Specialty carbon-based solutions for thermal conductivity
열전도성을 위한 특수 탄소 기반 솔루션
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열전도도를_위한_특수_탄소_기반_솔루션.png
  1. TIMREX® 인조흑연
  2. TIMREX C-THERM™ 팽창흑연
  3. ENSACO® 카본블랙
금속 대체 (Metal Replacement)
폴리머(Polymer)를 활용한 열전도 구현은 기존 금속 기반 기술과 비교해 다음과 같은 장점을 제공합니다:
  1. 경량화 (Weight reduction)
  2. 내식성 (Corrosion resistance)
  3. 설계 유연성 (Design flexibility)
  4. 제조 비용 절감 (Manufacturing cost reduction)
폴리머의 한계와 보완
  1. 폴리머 자체는 본래 열 절연 특성을 가지고 있음 (<  0.5 W/m·K).
  2. 따라서 열전도 필러(conductive filler)를 첨가해야 원하는 열전도성을 구현할 수 있음.
탄소계 필러의 역할
  1. 탄소 기반 필러(Carbon-based fillers)는 전기 절연이 필요 없는 폴리머 응용 분야에서 열전도 향상을 위한 강력한 대안.
  2. 특히 흑연(Graphite) 기반 필러는 성능 대비 가격 측면에서 가장 효과적인 폴리머용 열전도 첨가제로 알려져 있음.
폴리아미드(Polyamide,_PA6)_기반_복합소재와_금속(스테인리스,_알루미늄)의_열전도율_비교.png
순수 폴리머는 낮은 열전도율 (0.22 W/m·K).→ 방열 설계에 그대로 쓰기 어려움.
세라믹 필러(Alumina, BN)는 개선 효과가 있지만 한계가 있음.
  1. Alumina: 저가형, 제한적 향상.
  2. BN: 더 높은 열전도율 제공, 하지만 가격이 높음.
흑연(Graphite) 필러는 효과적
  1. 50% 첨가 시 스테인리스 수준(15 W/m·K)까지 끌어올림.
  2. 성능 대비 가격 경쟁력이 높음.
전도성 카본 블랙은 열전도도를 적당히 높이고 기계적 특성에 미치는 영향을 최소화하려는 경우에 적합한 옵션입니다.
AUTOMOTIVE_HEADLAMPS.png
자동차 헤드램프에서의 흑연 복합소재 적용
  1. LED 램프는 작동 시 많은 열을 발생시키며, 이 열을 효과적으로 방출하지 못하면 램프의 수명 단축으로 이어짐.
  2. 기존에는 금속 히트 싱크(heat sink)에 의존했지만, 램프 유닛과 하우징은 여전히 플라스틱으로 제작되는 경우가 많음.
  3. 따라서 플라스틱에 열전도성 흑연 복합재를 적용하면 구조적 장점(경량, 가공성, 비용절감)을 유지하면서 열 방출 성능을 개선 가능.
적용 부위 및 소재
Lighting Unit (조명 유닛)
  1. 소재: BMC, PC-HT, PEI, PES, PSU
  2. 흑연계 필러 적용 시 열전도성 강화 → LED 작동 온도 감소.
Housing (하우징)
  1. 소재: GF(유리섬유) 보강 PP, PBT, PSU, PES
  2. 흑연 복합재 적용 시 방열 성능 향상 + 경량화.
자동차 LED 헤드램프의 조명 유닛 및 하우징에 흑연계 열전도 복합소재를 적용하면, 기존 금속 방열 구조를 보완하면서도 경량화·내구성·방열 성능을 동시에 확보할 수 있습니다.
BEYOND_LED_HEADLAMPS.png
LED 헤드램프 외 다양한 분야(Beyond LED Headlamps)
  1. 자동차 부품 전반 (헤드램프 외 다양한 전장부품)
  2. 가전제품 (예: 모터 하우징, 발열 부품 케이스 등)
  3. 금속 대체가 증가하는 추세에서 흑연(Graphite)은 가장 효율적이고 경제적인 첨가제
흑연 기반 복합재는 저비용·고효율 금속 대체 솔루션으로, 특히 평면 방향 열전도(In-plane)에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 따라서 자동차 부품, 가전제품 등 다양한 플라스틱 부품의 방열 강화에 폭넓게 적용될 수 있습니다.
Reduced_Thermal_Conductivity.png
Reduced Thermal Conductivity (열전도율 저감)
모든 방열 응용에서 금속 수준의 초고열전도율은 필수적이지 않으며, 공기 대류가 한계 요인인 경우 중간 수준 열전도성을 가진 흑연 복합재가 가장 합리적인 선택이 될 수 있습니다.
  1. 모든 응용 분야가 금속 수준의 높은 열전도율을 필요로 하지는 않음.
  2. 일부 경우에는 오히려 너무 높은 열전도율이 불필요할 수 있음.
  3. 플라스틱 + 흑연 기반 복합재는 “필요한 만큼의 열전도율”만 확보해도 충분히 기능을 수행할 수 있음.
  4. 따라서 금속보다 낮은 열전도율을 갖더라도, 경량·가공성·내식성·비용 절감 측면에서 더 유리할 수 있음.
Heat_sinks.png
Specific Applications (특정 용도)
흑연의 특성
  1. 플레이크 형태의 소재로, 이방성(Anisotropy) 열전도 특성을 가짐.
  2. 즉, In-plane (평면 방향) 과 Through-plane (두께 방향) 열전도율이 크게 다름.
  3. 응용 분야에 따라 적합한 흑연 등급(grade)을 선택해야 함.
응용 사례별 요구 특성
히트 싱크(Heat Sink) → In-plane 열전도율이 높을수록 유리.
  1. 열을 넓게 확산시켜 공기 대류로 방출.
파이프류(Pipe Applications) → Through-plane 열전도율이 중요.
  1. 안쪽 열을 바깥으로 빠르게 전달해야 함.
Thermal_conductivity_of_propylene_compounds.png
그래프 해석 (Polypropylene 복합재, Graphite 첨가 % vs 열전도율)
X축: Graphite 첨가 비율 (% w/w)
Y축: 열전도율 (W/m·K)
  1. 회색 (80x150): In-plane 열전도 성능이 매우 우수 → 70% 첨가 시 18~20 W/m·K 도달.
  2. 파랑 (KS44): 상대적으로 낮지만 Through-plane 개선 효과가 큼.
따라서 같은 흑연이라도 등급(grade)에 따라 이방성이 다르며, 설계 목표(평면 확산 vs 수직 전달)에 따라 최적 소재를 선택할 수 있음.
열전도도를 위한 탄소 기반 솔루션 포트폴리오
Timrex_C-THERM™_graphites.png
TIMREX® C-THERM™ 팽창흑연
  1. 이메리스(IMERYS) Graphite & Carbon의 TIMREX® C-THERM™은 매우 높은 종횡비(aspect ratio)를 가진 팽창흑연 솔루션.
  2. 표준 흑연 대비 낮은 충전율(loading)에서도 동일한 열전도 성능 확보 가능.
  3. 사출성형(injection moulding) 공정에서 In-plane / Through-plane 열전도성 모두에서 우수한 성능 발휘.
기계적 물성 (그래프 요약)
  1. 인장 강도 (Tensile Strength): 표준 흑연 수준과 유사.
  2. 탄성계수 (Tensile Modulus): 높은 충전율(PP44, 21%)에서 강성(≈10,000 MPa) 뚜렷이 증가.
  3. 파단 신율 (Elongation at Break): 안정적으로 유지 (~2%).
  4. 충격 강도 (Impact Strength, Charpy): 일부 감소하나, 낮은 로딩에서는 충분히 높은 값 유지.
C-Therm_2.png
열전도 성능
  1. TIMREX® C-THERM™ 011은 표준 흑연(80x150) 대비 낮은 함량(loading)에서도 더 높은 In-plane 열전도율 달성.
  2. 50% 로딩 수준에서 이미 15 W/m·K 이상 확보 가능 → 경량화 및 소재 절감 효과.
주요 장점
  1. 경량화: 낮은 충전율로 열전도 요건 충족 → 제품 무게 절감.
  2. 복합 강화: 낮은 로딩으로도 가능하기 때문에, 유리섬유 보강재와 병용 시 기계적 특성 개선 가능.
  3. 경제성: 표준 흑연 대비 적은 양으로도 같은 성능 → 비용 절감.
TIMREX® C-THERM™은 “고효율 흑연 솔루션”으로,
  1. 낮은 함량으로 높은 열전도 성능 확보,
  2. 기계적 특성 유지 및 강화 가능,
  3. 경량화 및 비용 절감 효과를 동시에 달성할 수 있는 프리미엄 등급 흑연 제품입니다.
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인조 흑연 (Synthetic Graphite)
  1. 고온 처리 공정을 거쳐 제조된 고순도 흑연.
  2. 미정질 실리카가 전혀 없어 매우 높은 순도 보장.
장점:
  1. 음용수 관련 응용에 적합 (위생성).
  2. 고온, 화학약품, 연료 접촉 등 가혹한 환경에서도 안정성 우수.
  3. 폴리머와의 상용성(compatibility) 높음 → 열화 억제.
적용 분야:
  1. 반도체, 전지, 연료전지, 특수 화학환경.
  2. 고성능 열전도 복합재.
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ENSACO® 전도성 카본블랙
  1. 저열전도성(<  1 W/m·K)이 요구되는 응용 분야에서 흑연(Graphite)의 대안으로 사용 가능.
  2. 특히 기계적 물성을 유지하면서 열전도성을 향상시켜야 하는 경우에 적합.
​ENSACO® 전도성 카본블랙의 특성
고구조(High structure) ENSACO® 카본블랙은:
  1. 열전도성 향상.
  2. 폴리머 용융 상태에서의 우수한 분산성.
결정성 미세구조(Crystalline microstructure) → 열전도성 개선에 기여.
흑연 대비 균일한 분산 → 국부적 약점(weak point) 방지.

응용 사례
  1. 압력 파이프(Pressure Pipe) 같은 분야에서 특히 중요.
  2. 흑연은 고농도 충전 시 취성 증가 및 파손 위험 →반면, ENSACO®는 같은 열전도 수준에서 기계적 특성(인성·연신율) 유지가 가능.
ENSACO®_(E250G)_충전.png
그래프
  1. 충격강도 (Impact Strength): ENSACO® 적용 시 더 높은 값 유지 (예: E250G가 KS44보다 우수).
  2. 파단 신율 (Elongation at Break): 흑연 대비 ENSACO® 적용 복합재가 더 높은 연신율 확보.
  3. 열전도율 (Thermal Conductivity):
    1. HDPE 단독: 거의 0.1 W/m·K.
    2. ENSACO® (E250G) 충전 2228%: 약 0.50.9 W/m·K.
    3. → 낮은 수준이지만 기계적 성능 유지와 병행.
ENSACO® 전도성 카본블랙은 고열전도보다는 저~중간 수준 열전도와 기계적 물성의 균형이 중요한 응용(예: 압력 파이프, 구조용 플라스틱)에 이상적입니다. 흑연 대비 덜 극적인 열전도 향상 효과지만, 내구성과 안전성을 동시에 확보할 수 있는 것이 큰 강점입니다.
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제품문의
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