چسب‌های رسانای حرارتی: فرمولاسیون، انواع، افزودنی ها

چسب‌ها و ترکیبات رسانای حرارتی مواد مهمی در صنایع مختلف هستند که در انتقال گرما نقش دارند. این ترکیبات معمولاً برای بهبود عملکرد دستگاه‌ها و سیستم‌ها در برابر حرارت و جلوگیری از افزایش دمای غیرمجاز استفاده می‌شوند. در اینجا به بررسی فرمولاسیون، انواع و افزودنی‌های چسب‌ها و ترکیبات رسانای حرارتی پرداخته می‌شود.

 

فرمولاسیون چسب‌های رسانای حرارتی:

چسب‌های رسانای حرارتی به گونه‌ای طراحی می‌شوند که علاوه بر قدرت چسبندگی بالا، توانایی انتقال گرما را هم داشته باشند. این ترکیبات معمولا شامل اجزای زیر هستند:

1.پایه چسب (Matrix): این بخش از چسب معمولاً شامل رزین‌های اپوکسی، سیلیکونی، پلی‌اورتانی و درصدی پترورزین است که به عنوان یک بستر اتصال‌دهنده عمل می‌کنند.

2. پودر رسانا: برای رسانایی حرارتی، پودرهای رسانا مانند آلومینا (Al₂O₃)، نیترید بور (BN)، نیترید آلومینیوم (AlN)، اکسید منیزیم (MgO)، سیلیکات منیزیم یا مس در ترکیب چسب گنجانده می‌شوند.

پرکننده	رسانایی حرارتی (W/m·K)	ویژگی‌ها
اکسید آلومینیوم (Al₂O₃)	20–35	مقاومت عایقی خوب، قیمت مناسب، غیر سمی
نیترید بور (Boron Nitride – BN)	30–70	رسانایی حرارتی بالا، خواص عایل برقی، مناسب برای لایه‌های نازک
نیترید آلومینیوم (AlN)	140–180	رسانایی حرارتی بسیار بالا، ولی گران و حساس به رطوبت
اکسید منیزیم (MgO)	20–35	مناسب برای کاربردهای پایین‌قیمت، ولی کم‌پایدار در محیط مرطوب
سیلیکات منیزیم (Talc, MgSiO₃)	5–15	کم‌رساناتر، ولی ارزان و سبک
گرافیت / گرافن / نانولوله‌های کربنی	100–2000	رسانایی بسیار بالا، ولی ممکن است هدایت الکتریکی داشته باشند
فلزات (مانند Al، Cu)	200–400	رسانایی بسیار بالا، ولی خطر اتصال کوتاه، وزن زیاد

• نکته مهم:  استفاده از پرکننده‌های فلزی (مانند آلومینیوم یا مس) به دلیل هدایت الکتریکی آنها در چسب‌های الکترونیکی محدود است، مگر در مواردی که اتصال الکتریکی نیز مورد نیاز باشد.

 

3. افزودنی‌ها: به منظور بهبود خصوصیات چسب‌ها، افزودنی‌هایی مانند سخت‌کننده‌ها (هاردنرها)، پلاستيسايزر ها، ضدزنگ‌ها و مواد افزودنی تقویت‌کننده استفاده می‌شود.

 

خرید مواد اولیه چسب های رسانای حرارتی

شرکت بازرگانی ماران تجارت با بیش از یک دهه تجربه واردات مواد اولیه شیمیایی از برندهای معتبر جهانی آماده همکاری در تامین مواد اولیه تولید چسب های رسانای حرارتی به صورت فروش پروفرما و سورسینگ برای صنایع تولیدی می باشد. جهت کسب اطلاعات بیشتر شما می توانید از طریق یکی از شماره های زیر با مشاوران ماران تجارت در تماس باشید:

021-26378323

021-26378325 

 

انواع چسب‌ها و ترکیبات رسانای حرارتی:

چسب‌ها و

ترکیبات رسانای حرارتی بسته به ویژگی‌ها و کاربردشان به دسته‌های مختلف تقسیم می‌شوند:

 

1. چسب‌های سیلیکونی رسانای حرارتی

چسب‌های سیلیکونی رسانای حرارتی به دلیل خاصیت انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر حرارت و شرایط جوی، در بسیاری از کاربردها از جمله تجهیزات الکترونیکی، سیستم‌های تهویه و لپ‌تاپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این چسب‌ها معمولاً دماهای بالای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کنند.

فرمولاسیون

فرمولاسیون این چسب‌ها شامل سیلیکون‌های مایع و افزودنی‌های رسانای حرارتی مانند مواد نانوذره‌ای است. به عنوان مثال، نانوذرات سیلیکونی و آلومینیم می‌توانند بهبود رسانایی حرارتی را به همراه داشته باشند.

 

 

 

 

2. چسب‌های اپوکسی رسانای حرارتی

چسب‌های اپوکسی رسانای حرارتی دارای خواص مکانیکی بالاتری هستند و معمولاً برای چسباندن قطعات فلزی، پلاستیکی و سرامیکی استفاده می‌شوند. این چسب‌ها بیشتر در صنایع خودروسازی و الکترونیک به کار می‌روند.

 فرمولاسیون

فرمولاسیون این چسب‌ها شامل رزین اپوکسی و سخت‌کننده‌ها است. ترکیب این دو ماده باعث ایجاد پیوندهای قوی و مقاوم در برابر حرارت می‌شود.

 

 

 

 

 

3. چسب‌های پلیمری رسانای حرارتی

این چسب‌ها معمولاً برای مصارفی استفاده می‌شوند که نیاز به چسبندگی بالا و انتقال حرارت مناسب دارند، مانند در ساخت LEDها و سیستم‌های الکتریکی. این چسب‌ها معمولاً دماهای پایین‌تری را نسبت به چسب‌های سیلیکونی تحمل می‌کنند و معمولاً سریع‌تر از چسب‌های سیلیکونی و اپوکسی خشک می‌شوند..

فرمولاسیون

فرمولاسیون این چسب‌ها معمولاً شامل پلیمرهای خاص و ذرات رسانای حرارتی است. به عنوان مثال، پلیمرهای پروپیلن و پلی‌اتیلن می‌توانند برای افزایش چسبندگی و رسانایی حرارتی استفاده شوند.

 

 

 

 

4. ترکیبات رسانای حرارتی بدون چسب

این ترکیبات به شکل خمیرهای رسانای حرارتی یا خمیرهای نانوساختار طراحی می‌شوند و از آن‌ها برای پر کردن فضاهای خالی میان قطعات استفاده می‌شود. این ترکیبات معمولاً در شرایطی که چسبندگی قوی لازم نیست، کاربرد دارند

فرمولاسیون

این خمیرها معمولاً شامل نانوذرات رسانای حرارتی و مواد پایه‌ای مانند سیلیکون یا پلیمرهای دیگر هستند.

 

 

 

 

افزودنی‌ها در چسب‌های رسانای حرارتی:

افزودنی‌ها به ترکیب چسب‌ها اضافه می‌شوند تا خواص آن‌ها را بهبود بخشند یا به ویژگی‌های خاصی برسند. برخی افزودنی‌ها عبارتند از:

• عامل‌های پیوندی (Coupling Agents): افزودن موادی مانند سیلان‌ها (مثل APTES، GPTMS)، تیتانات‌ها در فرمولاسیون چسب منجر به بهبود چسبندگی بین پرکننده و ماتریس پلیمری می شود.
• آنتی‌اکسیدان‌ها: این افزودنی‌ها مانع از اکسید شدن مواد رسانا مانند فلزات در طول زمان می‌شوند.
• نانوذرات: استفاده از نانوذرات برای بهبود رسانایی حرارتی و ایجاد ویژگی‌های منحصر به فرد مانند کاهش وزن و بهبود انعطاف‌پذیری.
• پلاستیسايزر‌ها: به منظور بهبود خاصیت انعطاف‌پذیری چسب‌ها و جلوگیری از شکست آن‌ها در شرایط دمایی مختلف.

 

چگونه می‌توان رسانایی حرارتی چسب را افزایش داد؟

برای افزایش رسانایی حرارتی چسب، می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:

1. استفاده از نانوذرات: افزودن نانوذرات مانند نانوذرات مس، نقره یا گرافن به فرمولاسیون چسب می‌تواند به طور قابل توجهی رسانایی حرارتی را افزایش دهد. این نانوذرات با ایجاد شبکه‌های حرارتی درون چسب عمل می‌کنند. البته باید دقت داشت که اندازه و شکل ذرات (کروی، ورقه‌ای، نانولوله‌ای) نقش مهمی در تشکیل شبکه هدایت حرارتی دارد.
2. تغییر فرمولاسیون: انتخاب مواد اولیه با رسانایی حرارتی بالا، مانند رزین‌های خاص یا پرکننده‌های معدنی (مانند سیلیکا یا آلومینا) می‌تواند به افزایش این ویژگی کمک کند.
3. استفاده از ترکیبات حرارتی: ترکیبات خاصی مانند اکسیدهای فلزی و کاربیدها به عنوان پرکننده‌های حرارتی می‌توانند به افزایش رسانایی حرارتی چسب کمک کنند.
4. بهینه‌سازی فرآیند تولید: استفاده از فرآیندهای تولید پیشرفته مانند اختلاط مکانیکی و حرارتی می‌تواند توزیع یکنواخت‌تر مواد درون چسب را فراهم کند و در نتیجه رسانایی حرارتی را بهبود بخشد.
5. تنظیم چگالی و ضخامت: کاهش ضخامت لایه چسب و افزایش چگالی می‌تواند به افزایش رسانایی حرارتی کمک کند.

چه آزمایش‌هایی برای اندازه‌گیری رسانایی حرارتی چسب لازم است؟

۱. روش صفحه داغ محافظت‌شده (Guarded Hot Plate – GHP) (ASTM C177)

در این روش، نمونه چسب بین دو صفحه فلزی قرار می‌گیرد که یکی گرم و دیگری سرد است.

اختلاف دما در دو طرف نمونه ثبت شده و رسانایی حرارتی محاسبه می‌شود.

این روش برای اندازه‌گیری مواد با رسانایی کم و متوسط مناسب است.

 

۲. روش میله داغ خطی (Transient Hot Wire – THW) (ASTM D5930)

یک سیم نازک (که به عنوان منبع حرارتی و سنسور عمل می‌کند) داخل یا روی نمونه چسب قرار می‌گیرد.

جریان الکتریکی عبور داده می‌شود و تغییرات دما بر حسب زمان ثبت شده و رسانایی محاسبه می‌شود.

این روش برای چسب‌های مایع و ژل مناسب‌تر است.

 

۳. روش لیزر فلاش (Laser Flash Analysis – LFA) (ASTM E1461)

نمونه چسب به صورت یک قرص نازک تهیه شده و از یک طرف با لیزر یا فلاش زنون گرم می‌شود.

تغییرات دما در طرف دیگر با یک سنسور مادون قرمز اندازه‌گیری می‌شود.

این روش برای چسب‌هایی که در دماهای بالا استفاده می‌شوند، مناسب است.

 

۴. روش هدایت‌سنج تماسی (Heat Flow Meter – HFM) (ASTM C518)

مشابه روش صفحه داغ محافظت‌شده است اما شامل حسگرهای حرارتی برای اندازه‌گیری شار گرمایی در داخل ماده است.

برای چسب‌هایی که در کاربردهای صنعتی مانند عایق‌های حرارتی استفاده می‌شوند، مناسب است.

 

۵. روش تحلیل دینامیکی حرارتی (Thermal Conductivity by DSC/TGA)

با استفاده از آنالیز حرارتی نظیر کالریمتری تفاضلی روبشی (DSC) و آنالیز گرماوزنی (TGA)، رفتار انتقال حرارت چسب در دماهای مختلف بررسی می‌شود.

بیشتر برای بررسی وابستگی رسانایی حرارتی به دما به کار می‌رود.

 

انتخاب روش مناسب:

چسب‌های مایع: روش میله داغ خطی (THW)

چسب‌های جامد یا نیمه‌جامد: روش صفحه داغ محافظت‌شده (GHP) یا لیزر فلاش (LFA)

چسب‌های عایق حرارتی: روش هدایت‌سنج تماسی (HFM)

 

نتیجه‌گیری:

چسب‌ها و ترکیبات رسانای حرارتی در صنایع مختلفی از جمله الکترونیک، خودروسازی و ساخت تجهیزات صنعتی کاربرد دارند. با توجه به ویژگی‌های خاصی که دارند، انتخاب صحیح نوع چسب و ترکیب آن با توجه به شرایط کاری بسیار مهم است.