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          LED球泡燈塑料外殼散熱器分析探討

          作者: 時(shí)間:2011-07-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            最近器也引起人們的注意。按理導(dǎo)熱性能好的材料通常都是導(dǎo)電性能好的材料,反過來導(dǎo)電性能差的,其導(dǎo)熱性能一定也差。這是必然的。所以顯然金屬要比的導(dǎo)熱性好。實(shí)際上也是如此。那么,是不是塑料就一定不能用來做器呢?并不如此!

            最近國(guó)際上研發(fā)出了多種導(dǎo)熱塑料,其材料大多為以工程塑料和通用塑料為基材,如PP、ABS、PC、PA、LCP、PPS、PEEK等。然后在塑料中填充某些金屬氧化物粉末、碳、纖維或陶瓷粉末而成。例如將聚苯硫醚(PPS)與大顆粒氧化鎂(40~325目)相混合就可以制成一種絕緣形的導(dǎo)熱塑料。其典型的熱傳導(dǎo)率范圍為1-20 W/m-K,某些品級(jí)可以達(dá)到 100 W/m-K。這一數(shù)值大約是傳統(tǒng)塑料的5-100 倍,一般塑料的熱傳導(dǎo)率只有0.2 W/m-K。不過如果為了得到高導(dǎo)熱率而添加過多的金屬粉末,就會(huì)變成具有導(dǎo)電性。以致無法在某些場(chǎng)合應(yīng)用。美國(guó)Coolploy公司的一些導(dǎo)熱塑料的性能如下。

            E4505 (PC ): 導(dǎo)熱系數(shù) 10w/mk 導(dǎo)熱導(dǎo)電應(yīng)用:和輻射器
            D5108 (PPS): 導(dǎo)熱系數(shù) 10w/mk 導(dǎo)熱絕緣應(yīng)用:板子/芯片
            D5506 (LCP): 導(dǎo)熱系數(shù) 10w/mk 導(dǎo)熱絕緣應(yīng)用:板子/芯片
            D8102 (TPE): 導(dǎo)熱系數(shù) 3w/mk 導(dǎo)熱絕緣應(yīng)用:界面
            E5101 (PPS): 導(dǎo)熱系數(shù) 20w/mk 導(dǎo)熱導(dǎo)電應(yīng)用:

            那么為什么導(dǎo)熱塑料還可以做成散熱器呢?它的散熱性能能和傳統(tǒng)的鋁散熱器比美嗎?完全可以,甚至更好!

            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,最后還是要靠對(duì)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、形狀、自然對(duì)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(shí),其散熱就是由對(duì)流主導(dǎo)的了,這時(shí)候傳導(dǎo)散熱就已經(jīng)不起什么作用了。這可以從下面的曲線看出來。

          導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)對(duì)流散熱的關(guān)系
            圖1. 導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)對(duì)流散熱的關(guān)系

            圖1中給出了導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)對(duì)流散熱的關(guān)系。圖中橫坐標(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5,其散熱能力就完全由對(duì)流決定了。溫差越小、距離越小,導(dǎo)熱系數(shù)就越不重要。
          而且對(duì)于理想的好散熱器來說,大約7成的熱是靠對(duì)流散熱,而3成的熱是靠輻射散熱。
          而導(dǎo)熱塑料的輻射散熱能力一點(diǎn)也不遜色。下面是各種材料的熱輻射系數(shù)。

          材料

          鑄鐵

          黑色塑料

          拋光未氧化

          0.05-0.1

          0.3

          0.02-0.1

          0.06

          0.8-0.9

          粗加工輕微氧化

          0.5-0.6

          0.75

          0.3-0.4

          0.5

          嚴(yán)重氧化

          0.8-0.95

          0.8-0.95

          0.4-0.45

          0.8

            所以可以說,如果兩個(gè)形狀完全相同的散熱器,一個(gè)是鋁做的,一個(gè)是導(dǎo)熱塑料做的,如果鋁做的散熱器沒有經(jīng)過發(fā)黑處理,其散熱能力還比不上黑色導(dǎo)熱塑料做成的散熱器!因?yàn)槎叩膶?duì)流散熱是一樣的,而輻射散熱則以塑料的更好!

            下面以一種上海合復(fù)新材料公司的散熱塑料為例,這種材料的指標(biāo)如下:

            和常用的鋁散熱器相比,不可忽視塑料導(dǎo)熱材料還有一些其他優(yōu)點(diǎn)。

          澆鑄鋁散熱器

          導(dǎo)熱工程塑料

          導(dǎo)熱率

          比較高

          相對(duì)金屬較低

          散熱效果

          一般

          相當(dāng)好

          絕緣性能

          不絕緣

          極好的絕緣

          加工方式

          壓鑄,澆鑄,拉絲

          注塑成型

          LED連接方式

          機(jī)械連接、粘接、焊接

          機(jī)械連接、粘接、焊接

          加工溫度

          >500

          >250

          二次加工

          需要

          不需要

          系統(tǒng)成本

          中等

          較高

            與傳統(tǒng)材料相比,導(dǎo)熱聚合物有較高的耐屈撓性和拉伸剛度,但抗沖擊強(qiáng)度較差,而且其固有的低熱膨脹系數(shù)可有效減少制件收縮。

            其實(shí)可以認(rèn)為其最大的優(yōu)點(diǎn)是絕緣。鋁散熱器由于其良好的導(dǎo)電性往往是非隔離式電源在通過CE或UL認(rèn)證時(shí)所擔(dān)心的一個(gè)因素,而采用塑料散熱器就可以同時(shí)采用非隔離式電源而不必?fù)?dān)心其安全問題。

            此外,它的密度要比鋁輕。鋁的密度是2700kg/m3,而塑料的密度為1420 kg/m3,差不多為鋁的一半,所以同樣形狀的散熱器,塑料散熱器的重量只有鋁的1/2。而且加工簡(jiǎn)單,其成型周期可以縮短20-50%,這也就降低了成本的壓力。

            下圖為上海某公司生產(chǎn)的采用導(dǎo)熱塑料散熱器的。它可以散大約8瓦的功率。這個(gè)功率已經(jīng)接近球泡燈的極限功率(9W)。再要進(jìn)一步加大其功率,就只能采用強(qiáng)制風(fēng)冷了。

          塑料散熱器LED球泡燈

          塑料散熱器的

            塑料散熱器的唯一缺點(diǎn)是單價(jià)比較貴,所以目前還不適合于LED路燈這類的大型LED散熱器中,而只適合于室內(nèi)小功率LED燈具

          主要性能參數(shù)

          Therpoxy

          熱變性溫度

          180@3.2毫米

          導(dǎo)熱系數(shù)

          2.9 /.

          表面電阻

          >1012 歐姆

          擊穿電壓

          4000

          阻燃

          UL94 V0@1.3毫米

          灼熱絲GWIT

          750@1.3毫米



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