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导热塑料:LED行业散热重要搬运工
2019年05月14日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:500
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有人说,热(HEAT)是LED的头号敌人,这话可一点都不假。理论上LED 总的电光转换效率约为54%(理想情况下的估计结果),然而制造工艺中的任何疏漏、材料上的任何缺陷均将造成其能量转换效率的下降。基于目前LED 技术发展的水平,见诸报导的最高的电光转换效率基本都不到理论值的一半,而在实际应用中大多数甚至连理论值的1/4都不到,最后剩余的电能就会以热能的形式释放,这就是LED 产生热的原因。

随处可见的LED灯泡

随着工作温度的上升,LED受到热能的影响会导致如下结果:因此为了避免诸多不利影响,LED的散热一直都是制造商的重点关注问题。

发光效率

当LED的温度由25℃上升至100℃时,其发光效率将会衰退20%到75%不等

主波长

蓝光向短波长漂移,其他颜色向长波长的漂移

相关色温

白光的相关色温升高,其他颜色的相关色温降低

正向电压

降低

反向电流

增大

器件寿命

减短


如果LED长时期工作在高结温的状态,它的寿命就会很快缩短(图:LED结温和光输出的关系)

在所有解决方法中,将具有散热均匀、重量轻等特点的导热塑料,制备成LED的散热部件,如灯座、冷却散热灯杯和外壳等,是目前最受推崇的方式之一。对于塑胶厂商来说,这也是一个很好的机会,据东莞市强萱塑胶有限公司的王新强经理介绍,导热塑料相比金属材料而言,生产中所消耗的能源、制造的污染更少,更符合环保要求,而且还具有安全系数高、造型设计灵活的特点。而随着 LED 光效的提升及产生的热量减少,LED 散热的要求将逐步降低,导热塑料散热器将能够满足大多常规 LED 灯具的散热需求。

灯罩、散热片灯…都是导热塑料的地盘

导热塑料的制备

绝大多数高分子材料本身属于绝热性材料,要得到优良导热性材料,一是制造具有高热导率的聚合物材料(本征型导热高分子);二是通过共混方法对高分子进行填充改性,形成复合材料,提高聚合物的导热性能。

对于塑料厂商来说,前者技术难度大且工艺成本高,后者则更容易实现。据统计,一般塑料的热导率只有0.2 W/(m·K)左右,如果在塑料中填充导热填料,其热导率可在1W/(m·K)~20 W/(m·K)左右,是传统塑料热导率的5~100倍。

据王新强经理介绍,导热塑料的基体PA6/PA66、PPS、TPE、PC、PE、PP等;导热填料则可分为导热无机绝缘填料和导热非绝缘填料两大类。导热无机绝缘填料有Al2O3BN、AlN、MgO等;非绝缘导热塑料填料有导电率和热导率均较高的金属粉、石墨、炭黑、碳纤维等。前者与塑料基体相互混合可制成导热绝缘塑料,后者为导热非绝缘塑料。

东莞强萱导热塑料参数一览

对于填充型的导热聚合物材料,若填料具有高导热系数且电绝缘性较好,则复合材料的热传导依赖聚合物基体的分子链振动、晶格声子与填料晶格声子相互作用来实现;若填料具有导电性能,则复合材料中的热传导依赖于电子传热与聚合物与填料晶格振动相互作用的结果。

不过据王经理介绍,目前LED灯领域中应用最多的填料仍是Al2O3MgO等金属氧化物,它们虽然成本较低,但即可保证复合材料具备的导热性能,又能维持所得制品的电绝缘性,因此获得了大量的应用。

结语

经过上文描述,导热塑料对于LED灯的重要性不言而喻。而根据“MARKETS AND MARKETS”的市场调研报告“THERMALLY CONDUCTIVE PLASTICS MARKET”导热塑料市场分析一文资料显示,随着LED灯、轻型散热器、电动汽车、医疗设备和轻型汽车对塑料的需求增加,到2021年导热塑料市场预计将达到2.551亿美元,因此前景可以说是相当可观了!

粉体圈 作者:小榆


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