LED球泡燈塑料外殼散熱器分析探討

　　最近塑料散熱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(guò)來(lái)導(dǎo)電性能差的塑料，其導(dǎo)熱性能一定也差。這是必然的。所以顯然金屬要比塑料的導(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(lái)做散熱器呢？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(guò)如果為了得到高導(dǎo)熱率而添加過(guò)多的金屬粉末，就會(huì)變成具有導(dǎo)電性。以致無(wú)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：外殼和輻射器
　　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：散熱器

　　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(wèn)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(wú)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(lái)說(shuō)，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(xiàn)看出來(lái)。

　　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(xiàn)是熱源和散熱器表面的距離。如果距離小于5mm（綠色曲線(xiàn)），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(lái)說(shuō)，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)。

　　所以可以說(shuō)，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(méi)有經(jīng)過(guò)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)。

　　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(guò)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(wèn)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)熱塑料外殼散熱器的LED球泡燈。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。

塑料外殼散熱器的LED球泡燈

　　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(lèi)的大型LED散熱器中，而只適合于室內(nèi)小功率LED燈具。