專(zhuān)利名稱(chēng)：一種相變材料以及用該相變材料制得的led燈具散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種相變材料以及用該相變材料制得的LED燈具散熱器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)能源短缺及環(huán)境污染成為我們所面臨的重要難題，LED照明的出現(xiàn)，進(jìn)入了一個(gè)綠色節(jié)能的照明時(shí)代，但是目前LED放光源的散熱問(wèn)題成為了 LED照明發(fā)展的瓶頸。如何提高LED散熱效果是目前主流問(wèn)題。相變材料(PCM)在其本身發(fā)生相變的過(guò)程中，可以吸收環(huán)境的熱(冷)量，并在需要時(shí)向環(huán)境放出熱(冷)量，從而達(dá)到控制周?chē)h(huán)境溫度的目的。物質(zhì)相變過(guò)程是一個(gè)等溫或近似等溫過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中伴隨有能量的吸收或釋放。相變儲(chǔ)熱是利用相變材料在其相變過(guò)程中，從環(huán)境吸收或釋放熱量，達(dá)到儲(chǔ)能或放能的目的。高溫相變材料具有相變溫度高，儲(chǔ)熱容量大，儲(chǔ)熱密度高等特點(diǎn)，它的使用能提高能源利用效率，有效保護(hù)環(huán)境，目前已在太陽(yáng)能熱利用、電力的“移峰填谷”、余熱或廢熱的回收·利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，人們關(guān)心比較多的新能源是太陽(yáng)能，但是太陽(yáng)能利用和廢熱回收存在時(shí)間和空間上的不匹配的問(wèn)題。相變儲(chǔ)能材料可以從環(huán)境中吸收能量和向環(huán)境釋放能量，較好地解決了能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾，有效地提高了能量的利用率。同時(shí)相變儲(chǔ)能材料在相變過(guò)程中溫度基本上保持恒定，能夠用于調(diào)控周?chē)h(huán)境的溫度，并且能重復(fù)使用。相變儲(chǔ)能材料的這些特性使得其在電力“移峰填谷”、工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能、紡織品以及軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在LED燈具里面，增加散熱面積，對(duì)散熱器表面進(jìn)行處理提供輻射效率。在散熱效果而言，強(qiáng)制對(duì)流效果是最好，但是限于噪音及壽命、成本問(wèn)題，這個(gè)方式目前不可取。同時(shí)有受限于LED燈具外形尺寸限制要求，散熱面積無(wú)法增大，散熱形式無(wú)法最優(yōu)。導(dǎo)致目前光通量跟功率無(wú)法做大，使得與傳統(tǒng)燈具比較時(shí)，亮度方面的不足。由于相變材料的這些優(yōu)異性能，將其用于LED燈具散熱器的制備將使得LED燈具具有較好的性能。但是現(xiàn)有的相變材料應(yīng)用于LED燈具散熱器時(shí)，由于常規(guī)相變材料溫度控制范圍不在LED燈具使用范圍，儲(chǔ)能和導(dǎo)熱效果不明顯，并且高溫下熱阻大。如申請(qǐng)?zhí)枮?3137241. 4的發(fā)明專(zhuān)利提供的一種相變材料，含有質(zhì)量比為50 70%的三水合乙酸鈉和30 50%尿素，將兩種物質(zhì)按所需配比分別稱(chēng)量并均勻混合，在65 80°C的恒溫水浴中加熱并不斷攪拌，直到混合物變成透明的液體。將其用于LED燈具散熱器制造時(shí)，潛熱儲(chǔ)能效率和導(dǎo)熱性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種潛熱儲(chǔ)能效率較高、導(dǎo)熱性能良好，且可避免相變材料中過(guò)冷現(xiàn)象的相變材料。本發(fā)明還提供利用該相變材料制得的LED燈具散熱器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種相變材料，其是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成
MgCl r6H20與Mg S04*4H20以任意比例的混合物 2_5%，AL2O3UH2O 1_3%，石墨烯4-6%，聚酰胺樹(shù)脂 0-0. 5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。本發(fā)明通過(guò)使用相變儲(chǔ)能材料，控制LED散熱器溫度，從而是LED芯片溫度能夠緩慢升溫，大大增加LED芯片壽命和穩(wěn)定性。在LED燈具啟動(dòng)時(shí)，相變材料為晶體狀態(tài)，開(kāi)始吸收大量溫度，減緩LED溫升速度，然后達(dá)到平衡態(tài)，晶體變?yōu)橐簯B(tài)。當(dāng)燈具關(guān)閉時(shí)，相變材料開(kāi)始有液態(tài)釋放熱量有轉(zhuǎn)換成晶體。本發(fā)明采用Na2S2O3* 5H20結(jié)晶水合鹽作為相變材料的主要成分。同時(shí)考慮到LED燈具的長(zhǎng)壽命，必須保證相變材料能反復(fù)使用，所以在組份中添加了聚酰胺樹(shù)脂。考慮到Na2S2O3 5H20中硫的化合價(jià)的特性，即同時(shí)具有氧化性與還原性,添加AL2O3CH2O做交聯(lián)劑，增強(qiáng)了 Na2S2(V5H20分子間鍵能使之聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并提高了相變材料反復(fù)變化的可靠性和耐久性。同時(shí)對(duì)于恒溫下結(jié)晶，為了避免相變材料中過(guò)冷現(xiàn)象，加入MgCl 2*6H20及MgS04*4H20作為成核劑。成核劑使本發(fā)明的相變材料穩(wěn)定的發(fā)生結(jié)晶過(guò)程。如果沒(méi)有該成核齊U，相變材料在溫度下降過(guò)程中，會(huì)發(fā)生快速冷卻，影響其結(jié)晶效果，最終影響相變材料性倉(cāng)泛。作為優(yōu)選，該相變材料是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成MgCl 2WH2O與MgS04*4H20以任意比例的混合物3%，AL2O3CH2O 2%，石墨烯5%，余量為Na2S2O3* 5H20。作為優(yōu)選，該相變材料是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成MgCl ,6H20與MgS04*4H20以任意比例的混合物 3%，AL2O3-3H20 2%，石墨烯5%，聚酰胺樹(shù)脂0. 5%，余量為Na2S2O3* 5H20o作為優(yōu)選，所述的MgCl 2*6H20與Mg S04*4H20的質(zhì)量比為1:1。作為優(yōu)選，所述的聚酰胺樹(shù)脂為聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)。從紅外吸收光譜可以看出，在聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)大分子鏈中含有大量酰胺與羰基等親水基團(tuán)，它易溶于水并具有溶脹作用，是線(xiàn)型聚合物，在150°C以下熱穩(wěn)定性很好。一種采用所述的相變材料制得的LED燈具散熱器，所述的散熱器外殼為鋁材，所述的相變材料作為填充材料加入到外殼內(nèi)。本發(fā)明的組份配比經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，能夠穩(wěn)定的固-液轉(zhuǎn)化。但是考慮LED燈具的特殊性，一般燈具或者光源內(nèi)部有內(nèi)置電源，常規(guī)的相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)偏低，會(huì)影響其他內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電源向外界散熱器導(dǎo)熱。為了提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，在相變材料中增加了石墨材料，目前膨脹石墨和石墨烯都具有極好的導(dǎo)熱性能，室溫下膨脹石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為300W / (m K)左右，而石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)用光學(xué)法測(cè)量可達(dá)4840— 5300 W / (m K)。通過(guò)高溫烘烤石墨化合物，然后冷卻研磨成粉狀，添加到相變材料中。這樣使得本發(fā)明的相變材料導(dǎo)熱系數(shù)大大增加，同時(shí)又不影響相變材料的性能。本發(fā)明的相變材料作為填充物加入到LED燈具散熱器內(nèi)部，散熱器本身為鋁材制成的殼體。相變材料加入后，使得LED燈具具有更好的散熱效果，利用LED燈的升溫降溫過(guò)程，把熱量轉(zhuǎn)移到相變材料中去，同時(shí)避免了溫度急劇上升，延長(zhǎng)LED燈具的壽命跟增加LED燈具的亮度。散熱流程為，當(dāng)LED燈具打開(kāi)后，LED芯片發(fā)光同時(shí)散發(fā)熱量，當(dāng)熱量傳輸?shù)缴崞骱螅崞鲀?nèi)部溫度到達(dá)一定時(shí)，相變材料開(kāi)始吸熱，直到熱平衡。到LED燈具關(guān)閉后自然冷卻，溫度低于一定是，相變材料開(kāi)始散熱，開(kāi)始結(jié)晶，恢復(fù)到結(jié)晶狀態(tài)。在民用照明市場(chǎng)領(lǐng)域，LED燈具一般天黑開(kāi)啟，天亮關(guān)閉。正好符合相變材料的特性，能夠利用自身特性進(jìn)行熱量的轉(zhuǎn)移，起到很好的效果。


圖I是實(shí)施例I得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實(shí)際LED球泡燈中的溫度測(cè)試圖。圖2是實(shí)施例2得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實(shí)際LED球泡燈中的溫度測(cè)試圖。圖3是實(shí)施例3得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實(shí)際LED球泡燈中的溫度測(cè)試圖。 圖4是實(shí)施例4得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實(shí)際LED球泡燈中的溫度測(cè)試圖。 圖5是未加入相變材料前LED球泡燈的點(diǎn)溫測(cè)試圖。圖6是加入相變材料后LED球泡燈的點(diǎn)溫測(cè)試圖。圖7是LED芯片結(jié)溫與光通量的關(guān)系圖。圖8是LED芯片結(jié)溫與壽命的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所有的設(shè)備和原料等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本行業(yè)常用的。實(shí)施例1-14 :
一種相變材料，由表I中所示的組份混合而成。該相變材料加熱后，在常溫下為固體，呈晶體狀，應(yīng)用時(shí)直接采用其固體形式作為填料。表I
實(shí)施例Il |2 |3 |4 |5 |6 |7 —
與 MgSO4M^O 的重量比-_1:1 TTl 1:1 1:1 1:1. 5 I. 5:1
MgC V6Ha0 與 MgSO4MHaO 的總量—- G~ 3g 3g 5g3g
AL2O3 3H20_2g_2g_2g_2g_Ig_3g_2g_
石墨烯_Og_Og_Og_5g_5g_5g_5g_
聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)0. 5g 0. 5g 075^~ 0. 5g Q.~ 0. 5g 0. 5g
Na2S2O3*5H2097. 5g 96. 5g 94. 5g 89. 5g 88. 5g 87. 5g 89. 5g
表I (續(xù))
實(shí)施例|8 |9 110 111 112 113 I對(duì)比例
MgCL^eHaO 與 MgSO4MHaO 的重量比^ 1:1 1:1 1:1 —1:11:1.5-
MgCla 6Ha0 與 MgSO4MHaO 的總量一 -2g 3g 5^~4^ -
AL2O3^H2O_2g_2g_2g_2g_Ig 3g_-_
石墨烯_5g_5g_6g_6g_4g_4g_-_
聚酰胺環(huán)氧氯丙燒樹(shù)脂(PAE)|0.2g |p. 2g |p. 4g |p. 4g | | I
權(quán)利要求
1.一種相變材料，其特征在于是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成 MgCl 2·6Η20與Mg S04*4H20以任意比例的混合物2_5%，AL2O3.3H20 1-3%, 石墨稀4-6%, 聚酰胺樹(shù)脂0-0. 5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變材料，其特征在于是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成 MgCl 2·6Η20與Mg S04*4H20以任意比例的混合物3%， AL2O3.3H20 2%, 石墨烯5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種相變材料，其特征在于是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成 MgCl 2·6Η20與Mg S04*4H20以任意比例的混合物3%，AL2O3.3H20 2%, 石墨烯5%， 聚酰胺樹(shù)脂O. 5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種相變材料，其特征在于所述的MgCl2·6Η20與Mg S04.4H20的質(zhì)量比為1:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的一種相變材料，其特征在于所述的聚酰胺樹(shù)脂為聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變材料，其特征在于所述的聚酰胺樹(shù)脂為聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)。
7.一種采用權(quán)利要求I所述的相變材料制得的LED燈具散熱器，其特征在于所述的散熱器外殼為鋁材，所述的相變材料作為填充材料加入到外殼內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種相變材料以及用該相變材料制得的LED燈具散熱器。該相變材料是由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組份組成MgCl2 6H2O與MgSO4 4H2O以任意比例的混合物 2-5%，AL2O3 3H2O 1-3%，石墨烯4-6%，聚酰胺樹(shù)脂0-0.5%，余量為Na2S2O3 5H2O。本發(fā)明通過(guò)使用相變儲(chǔ)能材料，控制LED散熱器溫度，從而是LED芯片溫度能夠緩慢升溫，大大增加LED芯片壽命和穩(wěn)定性。在LED燈具啟動(dòng)時(shí)，相變材料為晶體狀態(tài)，開(kāi)始吸收大量溫度，減緩LED溫升速度，然后達(dá)到平衡態(tài)，晶體變?yōu)橐簯B(tài)。當(dāng)燈具關(guān)閉時(shí)，相變材料開(kāi)始有液態(tài)釋放熱量有轉(zhuǎn)換成晶體。用該相變材料制得的LED燈具散熱器使得LED燈具具有壽命更長(zhǎng)，亮度更好的特性。
文檔編號(hào)C09K5/06GK102732223SQ20121014701
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者李徐達(dá) 申請(qǐng)人:寧波凱耀電器制造有限公司