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白色LED導(dǎo)熱塑料
散熱塑料在LED筒燈/球泡的應(yīng)用

一:概述
傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料多為金屬和金屬氧化物,以及其他非金屬材料,如石墨、炭黑、A1N、SiC等。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展,許多產(chǎn)品對(duì)導(dǎo)熱材料提出了更高要求,希望其具有更加優(yōu)良的綜合性能,質(zhì)輕、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、電絕緣性?xún)?yōu)異、耐沖擊、加工成型簡(jiǎn)便等。導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能越來(lái)越多得到廣泛應(yīng)用。
但是由于高分子材料多為熱的不良導(dǎo)體,限制了它在導(dǎo)熱方面的應(yīng)用,因而開(kāi)發(fā)具有良好導(dǎo)熱性能的新型高分子材料,成為現(xiàn)在導(dǎo)熱材料的重要發(fā)展方向。特別是近年來(lái),隨著大功率電子、電氣產(chǎn)品的快速發(fā)展,必然會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的由于產(chǎn)品發(fā)熱,導(dǎo)致產(chǎn)品功效降低,使用壽命縮短等問(wèn)題。有資料表明,電子元器件溫度每升高2℃,其可靠性下降10%;50℃時(shí)的壽命只有25 ℃時(shí)的1/6
導(dǎo)熱填料主要分為兩種:一種是導(dǎo)熱絕緣填料,如金屬氧化物填料、金屬氮化物填料等。另一種是導(dǎo)熱非絕緣填料,如炭基填料和各種金屬填料等。前者主要用于電子元器件封裝材料等對(duì)電絕緣性能有較高要求的場(chǎng)合,后者則主要用于化工設(shè)備的換熱器等對(duì)電絕緣性能要求較低的場(chǎng)合。填料的類(lèi)型、粒徑大小及分布、填充量和填料與基體間的界面性能對(duì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率都有影響。
導(dǎo)熱塑料使用的基體聚合物主要有:PA(尼龍)FEP(聚丙烯),PPS,PP,PI 環(huán)氧樹(shù)脂,POM,PS PSPE復(fù)合材料等。
聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀:聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料是通過(guò)添加導(dǎo)熱填料來(lái)提高高分子材料的導(dǎo)熱性能。一般是以高分子聚合物(如聚烯烴、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯等)為基體,較好導(dǎo)熱性能的金屬氧化物如A1203、MgO,導(dǎo)熱及絕緣性能良好的金屬氮化物AINBN,以及高熱導(dǎo)率的金屬材料如CuAI等為導(dǎo)熱填料,進(jìn)行二相或多相體系的復(fù)合。目前歐洲和日本及美國(guó)都有公司報(bào)道有成熟產(chǎn)品在推+廣使用。例如:荷蘭帝斯曼集團(tuán)工程塑料推出了21世紀(jì)以來(lái)的種新型聚合物:?TC系列導(dǎo)熱塑料可用于LED; 成為向LED照明應(yīng)用的塑料散熱管理解決方案的*供應(yīng)商。美國(guó)陶瓷公司和EPIC公司開(kāi)發(fā)出熱導(dǎo)率達(dá)20.35W/(m?K)BN/(PB)復(fù)合工程塑料,可用普通工藝如模壓成型制備而得,主要可用于電子封裝、集成電路板、電子控制元件、計(jì)算機(jī)殼體等。
國(guó)內(nèi)利用模壓法制備了氮化鋁環(huán)氧樹(shù)脂(EP)導(dǎo)熱復(fù)合材料,AIN含量、粒徑、偶聯(lián)劑及加工工藝對(duì)體系導(dǎo)熱性能的影響。研究表明,隨著A1N含量、粒徑的增加,體系的導(dǎo)熱性能不斷提高;偶聯(lián)劑的加入增強(qiáng)了AIN和環(huán)氧樹(shù)脂的界面粘結(jié)性能,減小了界面間的熱阻,從而有利于體系導(dǎo)熱性能的提高。當(dāng)AIN粒徑為5.3微米含量為67v01%時(shí),AIN/EP導(dǎo)熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為14W/(m?K)
二:導(dǎo)熱機(jī)理
導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能最終由高分子基體、導(dǎo)熱填料以及它們之間的相互作用來(lái)共同決定。高分子基體中基本上沒(méi)有熱傳遞所需要的均一致密的有序晶體結(jié)構(gòu)或載荷子,導(dǎo)熱性能相對(duì)較差。作為導(dǎo)熱填料來(lái)講,其無(wú)論以粒狀、片狀、還是纖維狀存在,導(dǎo)熱性能都比高分子基體本身要高。當(dāng)導(dǎo)熱填料的填充量很小時(shí),導(dǎo)熱填料之間不能形成真正的接觸和相互作用,這對(duì)高分子材料導(dǎo)熱性能的提高幾乎沒(méi)有意義;只有當(dāng)高分子基體中,導(dǎo)熱填料的填充量達(dá)到某一臨界值時(shí),導(dǎo)熱填料之間才有真正意義上的相互作用,體系中才能形成類(lèi)似網(wǎng)狀或鏈狀的形態(tài)一即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致時(shí),導(dǎo)熱性能提高很快;體系中在熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈時(shí),會(huì)造成熱流方向上熱阻很大,導(dǎo)熱性能很差。因此,如何在體系內(nèi)程度地在熱流方向上形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈成為提高導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵所在。
導(dǎo)熱理論模型:目前,導(dǎo)熱膠黏劑的研究主要集中在填充型導(dǎo)熱膠黏劑的研究上,結(jié)構(gòu)型導(dǎo)熱膠黏劑的研究還鮮有報(bào)道。許多研究者曾提出各種模型對(duì)填充導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率進(jìn)行預(yù)測(cè),但理論模型所討論的填充量一般集中在低填充或中等填充(體積分?jǐn)?shù)10% 30%)上,而很少提及在高填充及超高填充下的理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相符合的情況。Agari Y 』提出了適用于高填充及超高填充量的理論模型。該理論模型認(rèn)為:在填充聚合物體系中,若所有填充粒子形成的傳導(dǎo)塊與聚合物傳導(dǎo)塊在熱流方向上是平行的,則復(fù)合材料導(dǎo)熱率;若與熱流方向相垂直,則復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為。該理論模型充分考慮了粒子對(duì)復(fù)合材料熱性能的影響,并假定粒子的分散狀態(tài)是均勻的,從而得到了理論等式。其表達(dá)式為:
A=VfC21g),2+ (1 )lg(c1A1)
式中,A為復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù),A A 分別為聚合物和填料的導(dǎo)熱系數(shù),為填料的體積分?jǐn)?shù),c 為影響結(jié)晶度和聚合物結(jié)晶尺寸的因子,C 為形成粒子導(dǎo)熱鏈的自由因子。c越接近1,粒子就越容易形成導(dǎo)熱鏈,其對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能影響也越大。其在后來(lái)的研究中發(fā)現(xiàn):在低填充至超高填充范圍內(nèi)Maxwell-EuckenBruggeman,Cheng-Vochen以及Nielsen的理論模型與其它的理論模型相比較,其理論曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符,其它幾種理論模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都有一定的偏差。
三:本文研究的目的
目前國(guó)內(nèi)外功率型LED行業(yè)燈具普遍使用鑄鋁作為外殼散熱材料,使用散熱塑料外殼可節(jié)約大量能源和提高生產(chǎn)效率,對(duì)于降低LED產(chǎn)品成本具有極為現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義。使用塑料后還能極大地拓展燈具工程師開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的靈和性和創(chuàng)造性,設(shè)計(jì)更加輕便、美觀的產(chǎn)品以便更快的向大眾消費(fèi)者推++廣。我們基于廣泛研究的基礎(chǔ)上提出使用散熱塑料通過(guò)模具生產(chǎn)8瓦、10LED筒燈底座,檢查產(chǎn)品各個(gè)部位的溫度是否合符要求來(lái)檢驗(yàn)散熱塑料是否合格,以便大批量生產(chǎn)。
四:結(jié)果測(cè)試
本文使用自行研制的散熱材料制作8瓦、10LED筒燈底座取代原先使用的鑄鋁底座制作成8瓦、10LED筒燈低座,按照標(biāo)準(zhǔn)IEC60598 12.4使用多路溫升測(cè)試儀測(cè)試燈杯各點(diǎn)溫度。
測(cè)試結(jié)果:
18LED筒燈溫度測(cè)試:
測(cè)試記錄
1、測(cè)試條件及要求:樣品通電(220V/50Hz)待溫度穩(wěn)定后記錄各點(diǎn)的溫度,要求不超過(guò)溫度限值
2、標(biāo)準(zhǔn)條款:IEC60598 12.4
3、測(cè)試儀器:多路溫升測(cè)試儀
溫差3.4
210LED筒燈溫度測(cè)試:
溫差5.1
五:結(jié)果分析
從兩種不同瓦數(shù)的筒燈測(cè)試結(jié)果看,我們用自制的散熱材料生產(chǎn)的筒燈與用鑄鋁外殼的生產(chǎn)的筒燈在各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度相差不大,溫差不超過(guò)6度,全部測(cè)試點(diǎn)的溫度都低于極限溫度,都能使用。從而達(dá)到了用散熱塑料代替鑄鋁來(lái)生產(chǎn)LED筒燈的目的。

東莞光耀塑膠原料有限公司 專(zhuān)業(yè)經(jīng)銷(xiāo)美國(guó)液氮LNP Konduit 導(dǎo)熱塑料 PA PPS  歡迎洽談!聯(lián)系人:劉經(jīng)理,電話(huà):13724547285.

 
Konduit 導(dǎo)熱塑料
 LNP是屬于SABIC IP下面的部門(mén),主要做改性的特殊材料,導(dǎo)熱塑料的LNP的一個(gè)產(chǎn)品系列,產(chǎn)品牌號(hào)是Konduit, 導(dǎo)熱性從1W/mK(與玻璃接近)到20W/mK。供應(yīng)導(dǎo)熱塑料顆粒,同時(shí),還在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成型、測(cè)試、原型設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)方面協(xié)助用戶(hù)的工作。
 
導(dǎo)熱塑料的優(yōu)勢(shì)
導(dǎo)熱塑料不僅具有金屬和陶瓷的熱傳遞性能,同時(shí)還保留了普通塑料在設(shè)計(jì)、性能和成本方面的其他優(yōu)點(diǎn)。聚合物或塑料,就其基本性能來(lái)說(shuō),是阻熱材料。但是,現(xiàn)在已經(jīng)有了注射級(jí)的導(dǎo)熱塑料。其導(dǎo)熱性是基礎(chǔ)樹(shù)脂的100倍。
導(dǎo)熱塑料是將高導(dǎo)熱性增強(qiáng)材料添加在工程塑料或通用塑料中復(fù)合而成。它的優(yōu)點(diǎn)如下:
·均勻散熱,避免灼熱點(diǎn);減少零件因高溫造成的變形;提高機(jī)械性能(如強(qiáng)度、硬挺度)
·重量輕(比鋁材輕40-50%),減小了對(duì)裝置的震動(dòng),使性能的穩(wěn)定性提高;
·多種基礎(chǔ)樹(shù)脂的選擇,如PA,PPS,也可以采用較低成本的基礎(chǔ)樹(shù)脂;
·成型加工方便,可采用普通塑料的成型工藝,適于大批量生產(chǎn),無(wú)須二次加工;
·熱膨脹系數(shù)低;
·成型收縮率低
·工作溫度低, 提高組件和裝置的平均壽命;
·提高設(shè)計(jì)自由度
 
黑色系列
PA基材:
PX10321      UL94-HB@1.0mm, K=1.7-5W/m-k
PX10322      UL94-VO@1.2mm, K=1.7-4.7W/m-k
PX08321      UL94-HB@1.0mm, K=2.6-10W/m-k
PX08322      UL94-VO@1.2mm, K=2.1-8.1W/m-k
PX10323      UL94-(導(dǎo)熱導(dǎo)電)HB@1.0mm, K=3.5-15W/m-k   
PPS基材:
OX10324      UL94-導(dǎo)熱導(dǎo)電)VO@1.2mm, K=3.5-15W/m-k     (
 
白色系列
PA基材:
 PX11311      UL94-VO@1.2mm, K=1.4-4.5W/m-k
 PX09322      UL94-VO@1.2mm, K=1.5-6W/m-k
 PX11313      UL94-VO@1.2mm, K=1.8-6.5W/m-k
PPS基材的
OX11312       UL94-VO @1.2mm, K=1.4-4.5W/m-k
OX11314       UL94VO@1.2mm, K=1.8-6.5W/m-k
 
 
 
應(yīng)用:
在各行各業(yè)中以及市場(chǎng)上,很多地方都需要散熱材料。同時(shí),塑料材料幾乎滲透了所有的行業(yè)和領(lǐng)域。導(dǎo)熱性塑料的應(yīng)用也可以覆蓋這些領(lǐng)域。即,應(yīng)用于要求熱傳遞的用途,以及對(duì)塑料的其他性能,加工性能或者成本方面有要求的用途。能夠解決問(wèn)題的有效的工業(yè)化方案,是成功地應(yīng)用了導(dǎo)熱性塑料。這些領(lǐng)域包括LED照明、汽車(chē)、加熱/冷卻/制冷。
 
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