Kapton-Polyimid-Heizfolien: geätzte Folien-Heizelemente

Was eine Kapton-Heizfolie eigentlich ist

Das arbeitende Element ist eine geätzte Widerstandsfolie, eine Heizleiterbahn, die zwischen Lagen aus Polyimidfolie laminiert ist, dem Material, das die meisten unter dem DuPont-Handelsnamen Kapton kennen; das fertige Bauteil wird oft auch Polyimid-Folienheizung oder Dünnschicht-Heizung genannt. Flexible Heizelemente dieser Bauart sind biegsam, aber nicht dehnbar. Die Heizfolie lässt sich problemlos um einen Zylinder wickeln oder auf eine ebene oder einfach gekrümmte Fläche legen, sie darf aber niemals auf eine doppelt gekrümmte oder sphärische Form gezwungen werden, ebenso wenig auf etwas, das sich darunter ausdehnt und zusammenzieht, weil die Folienbahn dort, wo sie gedehnt wird, mit der Zeit reißt. Ähnliches gilt für den Dauereinsatz unter Wasser: Über die laminierten Kanten dringt mit der Zeit Feuchtigkeit ein, daher ist alles Eingetauchte eher ein Thema für eine kundenspezifische Ausführung als für den Standardeinsatz.

Kapton oder Silikon?

Flexible Flächenheizungen gibt es in zwei Materialien, und sie sind eigentlich keine Konkurrenten. Als Anbieter beider Varianten haben wir keinen Grund, eine davon zu bevorzugen. Kapton ist dünn, schnell, leicht und silikonfrei, doch die Folienbahn ist empfindlich und verträgt keine doppelte Krümmung. Silikonkautschuk ist dicker und reagiert träger, steckt aber die Handhabung weg, die eine Werkstatt oder eine Fasswicklung mit sich bringt. Die Tabelle vergleicht sie anhand der Punkte, die einen Einsatz entscheiden, nicht anhand derer, die einen Prospekt füllen.

Die angegebenen Werte basieren auf unseren Heizungsspezifikationen sowie auf typischen Werten der jeweiligen Bauarten.

Wenn die Heizung in einer Baugruppe verschwinden, schnell reagieren, im Vakuum arbeiten oder von einem silikonempfindlichen Prozess wie der Lackvorbereitung oder der Optik ferngehalten werden muss, ist Kapton die richtige Wahl. Für Fässer, IBCs, Gasflaschen oder alles, was rauer Beanspruchung ausgesetzt ist, ist eine Silikonheizung das bessere Werkzeug, und viele Konstruktionen nutzen je eines von beiden: Polyimid am empfindlichen Bauteil, Silikon am großen Behälter.

Wie viel Wärme sie verträgt

Die Oberflächenbelastung, auch Leistungsdichte, ist die Größe, die darüber entscheidet, wie lange eine Polyimid-Heizfolie hält. Das Standardsortiment hier endet bei 0,6 W/cm², und 0,8 W/cm² an Luft sind die empfohlene Obergrenze für jede flexible Heizung, ob Kapton oder Silikon. Mehr ist möglich, aber nur, wenn die Wärme irgendwohin abfließen kann. Auf eine Metallplatte geklebt und mit einem schnellen Regler betrieben, erreicht eine kundenspezifische Heizung 2 bis 3 W/cm². Der Punkt, der oft übersehen wird, ist die Position des Sensors. Sitzt er auf dem zu beheizenden Bauteil statt auf der Heizung, kann eine schlecht angebundene Heizung weit heißer werden, als der Regler anzeigt, und das Element überhitzt still. Hohe Oberflächenbelastung ohne Wärmeabfuhr ist der übliche Weg, auf dem diese Bauteile ausfallen.

Montage und Temperatur

Die Folie selbst arbeitet von −40 bis +200 °C, doch die Art der Befestigung setzt die eigentliche Grenze. Die selbstklebende Rückseite, ein ausgasungsarmer Haftkleber, ist bis etwa 180 °C einsetzbar und deckt die meisten Montagefälle ab. Die nicht klebende Ausführung wird bis 200 °C verwendet und mit einer Klemmvorrichtung an die Fläche gepresst; dafür, und für jede kundenspezifische Ausführung mit höherer Temperatur, wird die Heizung zwischen Metallplatten geklemmt, mit einem dünnen Silikonpuffer von etwa einem halben Millimeter, der den Anpressdruck verteilt und die geätzte Bahn vor dem Zerdrücken schützt. Kupfer- oder Aluminiumbeschichtung sowie ein klebstofffreier reiner Polyimid-Aufbau verschieben die Einsatztemperatur in Richtung 260 °C, und beides ist kundenspezifisches Gebiet.

Vakuum und geringe Ausgasung

Die geringe Ausgasung ist die Eigenschaft, die eine Polyimid-Heizfolie für die saubersten Einsätze qualifiziert, daher lohnt es sich, sie in Zahlen statt in Adjektiven anzugeben. Geprüft nach ASTM E595, liefert der selbstklebende Aufbau einen CVCM-Wert (kondensierbare flüchtige Bestandteile) von 0,02 Prozent, einen Gesamtmassenverlust (TML) von 1,54 Prozent und eine Wasserdampf-Wiederaufnahme von 0,64 Prozent. Die Größe, die darüber bestimmt, ob eine Heizung einen Film auf den umliegenden Flächen hinterlässt, ist der CVCM-Wert, und 0,02 Prozent liegen deutlich innerhalb der dafür herangezogenen Grenze von 0,10 Prozent, was das Standardteil zu einer soliden Wahl für Vakuumkammern, Halbleiteranlagen und andere saubere Prozesse macht. Der Gesamtmassenverlust ist das strengere Kriterium: Mit 1,54 Prozent liegt er über der 1,0-Prozent-Grenze, die flugqualifizierte Raumfahrt verlangt, daher spezifizieren wir für Satelliten- und Raumfahrtanwendungen eine kundenspezifische Ausführung mit niedrigem TML statt des Standardteils.

Was für den Betrieb nötig ist

Dies sind 12-V-DC-Komponentenheizungen, keine Geräte, die man in die Steckdose steckt. Für den Betrieb brauchen Sie eine auf die Last abgestimmte DC-Versorgung und einen Thermostat oder Regler mit Sensor. Die Versorgung ist wichtiger, als es zunächst scheint: Das 45-W-Teil zieht 3,75 A, und dieser Strom bestimmt sowohl die Auslegung des Netzteils als auch den Querschnitt der Leitungen. Die Regelung ist wichtig, weil eine blanke Widerstandsheizung von sich aus nichts regelt und überschwingt, wenn man sie sich selbst überlässt. Der Kompromiss lohnt sich, denn 12 V sind Schutzkleinspannung (SELV): Die Stromschlaggefahr liegt weit unter der einer Heizung mit Netzspannung, und das ist ein Grund, warum Polyimid-Heizungen so verbreitet in Labor- und Medizingeräten eingesetzt werden. Wenn Sie eine Ausführung für Netzspannung mit 115 oder 230 V benötigen, ist das eine kundenspezifische Anfertigung.

Kundenspezifische Kapton-Heizfolien: wenn das Standardsortiment nicht ausreicht

Das Standardprogramm deckt 12 V bis 0,6 W/cm² ab. Darüber hinaus legen wir das Bauteil passend aus. Das umfasst höhere Oberflächenbelastung von 2 bis 3 W/cm² mit eingeplanter Wärmeabfuhr, höhere Temperaturen in Richtung 260 °C durch beschichteten oder reinen Polyimid-Aufbau, Netzspannung, Formen mit Löchern, Ausschnitten und Schlitzen sowie in die Heizung integrierte Sensoren oder Thermostate. Wenn das auf Ihren Einsatz zutrifft, sagen Sie uns, was Sie brauchen, und wir erstellen ein Angebot für eine kundenspezifische Kapton-Heizfolie nach Ihrer Zeichnung.

Wo sie eingesetzt werden

Typische Einsätze sind das Erwärmen von Batterien in Elektrofahrzeugen und Geräten, die Halbleiter- und Wafer-Handhabung, Medizingeräte und Diagnostik, Optik- und Display-Baugruppen, Laborinstrumente, Telekommunikationsgehäuse, Kondensationsschutz und Enteisung sowie Luft- und Raumfahrt-, Satelliten- und Vakuumsysteme. Allen gemeinsam ist ein empfindliches Bauteil, ein enger Bauraum oder ein Prozess, der keine Verunreinigung verträgt, also die Fälle, in denen eine dünne, schnelle, saubere Folienheizung einer schwereren überlegen ist. Für größere oder robustere beheizte Flächen wie Fässer, IBCs und Gasflaschen sind unsere Silikonheizungen der bessere Ausgangspunkt.