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原标题:鸿塑公司打响研究开发导热尼龙PA66和导热PPS,高

浏览次数:129 时间:2019-12-02

www.4166.com,LED灯杯作为LED灯的散热器,是使LED灯在工作过程中产生的内部热能更易向外部环境散发,提高了电能转化成光能的效率。

大功率LED照明灯具在工作时会产生较多的热量,需要通过散热器将热量汇出并散发到环境中。本文系统地介绍了各类主要散热器特点,并对其材料性能特徵进行了分析和介绍。 LED(Light-emittingDiode的缩写)照明灯具是指采用半导体发光二极体技术做为发光源的一种新型环保照明产品。LED照明灯具有省电节能,易控制、免维护、安全环保、使用寿命长等特点,其使用寿命可达50,000-100,000小时,远超过传统钨丝灯泡的1,000小时及萤光灯管的10,000小时。LED作为一种新型的节能、环保绿色光源产品,其应用前景非常乐观,但LED在工作中发光的同时大部分电能都要转化为热能,如果热量不能及时的散出,LED的结温会不断的升高,当LED结温超过一定的限度就会发生不可逆光衰,造成LED工作寿命降低甚至损坏,因此LED灯具需要散热器将自身产生的热量散出才能正常工作。 一.普通照明大功率LED灯具介绍 1.常见类型球泡灯、射灯、蜡烛灯、管灯、吸顶灯、路灯、车灯等,并根据介面的规格不同有很多型号(部分灯具样品如图1)。 LED照明灯的基本结构包括三大部分,A:发光源结构:即LED灯板包括发光体,LEDPCB板等;B:LED驱动电源,可分为隔离电源和非隔离电源;C:LED散热,散光或导光组件:包括LED散热器、LED灯罩或LED导光体等。其基本如图2。 二.LED高效安全散热器工作原理介绍 散热器的主要作用是将LED晶片工作中产生的热量不断汇出并散发到环境中,使晶片的温度保持在所要求的范围内,从而保证LED灯能够正常工作。从LED晶片产生的热量主要以热传导的方式依次通过LED封装结构件、电路板、灯具散热结构件,後以对流和热辐射的方式把热量从散热结构传至环境中。常见的LED散热器散热模式如图。 散热器的好坏主要取决於在满足安规的条件,散热器的热阻性能。热阻越小,相同条件下LED灯结温越低,LED结温越低,晶片使用寿命就会越长。散热器的热阻应该包括导热热阻和散热热阻两部分。对於一定形状的散热器,导热热阻主要与散热器材料的导热系数有关,导热系数越大,导热热阻越小,导热效果越好;在一定环境条件下,散热热阻主要取决於散热器的散热面积以及散热器表面材料的辐射系数,散热面积越大、辐射系数越高,散热热阻越小,散热效果越好。 三.常见LED散热器不同材质介绍 所谓LED散热器就是能够将LED晶片工作中产生的热量快速地汇出并散发到环境中的一个元件,因此作为散热器仅具有一定的散热面积是不行的,制作散热器的材料必须具有一定的导热性,也就是要具有较高的热导率,才能将晶片产生的热量不断汇出,并终散到环境中;当然对於导热材料,除了导热性外,还应当具有比重小、价格低、强度高、容易加工等特点。 常用材料通常包括金属材料,无机非金属材料和高分子材料三大类,其中高分子材料又包括塑胶、橡胶、化学纤维等。导热材料一般为金属和部分无机非金属材料。在常见金属中,铝和铜的导热系数比较高,但铜的价格高,比重大,加工性不如铝,而铝质散热器完全能满足LED散热的要求,因此在LED金属散热器中以铝质散热器为主,铜质散热器并不多见,另外也有少量散热器是铁质的。导热性好的无机非金属材料加工前一般多为粉末状,需要经过特种工艺加工成型,加工成散热器後基本为陶瓷状;有些无机非金属材料导热系数很高又非常绝缘,但价格很高,如金刚石、氮化硼、氮化铝等;有些虽然导热系数高但不绝缘,类似金属,如石墨、碳纤维等;并且将无机非金属粉末加工成形状复杂的陶瓷散热器是非常困难的,因此,虽然陶瓷LED散热器是有应用的,但存在很大的局限性,需要进一步完善和提高。高分子材料本身导热性是比较差的,但如果将导热性好的金属粉末或非金属粉末添加到塑胶或橡胶中,制成导热塑胶或橡胶等,其导热性会大幅提高。导热橡胶因其特有的弹性,是其它导热材料无法替代的,因此在某些领域已经广泛应用,但因其刚性较差,作为散热器材料可能不太合适;导热塑胶单独或配以金属嵌件做成的LED散热器是近开发成功的新一代LED散热产品,如果设计得当,可以达到压铸铝散热器的散热效果,并且外表面绝缘,使用更加安全,是今後LED散热器发展的方向。下面就几种常见不同材质的LED散热器简单作一介绍。 1.铝质散热器目前较常见的LED散热器主要是铝质散热器,一般包括压铸铝和拉伸铝散热器两种。主要原因是金属铝的导热系数较高,比重小,易加工,价格便宜等。其中压铸铝散热器是目前常用的,其导热系数70-90W/m.K,外形较美观,形状可多变,价格适中;缺点是本身不绝缘,为了安全需要增加绝缘胶或套,而绝缘胶或套一般导热较差,对散热是不利的,同时成本也会增加。另外,压铸铝散热器模具成本较高,不利於新品的开发;生产过程需要消耗较多的能源,并且二次加工成本偏大。拉伸铝散热器导热系数200W/m.K左右,导热很好,一次加工成本较低,但往往需要二次加工,二次加工成本较高,而且形式较单一,同样需要增加绝缘处理,目前主要用於路灯及较大功率的室内LED照明。 2.导热塑胶散热器由国外几家大公司开发出的导热塑胶LED灯具散热器,不仅解决了铝质散热器本身不绝缘的问题,而且散热器的重量也有所减轻。目前生产LED散热器导热塑胶的公司主要有荷兰的帝斯曼,沙特的SABIC,日本的东丽公司等。导热塑胶主要是由尼龙、PBT等耐热性好的塑胶加入高导热的无机填料,如氮化铝、氮化硼等组成;其本身导热系数通常为通用塑胶的5-15倍,一般只有1-6W/m.K左右。现有导热塑胶的产业化主要局限是成本很高,售价约合100-300元人民币/Kg,制成散热器的价格也比压铸铝散热器高,虽然在一些生产LED灯具的大公司如飞利浦公司等有一定应用,但近期还无法大量替代铝质散热器。 3.Thertrans导热复合材料散热器是近在市场上深受关注的新型LED散热装置,由上海合复新材料科技有限公司独立开发完成。其散热性能优异类似于传统金属散热器,具有类似导热塑胶的电绝缘性能。更为表现突出的是,具有非常高效的工业化成型性能,可采用远低於金属和传统导热塑胶的低温加工成型技术.Thertrans导热复合材料散热器一般由Therpoxy导热复合材料和内嵌金属铝件两部分组成。铝件采用冲压铝材,导热系数200W/m.K以上,这种铝嵌复合材料式散热器的散热性优异,可以与压铸铝散热器的散热效果接近或相当,加工也相对容易。从测试结果,Thertrans复合材料散热器的散热效果可以和相同形状压铸铝散热器接近,或者说相同形状的Thertrans导热塑胶散热器和压铸铝散热器的热阻基本一致。 除了导热散热性能优势外,Thertrans复合材料散热器外形美观,式样多变,可用注塑机加工成型,其重量比相同形状压铸铝散热器低三分之一左右,而且不必另外增加绝缘处理,甚至可以将螺纹口等与散热器一起成型,有效减少了LED灯具生产厂家的组装工序及成本。 Thertrans散热器采用的Therpoxy导热复合材料,其导热系数约为3W/m.K左右,价格只有传统高性能导热塑胶的一半,甚至不到,材料具有导热、绝缘、阻燃、耐热、环保、耐老化、易成型、重量轻、价格较低等特点。其中阻燃可达到UL94V0@0.6mm,符合RoHS环保要求,表面耐击穿电压4000V以上,因此能较好地平衡产业化过程中的性能价格问题,受到较好的市场认可。

LED灯行业开发初期最常见的LED灯散热器是铝合金材料挤压或压铸成型,但因其比重大,后加工成本高且效率低等缺点,限制了其在大功率LED散热器的应用。而改性PA66、改性PPS导热材料相比铝合金材料,其具有重量轻、成本低、易加工、可成型复杂形状样品、可循环利用,符合各项环保要求等特点,成为目前LED灯杯的首选材料。

目前,广东顺德鸿塑高分子材料有限公司成功开发了以尼龙66、聚苯硫醚为基体树脂的高导热型复合材料投入市场并取得良好地效果。以尼龙66改性的高导热复合材料的的密度为1.5±0.05g/cm3,以聚苯硫醚的高导热复合材料的密度为1.73±0.05g/cm3远低于铝合金材料的密度,可以满足大功率LED散热器的重要要求,HS-PA66-TR40、HS-PPS-TR40在室温状态下达到6.53-8.65W/m.K,是纯尼龙66热导率的26倍,是纯聚苯硫醚热导率的28倍。

LED灯在使用温度达到80℃时,灯杯材料的热导率要求为5.910W/m.K。因此以上完全符合使用要求。

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