Polyimide verwarmingsfolie (Kapton): folie-verwarmingselementen met geëtste folie

Een Kapton-verwarmingsfolie bewijst zijn waarde overal waar warmte moet worden toegevoegd zonder dat de verwarming zelf opvalt. Het element is een geëtste metaalfolie, ingesloten tussen twee dunne lagen polyimidefilm, zodat het uiteindelijke onderdeel slechts 0,2 tot 0,3 mm dik is en vrijwel niets weegt. Het ligt vlak tegen een batterijcel, een optische houder, een waferchuck of een instrumentwand zonder bouwhoogte toe te voegen en zonder warmte vast te houden zodra de stroom eraf is. De folie verwarmt en de film slaat nauwelijks energie op, waardoor het onderdeel binnen enkele seconden op temperatuur komt en een regelaar nauwkeurig volgt. Die snelle respons, samen met de zeer lage uitgassing van polyimide, verklaart waarom deze elementen zo vaak opduiken in vacuüm-, halfgeleider-, medische en batterijtoepassingen.

Het programma op deze pagina is ons standaardassortiment: een reeks vaste maten, twee vermogensniveaus en twee achterzijde-opties, allemaal op 12 V DC. Het dekt de onderdelen die de meeste toepassingen zo uit voorraad nodig hebben. Wanneer een standaardonderdeel niet voldoet, bouwen we op tekening, met andere vormen, hogere vermogensdichtheid, hogere temperaturen en netspanning. Staat uw onderdeel in het assortiment, bestel het dan. Zo niet, dan is het assortiment het startpunt voor het gesprek over het onderdeel dat u werkelijk nodig hebt.

Wat een Kapton-verwarmingsfolie precies is

Het werkende deel is een geëtst folie-weerstandsspoor, gelamineerd tussen vellen polyimidefilm, het materiaal dat de meesten kennen onder DuPont's merknaam Kapton; het afgewerkte onderdeel wordt ook wel polyimide verwarmingsfolie genoemd. Die opbouw is flexibel maar niet elastisch. Het element laat zich prima om een cilinder wikkelen of op een vlak of enkelvoudig gekromd oppervlak leggen, maar mag nooit op een samengestelde of bolvormige vorm worden geforceerd, of op iets dat eronder uitzet en krimpt, omdat het foliecircuit uiteindelijk scheurt waar het wordt opgerekt. Continue onderdompeling vraagt om dezelfde voorzichtigheid: vocht dringt na verloop van tijd binnen langs de gelamineerde randen, dus alles wat ondergedompeld wordt, bespreekt u beter als maatwerk dan dat u het als standaardtoepassing behandelt.

Kapton of silicone?

Flexibele oppervlakteverwarmers bestaan in twee materialen, en het zijn niet echt concurrenten. Kapton is dun, snel, licht en siliconenvrij, maar het foliecircuit is kwetsbaar en verdraagt geen samengestelde kromming. Siliconenrubber is dikker en trager in respons, maar incasseert de behandeling die een werkplaats of een vatomwikkeling met zich meebrengt. De tabel vergelijkt ze op de punten die een toepassing bepalen, niet op de punten die een brochure vullen.

Kapton (polyimide) Silicone, draadgewonden Silicone, geëtste folie
Continue temperatuur −40 tot +200 °C −60 tot +250 °C −60 tot +200 °C
Continue temp., zelfklevend −40 tot +180 °C n.v.t. n.v.t.
Dikte / bouwhoogte 0,2 tot 0,3 mm 1,1 tot 3 mm 0,8 tot 1,5 mm
Grootste enkel vel tot 285 × 550 mm 940 × 3000 mm 595 × 2500 mm
Max. vermogensdichtheid 0,8 W/cm² in vrije lucht ca. 0,8 W/cm² ca. 0,8 W/cm²
Thermische massa en respons Laagst, snelst Hoger, trager Gemiddeld
Mechanische belastbaarheid Kwetsbaar, alleen enkelvoudige kromming Robuust Robuust
Vacuüm, lage uitgassing Ja, lage CVCM Nee Nee
Siliconenvrij Ja Nee Nee
UL- en VDE-uitvoeringen Niet beschikbaar Beschikbaar Beschikbaar

De siliconenwaarden hierboven zijn typisch voor de materiaalklasse; zie de pagina siliconen verwarmingselementen voor exacte specificaties.

Als de verwarming in een samenstelling moet wegvallen, snel moet reageren, onder vacuüm moet werken of uit de buurt moet blijven van een siliconengevoelig proces zoals spuitwerk of optica, dan is Kapton de juiste keuze. Voor vaten, IBC's, gasflessen of alles wat ruw gebruik moet doorstaan is een siliconen verwarmingselement het betere gereedschap, en veel constructies gebruiken er één van elk: polyimide op het gevoelige onderdeel, silicone op het bulkvat.

Hoeveel warmte het aankan

Vermogensdichtheid, of oppervlaktebelasting, is het getal dat bepaalt of een polyimide verwarmingsfolie standhoudt. Het standaardassortiment hier stopt bij 0,6 W/cm², en 0,8 W/cm² in vrije lucht is het aanbevolen plafond voor elke flexibele verwarming, of het nu Kapton of silicone is. Hoger kan, maar alleen wanneer de warmte ergens heen kan. Verlijmd op een metalen plaat en aangestuurd door een snelle regelaar haalt een maatwerkelement 2 tot 3 W/cm². Het detail waar men over struikelt, is dat een thermostaat de temperatuur van de folie zelf meet, niet die van wat u verwarmt, dus een slecht verlijmd element toont de regelaar een lage waarde terwijl het element zichzelf stilletjes gaarstookt. Hoge oppervlaktebelasting zonder warmteafvoer is de gebruikelijke manier waarop deze onderdelen het begeven.

Montage en temperatuur

De film zelf werkt van −40 tot +200 °C, maar hoe u de verwarming bevestigt, bepaalt de werkelijke grens. De zelfklevende achterzijde, een uitgasarme drukgevoelige lijm, is goed tot ongeveer 180 °C en dekt de meeste montagesituaties. De gladde, niet-klevende uitvoering wordt gebruikt tot 200 °C, met een klem tegen het oppervlak gehouden; daarvoor, en voor elk maatwerk bij hogere temperatuur, wordt de verwarming tussen metalen platen geklemd met een dunne siliconenbuffer van ongeveer een halve millimeter, om de klemkracht te verdelen en te voorkomen dat het geëtste circuit wordt platgedrukt. Koper- of aluminiumbeplating en lijmloze, volledig uit polyimide opgebouwde uitvoeringen brengen de werktemperatuur richting 260 °C, en beide zijn maatwerk.

Vacuüm en lage uitgassing

Lage uitgassing is de eigenschap waarmee een polyimide verwarmingsfolie de schoonste toepassingen binnenkomt, dus die verdient cijfers in plaats van bijvoeglijke naamwoorden. Getest volgens ASTM E595 levert de zelfklevende uitvoering een hoeveelheid condenseerbaar materiaal (CVCM) van 0,02 procent, een totaal massaverlies (TML) van 1,54 procent en een wateropname (WVR) van 0,64 procent. Het cijfer dat bepaalt of een verwarming een laagje achterlaat op de omringende oppervlakken, is het condenseerbare materiaal, en 0,02 procent ligt ruim binnen de grens van 0,10 procent die daarvoor wordt gehanteerd, wat het standaardonderdeel een verstandige keuze maakt voor vacuümkamers, halfgeleidergereedschap en andere schone processen. Het totale massaverlies is de strengere maatstaf: met 1,54 procent ligt het boven de grens van 1,0 procent die vluchtgekwalificeerd ruimtevaartwerk vraagt, dus voor satelliet- en ruimtetoepassingen specificeren we een maatwerkuitvoering met lage TML in plaats van het standaardonderdeel.

Wat er nodig is om er een te laten werken

Dit zijn 12 V DC-componentverwarmers, geen apparaten die u in het stopcontact steekt. Om er een in te zetten hebt u een op de belasting afgestemde DC-voeding nodig en een thermostaat of regelaar met sensor. De voeding telt zwaarder dan ze op het eerste gezicht lijkt: het onderdeel van 45 W trekt 3,75 A, en die stroom bepaalt zowel het vermogen van de voeding als de aderdoorsnede van de bedrading. De regeling telt omdat een kale weerstandsverwarmer zichzelf niet regelt en doorschiet als hij aan zichzelf wordt overgelaten. De afweging is het waard, want 12 V is veiligheidslaagspanning (SELV), wat betekent dat de verwarming geen schokgevaar oplevert en geen elektrische goedkeuring op het element vereist, precies de reden waarom polyimide verwarmingsfolie wordt vertrouwd in natte, laboratorium- en medische omgevingen. Hebt u een uitvoering op netspanning van 115 of 230 V nodig, dan is dat maatwerk.

Wanneer het standaardassortiment niet volstaat

Het standaardprogramma dekt 12 V tot 0,6 W/cm². Daarboven ontwerpen we het onderdeel op maat. Dat omvat een hogere oppervlaktebelasting van 2 tot 3 W/cm² met de warmteafvoer ingerekend, hogere temperaturen richting 260 °C met beplate of volledig uit polyimide opgebouwde uitvoering, netspanning, vormen met gaten, uitsparingen en sleuven, en sensoren of thermostaten die in de verwarming zelf zijn geïntegreerd. Past iets daarvan bij uw toepassing, vertel ons dan wat u nodig hebt en we maken een offerte.

Waar ze worden toegepast

Typisch werk omvat het verwarmen van batterijen in elektrische voertuigen en apparatuur, halfgeleider- en waferbehandeling, medische apparatuur en diagnostiek, optica- en displaymodules, laboratoriuminstrumenten, telecombehuizingen, anticondensatie- en ontdooitaken, en lucht- en ruimtevaart-, satelliet- en vacuümsystemen. De rode draad in al die gevallen is een gevoelig onderdeel, een krappe ruimte of een proces dat geen verontreiniging verdraagt, de situaties waarin een dun, snel en schoon folie-element het wint van een zwaarder alternatief. Voor grotere of robuustere te verwarmen oppervlakken, zoals vaten, IBC's en gasflessen, vormen onze siliconen verwarmingselementen het betere startpunt.