Daudzās sildīšanas plāksnēs papīra{0}}plāns elektriskās izolācijas slānis atdala strāvu sildelementu no iezemētā metāla korpusa. Šim mazajam slānim ir jābloķē tūkstošiem voltu, vienlaikus ļaujot dārgajam siltumam iziet cauri pēc iespējas vieglāk. Tiek izmantoti divi klasiski materiāli: vizla, pārslains, dabīgs minerāls, un Kapton, gluda, dzintara-krāsas poliimīda plēve. Izvēle starp tām ir kompromiss-ar termisko veiktspēju un absolūto, apdeguma temperatūru, ko tie var izturēt. Šis raksts salīdzinavizlas vs Kapton izolatora termiskās pretestības plāksnelietojumiem, koncentrējoties uz siltumvadītspēju, maksimālo darba temperatūru un praktiskiem dizaina apsvērumiem.
Siltumvadītspēja: kurš materiāls labāk izlaiž siltumu?
Gan vizla, gan Kapton ir lieliski elektriskie izolatori ar augstu dielektrisko izturību. Tomēr to spēja vadīt siltumu-un tādējādi samazināt termisko pretestību-ievērojami atšķiras.
Vizla(parasti maskavītam vai flogopītam) siltumvadītspēja ir aptuveni 0,7 W/m·K. Kā dabisks minerāls, tā kristāliskā struktūra nodrošina salīdzinoši efektīvu fononu pārnesi. Tādējādi vizla ir krietni virs vairuma plastmasas un plēvju, taču joprojām ir daudz zemāka par metāliem, piemēram, alumīniju (≈200 W/m·K).
Kaptons(poliimīda plēve) siltumvadītspēja ir aptuveni 0,2–0,3 W/m·K atkarībā no konkrētās pakāpes un biezuma. Šī vērtība ir raksturīga augstas veiktspējas -polimēriem un ir aptuveni viena-trešdaļa no vizlas vērtības.
Vizla ir niecīgs, siltumu{0}}caurlaidīgs dabīgā akmens logs; Kapton ir plāna, izturīga un elastīga dzintara sega, taču tā spēj uzņemt tikai tik daudz siltuma. Praktiskā ietekme uz plāksni ir tāda, ka vizlas izolators pievieno nedaudz mazāku siltuma pretestību nekā tāda paša biezuma Kapton izolators. Pie noteiktas siltuma plūsmas temperatūras kritums pāri vizlas slānim būs mazāks, kas nozīmē, ka sildelements var darboties nedaudz vēsākā temperatūrā, lai sasniegtu tādu pašu plāksnes virsmas temperatūru, vai otrādi, plāksne var sasniegt augstāku virsmas temperatūru ar tādu pašu elementa temperatūru. Tomēr, tā kā abi materiāli tiek uzklāti ļoti plānos slāņos (parasti 0,1–0,5 mm), absolūtā temperatūras krituma atšķirība bieži vien ir tikai daži grādi pēc Celsija mērenas{6}}noslodzes lietojumos.
Maksimālā nepārtrauktas darbības temperatūra: izšķirošais faktors
Lai gan siltumvadītspēja dod priekšroku vizlai, vissvarīgākais atšķirības faktors ir maksimālā temperatūra, ko katrs materiāls var izturēt nepārtraukti.
Vizla(maskavītu šķirne) ir paredzēta nepārtrauktai darbībai 500–600 grādu temperatūrā. Flogopīta vizla var izturēt pat augstāku temperatūru, nepārtraukti līdz 800 grādiem. Šīs vērtības daudz pārsniedz jebkura polimēra iespējas.
Kaptons(poliimīda plēve), neskatoties uz to, ka tas ir viens no termiski stabilākajiem pieejamajiem polimēriem, ir ierobežots līdz maksimālajai nepārtrauktai darba temperatūrai, kas ir aptuveni 240 grādi. Īsas novirzes uz augstāku temperatūru (piemēram, 300–400 grādi uz īsu laiku) izraisa strauju degradāciju, trauslumu un iespējamu sabrukšanu.
Standarta, mērenas temperatūras -temperatūrai, kas darbojas zem 200 grādiem, Kapton lielāka elastība, plānāki pieejamie mērinstrumenti un vienkāršā izgatavošana padara to par populāru izvēli. Kapton plēvi var viegli sagriezt, sakraut un veidot ap sarežģītām sildītāja formām. Tas piedāvā arī izcilu dielektrisko izturību (līdz 7000 V uz 0,025 mm biezumu) un labu izturību pret starojumu un daudzām ķīmiskām vielām.
Augstas -temperatūras plāksnēm, kas darbojas virs 240 grādu -, piemēram, plastmasas metināšanai, pusvadītāju apstrādei vai augstas -temperatūras laminēšanai-, vizla ir vienīgā dzīvotspējīgā iespēja starp šiem diviem materiāliem. Virs 250 grādiem Kapton ātri zaudē mehānisko integritāti un izolācijas īpašības. Vizla paliek stabila un funkcionāla.
Papildu materiālie apsvērumi
Mitruma absorbcija vizlā
Jāņem vērā viens praktisks vizlas ierobežojums: vizla ir dabiski slāņains minerāls, kas spēj absorbēt mitrumu no mitra gaisa. Absorbēts ūdens samazina tā virsmas pretestību un var izraisīt noplūdes strāvu vai dielektriķu sabrukumu, īpaši pie augsta sprieguma. Šī iemesla dēļ vizlas izolatorus, ko izmanto kritiskos lietojumos, pirms montāžas bieži izcep (izžāvē), un plāksnes korpuss ir noslēgts, lai novērstu mitruma iekļūšanu. Dažas vizlas kategorijas tiek apstrādātas ar silikonu vai citiem pārklājumiem, lai mazinātu mitruma uzsūkšanos.
Kaptons kā sintētisks polimērs neuzsūc ievērojamu mitrumu un saglabā nemainīgas elektriskās īpašības mitrā vidē bez īpašas apstrādes.
Mehāniskās īpašības
Kapton ir ļoti elastīgs, -izturīgs pret plīsumiem, un to var ražot līdz 0,0125 mm (12,5 µm) biezumā. Tas ļauj izveidot daudzslāņu izolācijas slāņus ar ļoti zemu kopējo termisko pretestību. Vizla ir trauslāka un var atslāņoties, strauji liecoties. Tas parasti tiek piegādāts kā stingras vai daļēji{7}}cietas loksnes 0,05–0,5 mm biezumā, un ražošanas laikā ar to ir rūpīgi jārīkojas.
Dielektriskā izturība
Abi materiāli nodrošina izcilu dielektrisko izturību. Vizla parasti nodrošina 15–40 kV/mm atkarībā no kvalitātes un orientācijas. Kapton nodrošina aptuveni 150–200 kV/mm plānām kārtiņām, lai gan vērtība samazinās līdz ar biezumu. Tipiskiem plāksnes spriegumiem (240 V līdz 480 V maiņstrāvai) abi materiāli nodrošina vairāk nekā atbilstošu elektrisko izolāciju.
Praktiskas izvēles pamatnostādnes šķīvju projektēšanai
| Darba temperatūra | Vēlamais izolators | Pamatojums |
|---|---|---|
| < 200°C | Vai nu (bieži izvēlas Kaptonu) | Kapton piedāvā elastību, vieglu izgatavošanu un zemākas izmaksas. Vizla ir arī pieņemama, bet mazāk elastīga. |
| 200-240 grādi | Kaptons (ja tas ir robežās) vai vizla | Kaptons ir tuvu nepārtrauktai robežai; vizla nodrošina drošības rezervi. |
| 240-500 grādi | Tikai vizla | Kaptons strauji noārdīsies virs 240 grādiem. |
| >500 grādi | Vizla (flogopīts) | Maskavīte var sākt degradēties; flogopīts ir nepieciešams 600–800 grādiem. |
Secinājums: Temperatūra nosaka izvēli
Izvēle starp vizlu un Kapton izolatoru ir lēmums starp nedaudz labāku siltuma ceļu un ievērojami labāku izturību augstā{0}}temperatūrā. Vizlas augstākā siltumvadītspēja (0,7 W/m·K pret . 0.2–0,3 W/m·K) nodrošina nelielu siltuma pretestības samazinājumu, kas var būt noderīgs augstas -plūsmas konstrukcijās. Tomēr vizlas patiesā priekšrocība ir tās spēja nepārtraukti darboties temperatūrā, kas pārsniedz 500 grādu -kur tālu pārsniedz Kaptona 240 grādu robežu. Standarta vidējas temperatūras -temperatūras plāksnēm Kapton elastīgums un lietošanas vienkāršība bieži vien padara to par praktisku izvēli. Augstas temperatūras{13}}platēm vizla nav tikai izvēle; tas ir vienīgais uzticamais risinājums.
Plānākie, neredzamākie slāņi plātnes iekšpusē bieži ir tie, kas nosaka tā termiskās un elektriskās robežas. Izpratne par vizlas termisko pretestību un temperatūras novērtējumu salīdzinājumā ar Kapton ļauj inženieriem izvēlēties izolatoru, kas ne tikai atbilst elektriskajām prasībām, bet arī iztur paredzēto darbības vidi visu iekārtas kalpošanas laiku.
