Témata
Reklama

Tepelně vodivý pěnový grafit

Nový pěnový grafit PocoFoam, vyvinutý v amerických jaderných laboratořích Oak Ridge National Laboratories, zaznamenal nečekaný úspěch jako ideální tepelně vodivý materiál.

Licenci na jeho výrobu získala začátkem roku 2001 texaská firma Poco Graphite, Inc., Decatur, známá jako výrobce grafitových elektrod pro EDM obrábění, grafitových výrobků pro sklářský průmysl, výrobou polovodičů a přístrojové techniky.
Lehký pěnový grafit PocoFoam, vyráběný novým patentovaným procesem z uhlíkových mezifázových smol, se vyznačuje vysoce uspořádanou strukturou grafitických vláken ve stěnách pórů lehkých pěn, která je klíčem k jeho vysoké tepelné vodivosti a působí jako tepelný vodič. Prokázal 3krát až 9krát vyšší tepelnou vodivost než standardní uhlíkové pěny, uhlík-uhlíkové kompozity a grafitová vlákna a desetinásobnou vodivost oproti kovovým pěnám, jako je pěnový hliník.
Reklama
Reklama

Neuvěřitelně vysoká tepelná vodivost

Při asi 20% měrné hmotnosti (200 - 600 kg.m-3) oproti hliníku a asi 6% vůči mědi má lehký pěnový grafit PocoFoam stejnou nebo vyšší tepelnou vodivost než oba tyto materiály. Nejlépe ji charakterizuje údaj tzv. měrné tepelné vodivosti vztažené na měrnou hmotnost; u grafitu PocoFoam je 0,334 W.m2.kg-1K-1 a u pěnového hliníku 0,024 W.m2.kg-1K-1. Čím je tato hodnota vyšší, tím je konstrukce z hlediska hmotnosti a přeneseného tepla výhodnější. Teplosměnný povrch je dán vysokou hodnotou měrného povrchu struktury s otevřenými póry a představuje i více než 4 m2.g-1. Na rozdíl od vláknových kompozitů vede teplo všemi směry. Pěnový grafit vykazuje i nízké hodnoty tlakových ztrát při průchodu proudícího vzduchu.
Úspora hmotnosti je jeho významnou konstrukční předností při stavbě techniky pro tepelný transfer. Netrpí korozí a infiltrací uhlíku procesem CVI (Chemical Vapor Infiltration) se připravují provedení o vysoké tuhosti a pevnosti, s různou hodnotou modulu pružnosti. Napařením kovů lze upravit povrch pro spojování pájením. Čištěním je možno dosáhnout i extrémně nízkého obsahu nečistot, max. 9 ppm. Charakteristické vlastnosti pěnového grafitu PocoFoam uvádí tab. 1.
Zájem překračuje možnosti
V pilotní fázi se lehký pěnový grafit PocoFoam vyrábí v malých blocích velikosti 254 x 254 x 38 mm. Výroba se má postupně dostat až na rozměry bloků velikosti až 1 m3, různé měrné hmotnosti a charakteristik tepelné vodivosti. Výrobky podle požadavku zákazníků se zpracovávají obráběním; pracuje se na vývoji tvarových výrobků. Obráběním se vyrábí desky o tloušťce stěny 2,5 mm; s postupným vývojem tuhých typů budou možné i stěny tloušťky 0,125 mm. Vývoj zahrnuje i technologii spojování lepením, měkkým a tvrdým pájením. I přes vysokou cenu a omezené možnosti dodávek zájem o ověření novinky stále stoupá.
Revoluční konstrukce automobilových chladičů?
Podle zatím ověřovaných prvních aplikací naznačuje výrobce možnosti nových revolučních konstrukcí tepelných jímek, chladičů, zářičů a výměníků. Pro nasazení postačují jednoduché geometrické tvary; povaha a teplosměnné vlastnosti materiálu a jeho vysoký měrný povrch činí úvahy o žebrování zbytečnými. Užitím pěnového grafitu PocoFoam se nabízí možnost zmenšení stávajících výměníků tepla a chladičů až na desetinu objemu, včetně nových konstrukcí automobilových chladičů, změn jejich umístění, snížení hmotnosti a změn designu automobilů příští generace.
Prototypy nových automobilových chladičů s pěnovým grafitem PocoFoam byly již vystaveny v listopadu 2000 na výstavě 2000 Motorsports Engineering Conference and Exhibition v americkém Dearbornu. První zkoušky ukázaly zvýšení přenosu tepla o 20 - 30 % ve srovnání s hliníkovými chladiči podobného designu. Chladič firmy Performance Research z Denveru v Severní Karolíně o geometrické ploše 7561 cm2 a objemu asi 6,5 l byl zkoušen pro chlazení závodního motoru o výkonu 596 kW. Naměřený chladicí výkon se pohyboval okolo 1000 W.m-2K-1 podle rychlosti proudění a vlhkosti chladicího vzduchu.
Řešení pro chlazení elektroniky
Obrovský inovační potenciál má nasazení grafitových pěn na tepelné jímky a chlazení elektronických komponent a systémů, usměrňovačů a počítačů s vypuštěním chlazení vzduchem ventilátory a se snížením hlučnosti počítačů a hmotnosti systémů. Za nejslibnější aplikace se v nejbližší době považuje nasazení pro chlazení přenosných počítačů, chladičů závodních vozů a u výměníků tepla pro kosmické družice.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 10101
Datum: 31. 01. 2001
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Použité pneumatiky - kam s nimi?

Na začátku byl skvělý vynález: pneumatika. Byla vynalezena v devatenáctém století, úžasně zlepšovala vlastnosti jízdních kol a její vynález byl patentován. Později našla uplatnění především v automobilovém a leteckém průmyslu a dnes tvoří každodenní součást našeho života.

Plasty v automobilovém průmyslu

Na světě je v současnosti přibližně 800 miliónů automobilů a prognózy růstu mluví o zvýšení jejich počtu na dvě miliardy do roku 2030. Tento výhled činí z automobilového průmyslu jedno z nejperspektivnějších průmyslových odvětví pro nejbližších patnáct let.

O výuce plastů a kompozitů pro strojaře

Student strojního inženýrství by měl pochopit jak analogie, tak rozdíly ve struktuře a vlastnostech polymerních a kovových materiálů a jejich chování v provozních podmínkách.

Související články
Polyuretanový řemen jako náhrada lan u výtahů

Moderní pohony sjednocují dynamickou únosnost, přesnost a provozní spolehlivost s co nejvyšší hospodárností. Dlouholeté zkušenosti firmy Continental Contitech a kooperace při vývoji a prvovýrobě nabízí konstruktérům a uživatelům neustále nové technologické perspektivy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vyztužené termoplasty v letecké konstrukci

Historie firmy Letov má svůj počátek v listopadu 1918, kdy byl založen státní letecký vojenský podnik nazvaný "Letecký arsenál". Společnost prošla několika etapami, od vývoje a výroby vlastních letounů postupně až k vývoji a výrobě letadlových celků.

Za plasty v říjnu na K 2013

Tradičně po třech letech se ve dnech 16. - 23. října 2013 koná v Düsseldorfu již 19. mezinárodní veletrh plastů a kaučuku K 2013, největší světová akce oboru od níž se očekávají nejen premiéry nových materiálů ale i ukázky nových aplikací s vyšším využitím vlastností známých materiálů s cílem snížení hmotnosti a spotřeby energie při užití obnovitelných zdrojů.

On-line sledování forem

Zásadní otázka sledování nástrojů se dá zjednodušit na boj mezi manažery projektů a mezi výkonnými pracovníky. Zatímco řídicí pracovníci by chtěli maximum informací pokud možno v reálném čase, výkonní pracovníci jsou časově zaneprázdněni samotnou výrobou a přepisování informací do systému je nijak zvlášť neinteresuje, ba naopak zdržuje od jejich hlavní práce.

Kompozitová kapota sériového vozu Ford Focus

Na říjnovém veletrhu Composite Europe 2012 v Düsseldorfu vystavil Ford první přední kapotu sériového vozu Ford Focus z  CFRP kompozitu z uhlíkových vláken, vyrobenou vysokorychlostním procesem vhodným pro velkosériovou výrobu.

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Problematika vstřikování plastových dílů pro automobily

Příspěvek popisuje podmínky pro výrobu vstřikovaných plastových dílů pro automobily včetně vznikajících problémů a navazuje na článek Snížení rizika vzniku vad při vstřikování plastových dílů, který byl uveřejněn v příloze Plasty časopisu MM Průmyslové spektrum č. 3/2014 (viz též www.mmspektrum.com/140312). Autor vychází z dlouholeté zkušenosti ve firmě Plast Form Service I. M., která se výrobou těchto dílů zabývá již od roku 1998.

Úloha 3D tisku při vývoji kompaktních stavebních strojů

O rapid prototypingu, respektive 3D tisku se v poslední době hodně mluví. Jaké je ale jeho skutečné praktické uplatnění? Na to jsem se zajel podívat do vývojového centra společnosti Doosan Bobcat Engineering v Dobříši.

Kompozity s přírodními vlákennými plnivy kokosu

Polymerní materiály a jejich kompozity patří k nejprogresivněji se rozvíjejícím materiálům. Mezi polymerní materiály s prudkým rozvojem patří aplikace přírodních vláken (NF) do syntetických matric.

Nové možnosti průmyslového využití plastů

Supertechnopolymery představují nejnovější a nejvyspělejší článek ve vývoji polymerových materiálů. Od tradičních plastů se liší především vysokým obsahem vyztužujících skelných vláken, případně i přítomností syntetických vláken z aramidu, která dávají supertechnopolymerům výborné mechanické i tepelné vlastnosti. Díky své vysoké odolnosti se tyto moderní inženýrské plasty stále častěji stávají vhodnou alternativou za oceli, přičemž nabízejí i řadu výhod:

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit