氟化液一般是指碳氟化合物,是將碳氫化合物中所含的一部分或全部氫換為氟而得到的一類有機化合物。因其具備優(yōu)異的電絕緣性,良好的熱導性,強化學惰性,無閃點,不可燃,流動性好,使用安全性能佳等特點,氟化液被廣泛應用于半導體加工、數(shù)據(jù)中心冷卻、精密清洗、帶電消防、新能源鋰電池熱控、航空電子設備噴霧冷卻等領域。
根據(jù)碳氟化合物的組成成分和結構不同,可分為氯氟烴(CFC)、氫代氯氟烴(HCFC)、氫氟烴(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氫氟醚(HFE)等種類,其中全氟碳化合物(PFC)包含全氟烯烴、全氟胺、全氟聚醚(PFPE)等類型。從市場應用情況來看,氫氟醚、全氟聚醚、全氟烯烴占據(jù)市場主流。
氫氟醚類氟化液產品應用相對成熟,在精密清洗領域有較為廣闊的市場空間,且已經(jīng)用于數(shù)據(jù)中心單相浸沒液冷領域。其在電子信息領域的清洗市場份額占比超過60%。氫氟醚類氟化液產品價格相對較低,海外廠家產品約70萬元/噸。
氟原子具有強吸電子能力,氟化液既可清洗非極性的有機污染物,又可清洗極性的無機污染物。同時氟化液表面張力和黏度較小、易揮發(fā),作為清洗劑被廣泛用于液晶、顯像管、高檔印刷電路板、汽車化油器、精密儀器儀表部件、醫(yī)療器械、衛(wèi)星、雷達等生產領域的清洗環(huán)節(jié)。氫氟醚由于同時含有氫元素和氟元素,因此分子極性較大,介電常數(shù)較高,主要用于對介電常數(shù)要求不是很嚴苛的領域。
目前,氫氟醚類氟化液已經(jīng)作為冷卻液應用于數(shù)據(jù)中心,代表產品包括3M公司的Novec系列產品等。但氫氟醚存在介電常數(shù)較高、體積電阻率較低的缺陷,在數(shù)據(jù)中心液冷冷卻領域適用范圍較為受限(主要適用于單相浸沒液冷)。隨著半導體行業(yè)的發(fā)展,預計用作高端清洗劑和冷卻液等用途的氫氟醚類化合物有較大的發(fā)展空間。
全氟聚醚可用于半導體冷卻與服務器液冷等領域,價格較高,國內半導體冷卻用氟化液單價最高可達150萬元/噸,服務器冷卻用氟化液價格稍低。全氟聚醚熱穩(wěn)定性強、介電強度和電阻率強、化學惰性優(yōu)異、與金屬、塑料和彈性體相容性較好、且不可燃。其中,高沸點全氟聚醚的沸點范圍為170-270℃,蒸發(fā)率較低,可用于取代具有較高蒸發(fā)率的流體,減少蒸發(fā)損失。
目前,全氟聚醚的合成工藝主要掌握在國外公司,K型和D型全氟聚醚主要有杜邦的Krytox系列產品和大金的Demnum品牌,Y型和Z型全氟聚醚主要有索爾維的Fomblin系列。全氟聚醚可分為全氟聚醚油和全氟聚醚流體,全氟聚醚油聚合度更高,可作為潤滑劑應用于多種領域,全氟聚醚流體聚合度低,主要用作電子測試液、電子清洗液和導熱液。國內全氟聚醚流體幾乎全部為進口,消費量超過1000噸,主要供應來自3M、索爾維和德國瑞立博。其中,3M產品占國內總需求量75%以上,索爾維約占20%,德國瑞立博約占5%。
目前國內外企業(yè)正積極推進全氟聚醚流體在服務器冷卻液中的應用。但由于全氟聚醚GWP值>5000,不符合綠色環(huán)保的標準,且價格較高,在半導體冷卻領域市場前景較好。
全氟烯烴主要包括六氟丙烯低聚體和全氟環(huán)烯烴,具有低介電常數(shù)、低GWP值、流動性好的優(yōu)點。其中最常用的是六氟丙烯低聚體,價格約20~30萬元/噸,六氟丙烯低聚體產品技術壁壘較低,生產廠家眾多,行業(yè)競爭激烈。
六氟丙烯低聚體主要用于服務器液冷,如六氟丙烯二聚體和三聚體比熱容較高,載熱能力較強,介電常數(shù)較低,擊穿電壓較高,具有很好的電絕緣性能,在相變和單相浸沒式冷卻應用較多。六氟丙烯低聚體易于大規(guī)模制備,相比于氫氟醚和全氟聚醚具備一定的成本優(yōu)勢,且具有一定價格優(yōu)勢,是理想的數(shù)據(jù)中心冷卻液,但缺點是毒性不確定,不利于推廣。
除上述主流氟化液外,全氟胺類氟化液也具有非常優(yōu)異的化學穩(wěn)定性,但是由于其合成壁壘高,限制了產品普及。全氟胺的技術路線僅電解氟化法一種,但電解氟化法工藝復雜,除了產生全氟胺外,還會生成全氟烴類和三氟化氮氣體、和其他未完全氟化的副產品等,此外電解氟化法的工藝路線能耗較高。