Compatibilità con i fluidi di raffreddamento a immersione: EPDM, NBR, silicone, materie plastiche e materiali di interfaccia termica (TIM).

Un fluido di raffreddamento a immersione dielettrico può soddisfare le specifiche elettriche e termiche e tuttavia danneggiare un server.

Il problema inizia quando il fluido entra in un polimero o trascina parte della formulazione del polimero nel fluido. Una guarnizione può gonfiarsi e perdere compressione. Una guaina del cavo può perdere plastificante e indurirsi. Un grasso termico può separarsi o essere dilavato dall'interfaccia. Il materiale interessato cambia, ma i composti estratti possono anche modificare il colore, l'acidità e le prestazioni dielettriche del fluido di raffreddamento.

Per questo motivo, la compatibilità per immersione non può essere attribuita a un fluido o a un materiale singolarmente. Si tratta di una specifica combinazione fluido-materiale a una determinata temperatura e tempo di esposizione.

La compatibilità è più di un semplice "Il materiale non si è sciolto".“

La maggior parte dei cedimenti dei polimeri dovuti all'immersione segue uno di questi due percorsi.

Nel primo caso, il materiale assorbe il fluido di raffreddamento. La sua massa e il suo volume aumentano e la sua durezza può diminuire. Un O-ring che sembra ancora intatto può diventare troppo morbido o troppo grande per la sua scanalatura. Un tubo flessibile può deformarsi attorno a un raccordo. Guida alla compatibilità dei materiali dell'Open Compute Project Identifica il rigonfiamento eccessivo del tubo in EPDM come possibile causa di perdite.

Nel secondo percorso, il fluido di raffreddamento estrae i composti mobili dal materiale. Plastificanti, oli di processo, oligomeri non polimerizzati o parte di un legante TIM si spostano nel fluido. Il componente originale può restringersi, indurirsi, screpolarsi o perdere coesione. Nel frattempo, il fluido può diventare torbido, più scuro o meno stabile elettricamente.

La temperatura accelera entrambi i processi. Un materiale che si modifica poco durante una breve esposizione a temperatura ambiente può comportarsi in modo molto diverso dopo mesi di utilizzo a contatto con una CPU o GPU ad alta potenza.

Il termine "compatibile" necessita quindi di un significato misurabile. Dovrebbe comprendere le variazioni dimensionali, le variazioni di massa, la durezza, la funzione meccanica e l'aspetto del materiale. Dovrebbe inoltre includere le variazioni del fluido, tra cui la tensione di rottura, il fattore di dissipazione dielettrica, il valore di acidità e la contaminazione.

EPDM, NBR e silicone non si comportano come un unico gruppo

EPDM, NBR e silicone sono tutti elastomeri, ma la loro interazione con i fluidi di immersione può essere molto diversa.

Per un fluido idrocarburico sintetico, la guida OCP elenca la gomma nitrilica contenente più di 35% come accettabile nel suo sistema testato. La stessa tabella classifica EPDM e gomma siliconica come inaccettabili a causa dell'aumento di peso o volume e, per l'EPDM, della dissoluzione. Nella sua tabella PAO, NBR rimane accettabile mentre EPDM e silicone passano alla categoria "caso per caso".

La composizione ha una base chimica. L'EPDM ha una buona resistenza all'acqua, al vapore e a molti fluidi polari, ma gli oli idrocarburici non polari possono penetrare nella sua rete polimerica e causare un forte rigonfiamento. L'NBR contiene gruppi acrilonitrile polari che ne migliorano la resistenza a molti oli. Un contenuto più elevato di acrilonitrile generalmente migliora la resistenza agli oli, motivo per cui un'etichetta come "NBR" è incompleta senza la composizione o la tipologia effettiva.

La gomma siliconica non è automaticamente sicura solo perché è resistente al calore. La sua struttura silossanica aperta può assorbire oli e perdere stabilità dimensionale. Il risultato dipende dalla densità di reticolazione, dai riempitivi, dalla post-polimerizzazione e da altri fattori che compongono la mescola. Un tubo flessibile in silicone, un O-ring in silicone e un cuscinetto termico in silicone possono quindi comportarsi in modo diverso a contatto con lo stesso fluido.

Il punto di partenza pratico è:

Le materie plastiche e i materiali di interfaccia termica (TIM) possono guastarsi senza perdite evidenti.

Le parti in plastica creano un problema diverso perché il nome della resina descrive solo una parte del materiale. Una guaina per cavi, un connettore, una parte della ventola o una clip finiti possono anche contenere plastificanti, ritardanti di fiamma, pigmenti, stabilizzatori e fibre di rinforzo.

Il PVC plastificato ne è un chiaro esempio. Il fluido di immersione può estrarre il plastificante. La guaina del cavo perde quindi massa e gradualmente diventa più dura o fragile, mentre il plastificante rilasciato rimane nel circuito di raffreddamento. Il polietilene e il polipropilene possono mostrare la reazione opposta: possono assorbire fluidi idrocarburici, aumentare di massa e cambiare dimensione.

Plastificanti correlati:

L'estrazione del plastificante può alterare il peso, la durezza e la flessibilità dei componenti in PVC esposti a fluidi di raffreddamento a immersione. Foconsci fornisce plastificanti per PVC e altre formulazioni polimeriche, tra cui: DOP CAS 117-81-7; DOTP CAS 6422-86-2; Plastificante DOA.

Anche le materie plastiche che si comportano bene come provini non sottoposti a sollecitazioni possono cedere una volta utilizzate nei componenti reali. Le sollecitazioni di stampaggio, il carico di accoppiamento a scatto, le sezioni sottili e le temperature elevate possono trasformare un assorbimento moderato in deformazioni o fessurazioni da stress ambientale. I dati di compatibilità relativi a una resina non caricata non devono essere applicati direttamente a un connettore caricato con fibra di vetro o a un alloggiamento ignifugo.

I materiali di interfaccia termica (TIM) creano un rischio ancora meno visibile. La pasta termica, lo stucco, i materiali a cambiamento di fase e i cuscinetti polimerici contengono una fase organica che mantiene in posizione i riempitivi termicamente conduttivi. Se il fluido di immersione dissolve o diluisce tale fase, il TIM può trasudare, gonfiarsi, separarsi o spostarsi dall'area di contatto. Il processore potrebbe quindi surriscaldarsi anche se il dissipatore di calore appare ancora saldamente fissato.

Il legante rilasciato e il materiale a basso peso molecolare non scompaiono. Entrano nel serbatoio, dove possono scolorire il fluido, intasare il filtro o depositarsi altrove. L'OCP Linee guida di progettazione per apparecchiature IT raffreddate ad immersione Si avverte pertanto che i composti e le paste termiche possono dissolversi, ridurre il trasferimento di calore e contaminare il fluido dielettrico.

Un cuscinetto termico in silicone non è automaticamente compatibile solo perché è solido. Il suo polimero di silicone, mobile olio di silicone Il trattamento superficiale deve comunque resistere al fluido scelto. Un TIM metallico, come ad esempio la lamina di indio, evita la dissoluzione del legante organico, ma introduce una serie di requisiti diversi: pressione di montaggio sufficiente, planarità superficiale adeguata, spessore controllato della linea di incollaggio e corretta selezione del metallo.

La vera domanda del TIM non è "Il campione esiste ancora dopo l'immersione?", bensì "L'interfaccia assemblata mantiene la sua resistenza termica dopo l'invecchiamento nel fluido?".“

Testare il fluido, il composto e il pezzo finito esatti

Una tabella di compatibilità generica è utile per escludere i candidati chiaramente inadatti. Non può però qualificare il sistema finale. La composizione dei fluidi varia anche all'interno della stessa famiglia chimica e i polimeri commerciali con lo stesso nome utilizzano additivi e sistemi di reticolazione differenti.

La linea guida OCP propone un test di invecchiamento accelerato del fluido a 80 °C per 336 ore, seguito dalla misurazione delle dimensioni del materiale, della massa, del colore e della durezza Shore. Richiede inoltre la verifica del colore del fluido, della tensione di rottura, del fattore di dissipazione dielettrica e del valore di acidità. La classificazione suggerita considera accettabili le variazioni inferiori a 101 TP3T, quelle comprese tra 10 e 201 TP3T da valutare caso per caso e quelle superiori a 201 TP3T inaccettabili. Questi limiti forniscono un quadro di riferimento comune per lo screening; il componente effettivo potrebbe richiedere limiti più stringenti.

Una sequenza di qualificazione utile è la seguente:

1. Campioni di materiale serigrafico. Confrontare massa, volume, durezza e aspetto prima e dopo l'esposizione.
2. Testare i componenti finiti. È preferibile datare l'età dell'O-ring, del tubo flessibile, del connettore, del cavo, della clip di plastica o del materiale termoconduttivo (TIM) piuttosto che affidarsi esclusivamente a un campione generico di resina.
3. Verifica il funzionamento sotto carico. Misurare la forza di tenuta, la resistenza alla ritenzione, la flessibilità, le prestazioni elettriche o la resistenza termica del TIM, a seconda dei casi.
4. Verifica anche il fluido. Cercare materiale estratto, sedimenti, torbidità, variazioni di acidità e perdita di rigidità dielettrica.
5. Ripetere l'operazione con il fluido invecchiato e i materiali misti. Un serbatoio contiene contemporaneamente molti polimeri e la contaminazione rilasciata da un materiale può influenzare un altro componente.

Per i sistemi fluorurati bifasici, la normale immersione statica potrebbe non rilevare l'estrazione più intensa creata dalle ripetute evaporazioni e condensazioni. OCP raccomanda di aggiungere un test di estrazione di tipo Soxhlet per questo servizio.

La selezione dei materiali dovrebbe seguire la stessa direzione del test: partire dal fluido di raffreddamento effettivo, identificare ogni materiale a contatto con il fluido e qualificare la combinazione in condizioni realistiche di temperatura e tempo. EPDM, NBR, silicone, plastica e materiali di interfaccia termica (TIM) non sono universalmente etichettati come "compatibili" o "incompatibili". Il loro comportamento diventa significativo solo dopo aver definito congiuntamente il fluido, la formulazione e la funzione del componente.

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