熱伝導性 PPS の LED への応用

熱伝導性PPSは、ポリフェニレンサルファイドを原料とし、熱伝導性フィラーを添加して変性したエンジニアリングプラスチックです。高い熱伝導性、耐高温性、電気絶縁性を兼ね備えています。その熱伝導率は通常 1 ～ 10 W/m・K の範囲にあり、最大 240°C の長期動作温度に耐えることができます。

主要なプロパティとパラメータ

熱伝導率：標準的なPPSの熱伝導率は約0.2W/m・Kです。この値は、窒化ホウ素や酸化アルミニウムなどのフィラーで修飾すると大幅に向上します。従来の熱伝導性 PPS は 1 ～ 10 W/m・K を達成しますが、特定の異方性材料は材料層内で最大 18 W/m・K の熱伝導率に達することがあります。

‌耐熱性と機械的特性‌: 熱たわみ温度は約 260°C、融点は 280°C です。高強度、高剛性、耐薬品性を維持しながら、-40℃～240℃の範囲で長期使用が可能です。

その他の主な特徴:

電気絶縁性: 純粋な熱伝導性 PPS は電気絶縁性を保ちます。導電性を実現するには、導電性フィラー（カーボンファイバーや金属粉末など）を追加する必要があります。

‌難燃性‌: ほとんどの製品は UL94-V0 難燃性規格を満たしており、電子および電気の安全要件に適しています。

‌軽量‌: アルミニウムよりも密度が 40% ～ 50% 低いため、コンポーネントの重量が軽減され、振動の影響が最小限に抑えられます。

主な用途

電子機器および電気機器: LED ヒートシンク、変圧器コア、コネクタ、5G 基地局用の放熱コンポーネント、およびスマートフォンの筐体で、高出力デバイスの放熱の課題に対処します。

自動車産業: 新エネルギー車のバッテリーエンクロージャー、モーターハウジング、および高温コンポーネントの冷却システム。金属を置き換えて軽量化を実現し、燃費を向上させます。

その他のハイエンド アプリケーション:

航空宇宙: 極端な動作条件向けに設計された高温、高強度のコンポーネント。

産業機器: 均一な熱放散特性を利用して局所的な過熱を防ぐ、医療機器や器具の熱交換器、ラジエーター、エンクロージャ。

一般的なブランドと選択基準

‌大手国際ブランド‌: Sabic (LNP™ KONDUIT シリーズ)、Celanese (FORTRON シリーズ)、Solvay (Ryton® シリーズ)、出光 (日本)、東レ (日本) などが、さまざまな熱伝導性 PPS グレードを提供しています。

選択に関する主な考慮事項:

熱伝導性と絶縁性の要件: 純粋な熱伝導性 (絶縁性の維持) が必要か、それとも熱伝導性と電気伝導性の特性が必要かを決定します。体積抵抗率は103～106Ω・cmまで調整可能です。

強化フィラー: ガラス繊維または鉱物強化材は機械的強度を向上させることができますが、熱伝導性と加工流動性の間でバランスをとる必要があります。

‌認証基準‌: 難燃性評価 (例: UL94-V0)、耐熱温度範囲、および環境適合性 (ハロゲンフリー) を確認します。

熱伝導性PPSは、高強度、耐熱性、耐薬品性などのPPS本来の特性を継承するだけでなく、特殊な配合と加工技術により優れた熱伝導性を有しており、放熱が必要な用途で優れた性能を発揮します。

技術的な観点から見ると、熱伝導性 PPS の熱伝導率は主に、その分子構造の独特な配置と添加剤の組み込みによって決まります。 PPS 分子鎖は剛性が高く、強い分子間力を示すため、優れた機械的特性と熱安定性が得られます。炭素繊維、グラファイト、金属粉末などの熱伝導性フィラーを添加することにより、PPS の熱伝導率を大幅に高めることができます。これにより、熱源からヒートシンクやその他の放熱コンポーネントに熱を迅速に伝達できるため、機器の動作温度が効果的に低下し、機器の安定性と耐用年数が向上します。

熱伝導性 PPS は幅広い用途に使用できます。エレクトロニクスおよび電気産業では、長時間の高負荷動作時の電子機器の安定性と信頼性を確保するために、ヒートシンク、LED ランプ ホルダー、回路基板ブラケットなどのコンポーネントの製造に一般的に使用されています。自動車産業では、熱伝導性 PPS はその高温耐性と耐薬品性に​​より、エンジン関連部品、バッテリーパックのハウジング、モーターのハウジングなどの重要な部品に広く使用されており、車両の安全な動作を強力に保証しています。さらに、熱伝導性 PPS は航空宇宙、医療機器、化学機器の分野でも重要な役割を果たしています。

業界標準に関しては、熱伝導性 PPS の製造とテストは一連の厳格な標準と仕様に準拠する必要があります。これらの規格は、物理的、化学的、機械的特性などの指標を定義するだけでなく、熱伝導率、熱安定性、耐候性などの主要な特性に関する詳細な要件も設定します。したがって、熱伝導性 PPS を選択する場合、ユーザーは製品の品​​質と信頼性を確保するために、関連する業界標準への準拠を確認する必要があります。

熱伝導性 PPS の性能は静的ではないことに注意してください。熱伝導率や熱たわみ温度などの重要な指標は、添加剤の種類や量、加工技術などのさまざまな要因の影響を受けます。したがって、実際のアプリケーションでは、ユーザーは特定の要件に基づいて適切な熱伝導性 PPS 製品を選択し、その性能上の利点を最大限に活用するために加工技術を最適化する必要があります。

また、技術の継続的な進歩と産業の急速な発展に伴い、熱伝導性PPSの研究・開発・応用も着実に進んでいます。今後、熱伝導性PPSはより多くの分野でその独自の魅力と価値を発揮し、技術の進歩と社会の発展に一層貢献することが期待されます。

熱伝導性PPSのLEDマウントへの応用：PPS（ポリフェニレンサルファイド）を熱伝導性プラスチックに加工すると、高い寸法精度と優れた耐候性が得られるため、屋外のハイパワーLEDマウント（放熱一体型）に適しています。

PPSは長期使用温度220℃、短期使用温度260℃と耐熱性に優れており、溶融、膨潤、変形がありません。本質的に難燃性です (0.8 mm で V0 評価)。寸法安定性があり、吸水率が 0.02% 未満です。高湿度下でも吸湿による反りがありません。優れたシール性を発揮します。

熱伝導性 PPS の熱伝導率は 1.5 ～ 15 W/(m・K)、密度は 1.8 g/cm3 で、アルミニウムより 40 ～ 50% 軽量です。電気抵抗率は 10¹² Ω・cm を超えます。熱伝導性グレードと絶縁性グレードには、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウムが添加されており、熱伝導率は1.5～5W/(m・K)となります。 LEDブラケットやランプカップなどに使用されます。

熱伝導性グレードと導電性グレードにはカーボンファイバー、グラファイト、カーボンナノチューブが添加されており、熱伝導率は5～25W/(m・K)となります。これらはEMIシールドに使用されます。

無機フィラーを含む PPS、LED ランプ ハウジングおよびヒート シンクに使用 (LG LUCON PN9051) ガラス繊維/カーボン ナノチューブを含む PPS、LED およびヒート シンクに使用 (RTP 1399X) 東レ PPS A400M、CTI 650V、GWIT 960°C は、LED ドライバー ハウジングおよび放熱基板に使用でき、アルミニウム ヒート シンクを置き換えて重量を削減できます。 50％増加します。

白色の熱伝導性フィラー（アルミナ、硫酸カルシウムウィスカー）を含む PPS には、分散を促進するための表面処理が必要です。フィラー含有量が 30% を超えると、流動性が低下します。シランカップリング剤の表面処理により、PPS とフィラー間の界面結合が強化されます。ただし、フィラーは靭性を低下させます。

最後に、PPS は PA10T や PCT と比較して、長期的な黄変耐性が劣ることに注意する必要があります。これは、紫外線照射下で硫黄原子が酸化され、発色団が生成されるためです。分子間架橋と共役効果により、材料は可視光を吸収し、暗くなります。