Materiales de resina para una mejor gestión térmica en dispositivos electrónicos

Los productos SunForce™ son perlas de espuma fabricadas con resinas PPE modificadas XYRON™ que combinan las excelentes propiedades físicas de las resinas PPE modificadas (incluida la resistencia al calor, la estabilidad dimensional y la baja absorción de agua) con el peso ligero y las buenas propiedades de excipiente (flexibilidad de forma) de las espumas perladas.

Además, la combinación de resistencia al fuego y al calor permite que las espumas SunForce™ cumplan con el estricto estándar de inflamabilidad UL94 V-0 incluso en forma de material de espuma granulada.

Dado que los productos SunForce™ se fabrican mediante espumado en molde, también son ideales para la producción en masa.

Además, la estructura de burbujas independientes de las espumas SunForce™ hace que estos materiales sean excelentes aislantes térmicos.

A continuación presentamos dos aplicaciones ilustrativas que aprovechan las propiedades únicas de las espumas SunForce™ para mejorar la gestión térmica en dispositivos electrónicos.

SunForce™ es ideal para la producción en masa de materiales aislantes de paredes delgadas y formas complejas gracias a su alta resistencia al calor y retardancia a la llama (certificada según la norma UL94 V-0). Se fabrica mediante espumado en molde utilizando microesferas de pequeño diámetro como materia prima. Esto permite la producción en masa de materiales aislantes que se adaptan a las formas complejas de los componentes.

Para aplicar aislamiento a componentes complejos, los trabajadores suelen aplicar lana de vidrio o espuma de uretano manualmente. Sin embargo, el uso de SunForce™ no solo mejora la eficiencia de la gestión del calor gracias a su alto aislamiento térmico, sino que también contribuye a la prevención de la condensación, la reducción del número de piezas (ahorro de mano de obra y costes) y una mayor productividad y precisión de montaje (garantizando una calidad estable del producto).

Estas características permiten que SunForce™ se aplique en una amplia gama de campos que requieren alto rendimiento y alta seguridad, como componentes de refrigeración para automóviles, piezas de refrigeración para dispositivos de comunicación 5G/6G y acondicionadores de energía solar, componentes de refrigeración por agua para centros de datos y servidores de IA, separadores de aceite de motor y conductos de aire acondicionado.

SunForce™ también es adecuado para la gestión del calor en entornos de alta temperatura y alta humedad, como lavadoras y secadoras.

En una simulación de aplicación a una lavadora-secadora de tipo tambor, se encontró que las altas propiedades de aislamiento de este producto ayudan a mantener la temperatura dentro del tambor durante la operación de secado, reduciendo la pérdida de energía, como se muestra en la siguiente figura.

SunForce™​ ​ofrece una resistencia mecánica y una estabilidad dimensional estables, incluso en entornos de alta temperatura y humedad, lo que permite la producción en masa de materiales aislantes de alto rendimiento. Además, su alta resistencia al fuego (UL94 V-0) lo hace ideal para su instalación cerca de puntos de conexión eléctrica en electrodomésticos y dispositivos electrónicos.

Nuestro primer ejemplo utiliza protectores térmicos SunForce™ para lograr aislamiento térmico en una placa de circuito electrónico con componentes que emiten mucho calor (como los que se pueden encontrar en una unidad PCS en un generador de energía solar).

SunForce™ las convierten en materiales ideales para escudos térmicos para aislar las regiones que emiten calor de las regiones que no lo emiten en las placas de circuitos electrónicos.El excelente aislamiento térmico, la amplia flexibilidad de forma, la resistencia al fuego y la resistencia al calor de las espumas

Las figuras a continuación muestran la distribución de temperatura dentro de un dispositivo electrónico, calculada utilizando un modelo de simulación de análisis térmico, antes y después de la adición de aislamiento térmico. Fuerza solar™ Escudos térmicos para aislar los componentes que emiten mucho calor de los que no lo emiten. Estos resultados demuestran cómo las soluciones de gestión térmica SunForce™ pueden lograr reducciones significativas en las temperaturas internas de los dispositivos.

Este ejemplo demuestra cómo los protectores térmicos fabricados con espumas SunForce™ pueden simplificar la miniaturización de dispositivos electrónicos al reducir la temperatura de funcionamiento, evitar la degradación de los componentes y permitir una mayor flexibilidad en el diseño de los componentes.

Nuestro segundo ejemplo consiste en la instalación de conductos SunForce™ con aislamiento térmico en una placa de circuito electrónico equipada con componentes con alta emisión de calor. Esto complementa el ejemplo del escudo térmico mencionado anteriormente, presentando una forma alternativa de aprovechar las propiedades únicas de las espumas SunForce™ para mejorar el rendimiento de la gestión térmica en dispositivos electrónicos.

Las diferencias en las temperaturas de funcionamiento de los componentes electrónicos dan lugar a corrientes de aire por convección en el interior de los dispositivos electrónicos. En algunos casos, diversos factores (como la disposición de los componentes o la distribución de la temperatura en el interior del dispositivo) pueden conspirar para obstruir el flujo de aire a través de determinadas regiones del dispositivo, lo que degrada el rendimiento de los mecanismos de refrigeración y provoca un aumento de la temperatura de los componentes.

El problema de la obstrucción del flujo de aire surge en el sistema específico considerado en este ejemplo: una unidad PCS de células solares equipada con un ventilador de refrigeración interno, representado esquemáticamente a la izquierda en la figura siguiente. Para aliviar este problema, mejoramos el diseño instalando conductos SunForce™ con aislamiento térmico alrededor de la unidad del ventilador, como se muestra a la derecha a continuación.

Los diagramas de líneas de flujo que aparecen a continuación muestran flujos de aire simulados a través del dispositivo electrónico antes y después de la incorporación de los conductos SunForce™. Al comparar estos gráficos, vemos que los conductos crean nuevas vías para que el aire fluya a través del dispositivo, lo que garantiza flujos de aire controlados de manera uniforme en todas las etapas, desde la entrada hasta la salida. La mejora en la calidad del flujo de aire es particularmente significativa en las proximidades de los componentes que emiten calor.

Las distribuciones de temperatura simuladas se representan gráficamente a continuación: El flujo de aire controlado permitido por la presencia de los conductos produce reducciones significativas en las temperaturas de los componentes.

Este ejemplo demuestra cómo los conductos aislantes térmicamente fabricados con espumas SunForce™ pueden mejorar el control del flujo de aire en dispositivos electrónicos, reduciendo así las temperaturas de los componentes, evitando la degradación de los mismos y permitiendo una mayor flexibilidad en el diseño de los mismos.

La resina PPE modificada XYRON™ de Asahi Kasei es un término general para las aleaciones de polímeros que combinan éter de polifenileno (PPE) con otras resinas.

XYRON™ posee varias propiedades excelentes. Además de su alta resistencia al calor, también ofrece excelente resistencia a las llamas, estabilidad dimensional y resistencia al agua, así como baja gravedad específica. Además, al añadirle PPE y aprovechar las propiedades de otras resinas, se convierte en una aleación polimérica que busca un efecto sinérgico con las propiedades del PPE.

Proponemos XYRON™ G703Z, una resina PPE modificada libre de halógenos y TPP* que combina resistencia al fuego de paredes delgadas con alta resistencia, como material para motores de ventiladores de alta velocidad utilizados en la gestión térmica de servidores.
* TPP: Fosfato de trifenilo

La resina PPE es particularmente ligera entre los plásticos de ingeniería y reduce la fuerza centrífuga generada en el ventilador, lo que permite que éste gire a mayor velocidad, aumentando el volumen de aire y la cantidad de calor expulsado.

Además, con una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 220 °C, presenta una alta resistencia térmica y mantiene excelentes propiedades físicas incluso a altas temperaturas, soportando las subidas de temperatura ambiente de servidores de alto rendimiento, que en ocasiones pueden alcanzar los 90 °C. Además, XYRON™ G703Z (aleación PS/PPE, GF30 %) no contiene halógenos ni TPP, posee paredes delgadas y es resistente a la llama (UL94 V-0/0,75 mm), algo que antes era difícil de conseguir, lo que lo convierte en un material ideal para motores de ventiladores de alta velocidad.

Asahi Kasei ha fabricado un modelo de equipo para pruebas de durabilidad de motores de ventiladores y está realizando evaluaciones prácticas del desempeño de los materiales.

Escaneamos en 3D motores de ventilador disponibles comercialmente, creamos matrices de moldeo por inyección a partir de datos CAD, moldeamos modelos de resina y realizamos evaluaciones comparativas de materiales. Dado que la temperatura de estos modelos se puede controlar en un horno, podemos realizar pruebas de durabilidad a temperaturas y velocidades de rotación similares a las del entorno de uso real.

Los materiales de descarga proporcionan datos detallados sobre pruebas de durabilidad, así que échales un vistazo.