Kapton-varmere: polyimid-varmeelementer med etset folie

Et Kapton-varmeelement gjør seg fortjent overalt der varme må tilføres uten at noen legger merke til varmeelementet. Selve elementet er en etset metallfolie forseglet mellom to tynne lag polyimidfilm, slik at den ferdige delen bare er 0,2 til 0,3 mm tykk og nesten ikke veier noe. Den ligger flatt mot en battericelle, et optisk feste, en wafer-holder eller en instrumentvegg uten å bygge i høyden og uten å holde på varmen når strømmen er av. Folien står for oppvarmingen og filmen lagrer nesten ingen energi, så delen når temperatur på sekunder og følger en regulator tett. Den responsen, sammen med polyimidens svært lave avgassing, er grunnen til at disse varmeelementene så ofte dukker opp i vakuum-, halvleder-, medisinsk- og batteriarbeid.

Utvalget på denne siden er vårt standardprogram: et sett med faste størrelser, to effektnivåer og to baksidealternativer, alle med 12 V DC. Det dekker de delene de fleste bruksområder trenger fra hyllen. Når en standarddel ikke strekker til, bygger vi i stedet etter tegning, med andre former, høyere effekttetthet, høyere temperaturer og nettspenning. Er delen din i utvalget, bestiller du den. Er den ikke det, er utvalget stedet å starte samtalen om den du faktisk trenger.

Hva et Kapton-varmeelement egentlig er

Den arbeidende delen er en etset, folieformet motstandsbane laminert mellom ark av polyimidfilm — materialet de fleste kjenner under DuPonts varemerke, Kapton; den ferdige delen kalles ofte en polyimid-folievarmer. Den konstruksjonen er fleksibel, men ikke elastisk. Varmeelementet trives viklet rundt en sylinder eller lagt på en flat overflate eller en overflate med enkel krumning, men det må aldri tvinges på en sammensatt eller kuleformet form, eller på noe som utvider og trekker seg sammen under det, fordi foliekretsen til slutt sprekker der den strekkes. Kontinuerlig nedsenking er en lignende advarsel: fukt finner veien inn ved de laminerte kantene over tid, så alt som senkes ned bør drøftes som en spesialløsning fremfor å behandles som standardbruk.

Kapton eller silikon?

Fleksible overflatevarmere kommer i to materialer, og de er egentlig ikke konkurrenter. Kapton er tynn, rask, lett og silikonfri, men foliekretsen er skjør og tåler ikke en sammensatt krumning. Silikongummi er tykkere og tregere å reagere, men den tåler den håndteringen en verkstedhverdag eller en fatomvikling innebærer. Tabellen sammenligner dem på de punktene som avgjør en jobb, ikke de som fyller en brosjyre.

Kapton (polyimid) Silikon, trådviklet Silikon, etset folie
Kontinuerlig temperatur −40 til +200 °C −60 til +250 °C −60 til +200 °C
Kontinuerlig temp., selvklebende −40 til +180 °C i.a. i.a.
Tykkelse / byggehøyde 0,2 til 0,3 mm 1,1 til 3 mm 0,8 til 1,5 mm
Største enkeltark opptil 285 × 550 mm 940 × 3000 mm 595 × 2500 mm
Maks effekttetthet 0,8 W/cm² i fri luft ca. 0,8 W/cm² ca. 0,8 W/cm²
Termisk masse og respons Lavest, raskest Høyere, tregere Middels
Mekanisk håndtering Skjør, bare enkel krumning Robust Robust
Vakuum, lav avgassing Ja, lav CVCM Nei Nei
Silikonfri Ja Nei Nei
UL- og VDE-versjoner Ikke tilgjengelig Tilgjengelig Tilgjengelig

Silikontallene over er typiske for materialklassen; se siden for silikonvarmere for nøyaktige spesifikasjoner.

Hvis varmeelementet må forsvinne inn i en sammenstilling, reagere raskt, virke i vakuum eller holde seg unna en silikonsensitiv prosess som lakkforbehandling eller optikk, er Kapton det riktige valget. For fat, IBC-containere, gassflasker eller alt som utsettes for hard bruk, er en silikonvarmer det bedre verktøyet, og mange løsninger bruker én av hver: polyimid på den følsomme delen, silikon på selve beholderen.

Hvor mye varme den tåler

Effekttetthet, eller overflatebelastning, er tallet som avgjør om et polyimid-varmeelement holder. Standardutvalget her stopper på 0,6 W/cm², og 0,8 W/cm² i fri luft er anbefalt tak for enhver fleksibel varmer, Kapton som silikon. Du kan gå høyere, men bare når varmen har et sted å gjøre av seg. Limt til en metallplate og styrt av en rask regulator kan en spesialbygd varmer nå 2 til 3 W/cm². Detaljen som lurer folk, er at en termostat leser temperaturen til selve folien, ikke til det du varmer opp, så et dårlig limt varmeelement viser regulatoren en lav avlesning mens elementet stille koker seg selv i hjel. Høy overflatebelastning uten en varmevei er den vanligste måten disse delene svikter på.

Montering og temperatur

Selve filmen tåler fra −40 til +200 °C, men måten du fester varmeelementet på, setter den reelle grensen. Den selvklebende baksiden, et trykkfølsomt lim med lav avgassing, tåler omtrent 180 °C og dekker de fleste monteringsjobber. Den ikke-klebende utgaven brukes opptil 200 °C, holdt mot overflaten av en klemme; for den, og for enhver spesialbygd variant for høyere temperatur, klemmes varmeelementet mellom metallplater med en tynn silikonbuffer, rundt en halv millimeter, for å fordele klemtrykket og hindre at den etsede kretsen knuses. Kobber- eller aluminiumsbelegg, og limfri helpolyimid-konstruksjon, skyver arbeidstemperaturen mot 260 °C, og begge deler er spesialområde.

Vakuum og lav avgassing

Lav avgassing er egenskapen som selger et polyimid-varmeelement inn i de reneste jobbene, så det er verdt å oppgi i tall fremfor adjektiver. Testet etter ASTM E595 gir den selvklebende konstruksjonen kondenserbart flyktig materiale (CVCM) på 0,02 prosent, et totalt massetap (TML) på 1,54 prosent og gjenvunnet vanndamp på 0,64 prosent. Tallet som avgjør om et varmeelement legger en hinne på overflatene rundt seg, er det kondenserbare materialet, og 0,02 prosent ligger godt innenfor grensen på 0,10 prosent som brukes til å vurdere det — det er nettopp dette som gjør standarddelen et godt valg for vakuumkamre, halvlederverktøy og andre rene prosesser. Totalt massetap er den strengere silen: med 1,54 prosent ligger det over grensen på 1,0 prosent som flykvalifisert romfart krever, så for satellitt- og romapplikasjoner spesifiserer vi en spesialkonstruksjon med lav TML fremfor standarddelen.

Hva som skal til for å drive ett

Dette er 12 V DC komponentvarmere, ikke apparater du plugger i veggen. For å sette ett i arbeid trenger du en likestrømsforsyning tilpasset belastningen, og en termostat eller regulator med en føler. Forsyningen betyr mer enn den først ser ut til: 45 W-delen trekker 3,75 A, og den strømmen bestemmer både forsyningens merkeeffekt og tverrsnittet på ledningene. Styringen betyr noe fordi en bar motstandsvarmer regulerer ingenting på egen hånd og vil skyte over hvis den overlates til seg selv. Avveiningen er verdt det, for 12 V er ekstra lav spenning, noe som betyr at varmeelementet ikke utgjør noen støtfare og ikke trenger elektrisk godkjenning på selve elementet — og det er nettopp derfor polyimid-varmeelementer er betrodd i våte, laboratorie- og medisinske omgivelser. Trenger du en nettspenningsversjon på 115 eller 230 V, er det en spesialløsning.

Når standardutvalget ikke strekker til

Standardprogrammet dekker 12 V opp til 0,6 W/cm². Utover det konstruerer vi delen til formålet. Det omfatter høyere effekttetthet på 2 til 3 W/cm² med varmeveien innebygd, høyere temperaturer mot 260 °C med belagt eller helpolyimid-konstruksjon, nettspenning, former med hull, utskjæringer og spor, og følere eller termostater bygd inn i selve varmeelementet. Passer noe av dette jobben din, fortell oss hva du trenger, så gir vi deg et tilbud.

Hvor de brukes

Typisk arbeid omfatter oppvarming av elbil- og utstyrsbatterier, halvleder- og wafer-håndtering, medisinsk utstyr og diagnostikk, optikk- og skjermsammenstillinger, laboratorieinstrumenter, telekominnkapslinger, antikondens- og avrimingsoppgaver, samt luftfart, satellitt og vakuumsystemer. Den røde tråden i dem alle er en følsom komponent, en trang plass eller en prosess som ikke tåler forurensning — tilfellene der en tynn, rask og ren folievarmer slår en tyngre. For større eller mer robuste oppvarmede overflater, som fat, IBC-containere og gassflasker, er våre silikonvarmere det bedre utgangspunktet.