21世紀LED燈杯導熱塑料散熱原理及發展契機詳解—高導熱塑料

前言

        21世紀LED以及相關產業以體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、環保以及堅固耐用等優勢，在各地得到長足的發展。LED燈內在特征決定了它是理想的光源去代替傳統的光源燈具。興起于二十世紀八、九十年代的高分子材料行業在經20幾年的發展，在許多的領域之內得到長足的發展，工程塑料的應用深入了我們生活的每一個角落，導熱塑料就在這樣的背景之下隨之產生。

一、佛山寶利瑪公司導熱塑料簡介

       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博士成立的一家專業從事改性工程塑料及其它高分子材料研究、生產銷售的公司。寶利瑪導熱塑料項目始于2009年應客戶要求開始研發一款導熱塑料，以取代鋁材做燈飾配件散熱器之用，借助公司10幾年工程塑料研發經驗積累在2010年底項目研發小組開發成功。起初公司應用PPS為基材研制成高導熱塑料，其散熱性能十分優異，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內不絕緣，生產組裝過程中跟鋁材一樣需要進行絕緣處理，具有一定局限性。2011年底公司研發人員勵精圖治結合現實客戶反饋信息，寶利瑪公司成功研發出以PA6為基材白色絕緣導熱塑料，阻燃性UL 94-VO級，電阻率達到1013Ωcm，因其絕緣故散熱效果僅次于PPS為基材導熱塑料（500強工程塑料企業亦是如此），因基材不同該材料注塑成型溫度為240-280℃，熱變形溫度在150℃，與常規工程塑料相差無幾更便于批量成型加工生產。本白色易于配成其他顏色，適應人們對美的多樣化要求。目前這兩種材料都已經做到大功率燈杯18W，隨著時間的推移更高瓦數的突破將不成問題。

我司材料均符合環保，經客戶實踐可代替你荷DSM-TC551/153/154系列，沙伯基礎- PX08322系列絕緣導熱、不絕緣導熱工程塑料。

二、佛山寶利瑪導熱塑料導熱系數詳解

導熱塑料 板間導熱系數（W/m-k） 板內導熱系數（W/m-k） 熱變形溫度℃

     PPS             2                               18                                 260
 
     PA6             2                               14                                 150

三、佛山寶利瑪導熱塑料與鋁型材散熱優勢比較

鋁型材 導熱塑料

熱傳遞方式主要是熱傳導 熱傳遞方式主要是熱輻射

導熱系數高 導熱系數小

散熱系數小 散熱系數高

壓鑄，電鍍，修毛邊，加工工藝復雜 一次注塑成型，環保，加工工藝簡單

比重：2.7 比重：1.6

優點：導熱效果好，工藝成熟。缺點：加工工藝復雜，循環利用成本高。 優點：密度輕，加工工藝簡單，環保。缺點：導熱效果比鋁的差一些。

四、導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熱源傳導出到散熱器的表面，后還是要靠對流和輻射把熱量散到空氣中。導熱系數高，只解決了傳熱快的問題，而散熱則主要由散熱面積、結構、自然對流和熱輻射的能力決定，這些幾乎和材料的導熱性無關。所以只要有一定的熱傳導能力，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，那么只要導熱系數大于5時，其散熱就是由對流主導的了，這時候傳導散熱就已經不起什么作用了。所以此時導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，所以此時的導熱塑料散熱甚至比鋁材還要好。 


上圖給出了導熱系數和傳導對流散熱的關系：橫坐標是導熱系數，縱坐標是熱源和環境的溫差。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），那么只要導熱系數大于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，導熱系數就越不重要。

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，一個是導熱塑料做的，如果鋁型材做的散熱器沒有經過發黑處理，其散熱能力還比不上導熱塑料做成的散熱器。因為二者的對流散熱是一樣的，而輻射散熱則以導熱塑料的更好。

五、寶利瑪導熱塑料與其他導熱塑料的比較

寶利瑪導熱塑料：T1=88.8℃ T2=52.5℃ 溫差=37.3℃

其他導熱塑料： T1=107.2℃ T2=48.5℃ 溫差=58.7℃

距離30mm是標準的同行業導熱塑料測試距離（如下圖所示）

T1是LED芯片發熱體安裝在導熱塑膠測試板上的溫度，T2是距離發熱體30mm的導熱塑膠板的溫度。T1安裝發熱體后的溫度按正常塑膠來的話，一般溫度是在100℃以上，但寶利瑪的溫度維持在88.8℃，因為導熱塑料的輻射散熱以及傳導散熱將部分熱量已經散開，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、寶利瑪導熱塑料在LED燈飾上的應用

  導熱塑料注塑成型的半成品，白色的是用PA6做的絕緣導熱塑料，目前已經做到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做的導電導熱塑料，目前已經做到15W，散熱效果比白色的PA6導熱效果要好一些，燈杯內溫度比白色要低4-5℃，不加鋁基板做9W沒什么問題.