是一种新型的工程塑料，在美国于1973年才开始工业化生产。近年发展得很快，已成为继尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、热塑性聚酯（PET和PBT）及聚苯醚（PPO）之后的第六大工程塑料和*大特种工程塑料。
产品分为两类：一类是支链型热塑性聚合物，粘度较高。另一类是热固性聚合物，固化前具有线性分子结构，固化后加热充分也软化到一定程度。下面主要介绍热塑性PPS。
PPS是分子主链上具有苯硫基的高聚物，由于其结构为苯环与硫交替连接，分子链具有很大的刚性及规整性，因而PPS为结晶性聚合物，具有很多优异性能，如耐热性、刚性、阻燃性及电绝缘性。硫原子上的孤对电子使得PPS与玻璃纤维、无机填料及金属具有良好的亲和性，易于制成各种增强复合物及合金材料。
PPS的性能
1、物理力学性能  
PPS是一种白色、结晶度高的聚合物，密度为1.34。其力学性能优良、拉伸强度和弯曲强度优于PA、PC、PBT等，具有极高的刚性和抗蠕变性，但其脆性较大，缺口冲击强度较低，低于PA、PC、PBT高于POM。加入玻璃纤维增强后其力学性能更优。PPS属惰性物质，无毒。

2、热性能
由于PPS为结晶性聚合物，*高结晶度可达65%，其结晶温度为127℃，熔点为286℃，热变形温度260℃，在空气中430-460℃以上才分解，热稳定性远超出PA、PBT、POM等工程塑料，长期使用温度在热塑性塑料*高，可达220-240℃。PPS还是具有良好的绝热性和阻燃性，其临界氧指数与PVC相当，可达47%，无需加入阻燃剂，PPS可达到UL94-V0级水平。

3、电性能
PPS的分子结构对称，无极性，吸水性低，故其电绝缘性十分优良，与其他工程塑料相比，其介电常数小，耐电弧性相当于热固性塑料，在高温、高湿、变频等条件下，PPS还能保持优良的电绝缘性。加入导电填料，可制得导电性PPS复合材料，用于防静电及电磁屏蔽。
4、耐化学性
由于PPS具有较高的结晶度，故其具有优良的耐化学药品性，在200℃以下不溶于任何有机溶剂，除强氧化性酸外，可经受各类酸、碱、盐的侵蚀，在高温下经各种化学药品长期浸泡后，还保持较高的强度，仅次于聚四氟乙烯。PPS还具有良好的耐候性和耐射性。

5、加工性能
1）吸水性  
PPS的吸水性较低，只有0.02%。
2）流动性  
PPS的流动性较好，可加工薄壁制品，其流动性根据PPS的品种、规格而不同，线性PPS比支化交联PPS的流动性高，随温度升高，物料的流动性增加，但温度过高或物料在机筒内停留时间过长，物料会发生部分交联，导致流动降低。
3）结晶性  
PPS为结晶性聚合物，其结晶度随成型时的冷却温度及速率而变，冷却速度越快，其结晶度越低。而结晶度大小又对其强度、耐热性、耐候性、尺寸稳定性都有较大影响。随结晶度增加，制品的热变温度提高，刚性、表面光洁度、表面硬收缩率等增加，尺寸稳定性也增加。
4）热稳定性
PPS 在高温下时间长会发生部分氧化交联反应，导致物料的流动性降低，色泽变深，影响制品的质量和性能。此外，PPS对金属有较强的粘附性，要防止物料在机筒内固化。  
5）收缩性  
对于结晶性塑料，在成型加工时，结晶度随模具温度增加而增大，而结晶度增大，收缩率也增加，故收缩率随模具温度而增大。通常PPS的收缩率都较小，但与流动方向垂直的收缩率大于流动方向的2-4倍。产品厚度、形状、注射速度也会对收缩率须影响。
6）二次加工
PPS制品可以切削、攻丝等机械加工和超声波焊接、粘合剂接等加工。  

二、成型设备与模具
1、注塑机的选用
1）锁模力  
PPS的流动性与ABS、POM相近，在计算锁模力时，要考虑流动性这个因素，选择材料流动特性系 K值，可按第四组与ABS、POM等到相同。
      
2）注射量  
根据产品的重量来选择合适的注射量，不宜选用注射量超出过多的注塑机，以免胶料在机筒内停留时间过长而发生氧化交联反应甚至固化，导致产品变色，影响产品的性能和质量。  
3）螺杆、机筒  
根据PPS的特征，PPS没有腐蚀性，因此，对于一般的PPS料，可以采用普通螺杆，但由于加工温度高且有结晶体熔化吸热，所以机筒加热器的功率须足够。在多数情况下，PPS都加入玻璃纤维以增强其各种性能，这些材料对机筒和螺杆的磨损很大，必须采用耐磨的机筒螺杆，台镀硬铬螺杆或双金属螺杆、机筒。
4）射嘴  
采用开放式射嘴，内径φ3-6mm，射嘴的加热器*好是能单独控制，这样可使成型加工更方便。若有些制品要求防止流涎，可以使用自锁射嘴，但清理比较困难。

2、产品造型与模具设计
1）产品造型  
PPS属结晶性聚合物，产品的转角及壁厚变化的部位会引起应力集中，导致应力开裂、尺寸变化、强度下降等问题出现，产品设计时产品的转角应为圆弧过渡，并尽量避免厚薄不均，一般情况下制品的厚度不要超出7-10mm。
合理的加强筋设计可以增加制品的刚性，防止制品翘曲、消除残余应力、提高流动性，增加筋条的数目比增加筋条的高度与厚度效果更好，通常筋条的选取为制品厚度的一半并圆角过渡，筋条的脱模斜度为2-3°。
2）模具材料  
PPS的加工温度较高，胶料温度为290-330℃，模具温度为130-180℃，同时PPS在大多数情况下以玻璃纤维增强，内含较大量的玻璃纤维，磨损问题必须考虑，故模具材料应以140-150℃为基准，选用合适的合金材料，如SK、SKD、SKH等，硬度为HRC60-65，表面电镀。
3）流道  
流道形状以圆形、梯形为宜，流道锥度为2-3°，在流道末端设置冷料井。
4）浇口      
浇口可以采用针型、圆盘型、扇型、轮辐型、侧入型等，不宜采用潜伏型浇口，因为PPS制品硬度大，收缩率小。浇口应设置在制品截面*厚的部位，浇口直径不小于0.6mm，对于增强PPS，因结晶取向引起强度和收缩率的方向各异，故在设计浇口形状及位置时，必须考虑胶料流动方向引起的尺寸变化和强度变化，以及因熔合纹引起的强度下降，垂直使熔合纹出现在没有负荷或负荷较小和不明显的部位。
5）脱模  
为了保证制品的表面光洁平整度及易于脱模，模具的型腔、流道等部位应有较高的光洁度和脱模斜度，脱模斜度一般为1-3°。脱模顶针的直径、数量、位置的设计也很重要，根据制品的形状而定，使顶出力均衡和顶出平稳，否则，会使制品产生局部残余应力，从而引起制品裂纹和尺寸精度不一等问题。
6）排气  
PPS制品内有气泡会使其性能明显下降，由于排气不良而引起原烧焦、变色和表面粗糙，影响制品的外观和质量，模具必须合理地开设排气槽或排气孔，也可以利用分型面和脱模顶针间隙来排气。
7）模具的温控  
由于PPS的成型加工、要求模具温度在130-180℃，这样的温度一般需要加热，而模具温度的精确性和均匀性影响到产品的性能和尺寸精度；根据模具的大小、制品形状、生产量及温控设备等因素，可选择电热式和油循环加热式温控，电热式温控方便、经济、温升快，但温度均匀性和精确度较差，模温机油循环加热式温控的温度均匀性和精确度较高，对性能和尺寸精度要求较高的产品可以选用这种方式。为了保证模具温度的均匀性和防止散热，可以在模具的侧面和模具与注塑机模板之间加装石棉板隔热。