Коли стрічка з PTFE повинна розсіювати тепло – наприклад, для приєднання силового компонента до радіатора – клейовий шар повинен виконувати дві дії одночасно: передавати тепло та міцно утримувати. Додавання теплопровідних наповнювачів (оксид алюмінію, нітрид бору тощо) покращує теплопровідність, але майже завжди знижує адгезію.
Завдання полягає в тому, щоб максимізувати теплопередачу, одночасно втрачаючи якомога менше липкості . Відповідь полягає в трьох параметрах наповнювача: розмір частинок, форма частинок і відсоток завантаження.
Aokai PTFE розробив теплопровідність PTFE стрічки для електроніки та промислового застосування. У цій статті пояснюється, як розмір частинок, морфологія та навантаження впливають на компроміс, і як скласти формулу для найкращого балансу.
Розмір частинок – компроміс між дрібним і грубим
Розмір частинок визначає, наскільки добре наповнювачі утворюють теплопровідну мережу та наскільки добре клей змочує поверхню, що склеюється.
1. Дрібні частинки (від нано до субмікронних)
Тепловий ефект: велика площа поверхні призводить до більшої кількості точок контакту між частинками, але також до більшого міжфазного теплового опору (розсіювання фононів). Сильна агломерація обмежує покращення електропровідності.
Ефект адгезії: дрібні частинки поглинають велику кількість смоли та речовин, що підвищують клейкість, затверджуючи клей. Початкова липкість різко падає. Текучість зменшується, зменшуючи зволоження на PTFE-підкладках з низькою поверхневою енергією → низька міцність на розрив.
Вердикт: Рідко використовується окремо. Ультрадрібні наповнювачі дають невеликий приріст тепла, але руйнують адгезію.
2. Грубі частинки (від мікронів до десятків мікрон)
Термічний ефект: менше точок контакту, але довші індивідуальні шляхи теплопровідності. При щільному укладанні вздовж напрямку товщини клею вони забезпечують хорошу провідність через площину.
Ефект адгезії: мала площа поверхні адсорбує менше смоли, зберігаючи м’якість клею. Однак, якщо частинки мають таку ж товщину, як шар клею або товщі за неї (зазвичай 25-100 мкм), вони роблять поверхню стрічки шорсткою, зменшують ефективну площу склеювання та створюють точки концентрації напруги.
Вердикт: використовується як основний провідний скелет, але розмір повинен бути меншим за товщину клею.
3. Рішення – бімодальне змішування
Змішайте грубі та дрібні частинки в певних співвідношеннях. Дрібне зерно заповнює порожнечі між грубими частинками, досягаючи максимально щільної упаковки. При такому самому загальному завантаженні наповнювача бімодальне сортування збільшує точки контакту частинок (краща провідність) або, альтернативно, досягає цільової провідності з меншим загальним наповнювачем , залишаючи більш суцільну фазу смоли для збереження адгезії.
Рекомендація Aokai щодо PTFE : для клейового шару товщиною 50 мкм використовуйте грубі частинки розміром 20-30 мкм, змішані з дрібними частинками розміром 1-5 мкм. Цей бімодальний підхід є ключем до збалансування властивостей.
Морфологія частинок – форма має велике значення
Несферичні наповнювачі вирівнюються під час нанесення покриття та висихання, впливаючи на теплопровідність та адгезію через площину (напрямок Z).
1. Сферичні або квазісферичні наповнювачі (наприклад, сферичний оксид алюмінію)
Термічний ефект: ізотропний. Частинки легко накопичуються вздовж напрямку товщини, добре для розсіювання тепла через площину.
Ефект адгезії: Гладкі поверхні не перешкоджають потоку смоли. Зберігає холодну текучість і змочування поверхні. Серед усіх форм при рівному навантаженні сфери зберігають найкращу адгезію – особливо початкову адгезію.
Перевага балансу: найкраща загальна сумісність. Максимізує тепловий приріст осі Z з мінімальною втратою адгезії.
2. Пласткі наповнювачі (наприклад, нітрид бору, графен)
Тепловий ефект: високе співвідношення сторін забезпечує чудову провідність у площині, але лусочки вирівнюються паралельно підкладці, забезпечуючи невелике покращення через площину – це погано для PTFE стрічок, які потребують вертикального теплообміну.
Ефект адгезії: пластівці діють як розділові плівки, блокуючи пластичний потік і різко знижуючи початкову липкість. Гострі краї спричиняють концентрацію напруги, знижуючи міцність на відрив.
Недолік балансу: погано підходить для теплових потреб у Z-напрямку, серйозно погіршує властиву липкість. Не рекомендується в якості основного наповнювача.
3. Волокнисті або нерегулярні наповнювачі
Тепловий ефект: високе співвідношення сторін може створювати електропровідні мережі при низькому навантаженні.
Ефект адгезії: різко збільшує в’язкість клею, посилює PSA за допомогою механічного блокування та знищує липкість. Гострі краї пошкоджують інтерфейс клей-PTFE.
Вердикт: Рідко використовується як основний наповнювач; лише незначне доповнення як допоміжний мостовий матеріал.
Завантаження наповнювача – пошук найкращого місця перколяції
У міру збільшення завантаження наповнювача теплопровідність спочатку повільно зростає, потім різко стрибає на порозі перколяції , а потім стає плато. Однак адгезія постійно знижується.
1. Низьке навантаження (<30 об.%)
Наповнювачі являють собою ізольовані острівці в безперервній матриці смоли. Теплопровідність майже не покращується. Адгезія залишається близькою до чистого PSA. Безпечна зона для збереження липкості, але тепловий приріст незначний.
2. Від середнього до високого навантаження (30-60 об.%) – критичне вікно
Частинки починають стикатися й утворювати провідні шляхи. Теплопровідність зростає експоненціально. Тим часом безперервна смоляна матриця стає фрагментованою. Клей стає крихким; початкова липкість і міцність на відрив різко падають.
Це зона оптимізації. Мета полягає в тому, щоб діяти на нижньому межі порогу перколяції – достатньо високому, щоб відповідати тепловим характеристикам, достатньо низькому, щоб зберегти безперервну фазу смоли для прийнятної адгезії.
3. Надвисоке навантаження (>60 об.%)
Щільне упакування частинок уповільнює подальше збільшення тепла (плато). Смола не може заповнити всі прогалини; утворюються порожнечі. Клей стає сухим, крихким і майже не липким. Стрічка стає крихкою термоплівкою. Майновий баланс втрачається повністю.
Особлива примітка для PTFE стрічки (силікон PSA): силікон має нижчу когезійну енергію та гіршу сумісність з наповнювачем, ніж акрил. Він витримує менше максимальне завантаження наповнювача. Переповнення спричиняє розпилювання клею.
Емпіричні дані Aokai PTFE : Для сферичного оксиду алюмінію в силіконі PSA поріг перколяції становить приблизно 35-45 об.%. Оптимальний баланс досягається приблизно 40-45 об.% при бімодальному розподілі. Вище 55 об.% адгезія стає неприйнятною для більшості застосувань.
Резюме – формула балансу «три в одному».
Щоб досягти стабільного балансу теплопровідності та адгезії в PTFE високотемпературних клейких стрічках:
Використовуйте сферичні крупні частинки (20-30 мкм) як первинний провідний скелет – вони забезпечують провідність через площину з мінімальною втратою адгезії.
Додайте дрібні частинки (1-5 мкм), щоб створити бімодальний розподіл – заповнює порожнечі, зменшує загальну кількість наповнювача, зберігає матрицю смоли.
Підтримуйте загальне завантаження наповнювача в нижньому середньому діапазоні порогу перколяції (близько 40-45 об.% для сферичного оксиду алюмінію в силіконі PSA).
Обмежте пластівчасті або волокнисті наповнювачі до <5 мас.% , якщо вони взагалі потрібні – вони шкодять клейкості та не мають великої користі через площину.
Результат: теплопровідна стрічка PSA, яка дійсно прилипає та служить.
Aokai PTFE виробляє теплопровідні стрічки з PTFE, використовуючи цю стратегію бімодального сферичного наповнювача. Ми можемо пристосувати рівень теплопровідності та адгезії до вашого застосування.
Остаточний винос
Покращення теплопровідності клейких стрічок з ПТФЕ завжди бореться з адгезією. Найкращим компромісом є сферичні частинки + бімодальний розподіл розмірів + навантаження після перколяції . Уникайте пластівців і волокон, за винятком випадків, коли ваше застосування спеціально потребує площинної провідності та може терпіти низьку клейкість.
Для високоефективного склеювання з розсіюванням тепла перевіреним рішенням є теплопровідна тефлонова стрічка. Зв’яжіться з Aokai PTFE , щоб отримати рецептури, які відповідають вашим вимогам до термічної обробки та відшарування.
