Hőkezelési folyamatok az adagolástechnikában

Hőkezelés folyékony formában: hővezető anyagok kezelése excentrikus csigaszivattyúval

2021. szeptember 23., csütörtök, 06:00

Címkék: adagolás adagolástechnika adagolórendszer hőkezelés preeflow ViscoTec

A hőmenedzsment elengedhetetlen a mechanikus és elektromos eszközök biztonságos és hatékony működése szempontjából, még akkor is, ha ez kívülről gyakran nem látható. A folyamat mozgatórugói az elektrifikáció, a digitalizálás és a miniatürizálás trendjei, amik mind műszaki, mind pedig kereskedelmi szempontból folyamatosan növekvő követelményekkel járnak együtt.

A hőtermelést és -elvezetést mindenütt figyelembe kell venni, és szabályozni kell a testünkön viselt tárgyaktól kezdve az elektromos járműveken át az országos mobilkommunikációs és internetes infrastruktúra biztosítására szolgáló berendezésekig. E termékek gyártása során tehát figyelmet kell fordítani a hővezető anyag folyamatbiztos kialakítására, valamint a feladatra szolgáló berendezésekre a hosszú távú biztonságos működőképesség érdekében. Ez vonatkozik mind a gyártásra, mind a termékek utólagos felhasználására.

A hővezető anyagok jellemzői és az ebből fakadó kihívások

A hőmenedzsment tervezésének egyik része gyakran annak eldöntése, hogy a hővezető anyagot folyékony formában, például pasztaként vagy ragasztóként alkalmazzák-e. Az ilyen típusú anyagokra a „hővezető anyagok” (thermal interface materials – TIM) kifejezést alkalmazzuk. Feladatuk két vagy több egymáshoz illeszkedő alkatrész közötti hőkapcsolat javítása és a keletkező hő elvezetése. Az ilyen módon történő összekapcsolásra a gyártási tűrések, a tervezési korlátok vagy ezek kombinációja miatt lehet szükség. A hővezető képesség (W/m*K) garantálása érdekében a fent említett egy- vagy kétkomponensű paszták vagy ragasztók időnként jelentős mennyiségű töltőanyagot tartalmaznak, amik kerámia vagy fém jellegűek lehetnek.

Hőkezelési adagoló feladatok alkalmazási példái

Az alkalmazott töltőanyagtól, a kívánt vezetőképességtől és a költségtényezőktől függően a töltőanyagok különböző alakúak és méretűek lehetnek. Alkalmazásuk gyakran vezet koptató hatáshoz a használt adagolóberendezésekben. Ez instabil folyamatot eredményezhet, ha a beállítást (anyag, adagolóberendezés és folyamatparaméterek) nem megfelelően hangolták össze. Ennek eredménye lehet a gyártás leállása, valamint az alkatrészek és a karbantartási költségek megnövekedése, ami viszont a darabköltségekben tükröződik vissza.

Javasolt megoldások a hővezető anyagok folyamatbiztos alkalmazására

A hőmenedzsment folyamatosan növekvő jelentősége és a hővezető anyagok iránti kereslet miatt jelenleg különböző megközelítésekkel kísérleteznek az efféle paszták vagy ragasztók kezelésének továbbfejlesztésére. Az egyik lehetőség az, hogy ezeket az anyagokat excentrikus csigaszivattyú technológiával dolgozzuk fel mind a mozgatás és kezelés, mind az alkatrészekre való felvitel során. Ennek során az adagolandó anyagot tisztán térfogatalapon továbbítják egy forgó rotor és egy fix állórész segítségével. Ezt a folyamatot alacsony nyíróerő és ezért anyagbarát működési mód jellemzi, nagy pontossággal és megismételhetőséggel kombinálva.

Különösen a rotor-állórész kombináció tervezésében és anyagválasztásában kínálkozik számos lehetőség arra, hogy az adagolórendszer tökéletesen illeszkedjen az alkalmazáshoz és a TIM-hez. A rotor esetében lehetséges, hogy teljes mértékben kerámiából készüljön, vagy speciális többrétegű bevonattal lássák el az élettartam jelentős növelése érdekében.

Hővezető anyag (TIM) adagolása egy ViscoTec excentrikus csigaszivattyúval (fent) és egy preeflow mikrodiszpenzerrel (lent)

Az állórész esetében a speciálisan a koptató anyagokhoz adaptált elasztomerek kínálnak további optimalizálási lehetőségeket. Megfelelő folyamatparaméterekkel kombinálva a rendszer teljesítménye és élettartama a szokásos beállításokhoz képest a sokszorosára növelhető. Ezt számos laboratóriumi teszt, valamint a jelenlegi alkalmazások is megerősítették. Érdemes összehasonlítani más megoldásokkal műszaki és kereskedelmi szempontból: az alacsonyabb karbantartási és beállítási költségek miatt lehetséges a gyorsított értékcsökkenés.

Trendek a hővezető anyagok területén

Csakúgy, mint a hővezető anyagok feldolgozására és alkalmazására szolgáló berendezéseket, az anyagokat is folyamatosan fejlesztik. Ily módon reagálnak a gyártók a jelenlegi és jövőbeli piaci igényekre. A fejlesztés mozgatórugói a hővezető képesség növelése és a nagyobb sebesség elérése. Ezek a követelmények a töltőanyagok folyamatos adaptálásával teljesíthetők. Mint számos más területen, a műanyag nanocsövek (szén nanocsövek – CNT) itt is nagy lehetőségeket rejtenek magukban. Az alapból is kiváló hő-, valamint elektromos vezetőképesség tovább fokozható, ha a CNT-ket nem véletlenszerűen helyezik el, hanem szorosan összerendezik úgy, hogy hossztengelyük merőlegesen az alapfelülethez igazodik. Erre az elrendezésre a függőlegesen rendezett szén nanocsövek szőnyege (úgynevezett VANTA) kifejezést használjuk. Az igazítás például egy külső (elektromos) mező alkalmazásával lehetséges. Ennek számos megközelítése jelenleg is kutatás tárgyát képezi világszerte. Annak eldöntése, hogy a CNT-k – esetleg VANTA-k formájában – áttörést jelentenek-e a hővezető anyagok területén, még várat magára. Ha léteznek is ezeken az anyagokon alapuló folyékony TIM-ek, akkor is meg kell vizsgálni, hogy milyen speciális követelményeket támasztanak a gyártási folyamattal szemben.

Kerámiarotor (balra) és bevonatolt egyenáramú rotor (jobbra) – kifejezetten a hőkezelés során használt koptató anyagokhoz kifejlesztve

Az excentrikus csigaszivattyú technológia esetében már megtörtént a rendszernek a néha erősen koptató hővezető anyagok tulajdonságaihoz történő adaptálása. Ha erre a jövőben (bármilyen okból kifolyólag) a CNT-alapú TIM-eknél is szükség lenne, a ViscoTec szakértői a külső partnerekkel együtt megtalálják majd az optimális megoldást.

Szén nanocső (CNT)

Összegzés és kilátások

Legyen szó a csuklónkon lévő okosóráról vagy a garázsunkban található elektromos autóról, esetleg az okostelefonunkról, a TIM-ek mindenhol folyamatosan és feltűnés nélkül végzik munkájukat, megkönnyítve mindennapjainkat. Folyamatos továbbfejlesztéssel és a koptató anyagokhoz történő adaptálással az excentrikus csigaszivattyú technológia ideális a hővezető anyagok teljes körű mozgatására és adagolására. A ViscoTec különféle megoldásokat kínál erre a célra, az anyagürítő és -kezelő rendszerektől kezdve a mikroliter-tartományban mozgó adagolókig (preeflow® márka). A hővezető anyagok következő generációját érintő jelenlegi kihívásokkal és különösen a szén nanocsövekkel vagy VANTA-val kombinált projektekkel kapcsolatban, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot.

Nagy Nándor

műszaki értékesítés

ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH

+36 30 942 5439

nandor.nagy@viscotec.de

www.viscotec.de

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
ÉLELMISZER-BIZTONSÁG
Média Partnerek