21世紀(jì)LED燈杯導(dǎo)熱塑料散熱原理及發(fā)展契機詳解—高導(dǎo)熱塑料

前言

        21世紀(jì)LED以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)以體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、環(huán)保以及堅固耐用等優(yōu)勢，在各地得到長足的發(fā)展。LED燈內(nèi)在特征決定了它是理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源燈具。興起于二十世紀(jì)八、九十年代的高分子材料行業(yè)在經(jīng)20幾年的發(fā)展，在許多的領(lǐng)域之內(nèi)得到長足的發(fā)展，工程塑料的應(yīng)用深入了我們生活的每一個角落，導(dǎo)熱塑料就在這樣的背景之下隨之產(chǎn)生。

一、佛山寶利瑪公司導(dǎo)熱塑料簡介

       寶利瑪工程塑料有限公司成立于一九九九年，由多名高分之材料學(xué)博士成立的一家專業(yè)從事改性工程塑料及其它高分子材料研究、生產(chǎn)銷售的公司。寶利瑪導(dǎo)熱塑料項目始于2009年應(yīng)客戶要求開始研發(fā)一款導(dǎo)熱塑料，以取代鋁材做燈飾配件散熱器之用，借助公司10幾年工程塑料研發(fā)經(jīng)驗積累在2010年底項目研發(fā)小組開發(fā)成功。起初公司應(yīng)用PPS為基材研制成高導(dǎo)熱塑料，其散熱性能十分優(yōu)異，表面光潔度跟熱變形溫度高，目前此款材料只能做黑色且該材料的體積電阻率在105Ωcm內(nèi)不絕緣，生產(chǎn)組裝過程中跟鋁材一樣需要進(jìn)行絕緣處理，具有一定局限性。2011年底公司研發(fā)人員勵精圖治結(jié)合現(xiàn)實客戶反饋信息，寶利瑪公司成功研發(fā)出以PA6為基材白色絕緣導(dǎo)熱塑料，阻燃性UL 94-VO級，電阻率達(dá)到1013Ωcm，因其絕緣故散熱效果僅次于PPS為基材導(dǎo)熱塑料（500強工程塑料企業(yè)亦是如此），因基材不同該材料注塑成型溫度為240-280℃，熱變形溫度在150℃，與常規(guī)工程塑料相差無幾更便于批量成型加工生產(chǎn)。本白色易于配成其他顏色，適應(yīng)人們對美的多樣化要求。目前這兩種材料都已經(jīng)做到大功率燈杯18W，隨著時間的推移更高瓦數(shù)的突破將不成問題。

我司材料均符合環(huán)保，經(jīng)客戶實踐可代替你荷DSM-TC551/153/154系列，沙伯基礎(chǔ)- PX08322系列絕緣導(dǎo)熱、不絕緣導(dǎo)熱工程塑料。

二、佛山寶利瑪導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱系數(shù)詳解

導(dǎo)熱塑料 板間導(dǎo)熱系數(shù)（W/m-k） 板內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)（W/m-k） 熱變形溫度℃

     PPS             2                               18                                 260
 
     PA6             2                               14                                 150

三、佛山寶利瑪導(dǎo)熱塑料與鋁型材散熱優(yōu)勢比較

鋁型材 導(dǎo)熱塑料

熱傳遞方式主要是熱傳導(dǎo) 熱傳遞方式主要是熱輻射

導(dǎo)熱系數(shù)高 導(dǎo)熱系數(shù)小

散熱系數(shù)小 散熱系數(shù)高

壓鑄，電鍍，修毛邊，加工工藝復(fù)雜 一次注塑成型，環(huán)保，加工工藝簡單

比重：2.7 比重：1.6

優(yōu)點：導(dǎo)熱效果好，工藝成熟。缺點：加工工藝復(fù)雜，循環(huán)利用成本高。 優(yōu)點：密度輕，加工工藝簡單，環(huán)保。缺點：導(dǎo)熱效果比鋁的差一些。

四、導(dǎo)熱塑料代替鋁材的前提條件

我們知道，任何散熱器，除了要能快速地把熱量從發(fā)熱源傳導(dǎo)出到散熱器的表面，后還是要靠對流和輻射把熱量散到空氣中。導(dǎo)熱系數(shù)高，只解決了傳熱快的問題，而散熱則主要由散熱面積、結(jié)構(gòu)、自然對流和熱輻射的能力決定，這些幾乎和材料的導(dǎo)熱性無關(guān)。所以只要有一定的熱傳導(dǎo)能力，塑料散熱器照樣可以成為良好的散熱器。一般來說，如果熱量從熱源到散熱器表面的距離小于5mm，那么只要導(dǎo)熱系數(shù)大于5時，其散熱就是由對流主導(dǎo)的了，這時候傳導(dǎo)散熱就已經(jīng)不起什么作用了。所以此時導(dǎo)熱塑料與鋁材在散熱這塊就完全一樣了，因為塑膠的輻射散熱比鋁材好，所以此時的導(dǎo)熱塑料散熱甚至比鋁材還要好。 


上圖給出了導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)對流散熱的關(guān)系：橫坐標(biāo)是導(dǎo)熱系數(shù)，縱坐標(biāo)是熱源和環(huán)境的溫差。各種顏色的曲線是熱源和散熱器表面的距離。如果距離小于5mm（綠色曲線），那么只要導(dǎo)熱系數(shù)大于5W/m-k，其散熱能力就完全由對流決定了。而且對于理想的好散熱器來說，大約7成的熱是靠對流散熱，而3成的熱是靠輻射散熱。


如圖所示：溫差越小、距離越小，導(dǎo)熱系數(shù)就越不重要。

所以可以說，如果兩個形狀完全相同的散熱器，一個是鋁型材做的，一個是導(dǎo)熱塑料做的，如果鋁型材做的散熱器沒有經(jīng)過發(fā)黑處理，其散熱能力還比不上導(dǎo)熱塑料做成的散熱器。因為二者的對流散熱是一樣的，而輻射散熱則以導(dǎo)熱塑料的更好。

五、寶利瑪導(dǎo)熱塑料與其他導(dǎo)熱塑料的比較

寶利瑪導(dǎo)熱塑料：T1=88.8℃ T2=52.5℃ 溫差=37.3℃

其他導(dǎo)熱塑料： T1=107.2℃ T2=48.5℃ 溫差=58.7℃

距離30mm是標(biāo)準(zhǔn)的同行業(yè)導(dǎo)熱塑料測試距離（如下圖所示）

T1是LED芯片發(fā)熱體安裝在導(dǎo)熱塑膠測試板上的溫度，T2是距離發(fā)熱體30mm的導(dǎo)熱塑膠板的溫度。T1安裝發(fā)熱體后的溫度按正常塑膠來的話，一般溫度是在100℃以上，但寶利瑪?shù)臏囟染S持在88.8℃，因為導(dǎo)熱塑料的輻射散熱以及傳導(dǎo)散熱將部分熱量已經(jīng)散開，所以溫度較低。而其他的一直維持在100多度，幾乎沒怎么散熱。溫差越小，代表著傳導(dǎo)散熱越好，能夠及時將熱源熱量散開，保持較低溫度，使LED芯片不被燒壞。

六、寶利瑪導(dǎo)熱塑料在LED燈飾上的應(yīng)用

  導(dǎo)熱塑料注塑成型的半成品，白色的是用PA6做的絕緣導(dǎo)熱塑料，目前已經(jīng)做到15W，但是加了鋁基板，未加鋁基板做7W一點問題也沒有。黑色的是用PPS做的導(dǎo)電導(dǎo)熱塑料，目前已經(jīng)做到15W，散熱效果比白色的PA6導(dǎo)熱效果要好一些，燈杯內(nèi)溫度比白色要低4-5℃，不加鋁基板做9W沒什么問題.