在厚度方向上具有增強的導熱性的導熱的塑料構(gòu)件的制作方法
【專利說明】在厚度方向上具有増強的導熱性的導熱的塑料構(gòu)件
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及導熱的塑料的技術(shù)領(lǐng)域。
[0002] 塑料由于注塑方法和擠出方法而相比于金屬材料具有很大的制造優(yōu)勢和很大的 設(shè)計靈活性，而其導熱能力卻通常小很多，其值為λ =0.1-0. 5WAm ·Κ)。往往通過將合適 的填充物加入到聚合物中來實現(xiàn)提高導熱能力。
[0003] 為了對例如電子的組件調(diào)溫，使用由這種導熱的例如電絕緣的塑料構(gòu)成的構(gòu)件來 代替金屬構(gòu)件具有諸多優(yōu)點。這些構(gòu)件在現(xiàn)有技術(shù)中例如采用注塑方法制得。通常它們也 擺脫了模具（werkzeugfallend)，而無需為了其使用目的進行后續(xù)加工。
[0004] 這種構(gòu)件的使用目的通常是，通過排出工作熱量對安置于其上的電子組件予以調(diào) 溫。在此需要沿構(gòu)件經(jīng)過方向（下面稱為板經(jīng)過方向或厚度方向）形成盡可能連續(xù)的導熱 線路。在導熱的電絕緣的塑料中，通過對塑料的布置及其組分，即聚合物基質(zhì)中的填充物， 由于制造條件和造型條件引起所述導熱線路各不相同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 通過本發(fā)明提出下述內(nèi)容：一種用于制造具有增強的導熱能力的塑料成型件的方 法，包括a)通過對由聚合物和導熱填充物微粒構(gòu)成的混合物的注塑和/或擠出來形成成型 件；其中，在通過注塑和/或擠出進行成型期間，由于注塑模具的表面造型使得導熱的填充 物微粒局部地橫向于成型件平面朝向。
[0006] 這樣就能實現(xiàn)特別有利的填充物朝向，即在注塑過程期間利用通常小片狀的造型 對填充物定向。用來增強導熱能力的填充物在注塑過程期間通過充模模擬（FUllbild)、層 流（Quellfluss)和板平面上的剪切梯度而定向。還可以避免很少有填充物的邊緣層，否 貝1J，邊緣層就會引起構(gòu)件導熱能力在整體上并非所愿地減小。采用本發(fā)明的方法還可以明 顯減小因制造引起的填充物朝向流動方向或平行于流動方向，否則這會特別是在預計的熱 傳遞方向上導致整個構(gòu)件的導熱能力的嚴重的各向異性。
[0007] 這樣就得到了由塑料制造成型件的方法，通過使用相應的填充物而使得所述塑料 變得導熱，采用該方法一方面可以至少減小很少有填充物的邊緣層，另一方面垂直于板平 面改善了導熱能力。
[0008] 在本發(fā)明的范疇內(nèi)，注塑方法是一種用于塑料的注塑方法，其對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說在現(xiàn)有技術(shù)中是普遍公知的。為此利用注塑機在注塑單元中使得塑料塑化，再噴入 到注塑模具中。注塑模具的腔穴決定了以這種方式制得的成型件的形狀和表面結(jié)構(gòu)。因而 通過注塑既能以較高的精度制得成型體，但也可以絕大多數(shù)在短暫的時間內(nèi)制得成型體。
[0009] 在本方法中，將塑料塑化并予以噴射，該塑料包含聚合物和至少一種導熱的填充 物。這里在注塑過程期間，利用表面造型使得導熱的特別是小片狀的或纖維狀的填充物微 粒橫向于成型件平面朝向。術(shù)語"成型件平面"將借助板狀成型件得到最佳解釋：成型件平 面與板平面等同，或者與其平行地伸展。采用本發(fā)明的方法將使得特別是片狀的或纖維狀 的填充物微粒大多數(shù)橫向于即特別是理想地局部地垂直于成型件平面朝向。這意味著，填 充物微粒的平面橫向于特別是垂直于成型件平面朝向。
[0010] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，橫向于成型件平面朝向的小片狀填充物微粒 的份額為填充物微粒總量的至少10 %，優(yōu)選至少50 %，特別優(yōu)選至少75 %。
[0011] 若按照標準以相同的工藝制造成型件，但導熱的填充物微粒并無這種局部朝向， 則相比于這種成型件，由于導熱的填充物微粒局部地橫向于流動方向或者特別是橫向于板 平面的所述朝向，橫向于成型件或板平面地在厚度方向上實現(xiàn)了增強的導熱能力。
[0012] 為了使得導熱的填充物顆粒有針對性地朝向特別是板狀塑料成型件的厚度方向， 可以根據(jù)對應有增強的定向性的面的要求，考慮采用注塑模具的表面的各種不同的功能部 件或功能造型。已表明，特別是通過在注塑模具腔穴表面上構(gòu)造出銷、肋或鋸齒造型，可以 實現(xiàn)填充物顆粒的特別有利的朝向。因此，在本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的實施方式中，注塑 模具的腔穴包括銷、肋和/或鋸齒造型。在這里，這些功能部件優(yōu)選局部地或者全面地構(gòu)造 在注塑模具腔穴的至少一個側(cè)面上。在本發(fā)明的該實施方式的另一優(yōu)選的設(shè)計中，功能部 件全面地構(gòu)造在腔穴的一個側(cè)面上，在另一優(yōu)選的設(shè)計中，功能部件全面地構(gòu)造在注塑模 具腔穴的兩個側(cè)面上。這在注塑板狀塑料成型件時特別有利。
[0013] 通過去除成型件表面的至少一個部分，還去除了很少有填充物的邊緣層的至少一 部分，這導致進一步有利地提高成型件的導熱能力。因此，在另一優(yōu)選的實施方式中，根據(jù) 本發(fā)明的方法包括步驟b):通過機械處理來去除表面的至少一部分。按照根據(jù)本發(fā)明的方 法的步驟b)，在功能部件的區(qū)域內(nèi)對成型件進行這種機械的后處理，由此引起部分地或完 全地去除這些部件，由此可以使得要調(diào)溫的電子器件比如鋰離子單電池和/或調(diào)溫介質(zhì)直 接與所產(chǎn)生的富含填充物的表面接觸，該表面的填充物優(yōu)化地朝向板厚度方向。這實現(xiàn)了 有利地減小熱阻。
[0014] 如果成型件是板狀成型件，則特別有利的是，在板狀成型件的兩側(cè)對表面予以去 除。成型件的表面進而很少有填充物的邊緣層以多大厚度被去除，這尤其取決于成型件的 形狀，以及取決于很少有填充物的邊緣層的厚度和隆起度(Auspragung)。針對要予以去除 的面的面積和深度，特別有效地且受控地，按照根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟b)的機械的去除 通過磨削、銑削和/或車削來進行。在步驟b)的實施方式的一種優(yōu)選的設(shè)計中，對成型件 表面的至少一部分的機械去除因而通過磨削、銑削和/或車削來進行，所述表面基本上相 應于很少有填充物的邊緣層。
[0015] 此外，步驟b)的優(yōu)選通過磨削、銑削和/或車削進行的機械后加工能實現(xiàn)補償因 制造引起的不平整性，并提高成型件表面的尺寸精確性。這尤其在使得用作冷卻器的構(gòu)件 或者用作冷卻器的構(gòu)件的一部分適配于要調(diào)溫的構(gòu)件的輪廓時是有利的。
[0016] 即使不考慮此點也可以在無步驟b)中后續(xù)的機械處理情況下在成型件上構(gòu)造去 除的功能部件或其壓痕，這除了能實現(xiàn)增強厚度方向上的導熱能力外，還能通過增高表面 來引起改善熱傳遞。
[0017] 可將在現(xiàn)有技術(shù)中已知的塑料和聚合物普遍地視為本發(fā)明意義下的塑料，其可采 用注塑方法和/或擠出方法來成型，且并不因在熱變形耐受溫度以下的熱作用而變形。在 本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，塑料或聚合物選自熱塑性塑料、彈性體和熱固性塑料的 組。特別適宜的是聚丙烯、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和環(huán)氧樹脂。
[0018] 作為填充物，在本發(fā)明的范疇內(nèi)采用本身具有良好的導熱能力且能夠使得它周圍 的聚合物基質(zhì)的塑料具有較高導熱能力的物質(zhì)、化合物和礦物質(zhì)。這里必須在導電化合物