Compatibilidad con fluidos de refrigeración por inmersión: EPDM, NBR, silicona, plásticos y materiales de interfaz térmica (TIM).

Un fluido de refrigeración por inmersión dieléctrico puede cumplir con las especificaciones eléctricas y térmicas y aun así dañar un servidor.

El problema comienza cuando el fluido entra en un polímero o arrastra parte de la formulación del polímero hacia el fluido. Un sello puede hincharse y perder compresión. Una cubierta de cable puede perder plastificante y endurecerse. La grasa térmica puede separarse o desprenderse de la interfaz. El material afectado cambia, pero los compuestos extraídos también pueden alterar el color, la acidez y el comportamiento dieléctrico del fluido refrigerante.

Por eso, la compatibilidad de inmersión no puede atribuirse únicamente a un fluido o a un material. Pertenece a una combinación específica de fluido y material a una temperatura y tiempo de exposición determinados.

La compatibilidad es más que “el material no se disolvió”.”

La mayoría de los fallos de polímeros relacionados con la inmersión siguen uno de dos caminos.

En el primer caso, el material absorbe el fluido refrigerante. Su masa y volumen aumentan, y su dureza puede disminuir. Una junta tórica que aún parece intacta puede volverse demasiado blanda o demasiado grande para su ranura. Una manguera puede deformarse alrededor de un racor. Guía de compatibilidad de materiales del Open Compute Project Se ha detectado una hinchazón excesiva de la manguera de EPDM como posible causa de fugas.

En la segunda vía, el fluido refrigerante extrae compuestos móviles del material. Plastificantes, aceites de proceso, oligómeros sin curar o parte de un aglutinante TIM se desplazan hacia el fluido. El componente original puede encogerse, endurecerse, agrietarse o perder cohesión. Mientras tanto, el fluido puede volverse turbio, más oscuro o menos estable eléctricamente.

La temperatura acelera ambos procesos. Un material que apenas cambia durante un breve periodo a temperatura ambiente puede comportarse de forma muy diferente tras meses junto a una CPU o GPU de alta potencia.

Por lo tanto, el término “compatible” requiere un significado cuantificable. Debe abarcar cambios dimensionales, de masa, dureza, función mecánica y apariencia del material. Asimismo, debe considerar cambios en el fluido, como la tensión de ruptura, el factor de disipación dieléctrica, el índice de acidez y la contaminación.

EPDM, NBR y silicona no se comportan como un solo grupo.

El EPDM, el NBR y la silicona son todos elastómeros, pero su interacción con los fluidos de inmersión puede ser muy diferente.

En el caso de fluidos de hidrocarburos sintéticos, la guía OCP considera aceptable el caucho de nitrilo con un contenido superior a 35% en su sistema de prueba. La misma tabla clasifica el EPDM y el caucho de silicona como inaceptables debido al aumento de peso o volumen y, en el caso del EPDM, a su disolución. En su tabla PAO, el NBR sigue siendo aceptable, mientras que el EPDM y la silicona se clasifican como casos que deben evaluarse individualmente.

El patrón tiene una base química. El EPDM tiene buena resistencia al agua, al vapor y a muchos fluidos polares, pero los aceites de hidrocarburos no polares pueden penetrar en su red polimérica y provocar una fuerte hinchazón. El NBR contiene grupos de acrilonitrilo polares que mejoran su resistencia a muchos aceites. Un mayor contenido de acrilonitrilo suele mejorar la resistencia al aceite, por lo que una etiqueta como "NBR" está incompleta sin la especificación del compuesto o grado real.

El caucho de silicona no es automáticamente seguro por su resistencia al calor. Su estructura de siloxano abierta puede absorber aceites y perder estabilidad dimensional. El resultado depende de la densidad de reticulación, los rellenos, el postcurado y otros componentes del compuesto. Por lo tanto, una manguera de silicona, una junta tórica de silicona y una almohadilla térmica de silicona pueden comportarse de manera diferente en el mismo fluido.

El punto de partida práctico es:

Los plásticos y los materiales de interfaz térmica pueden fallar sin una fuga evidente.

Las piezas de plástico crean un problema diferente porque el nombre de la resina describe solo una parte del material. Una cubierta de cable terminada, un conector, una pieza de ventilador o un clip también pueden contener plastificantes, retardantes de llama, pigmentos, estabilizadores y fibras de refuerzo.

El PVC plastificado es un claro ejemplo. El fluido de inmersión puede extraer su plastificante. La cubierta del cable pierde masa y se vuelve gradualmente más dura o quebradiza, mientras que el plastificante liberado permanece en el circuito de refrigeración. El polietileno y el polipropileno pueden presentar la respuesta opuesta: pueden absorber fluidos de hidrocarburos, aumentar su masa y cambiar de dimensión.

Plastificantes relacionados:

La extracción de plastificantes puede modificar el peso, la dureza y la flexibilidad de los componentes de PVC expuestos a fluidos de refrigeración por inmersión. Foconsci suministra plastificantes para PVC y otras formulaciones de polímeros, entre las que se incluyen: DOP CAS 117-81-7; DOTP CAS 6422-86-2; Plastificante DOA.

Incluso los plásticos que funcionan bien como muestras sin tensión pueden fallar como piezas reales. La tensión interna, la carga de ajuste a presión, las secciones delgadas y las altas temperaturas pueden convertir una absorción moderada en deformación o agrietamiento por tensión ambiental. Los datos de compatibilidad de una resina sin relleno no deben aplicarse directamente a un conector reforzado con fibra de vidrio ni a una carcasa ignífuga.

Los materiales de interfaz térmica (TIM) representan un riesgo aún menos visible. La grasa térmica, la masilla, los materiales de cambio de fase y las almohadillas de polímero contienen una fase orgánica que mantiene en su lugar los rellenos conductores de calor. Si el fluido de inmersión disuelve o diluye dicha fase, el TIM puede filtrarse, hincharse, separarse o desplazarse de la zona de contacto. En consecuencia, el procesador puede sobrecalentarse, aunque el disipador de calor parezca estar firmemente sujeto.

El aglutinante liberado y el material de bajo peso molecular no desaparecen. Entran en el tanque, donde pueden decolorar el fluido, obstruir el filtro o depositarse en otros lugares. El OCP Directrices de diseño para equipos informáticos refrigerados por inmersión. Por lo tanto, se advierte que los compuestos y pastas térmicas pueden disolverse, reducir la transferencia de calor y contaminar el fluido dieléctrico.

Una almohadilla térmica de silicona no es automáticamente compatible simplemente porque sea sólida. Su polímero de silicona, móvil aceite de silicona y el tratamiento superficial debe resistir el fluido elegido. Un material de interfaz térmica (TIM) metálico, como la lámina de indio, evita la disolución del aglutinante orgánico, pero introduce un conjunto diferente de requisitos: presión de montaje suficiente, planitud superficial adecuada, espesor controlado de la línea de unión y selección correcta del metal.

La verdadera pregunta en el campo de la interfaz térmica no es "¿Sigue existiendo la muestra después de la inmersión?", sino "¿Conserva la interfaz ensamblada su resistencia térmica después del envejecimiento en el fluido?".“

Pruebe el fluido, el compuesto y la pieza terminada exactos.

Una tabla de compatibilidad genérica es útil para descartar candidatos claramente inadecuados. Sin embargo, no permite evaluar el sistema final. La composición del fluido varía dentro de la misma familia química, y los polímeros comerciales con el mismo nombre utilizan diferentes aditivos y sistemas de curado.

La guía OCP propone una prueba de envejecimiento acelerado del fluido a 80 °C durante 336 horas, seguida de mediciones de las dimensiones, la masa, el color y la dureza Shore del material. También exige verificar el color, la tensión de ruptura, el factor de disipación dieléctrica y el índice de acidez del fluido. Su clasificación sugiere que los cambios inferiores a 10% son aceptables, los comprendidos entre 10 y 20% se evalúan caso por caso y los superiores a 20% son inaceptables. Estos límites proporcionan un marco de evaluación común; el componente en cuestión podría requerir límites más estrictos.

Una secuencia de cualificación útil es:

1. Cupones de material de pantalla. Compare la masa, el volumen, la dureza y el aspecto antes y después de la exposición.
2. Pruebe los componentes terminados. Envejezca la junta tórica, la manguera, el conector, el cable, la abrazadera de plástico o el material de interfaz térmica (TIM) reales, en lugar de confiar únicamente en una muestra de resina genérica.
3. Compruebe el funcionamiento bajo carga. Medir la fuerza de sellado, la fuerza de retención, la flexibilidad, el rendimiento eléctrico o la resistencia térmica del material de interfaz térmica (TIM) según corresponda.
4. Analice también el fluido. Busque material extraído, sedimentos, neblina, cambios en la acidez y pérdida de rigidez dieléctrica.
5. Repita el procedimiento con el fluido envejecido y los materiales mezclados. Un tanque contiene muchos polímeros a la vez, y la contaminación liberada por un material puede afectar a otro componente.

En sistemas fluorados de dos fases, la inmersión estática convencional puede no lograr la extracción más intensa que se produce por la evaporación y condensación repetidas. OCP recomienda añadir una prueba de extracción tipo Soxhlet para este servicio.

La selección de materiales debe seguir la misma pauta que la prueba: comenzar con el fluido refrigerante real, identificar cada material en contacto con el líquido y evaluar la combinación en condiciones reales de temperatura y tiempo. El EPDM, el NBR, la silicona, los plásticos y los materiales de interfaz térmica (TIM) no tienen etiquetas universales de "compatibles" o "incompatibles". Su comportamiento solo cobra sentido una vez que se definen conjuntamente el fluido, la formulación y la función del componente.

¿Busca materiales para aplicaciones de refrigeración por inmersión?

Foconsci suministra aceites de silicona, plastificantes, aditivos para polímeros y otros materiales químicos para formulaciones industriales.

Si está evaluando materiales para un sistema de refrigeración por inmersión, indíquenos el tipo de fluido refrigerante, su material o formulación, la temperatura de funcionamiento y el problema que intenta resolver. Nuestro equipo le ayudará a identificar las materias primas adecuadas para realizar pruebas de compatibilidad adicionales.

Solicitar un producto o muestra →