CZ308571B6 - Composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components - Google Patents
Composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308571B6 CZ308571B6 CZ2019-584A CZ2019584A CZ308571B6 CZ 308571 B6 CZ308571 B6 CZ 308571B6 CZ 2019584 A CZ2019584 A CZ 2019584A CZ 308571 B6 CZ308571 B6 CZ 308571B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- composite
- layer
- carrier layer
- peg
- thermal protection
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 23
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 20
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 4
- 239000006261 foam material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 2
- 229920002534 Polyethylene Glycol 1450 Polymers 0.000 description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 18
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 10
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 9
- 229920002535 Polyethylene Glycol 1500 Polymers 0.000 description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 9
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 9
- VUYXVWGKCKTUMF-UHFFFAOYSA-N tetratriacontaethylene glycol monomethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO VUYXVWGKCKTUMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 8
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 8
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 229920001030 Polyethylene Glycol 4000 Polymers 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004255 Butylated hydroxyanisole Substances 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 239000008118 PEG 6000 Substances 0.000 description 1
- 229920002556 Polyethylene Glycol 300 Polymers 0.000 description 1
- 229920002560 Polyethylene Glycol 3000 Polymers 0.000 description 1
- 229920002565 Polyethylene Glycol 400 Polymers 0.000 description 1
- 229920002584 Polyethylene Glycol 6000 Polymers 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001609 comparable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
- B32B3/02—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions
- B32B3/08—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by added members at particular parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
- B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/02—Physical, chemical or physicochemical properties
- B32B7/025—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/02—Physical, chemical or physicochemical properties
- B32B7/027—Thermal properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
- F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Kompozit pro teplotní ochranu, zejména pro chlazení elektronických součástekComposite for thermal protection, in particular for cooling electronic components
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká kompozitu pro teplotní ochranu, zejména pro chlazení elektronických součástek.The invention relates to a composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components.
Dosavadní stav technikyPrior art
Pro ochranu různých, např. elektronických součástek, proti působení vysokých teplot (z okolí nebo způsobených činností dané součástky) se v současné době používají různé typy aktivních nebo pasivních chladičů. Jejich cílem je zabránit přehřátí dané součástky a tím jejímu poškození nebo zničení a udržet její teplotu v relativně úzkém teplotním intervalu optimálním pro její výkon. Časté a poměrně rychlé výkyvy teplot těchto součástek přitom vyžadují okamžitou reakci chladiče a/nebo jeho dostatečnou tepelnou kapacitu.Various types of active or passive coolers are currently used to protect various components, such as electronic components, against the effects of high temperatures (from the environment or caused by the component's activities). Their goal is to prevent the component from overheating and thus damage or destroy it, and to keep its temperature in a relatively narrow temperature range optimal for its performance. Frequent and relatively rapid temperature fluctuations of these components require an immediate reaction of the heat sink and / or its sufficient heat capacity.
Nevýhodou aktivních chladičů je, že spolupracují s teplotními čidly, která mohou být nepřesná, případně může dojít k jejich poškození, spotřebovávají elektrickou energii a vydávají hluk.The disadvantage of active coolers is that they work with temperature sensors, which can be inaccurate or damaged, consume electricity and emit noise.
Nevýhodou pasivních chladičů je zejména potřeba jejich předimenzování pro extrémní případy a nízká flexibilita.The main disadvantage of passive coolers is the need to oversize them for extreme cases and low flexibility.
Společnou nevýhodou obou typů chladičů je pak to, že nejsou schopné danou součástku ochránit před působením dalších vlivů omezujících její výkon a životnost, jako je nízká teplota nebo elektromagnetické interference z okolí.A common disadvantage of both types of heatsinks is that they are not able to protect the component from other influences that limit its performance and life, such as low temperature or electromagnetic interference from the environment.
Z dokumentu US 20030124318 je známá tepelná bariéra, která obsahuje dvě krycí vrstvy, mezi kterými je uložený základní materiál, ve kterém je uložený alespoň jeden materiál s látkovou přeměnou. Vrstva základního materiálu je přitom rozdělená do několika regionů (v rámci kterých je uložený stejný nebo odlišný matriál s látkovou přeměnou), které jsou od sebe vzájemně oddělené. Toto oddělení je v jedné variantě provedení realizováno buď bariérou tvořenou libovolným materiálem neprůchozím pro materiál s látkovou přeměnou v kapalném stavu, jako např. lokálně zhutněným základním materiálem, nebo jiným neporézním materiálem, případně spojením krycích vrstev. Díky této konstrukci má tato bariéra vysokou tuhost (zejména v ohybu), kvůli čemuž není vhodná pro řadu aplikací, protože není schopná se přizpůsobit tvaru chráněné elektronické součástky a/nebo daného prostoru.US 20030124318 discloses a thermal barrier which comprises two cover layers, between which a base material is embedded, in which at least one metabolic material is embedded. The base material layer is divided into several regions (within which the same or different material-transforming material is deposited), which are separated from one another. This separation is realized in one variant of the embodiment either by a barrier formed by any material impermeable to the material with a material transformation in the liquid state, such as a locally compacted base material, or by another non-porous material, or by joining the cover layers. Due to this construction, this barrier has a high rigidity (especially in bending), which makes it not suitable for many applications, as it is not able to adapt to the shape of the protected electronic component and / or the space.
Cílem vynálezu je navrhnout kompozit pro teplotní ochranu, zejména elektronických součástek, který by toho byl schopen.It is an object of the invention to provide a composite for thermal protection, in particular electronic components, which is capable of this.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Cíle vynálezu se dosáhne kompozitem pro teplotní ochranu, zejména pro chlazení elektronických součástek, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje alespoň jednu porézní nosnou vrstvu, ve které je uložen alespoň jeden materiál s látkovou přeměnou, přičemž porézní nosná vrstva je alespoň na jednom svém povrchu opatřená krycí vrstvou, která je neprůchozí pro materiál/materiály s látkovou přeměnou uložený/uložené v nosné vrstvě. Alespoň jedna krycí vrstva je tvořená tepelně vodivým materiálem a je v přímém kontaktu s nosnou vrstvou.The object of the invention is achieved by a composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components, the essence of which consists in comprising at least one porous carrier layer in which at least one metabolic material is deposited, the porous carrier layer being on at least one of its surfaces provided with a cover layer which is impermeable to the metabolically modified material (s) deposited in the carrier layer. At least one cover layer is formed of a thermally conductive material and is in direct contact with the carrier layer.
Vhodným materiálem s látkovou přeměnou je zejména polyethylenglykol nebo parafín.A suitable metabolic material is in particular polyethylene glycol or paraffin.
- 1 CZ 308571 B6- 1 CZ 308571 B6
Pro zvýšení efektivity je možné zakomponovat do materiálu s látkovou přeměnou nanočástice a/nebo mikročástice tepelně vodivého materiálu, jejichž přítomnost zlepšuje přestup tepla vnitřní strukturou kompozitu.To increase efficiency, it is possible to incorporate nanoparticles and / or microparticles of thermally conductive material into the metabolic material, the presence of which improves the heat transfer through the internal structure of the composite.
Porézní nosná vrstva je tvořená materiálem s nízkým faktorem vyplnění - např. textilií (s výhodou netkanou), vrstvou pěnového materiálu, vrstvou polymemích nanovláken apod.The porous support layer consists of a material with a low filling factor - e.g. a textile (preferably non-woven), a layer of foam material, a layer of polymeric nanofibers, etc.
Ve výhodné variantě je porézní nosná vrstva opatřená krycí vrstvou na obou svých površích.In a preferred variant, the porous support layer is provided with a cover layer on both of its surfaces.
Dle uvažované aplikace může být alespoň jedna krycí vrstva kompozitu tvořená vrstvou elektricky vodivého materiálu, jako např. kovovou fólií, která mj. chrání danou součástku před vnějším elektromagnetickým polem, případně vrstvou elektricky nevodivého a tepelně vodivého materiálu, jako např. vrstvou polymemích nanovláken nebo polymemí fólií.Depending on the intended application, the at least one cover layer of the composite may be formed by a layer of electrically conductive material, such as a metal foil, which protects the component from external electromagnetic fields, or by a layer of electrically nonconductive and thermally conductive material, such as a layer of polymeric nanofibers or polymeric foils.
Pro zlepšení přestupu tepla mezi jednotlivými vrstvami kompozitu je výhodné, pokud je alespoň jeden povrch porézní nosné vrstvy alespoň částečně pokovený.To improve the heat transfer between the individual layers of the composite, it is advantageous if at least one surface of the porous support layer is at least partially metallized.
Pro některé aplikace může být výhodné, pokud je porézní nosná vrstva nesouvislá, což usnadňuje tvarování kompozitu, např. dle tvaru chlazené součástky, a dosažení větší plochy styku.For some applications, it may be advantageous if the porous support layer is discontinuous, which facilitates the shaping of the composite, e.g. according to the shape of the cooled part, and the achievement of a larger contact area.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Na přiloženém výkresu je na obr. 1 schematicky znázorněný řez kompozitem pro teplotní ochranu, zejména pro chlazení elektronických součástek, podle vynálezu, na obr. 2 výsledek měření diferenciální skenovací kalorimetrie pro kompozit pro teplotní ochranu podle vynálezu ve variantě s porézní vrstvou opatřenou na obou površích krycí vrstvou tvořenou hliníkovou fólií, na obr. 3 výsledek měření diferenciální skenovací kalorimetrie pro kompozit pro teplotní ochranu podle vynálezu ve variantě s porézní vrstvou opatřenou na jednom povrchu krycí vrstvou tvořenou hliníkovou fólií a na opačném povrchu hydrofobizovanou vrstvou polyamidových nanovláken, a na obr. 4 výsledek měření diferenciální skenovací kalorimetrie pro kompozit pro teplotní ochranu podle vynálezu ve variantě s porézní vrstvou opatřenou na obou površích krycí vrstvou tvořenou hydrofobizovanou vrstvou polyamidových nanovláken. Na obr. 5 jsou křivky závislosti teploty různých variant kompozitu podle vynálezu na čase s vyznačenými inflexními body při jejich ohřevu na desce vyhřáté na teplotu 65 °C a na obr. 6 křivky závislosti teploty těchto variant kompozitu na čase s vyznačenými inflexními body při jejich ohřevu na desce vyhřáté na teplotu 75 °C. Na obr. 7 jsou pak křivky závislosti teploty dalších variant kompozitu podle vynálezu na čase s vyznačenými inflexními body při jejich ohřevu na desce vyhřáté na teplotu 75 °C.FIG. 1 schematically shows a section of a thermal protection composite, in particular for cooling electronic components, according to the invention, FIG. 2 shows the result of differential scanning calorimetry measurements for a thermal protection composite according to the invention in a variant with a porous layer provided on both surfaces FIG. 3 shows the result of measuring differential scanning calorimetry for a composite for thermal protection according to the invention in a variant with a porous layer provided on one surface with a cover layer made of aluminum foil and on the opposite surface a hydrophobized layer of polyamide nanofibers, and FIG. the result of the measurement of the differential scanning calorimetry for the composite for thermal protection according to the invention in a variant with a porous layer provided on both surfaces with a covering layer formed by a hydrophobized layer of polyamide nanofibers. Fig. 5 shows the temperature versus time curves of various composite variants according to the invention with marked inflection points when heated on a plate heated to 65 ° C, and Fig. 6 shows the temperature versus time curves of these composite variants with marked inflection points during their heating. on a plate heated to 75 ° C. Fig. 7 shows the temperature-time curves of other variants of the composite according to the invention with marked inflection points when heated on a plate heated to a temperature of 75 ° C.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Kompozit 1 pro teplotní ochranu, zejména pro chlazení elektronických součástek podle vynálezu obsahuje alespoň jednu porézní nosnou vrstvu 2, v jejíž pórech je uložen alespoň jeden materiál s látkovou přeměnou. Tato porézní nosná vrstva 2 je přitom alespoň na jednom svém povrchu opatřená krycí vrstvou 3, která je neprůchozí pro materiál s látkovou přeměnou uložený v nosné vrstvě 2, a která tak při roztavení tohoto materiálu brání jeho úniku ze struktury nosné vrstvy 2. Alespoň jedna krycí vrstva 3 je tepelně vodivá a je v přímém kontaktu s nosnou vrstvou 2, což usnadňuje přenos tepla do, resp. z porézní nosné vrstvy 2.The composite 1 for thermal protection, in particular for cooling the electronic components according to the invention, comprises at least one porous carrier layer 2, in the pores of which at least one metabolic material is deposited. This porous carrier layer 2 is provided on at least one of its surfaces with a cover layer 3 which is impermeable to the metabolic material deposited in the carrier layer 2 and which thus prevents it from escaping from the structure of the carrier layer 2 when this material melts. layer 3 is thermally conductive and is in direct contact with the carrier layer 2, which facilitates the transfer of heat to, resp. from the porous support layer 2.
Jako materiál s látkovou přeměnou lze použít řadu známých materiálů organického i anorganického původu, případně jejich kombinací. S ohledem na zápach a toxicitu některých z nich se jako nejvhodnější jeví především polyethylengykoly (PEG). Jejich další výhodou je rozpustnost ve vodě a díky tomu snadná zpracovatelnost. Pro ochranu před vysokými teplotami je vhodné použít materiál s látkovou přeměnou o vyšší teplotě přechodu (tání), jako např. PEG 1450A number of known materials of organic and inorganic origin, or combinations thereof, can be used as the material with material transformation. With regard to the odor and toxicity of some of them, polyethylene glycols (PEG) appear to be the most suitable. Their other advantage is water solubility and therefore easy workability. To protect against high temperatures, it is advisable to use a material with a higher metabolic temperature (melting), such as PEG 1450
-2 CZ 308571 B6 s teplotou tání 42 až 46 °C, PEG 1500 s teplotou tání 45 až 50 °C, PEG 2000 s teplotou tání 50 až 53 °C, PEG 3000 s teplotou tání 55 až 58 °C, PEG 4000 s teplotou tání 53 až 58 °C či PEG 6000 s teplotou tání 58 až 63 °C, apod. Naopak pro ochranu před nízkými teplotami je vhodné použít materiály s látkovou přeměnou s nízkou teplotou přechodu, jako např. PEG 300 s teplotou tání -15 až -10 °C nebo PEG 400 s teplotou tání 5 °C, apod. V případě potřeby lze v rámci několika, případně i jedné nosné vrstvy 2, pro zvýšení flexibility kompozitu 1 pro teplotní ochranu kombinovat materiály s látkovou přeměnou různého typu a/nebo s různými teplotami přechodu.-2 CZ 308571 B6 with melting point 42 to 46 ° C, PEG 1500 with melting point 45 to 50 ° C, PEG 2000 with melting point 50 to 53 ° C, PEG 3000 with melting point 55 to 58 ° C, PEG 4000 s melting point 53 to 58 ° C or PEG 6000 with melting point 58 to 63 ° C, etc. Conversely, for protection against low temperatures it is suitable to use materials with a low transition temperature, such as PEG 300 with a melting point of -15 to -10 ° C or PEG 400 with a melting point of 5 ° C, etc. If necessary, materials with different types and / or metabolics can be combined within several or even one carrier layer 2 to increase the flexibility of the thermal protection composite 1. different transition temperatures.
Dalším vhodným materiálem s látkovou přeměnou jsou např. parafíny.Other suitable metabolic materials are, for example, paraffins.
Jako porézní nosnou vrstvu 2 lze využít různé vlákenné materiály, např. ve formě netkané textilie, tkaniny, pleteniny, vrstvy polymemích nanovláken apod., nebo pěnové materiály, např. polyuretanovou nebo jinou pěnu apod., přičemž materiál/materiály s látkovou přeměnou v kapalném stavu díky výborné smáčivosti těchto materiálů spontánně pronikne/proniknou do jejich pórů, které (alespoň částečně) vyplní. Takto absorbovaný/absorbované materiál/materiály s látkovou přeměnou jsou přitom v takovém nosiči díky jeho velkému měrnému povrchu a velké ploše styku stabilní jak v tuhém, tak i v tekutém stavu. Jako výhodné materiály porézní nosné vrstvy 2 se jeví zejména materiály obsahující polymemí nanovlákna, resp. materiály tvořené polymemími nanovlákny. Vhodnými polymemími nanovlákny jsou zejména polyamidová nanovlákna - jejich výhodou je jejich dobrá dostupnost a chemická i tepelná odolnost. Nosná vrstva 2 z těchto materiálů je přitom s výhodou souvislá, ale v případě potřeby může být vytvořená i jako nesouvislá, když je např. tvořená navzájem oddělenými útvary stejné nebo odlišné velikosti, které mohou být uspořádány do vhodné pravidelné nebo nepravidelné matice, případně vzoru, což umožňuje snazší tvarování kompozitu 1 dle tvaru součástky, a tím i zvýšení teplosměnné plochy.As the porous support layer 2, various fibrous materials can be used, e.g. in the form of a nonwoven fabric, fabric, knitted fabric, polymer nanofiber layers, etc., or foam materials, e.g. polyurethane or other foam, etc., wherein the liquid-transformed material (s) due to the excellent wettability of these materials, they spontaneously penetrate / penetrate into their pores, which they (at least partially) fill. Due to its large specific surface area and large contact area, the metabolic material (s) thus absorbed (s) are stable in both the solid and liquid state in such a carrier. Preferred materials for the porous support layer 2 appear to be, in particular, materials comprising polymeric nanofibers or materials consisting of polymeric nanofibers. Suitable polymeric nanofibers are especially polyamide nanofibers - their advantage is their good availability and chemical and thermal resistance. The carrier layer 2 of these materials is preferably continuous, but can also be formed as discontinuous if necessary, if it is formed, for example, by mutually separated structures of the same or different size, which can be arranged in a suitable regular or irregular matrix or pattern. which allows easier shaping of the composite 1 according to the shape of the component, and thus increasing the heat exchange area.
Pro mechanickou ochranu nosné vrstvy 2 a v ní uloženého materiálu s látkovou přeměnou je na alespoň jednom povrchu nosné vrstvy 2, s výhodou však na obou jejich površích, uložená alespoň jedna krycí vrstva 3. Tato krycí vrstva 3 může být dle potřeby tvořena řadou různých materiálů, případně vhodných kombinací dvou nebo více materiálů. Dle uvažované aplikace kompozitu 1 je alespoň jedna krycí vrstva 3 vytvořená z tepelně a případně i elektricky vodivého materiálu, kdy současně chrání danou součástku před vnějším elektromagnetickým polem - takovým materiálem jsou např. kovové fólie (měděná, hliníková apod.), nebo z tepelně vodivého, ale elektricky nevodivého materiálu - takovým materiálem jsou např. polymemí fólie (např. polyesterové apod.) nebo vrstvy polymemích nanovláken (např. polyamidových apod.). Varianta, kdy je krycí vrstva 3 na jednom povrchu porézní nosné vrstvy 2 tvořená tepelně i elektricky vodivým materiálem a současně krycí vrstva 3 na opačném povrchu porézní nosné vrstvy 2 tepelně vodivým, ale elektricky nevodivým materiálem je vhodná pro zajištění elektrické izolace dané součástky a současně (díky přítomnosti elektricky vodivé krycí vrstvy 3) pro její ochranu před elektromagnetickým zářením, resp. interferencemi z okolí.For the mechanical protection of the carrier layer 2 and the metabolic material deposited therein, at least one cover layer 3 is deposited on at least one surface of the carrier layer 2, but preferably on both surfaces thereof. This cover layer 3 can be formed of a number of different materials as required. , or suitable combinations of two or more materials. According to the considered application of composite 1, at least one cover layer 3 is made of thermally and possibly also electrically conductive material, which at the same time protects the component from external electromagnetic field - such material are eg metal foils (copper, aluminum, etc.) or thermally conductive. , but an electrically non-conductive material - such material is, for example, polymeric foils (eg polyester, etc.) or layers of polymeric nanofibers (eg polyamide, etc.). A variant in which the cover layer 3 on one surface of the porous support layer 2 is formed by a thermally and electrically conductive material and at the same time the cover layer 3 on the opposite surface of the porous support layer 2 is a thermally conductive but electrically non-conductive material. due to the presence of an electrically conductive cover layer 3) for its protection against electromagnetic radiation, resp. interference from the environment.
V případě použití vrstvy polymemích nanovláken je tato vrstva s výhodou opatřená hydrofobní a případně i oleofobní úpravou, např. ve formě hydrofobního prostředku uloženého v nespojité vrstvě v její stmktuře způsobem dle CZ 2011-306, nebo ve formě filmu vytvořeného plazmatickým nástřikem způsobem dle CZ 305675 B6, apod., kdy brání průniku vody k materiálu s látkovou přeměnou v porézní nosné vrstvě 2. Vrstva polymemích nanovláken může být použitá buď samostatně, nebo v kombinaci s vrstvou běžné textilie, se kterou je spojená přirozenou adhezí nebo laminací.If a layer of polymeric nanofibers is used, this layer is preferably provided with a hydrophobic and possibly also oleophobic treatment, eg in the form of a hydrophobic agent embedded in a discontinuous layer in its darkness according to CZ 2011-306, or in the form of a film formed by plasma spraying according to CZ 305675 B6, etc., where it prevents the penetration of water to the metabolically modified material in the porous support layer 2. The polymeric nanofiber layer can be used either alone or in combination with a layer of a conventional fabric to which it is bonded by natural adhesion or lamination.
Pro zabránění úniku materiálu/materiálů s látkovou výměnou po obvodu nosné vrstvy 2 mezi krycími vrstvami 3 je nosná vrstva 2 na svém obvodu s výhodou překrytá vrstvou materiálu s hydrofobními vlastnostmi a vhodnou mechanickou a chemickou odolností (který může ale nemusí být shodný z materiálem krycí vrstvy/vrstev 3) a/nebo alespoň jedna krycí vrstva 3 přesahuje přes obvod nosné vrstvy 2 a je, např., prostřednictvím laminačních bodů spojená s krycí vrstvou 3 uloženou na opačném povrchu nosné vrstvy 2, případně j sou krycí vrstvy 3 spoj ené, např. prostřednictvím laminačních bodů po obvodu nosné vrstvy 2.To prevent leakage of the exchange material (s) around the circumference of the carrier layer 2 between the cover layers 3, the carrier layer 2 is preferably covered on its circumference with a layer of material with hydrophobic properties and suitable mechanical and chemical resistance (which may or may not be identical to the cover layer material). / layers 3) and / or at least one cover layer 3 extends over the circumference of the carrier layer 2 and is, e.g., connected by means of lamination points to a cover layer 3 deposited on the opposite surface of the carrier layer 2, or the cover layers 3 are connected, e.g. by means of lamination points around the circumference of the carrier layer 2.
-3CZ 308571 B6-3GB 308571 B6
Krycí vrstva/vrstvy 3 může/mohou být s nosnou vrstvou 2 spojená/spojeny přímo materiálem/materiály s látkovou přeměnou, který v roztaveném stavu (při výrobě nebo při prvním použití kompozitu 1) smáčí i materiál krycích vrstev 3 a po svém zatuhnutí pak tyto krycí vrstvy 3 spojuje s nosnou vrstvou 2. V případě potřeby však lze krycí vrstvy 3 s nosnou vrstvou 2 propojit lepením nebo jinou vhodnou technologií dle typu a materiálu těchto vrstev.The cover layer (s) 3 may be bonded directly to the carrier layer 2 by a metabolic material (s) which, in the molten state (during the manufacture or first use of the composite 1), also wets the material of the cover layers 3 and, after solidification, these It connects the cover layers 3 to the carrier layer 2. However, if necessary, the cover layers 3 can be connected to the carrier layer 2 by gluing or other suitable technology according to the type and material of these layers.
Pro zlepšení přenosu tepla do a ve struktuře kompozitu 1 je výhodné, pokud je alespoň jeden povrch porézní nosné vrstvy 2 alespoň částečně pokovený. Dalšího zlepšení přenosu tepla se dosáhne umístěním nanočástic a/nebo mikročástic tepelně vodivých materiálů (zejm. kovů, jako např. mědi, hliníku, stříbra apod., případně nekovových materiálů, jako např. uhlíku apod.) do materiálu s látkovou přeměnou uloženého v porézní nosné vrstvě 2. Množství těchto částic přitom v závislosti na jejich typu a velikosti s výhodou odpovídá cca 1 až 25 % hmotnosti materiálu s látkovou přeměnou v kompozitu 1, v případě potřeby však může být vyšší nebo naopak nižší.To improve the heat transfer to and in the structure of the composite 1, it is advantageous if at least one surface of the porous support layer 2 is at least partially metallized. A further improvement in heat transfer is achieved by placing nanoparticles and / or microparticles of thermally conductive materials (especially metals such as copper, aluminum, silver, etc., or non-metallic materials such as carbon, etc.) in the metabolically deposited material deposited in the porous The amount of these particles, depending on their type and size, preferably corresponds to about 1 to 25% by weight of the metabolic material in the composite 1, but can be higher or lower if necessary.
Struktura kompozitu 1 podle vynálezu umožňuje dosáhnout vysokého podílu (i více než 90 % hmota.) materiálu/materiálů s látkovou přeměnou a díky tomu výrazného tepelného efektu.The structure of the composite 1 according to the invention makes it possible to achieve a high proportion (even more than 90% by weight) of the material (s) with metabolism and thus a significant thermal effect.
Příklad 1Example 1
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou vrstvou nanovláken z polyamidu 6 s plošnou hmotností 20 g/m2 a průměrem vláken 180 nm. Na obou plochách této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hliníkovou fólií s plošnou hmotností 50 g/m2. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 4000, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po svém zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s oběma krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 420 g/m2, z čehož bylo 300 g/m2, tj. 71,4 %, tvořeno PEG 4000. Takto vytvořený kompozit je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má dobrou tepelnou vodivost a velmi dobré elektromagnetické stínící vlastnosti.The thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed by a layer of polyamide 6 nanofibers with a basis weight of 20 g / m 2 and a fiber diameter of 180 nm. A cover layer 3 consisting of an aluminum foil with a basis weight of 50 g / m 2 was placed on both surfaces of this carrier layer 2 . PEG 4000 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 with both cover layers 3. Total basis weight of the composite 1 thus formed was 420 g / m 2 , of which 300 g / m 2 , i.e. 71.4%, was PEG 4000. The composite thus formed is cohesive, flexible and mechanically resistant and has good thermal conductivity and very good electromagnetic shielding properties.
Příklad 2Example 2
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou viskózovou netkanou textilií s plošnou hmotností 47 g/m2. Na obou plochách této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hliníkovou fólií s plošnou hmotností 20 g/m2. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 1500, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po své zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s oběma krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 387 g/m2, z čehož bylo 300 g/m2, tj. 77,5 %, tvořeno PEG 1500. Takto vytvořený kompozit j. je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má dobrou tepelnou vodivost a velmi dobré elektromagnetické stínící vlastnosti.The thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed of a viscose nonwoven fabric with a basis weight of 47 g / m 2 . A cover layer 3 consisting of an aluminum foil with a basis weight of 20 g / m 2 was placed on both surfaces of this carrier layer 2 . PEG 1500 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 with both cover layers 3. Total basis weight of the composite 1 thus formed was 387 g / m 2 , of which 300 g / m 2 , ie 77.5%, was PEG 1500. The composite j. thus formed is cohesive, flexible and mechanically resistant and has good thermal conductivity and very good electromagnetic shielding properties. .
Na obr. 2 je výsledek měření diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) tohoto kompozitu 1, ze kterého je zřejmé, že kompozit 1 výše popsané konstrukce dokáže při skupenské změně pohltit (resp. vydat) cca 123 J/g.Fig. 2 shows the result of differential scanning calorimetry (DSC) measurements of this composite 1, from which it is clear that the composite 1 of the above-described construction can absorb (or deliver) about 123 J / g during a group change.
Příklad 3Example 3
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou polyesterovou netkanou textilií s plošnou hmotností 12 g/m2 s povrchy pokovenými vrstvou mědi. Na jedné ploše této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hliníkovou fólií s plošnou hmotností 20 g/m2 a na opačné ploše hydrofobizovaná vrstva polyamidových vláken s plošnou hmotností 3 g/m2 a průměrem vláken 200 nm. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 1500, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po svém zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s oběma krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 125 g/m2, z čehož bylo 90 g/m2, tj. 72 %, tvořeno PEG 1500. TaktoThe thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed of a polyester nonwoven fabric with a basis weight of 12 g / m 2 with surfaces plated with a layer of copper. On one surface of this support layer 2 a cover layer 3 was placed, consisting of an aluminum foil with a basis weight of 20 g / m 2 and on the opposite surface a hydrophobized layer of polyamide fibers with a basis weight of 3 g / m 2 and a fiber diameter of 200 nm. PEG 1500 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 with both cover layers 3. Total basis weight of the composite 1 thus formed was 125 g / m 2 , of which 90 g / m 2 , i.e. 72%, was PEG 1500. Thus
-4CZ 308571 B6 vytvořený kompozit j. je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má výbornou tepelnou vodivost a velmi dobré elektromagnetické stínicí vlastnosti.-4CZ 308571 B6 formed composite j. Is cohesive, flexible and mechanically resistant and has excellent thermal conductivity and very good electromagnetic shielding properties.
Na obr. 3 je výsledek měření DSC tohoto kompozitu 1, ze kterého je zřejmé, že kompozit ]_ výše popsané konstrukce dokáže při skupenské změně pohltit (resp. vydat) cca 104 J/g.Fig. 3 shows the result of DSC measurements of this composite 1, from which it is clear that the composite of the above-described construction can absorb (or dispense) about 104 J / g during the group change.
Příklad 4Example 4
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou polyesterovou netkanou textilií s plošnou hmotností 12 g/m2 s povrchy pokovenými vrstvou mědi. Na jedné ploše této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hliníkovou fólií s plošnou hmotností 20 g/m2, opačná plocha byla volná. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 1500, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po svém zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 122 g/m2, z čehož bylo 90 g/m2, tj. 73,7 %, tvořeno PEG 1500. Takto vytvořený kompozit 1 je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má výbornou tepelnou vodivost a velmi dobré elektromagnetické stínicí vlastnosti. Výsledek měření DSC tohoto kompozitu 1 byl stejný jako v příkladu 3 - absence krycí vrstvy 3 tvořené hydrofobizovanou vrstvou polyamidových vláken měření v podstatě neovlivnila.The thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed of a polyester nonwoven fabric with a basis weight of 12 g / m 2 with surfaces plated with a layer of copper. On one surface of this support layer 2 a cover layer 3 was placed, formed by an aluminum foil with a basis weight of 20 g / m 2 , the opposite surface being free. PEG 1500 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 with the cover layers 3. The total basis weight of the composite 1 thus formed was 122 g / m 2 , of which 90 g / m 2 , i.e. 73.7%, were PEG 1500. The composite 1 thus formed is cohesive, flexible and mechanically resistant and has excellent thermal conductivity and very good electromagnetic shielding properties. The DSC measurement result of this composite 1 was the same as in Example 3 - the absence of the cover layer 3 formed by the hydrophobized layer of polyamide fibers did not substantially affect the measurement.
Příklad 5Example 5
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou polyesterovou netkanou textilií s plošnou hmotností 15 g/m2 s povrchy pokovenými vrstvou mědi. Na obou plochách této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hydrofobizovanou vrstvou polyamidových nanovláken s plošnou hmotností 3 g/m2 a průměrem nanovláken 200 nm. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 1500, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po svém zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s oběma krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 81 g/m2, z čehož bylo 60 g/m2, tj. 74% tvořeno PEG 1500. Takto vytvořený kompozit j_ je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má výbornou tepelnou vodivost, a přitom je elektricky nevodivý.The thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed of a polyester nonwoven fabric with a basis weight of 15 g / m 2 with surfaces plated with a layer of copper. On both surfaces of this support layer 2, a cover layer 3 was deposited, formed by a hydrophobized layer of polyamide nanofibers with a basis weight of 3 g / m 2 and a diameter of nanofibers of 200 nm. PEG 1500 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 with both cover layers 3. Total basis weight of the composite 1 thus formed was 81 g / m 2 , of which 60 g / m 2 , i.e. 74%, was PEG 1500. The composite 1 thus formed is cohesive, flexible and mechanically resistant and has excellent thermal conductivity, while being electrically non-conductive.
Na obr. 4 je výsledek měření DSC tohoto kompozitu 1, ze kterého je zřejmé, že kompozit ]_ výše popsané konstrukce dokáže při skupenské změně pohltit (resp. vydat) cca 117 J/g.Fig. 4 shows the result of DSC measurements of this composite 1, from which it is clear that the composite of the above-described construction can absorb (or dispense) about 117 J / g during the group change.
Příklad 6Example 6
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou vrstvou polyuretanové pěny s plošnou hmotností 108 g/m2. Na obou plochách této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hydrofobizovanou vrstvou polyamidových nanovláken s plošnou hmotností 2,5 g/m2 a průměrem nanovláken 200 nm. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 1450, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po svém zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s oběma krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 4176 g/m2, z čehož bylo 4063 g/m2, tj. 97,3 % tvořeno PEG 1450. Takto vytvořený kompozit 1 je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má výbornou tepelnou vodivost, a přitom je elektricky nevodivý.The thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed by a layer of polyurethane foam with a basis weight of 108 g / m 2 . On both surfaces of this support layer 2, a cover layer 3 was deposited, formed by a hydrophobized layer of polyamide nanofibers with a basis weight of 2.5 g / m 2 and a diameter of the nanofibers of 200 nm. PEG 1450 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 to both cover layers 3. Total basis weight of the composite 1 thus formed was 4176 g / m 2 , of which 4063 g / m 2 , i.e. 97.3%, was PEG 1450. The composite 1 thus formed is cohesive, flexible and mechanically resistant and has excellent thermal conductivity, while being electrically non-conductive.
Tento kompozit ]_ se uložil na termostatovanou desku vyhřátou na teplotou 65 °C a infračerveným bezdotykovým teploměrem se sledovala jeho povrchová teplota. Výsledkem měření je čas, kdy došlo k roztavení PEG 1450 v celém objemu vzoru (i v měřeném povrhu). Dosažení tohoto stavu bylo indikováno jako inflexní bod na křivce závislosti teploty vzorku na čase. Inflex nastává, pokud povrchová teplota vzorku dosáhne 44 °C, což je teplota tání použitého PEG 1450. V tomto případě došlo k inflexu za 1060 sekund.This composite was placed on a thermostated plate heated to 65 ° C and its surface temperature was monitored with an infrared non-contact thermometer. The result of the measurement is the time when PEG 1450 melted in the whole volume of the sample (even in the measured surface). Achieving this state was indicated as an inflection point on the sample temperature versus time curve. The inflex occurs when the surface temperature of the sample reaches 44 ° C, which is the melting point of the PEG 1450 used. In this case, the inflex occurred in 1060 seconds.
-5CZ 308571 B6-5CZ 308571 B6
Stejný experiment se následně opakoval s termostatovanou deskou vyhřátou na teplotu 75 °C. V tomto případě došlo k inflexu za 460 sekund.The same experiment was then repeated with the thermostated plate heated to 75 ° C. In this case, an inflection occurred in 460 seconds.
Příklad 7Example 7
U tří vzorků kompozitu 1 pro teplotní ochranu podle příkladu 6 se při jejich přípravě do jejich vnitřní struktury a do struktury PEG 1450 zakomponovaly měděné mikročástice o průměru 35 pm (CuTEC50, dodavatel pkchemie) v množství 313 g/m2, 625 g/m2, resp. 928 g/m2, tj. 7,7 %, 15,4 %, resp. 22,8 % hmotnosti PEG 1450.In three samples of composite 1 for thermal protection according to Example 6, copper microparticles with a diameter of 35 μm (CuTEC50, supplier of pchemistry) were incorporated into their internal structure and into the structure of PEG 1450 in an amount of 313 g / m 2 , 625 g / m 2. , resp. 928 g / m 2 , ie 7.7%, 15.4%, resp. 22.8% by weight of PEG 1450.
U takto připravených vzorků se způsoby popsanými v příkladu 6 měřil čas dosažení inflexu - viz tabulka 1.For the samples thus prepared, the inflection time was measured with the methods described in Example 6 - see Table 1.
Tabulka 1Table 1
Obě měření prokázala pozitivní účinek přídavku měděných mikročástic - díky jejich přítomnosti došlo k rychlejšímu roztavení PEG 1450 (dosažení inflexu), což při stejném obsahu PEG 1450 v kompozitu 1 znamená, že se tepelná energie v přítomnosti měděných mikročástic absorbovala rychleji - tj. kompozit 1 této konstrukce je schopen pohltit více energie za časovou jednotku a je tedy schopen chránit před vysokou teplotou efektivněji než bez přítomnosti měděných mikročástic.Both measurements showed a positive effect of the addition of copper microparticles - due to their presence there was a faster melting of PEG 1450 (reaching the inflex), which with the same content of PEG 1450 in composite 1 means that thermal energy in the presence of copper microparticles was absorbed faster - ie composite 1 of this the structure is able to absorb more energy per unit time and is therefore able to protect against high temperature more effectively than without the presence of copper microparticles.
Na obr. 5 jsou znázorněny křivky závislosti teploty vzorku kompozitu 1 na čase s vyznačenými inflexními body pro variantu kompozitu 1 dle příkladu 6, tj. bez měděných mikročástic (křivka A) a pro výše popsané varianty kompozitu 1 s různým obsahem měděných mikročástic (křivky B až D), při použití termostatované vyhřívané desky vyhřáté na teplotu 65 °C.Fig. 5 shows curves of the temperature dependence of the sample of composite 1 with marked inflection points for the variant of composite 1 according to Example 6, i.e. without copper microparticles (curve A) and for the above-described variants of composite 1 with different content of copper microparticles (curves B to D), when using a thermostated heated plate heated to 65 ° C.
Na obr. 6 jsou znázorněny křivky závislosti teploty vzorku kompozitu 1 na čase s vyznačenými inflexními body pro variantu kompozitu 1 dle příkladu 6, tj. bez měděných mikročástic (křivka A) a pro výše popsané varianty kompozitu 1 s různým obsahem měděných mikročástic (křivky B až D), při použití termostatované vyhřívané desky vyhřáté na teplotu 75 °C.Fig. 6 shows curves of the temperature dependence of the sample of composite 1 with marked inflection points for the variant of composite 1 according to Example 6, i.e. without copper microparticles (curve A) and for the above-described variants of composite 1 with different content of copper microparticles (curves B to D), when using a thermostated heated plate heated to 75 ° C.
Jako optimální dávka měděných mikročástic ve struktuře kompozitu se tak jeví cca 600 g/m2, resp. cca 10 až 15 % hmotnost PEG 1450 (tato hodnota se týká použitých mikročástic, v případě menších částic může být hodnota pro dosažení stejného nebo srovnatelného efektu menší). Případná vyšší dávka není na škodu, ale inflexní bod už výrazně neposunuje.The optimal dose of copper microparticles in the structure of the composite thus appears to be about 600 g / m 2 , resp. about 10 to 15% by weight of PEG 1450 (this value refers to the microparticles used, in the case of smaller particles the value may be smaller to achieve the same or comparable effect). A possible higher dose is not harmful, but the inflection point no longer significantly shifts.
Příklad 8Example 8
Kompozit 1 pro teplotní ochranu obsahoval nosnou vrstvu 2 tvořenou vrstvou polyuretanové pěny s plošnou hmotností 104 g/m2. Na obou plochách této nosné vrstvy 2 byla uložená krycí vrstva 3 tvořená hydrofobizovanou vrstvou polyamidových nanovláken s plošnou hmotností 3 g/m2 a průměrem nanovláken 200 nm. Jako materiál s látkovou přeměnou se použil PEG 1450, který se aplikoval v roztaveném stavu při teplotě 80 °C, přičemž zcela zaplnil póry nosné vrstvy 2 a po svém zatuhnutí spojil nosnou vrstvu 2 s oběma krycími vrstvami 3. Celková plošná hmotnost takto vytvořeného kompozitu 1 byla 4910 g/m2, z čehož bylo 4800 g/m2, tj. 97,8 % tvořeno PEG 1450. Takto vytvořený kompozit 1 je soudržný, flexibilní a mechanicky odolný a má výbornou tepelnou vodivost, a přitom je elektricky nevodivý.The thermal protection composite 1 contained a carrier layer 2 formed by a layer of polyurethane foam with a basis weight of 104 g / m 2 . On both surfaces of this support layer 2, a cover layer 3 was deposited, formed by a hydrophobized layer of polyamide nanofibers with a basis weight of 3 g / m 2 and a diameter of nanofibers of 200 nm. PEG 1450 was used as the metabolic material, which was applied in the molten state at a temperature of 80 ° C, completely filling the pores of the carrier layer 2 and, after solidification, joining the carrier layer 2 with both cover layers 3. Total basis weight of the composite 1 thus formed was 4910 g / m 2 , of which 4800 g / m 2 , i.e. 97.8%, was PEG 1450. The composite 1 thus formed is cohesive, flexible and mechanically resistant and has excellent thermal conductivity, while being electrically non-conductive.
-6CZ 308571 B6-6GB 308571 B6
Tento kompozit se uložil na termostatovanou desku vyhřátou na teplotou 75 °C a infračerveným bezdotykovým teploměrem se sledovala jeho povrchová teplota. Výsledkem měření je čas, kdy došlo k roztavení PEG 1450 v celém objemu vzoru (i v měřeném povrhu). Dosažení tohoto stavu bylo indikováno jako inflexní bod na křivce závislosti teploty vzorku na čase. Inflex nastává, pokud povrchová teplota vzorku dosáhne 44 °C, což j e teplota tání použitého PEG 145 0. V tomto případě došlo k inflexu za 535 sekund.This composite was placed on a thermostated plate heated to 75 ° C and its surface temperature was monitored with an infrared non-contact thermometer. The result of the measurement is the time when PEG 1450 melted in the whole volume of the sample (even in the measured surface). Achieving this state was indicated as an inflection point on the sample temperature versus time curve. The inflex occurs when the surface temperature of the sample reaches 44 ° C, which is the melting point of the PEG 145 0 used. In this case, the inflex occurred in 535 seconds.
Příklad 9Example 9
U čtyř vzorků kompozitu 1 pro teplotní ochranu podle příkladu 8 se při jejich přípravě do jejich vnitřní struktury a do struktury PEG 1450 zakomponovaly uhlíkové mikročástice o velikosti 100 pm (mletá uhlíková vlákna Carbiso™, MF SM45R-100, výrobce ELG Carbon Fibre, Ltd.) v množství 80 g/m2, 160 g/m2, 240 g/m2, resp. 320 g/m2, tj. 1,7%, 3,3%, 5,0% resp. 6,7% hmotnosti PEG 1450.In four samples of the thermal protection composite 1 of Example 8, 100 micron carbon microparticles (ground Carbiso® carbon fibers, MF SM45R-100, manufactured by ELG Carbon Fiber, Ltd.) were incorporated into their internal structure and PEG 1450 structure during their preparation. ) in an amount of 80 g / m 2 , 160 g / m 2 , 240 g / m 2 , resp. 320 g / m 2 , ie 1.7%, 3.3%, 5.0% resp. 6.7% by weight of PEG 1450.
U takto připravených vzorků se způsoby popsanými v příkladu 6 měřil čas dosažení inflexu - viz tabulka 2.For the samples thus prepared, the inflection time was measured with the methods described in Example 6 - see Table 2.
Tabulka 2Table 2
Měření prokázalo pozitivní účinek přídavku uhlíkových mikročástic - díky jejich přítomnosti došlo k rychlejšímu roztavení PEG 1450 (dosažení inflexu), což při stejném obsahu PEG 1450 v kompozitu 1 znamená, že se tepelná energie v přítomnosti uhlíkových mikročástic absorbovala rychleji - tj. kompozit 1 této konstrukce je schopen pohltit více energie za časovou jednotku a je tedy schopen chránit před vysokou teplotou efektivněji než bez přítomnosti uhlíkových mikročástic.The measurement showed a positive effect of the addition of carbon microparticles - due to their presence there was a faster melting of PEG 1450 (reaching inflex), which with the same content of PEG 1450 in composite 1 means that thermal energy in the presence of carbon microparticles was absorbed faster - ie composite 1 of this construction it is able to absorb more energy per unit time and is therefore able to protect against high temperature more effectively than without the presence of carbon microparticles.
Na obr. 7 jsou znázorněny křivky závislosti teploty vzorku kompozitu 1 na čase s vyznačenými inflexními body pro variantu kompozitu 1 dle příkladu 8, tj. bez uhlíkových mikročástic (křivka A) a pro výše popsané varianty kompozitu 1 s různým obsahem uhlíkových mikročástic (křivky B až E), při použití termostatované vyhřívané desky vyhřáté na teplotu 75 °C.Fig. 7 shows curves of the temperature dependence of the sample of composite 1 with marked inflection points for the variant of composite 1 according to Example 8, i.e. without carbon microparticles (curve A) and for the above-described variants of composite 1 with different content of carbon microparticles (curves B to E), when using a thermostated heated plate heated to 75 ° C.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019-584A CZ308571B6 (en) | 2019-09-13 | 2019-09-13 | Composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019-584A CZ308571B6 (en) | 2019-09-13 | 2019-09-13 | Composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2019584A3 CZ2019584A3 (en) | 2020-12-09 |
CZ308571B6 true CZ308571B6 (en) | 2020-12-09 |
Family
ID=73668787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2019-584A CZ308571B6 (en) | 2019-09-13 | 2019-09-13 | Composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ308571B6 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000078194A1 (en) * | 1999-06-22 | 2000-12-28 | The University Of Dayton | Heat storage article |
US20030124318A1 (en) * | 2002-01-02 | 2003-07-03 | Magill Monte C. | Thermal barriers with reversible enhanced thermal properties |
FR2875432A1 (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-24 | Air Liquide | Preparation of composite material, used in structure to carry out thermal exchange between coolant and structure, comprises incorporating microencapsulated phase change material into porous network of continuous matrix |
CN208955155U (en) * | 2018-06-26 | 2019-06-07 | 桑顿新能源科技有限公司 | A kind of samming heat storing plate |
-
2019
- 2019-09-13 CZ CZ2019-584A patent/CZ308571B6/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000078194A1 (en) * | 1999-06-22 | 2000-12-28 | The University Of Dayton | Heat storage article |
US20030124318A1 (en) * | 2002-01-02 | 2003-07-03 | Magill Monte C. | Thermal barriers with reversible enhanced thermal properties |
FR2875432A1 (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-24 | Air Liquide | Preparation of composite material, used in structure to carry out thermal exchange between coolant and structure, comprises incorporating microencapsulated phase change material into porous network of continuous matrix |
CN208955155U (en) * | 2018-06-26 | 2019-06-07 | 桑顿新能源科技有限公司 | A kind of samming heat storing plate |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Yaxue Lin et. al.: Review on thermal conductivity enhancement, thermal properties and applicatios of phase change materials in thermal energy storage, Renewable and sustainable energy reviews 82, 2/2018, 2730-2742, https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.002 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2019584A3 (en) | 2020-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Prajapati et al. | A review on polymeric-based phase change material for thermo-regulating fabric application | |
Zhang et al. | Personal thermal management by thermally conductive composites: A review | |
US20070178374A1 (en) | Multi-layered apparatus for stopping projectiles | |
US5366801A (en) | Fabric with reversible enhanced thermal properties | |
Shishoo | Recent developments in materials for use in protective clothing | |
CN109417847A (en) | The method of heat accumulation parts carrier and the production parts carrier | |
US20100107657A1 (en) | Apparel with heating and cooling capabilities | |
Lee et al. | Developing protective textile materials as barriers to liquid penetration using melt‐electrospinning | |
CN107075794B (en) | Flexible PCM fabric | |
Fredi et al. | Novel reactive thermoplastic resin as a matrix for laminates containing phase change microcapsules | |
US20080233368A1 (en) | Articles having enhanced reversible thermal properties and enhanced moisture wicking properties to control hot flashes | |
KR20180022901A (en) | Composite materials for thermal management | |
EP2758585B1 (en) | Zoned functional fabrics | |
KR20070107035A (en) | Carbonaceous composite heat spreader and associated methods | |
US20200084921A1 (en) | Flexible electromagnetic wave shielding material, electromagnetic wave shielding-type circuit module comprising same and electronic device furnished with same | |
Jung et al. | Functional materials and innovative strategies for wearable thermal management applications | |
CZ308571B6 (en) | Composite for thermal protection, in particular for cooling electronic components | |
US10244657B2 (en) | Thermal insulation sheet and method for producing same | |
CN111886370A (en) | Multi-effect woven fabric for energy collection and thermal management | |
Li et al. | Three‐Layer Composite Fabric with the Gradient of Wettability Inspired by Populus euphratica Root Pressure for Drying and Cooling | |
Soltani et al. | Surface-engineered double-layered fabrics for continuous, passive fluid transport | |
ES2911518T3 (en) | Non-woven fabric for screening terahertz frequencies | |
Shaid | Incorporation of aerogel and phase change material in textiles for thermal protection | |
KR20150080436A (en) | Complex Sheet | |
US10711393B2 (en) | Self-sealing and self-decontaminating materials, methods of making, and methods of use |