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医疗仪器产品中采用柔性聚酰亚胺加热器来精确测试组织和血液样本。航空航天应用控制电信空间电子设备的温度,而军用计算机在零下环境中快速运行,飞机设计有加热器,可以为选择的机翼位置除冰。该列表仅受工程想象力的限制。这些薄的聚酰亚胺薄膜基材与铜、铜合金和其他电阻金属结合在一起。在许多方面,柔性加热器提供的实用程序听起来与它的柔性电路表亲惊人地相似。柔性聚酰亚胺加热器的一些优点包括:
PI电热片-耐高温300-350度,长期高温干烧。

  • 极薄且可弯曲的材料符合多个平面
  • 减轻重量和体积
  • 装配过程是万无一失的,具有精确尺寸的加热器形状
  • 零件通过可重复的过程复制,并由制造商预先测试提供
  • 添加的组件(温度传感器)在窄范围内监控和控制温度
  • 在柔性加热器行业,一直在推动实现越来越高的性能温度。许多供应商提供采用聚酰亚胺和/或硅橡胶材料的柔性加热器,以提供柔性和可弯曲的加热器。这些加热器的标准温度能力是在大约 150°C 下连续可靠地运行。圣柏林 最近开发并推出了一种新的复合结构,大大超过了这个温度。还证明了明显超过该海拔的极端温度。新材料和工艺技术的发展使这一飞跃成为可能。测试数据有显示在 300°C 下高度可靠的加热器性能可以在连续运行环境中实现。以下是一些 圣柏林 测试结果。

方法

一个 2” x 5” 基于聚酰亚胺的测试加热器用 0.002” 厚的粘合剂粘合到一块经过浮石擦洗和 RO 水清洗的 30 mil 铝板上。将加热器置于电源下并进行调整以产生 300°C 的特定测试温度,该温度使用红外摄像机进行监控。定期监测加热器以确保温度保持并评估加热器的完整性。

加热器的特写视图
热成像前的加热器图像

一个 2” x 5” 基于聚酰亚胺的测试加热器用 0.002” 厚的粘合剂粘合到一块经过浮石擦洗和 RO 水清洗的 30 mil 铝板上。将加热器置于电源下并进行调整以产生 300°C 的特定测试温度,该温度使用红外摄像机进行监控。定期监测加热器以确保温度保持并评估加热器的完整性。

通过用电源为加热器供电并监控加热器,将测试加热器暴露于 300°C 的 500 小时热烘烤

Fluke Ti200 红外热成像系统的温度。通过调整装置的发射率设置以匹配加热器的发射率 (0.89) 来校准 IR 摄像机。加热器发射率用 AZTek 2000A 发射器测定。使用第二个热成像单元(Amprobe IR-720)验证热读数。在测试期间定期检查加热器温度,并根据需要调整电源以保持测试温度。在测试开始和结束时拍摄了加热器的视觉照片。还拍摄了测试结束时加热器的红外图像。测试结果如下所示。

胶粘剂测试数据结果暴露于高温后,观察到加热器电路明显变暗,但没有明显的起泡、炭化或功能丧失。焊接的引线没有封装在耐热化合物中,因此引线被严重氧化,并且电线上的绝缘层被烧回到距离加热器表面 0.5 英寸处。然而,在测试循环过程中并没有失去连续性。

高温运行后的加热器视图
300°C 下 500 小时后的视觉图像

 

加热器的热成像计算
500 小时后的热图像 @ 300°C

红外测量的前后表面温度增量在 12°C – 18°C 范围内。背面(板)上的热电偶读数为 288°C。

虽然应用细节总是会产生独特的性能要求,但测试已经能够证明能够实现 300C 的扩展工作温度。随着应用需求不断将灵活的加热器温度推向新的性能极限,正在进行额外的测试以进一步量化能力、限制和未来方向。

 聚酰亚胺柔性加热PI电热膜在航空航天、医疗、食品服务、军事和其他行业中非常需要,以便在其应用中的特定区域提供受控的热量。这种加热器类型可用于飞机内部的仪表板,以提供湿度控制特性并防止系统因高海拔地区的极冷温度而发生故障。它们还可以在医疗诊断设备、分析测试设备、光电元件和许多其他应用中找到。 

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聚酰亚胺柔性加热的一个主要优点是它的极薄外形可以提供均匀的热量分布,即使它在系统内的其他组件周围弯曲和弯曲时也是如此。其卓越的拉伸强度和尺寸稳定性为空间有限的不规则形状表面提供适当的热量。这些柔性加热器可以使用压敏粘合剂 (PSA)、机械夹紧、收缩带、自熔胶带或液体环氧树脂粘合剂连接到应用中。

柔性加热片的温度和功率限制

聚酰亚胺柔性加热膜具有它为应用提供的特定温度和功率范围。在获得加热器的定制设计时,客户将希望全面检查应用程序以确定其最小和最大允许值。有了这些信息,客户可以决定是否适合使用柔性加热器,或者他们是否必须选择不同的材料来提供所需的材料。

对于柔性加热,使用两层薄聚酰亚胺,其中夹有不锈钢、304、Inconel 600 或 CUNI44 箔加热元件。FEP 粘合剂用于将各层粘合在一起。

该材料的瓦特密度和温度范围为:

·瓦特密度:高达 50 W/in2 (7.75 W/cm2)

·温度范围:-328°F 至 392°F

·电阻容差:±10%或±0.5Ω(以较大者为准)

请记住,温度范围不仅由设定的瓦特密度范围定义。各个层和每层可以达到的实际温度也会影响柔性加热膜的热限制。

 

柔性加热膜测试比较

功率和温度限制问题

对于某些应用来说,确定正确的功率密度和温度限制可能很困难。如果使用了不正确的功率密度,柔性加热器可能会过热,因为它可能会出现故障。如果温度超过柔性加热器应提供的温度,则柔性加热膜的各层可能会发生分层,并且用于将加热器连接到应用程序的粘合剂可能会失效。
虽然可以将聚酰亚胺柔性加热器设计为在其材料限制的最高水平下运行,但在此范围内长时间使用可能会导致加热器磨损更大。这个因素将导致更短的使用寿命和更快发生机械故障的机会。
在设计将推动其温度极限的聚酰亚胺柔性加热片时,应用程序本身可能会根据几个因素允许这种设置。柔性加热器的环境温度和启动温度可能允许它在材料限制的最高端运行,因为环境温度将不断从元件中带走热量,而不是让热量在聚酰亚胺中积聚层。
 
该应用的材料还可以作为聚酰亚胺加热膜的散热器。如果加热器位于散热器之间,它必须提供更高的功率范围才能将温度提高到所需的水平。然而,箔导体不应被过度供电到可能导致烧坏的地方,因为当应用程序的功能或条件发生变化时,热量无法有效消散。

测试温度:140-150摄氏度。测试电压:21.1V。经测试2.5小时,外观良好,不发黑

将测试温度提高到200-210摄氏度。测试电压:26.2V。测试2小时后,产品外观开始发黄,无发黑现象。

试验柔性加热片样品

在设计可提供适量热量而又不超过其限制的聚酰亚胺柔性加热器时,还应评估额外的热量要求。整体环境、在有人接触应用时所需的最高表面温度、需要加热的材料以及热均匀性在确定瓦特密度方面也起着至关重要的作用。
客户在尝试确定其聚酰亚胺柔性加热膜的正确功率时可以采用的一种方法是使用实??验方法,然后应用欧姆定律。使用实验室设置,客户可以创建实际应用的测试模型,并拥有一个提供可调电压的交流电源。
一旦他们确定了要用于为柔性加热器供电的工作电压,他们就可以获得不同尺寸和不同电阻的加热器样品以及加热器样品表。通过这些样品,客户可以挑选出适合应用尺寸参数的加热器。
应测量加热器的电阻。然后,可以将电线焊接到通向测试应用和交流电源的加热器上。随着对热性能的监测,交流电源的电压应缓慢增加。还应注意电压增加的速度,以确定热预热应该多慢或多快以及所需的表面温度。
当达到所需的热设置时,检查交流电源上的电压,并根据测试使用欧姆定律计算瓦数。然后将瓦数除以加热器的面积以获得瓦特密度。

测试4小时后,产品外观开始变黑(测试温度:200-210摄氏度;电压:26.2V)

充分利用您的聚酰亚胺柔性加热膜
在应用中使用聚酰亚胺柔性加热片有许多优点。这些加热器适用于需要较低热量规格的应用,因为它们可以推至 400°F。与其他材料相比,它们既提供出色的介电性能,又具有电阻特性以防止它们开裂或损坏。此外,它们具有快速的热传递响应,因此可以立即施加热量而无需等待。通过在很宽的温度范围内提供均匀的热分布和热稳定性,这些加热器可以有效地用于多个行业的各种应用中。
如果应用的功率和温度要求发生变化,则不建议使用相同的柔性加热器并将其推到其极限之上。相反,请考虑改用可提供更高功率密度和热阈值的加热器,例如硅橡胶、云母加热器或高温聚酰亚胺。调整加热器的其他因素,例如其聚酰亚胺厚度和热模式,也可以为客户提供所需的温度和功率结果,尤其是当同一加热器需要不同的热区域时。所用金属箔的厚度和厚度也会对提供的瓦数产生重大影响。
概括
虽然工程师可以在应用发生变化时对新的功率密度进行估计,但使用柔性加热器测试样品和应用测试模型的基本方法可以提供更实际和准确的确定。客户将能够看到加热器将如何在应用中以及在可能影响产生温度的某些环境中运行。然后,他们可以在最终的柔性加热器设计建成之前进行调整。
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