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如何合理挑选LED导热塑料

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如何合理挑选LED导热塑料

2014/09/24 00:00
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LED照明灯具作为照明领域的后起之秀,在未来五年市场前景可观,并且表现出强劲的增长势头。根据LED照明灯具价格不断降低、性能不断提升的发展趋势,绝大多数LED灯具的全寿命周期的综合成本将在今后1-2年内明显低于传统灯具,成为主流的照明光源。

 

作为LED灯的外壳,传统上会选用铝合金、陶瓷材料,而近两年来,新型材料导热塑料异军突起,逐渐为广大生产厂家所接受,成为备受瞩目的外壳材料。

 

  总结起来,导热塑料具有以下几大优势:

 

  1. 绝缘阻燃,安全性高。

  2. 重量轻, 密度约为铝材的三分之二。

  3. 加工成型方便,量产性好。

  4. 无需二次加工,更绿色环保。

 

 面对众多的导热塑料供应商,如何更合理地挑选高性价比的产品,以下是值得关注的一些要点:

 

  一、 缩小筛选范围的考量

 

  1. 导热塑料的RoHS, UL 认证

  是否具备 RoHS, UL 认证,对出口欧洲、北美市场的整灯工厂,将是非常关键的因素。而RoHS, UL 证书的颁发机构,事实上也对材料做了一个初步的筛选工作,这对很多厂家来说,在不太熟悉导热塑料这种新材料的情况下,可以通过检测机构的认证来更多了解导热塑料。值得注意的是,UL认证编号是可以通过网络进行查询,其真实性是比较可信的。

 

  2. 材料所需加工设备

  导热塑料的料性有热塑性和热固性之分。绝大多数的导热塑料是热塑性原料,这样的材料可用传统的普通注塑机生产,如果是原来做节能灯的厂家本身拥有大量的注塑机,可以继续沿用下去。另外一种习惯做法是,把注塑环节外包给专业注塑公司,在自有生产能力不足的情况下,可以轻松借道外协厂扩大产能。

 

  反之,如果导热塑料为类似酚醛树脂的热固性材料,将不能使用普通注塑机,必须使用专用热固型塑料注塑机,额外的设备费用将会大大增加成本。而且一旦自有注塑产能不足,比较难找到合适的外协注塑厂。

  从实际操作来看,热塑性材料的成型周期要比热固性材料短,这也意味加工成本会有所降低。

 

  3. 材料的颜色

  通常导热塑料中是一定的基材(比如PC,PPS, PA)基础上添加助剂合成的,这些导热助剂通常是深色材料,而最终的客户需求通常是以白色为主,如果不能提供合格的白色原料,可能导致注塑成型后多加一道喷漆工艺,从而增加成本支出。

 

  4. 原料的生产地

  以目前的LED整灯出口订单来讲,交货期会是重要的条款。如果导热塑料是在国内生产,交货应有足够应对时间。而原产地为境外,通常要考虑海运及通关进口环节,交货时间会有延长,同时进口原料的销售成本也会比同样在国内产地有所上升。

 

  二、 材料性能的比较

 

  1. 导热系数

  作为关键技术指标,目前各个厂家的材料,导热系数是最受用户关注的。而测试导热系数的技术标准却各不相同,有ASTM E 1530、ASTM E1461,某某公司自性定义的标准,等等。即使在同样的技术标准下,测试手段又有所不同,比如有平板法,激光法,在不同的测试手段情况下,最后的测试结果误差范围是完全不同的。通常激光法的精度要比平板法高,而激光法涉及的设备基本依赖进口,价格昂贵。

 

  正是由于上述种种原因,光看导热系数的大小会导致用户进入误区。比较现实的做法是:在相同的模具上,对不同厂家的导热塑料注塑成型,然后装配同样的灯板和电源,通电后测试灯珠的引脚温度或接近引脚的铝基板温度,温度低即为散热更优的材料。

 

  还有一种做法是,导热塑料供应商通常会提供标准的公模产品,可以同样的规格尺寸(比如A19 球泡灯)的散热器来比较公模的散热效果,从而大致判断材料的性能高低。

 

  2. 材料流动性

  通常会用熔融指数来表示。流动性好的导热材料,其成型比较容易,生产较为顺畅。基于流动性高的导热塑料,散热器的壁厚可以设计比较薄,通常为1-1.2mm, 由于薄的壁厚又会造成散热路径的缩短,从而提高散热效果。同时,较薄的壁厚又会减低材料的克重,降低材料成本。如果是流动性差的材料,通常不太容易注塑成形,而且会容易损坏模具,增加模具维护费用。

 

  3. 成型收缩率

  通常在厚度为3mm 条件下,合格的成型收缩率应该在0.5%以下,大于0.8%会对散热器尺寸精度产生不利影响。成型收缩率应越小越好。如选用较高成型收缩率的材料,将不得不增加壁厚来弥补。

 

  4. 机械性能

  导热塑料散热器的机械强度取决于几个关键指标: 悬臂梁缺口冲击强度,抗拉强度,弯曲强度,通常可以比较不同材料的指标,指标数值越大越好。机械性能优异的导热塑料,可以在散热器结构中加入卡扣设计,使得PC罩或透镜与散热器的接口通过卡扣来实现,从而避免完全依赖粘胶来固定。粘胶的问题在于:需要固化时间,延长交货时间,同时胶水在高温下容易雾化,影响出光效果。

 

  5. 阻燃特性

  关键有两点,第一、是否符合UL94 V0 阻燃等级,对出口美国市场会比较关键,第二,是否无卤素阻燃,简单的说,阻燃剂中不要含有卤素,否则材料的环保等级会下降,较难通过欧洲RoHS, REACH 指令。

 

  6. 绝缘特性

  导热塑料的一个好处是绝缘安全性,如果注塑好的散热外壳,可以承受3500V以上的高压,那过安规测试应该很容易。匹配这样的绝缘外壳,可以选用的灯板、电源方案可以比较灵活,包括:高压线性灯珠+高压线性电源,非隔离电源+中功率灯珠。具体的参数可以参考介电强度。

 

  7. 热膨胀系数

  如果在散热器结构中采用塑包铝的结构,应考虑外层导热塑料和内层铝合金的膨胀系数差异,铝合金的热膨胀系数为:0.000024 mm/mm*k,导热塑料的膨胀系数应在相同的数量级别,否则会造成不能同步热胀冷缩,导致散热器外壳开裂。

 

  三、 价格

 

  导热塑料作为塑料的一个类别,首先遵循以量论价的规律。同时也应看到,影响价格的因素也是和材料密度息息相关的,较低密度的材料其实是降低了单位成本。另外,注塑中的料杆部分,能否粉碎后再次注塑利用,其实也是对价格有一定影响。

 

  四、 增值服务

 

  作为导热材料的供应商,能否为客户提供热模拟测试服务,将会给客户的定制散热器是否散热合格做一个参考判断。从而避免开模完成后,发现散热不合理再修改模具,也因此可避免盲目开模的风险。