导热均温板及其应用的石墨烯散热LED路灯灯管的制作方法

本实用新型属于LED照明技术领域，具体涉及一种导热均温板及其应用的石墨烯散热LED路灯灯管。

背景技术：

相变材料又称为潜热储能材料，是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质(即相变焓)来储存或放出热能，进而调整、控制工作源或材料周围的环境温度。利用相变材料在相变过程中吸收或释放热量来进行能量的储存或释放的潜热蓄热是最有效的能量储存方式，具有储能密度大和近等温操作等特点，广泛应用于太阳能利用、工业废热回收、电子散热、医用、纺织和航天航空等领域，受到了很多研究者的青睐。

相变材料以储热过程中材料相态的不同方式可以分为：固-液相变材料、固-固相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。申请人在早期的产品中使用的是固-液相变材料，采用固-液相变潜热来储存热能的储热技术，具有储能密度大、储/放热过程近似等温、过程易控制等优点。早在申请人申请的专利201310714156.1就已经研发出了RLCP(可逆相变储能材料)，并且将其应用于申请人生产的散热模组产品，这类产品采用COB集中光源作为LED 光源，由于光源集中，功率大，因此相对于传统的LED路灯，更加需要好的散热设施配套，RLCP相变材料解决了散热问题。随着覆盖在COB集中光源的外侧的玻璃透镜越来越小型化，COB光源在越来越小的密闭空间内需要越来越高的散热要求。当前的RLCP相变材料针对并不能实现最优的散热效果，因此，需要对这种RLCP相变材料进一步改进，获得散热效果更佳优良的相变材料。

申请人已研发出石墨烯散热LED路灯灯管产品，并且申请专利 201710324906.2，这款产品采用多颗COB光源。由于灯壳空间较少，热量散出相对较困难，而公司换代产品采用多颗COB光源，如果整个散热器散热不均匀，局部热量散发困难会影响单颗COB光源的使用寿命，进而影响整灯光效。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种新型的LED路灯灯管，其中包括新型导热均温板，针对COB光源在越来越小的密闭空间内需要越来越高的散热要求，该改进的导热均温板具有更好的储热和导热效果，从而使整个LED路灯灯管温度保持均匀，不会因局部温度过高影响单颗COB 光源的使用寿命。

本实用新型提供一种石墨烯散热LED路灯灯管，所述灯管包括：LED 光源、导热均温板和散热器，其中所述导热均温板位于所述LED光源和所述散热器之间；所述导热均温板包括包封和位于所述包封内部的可逆相变储能材料。

本实用新型的一个实施方案中，所述相变储能材料选用聚乙烯蜡。

本实用新型的一个实施方案中，所述相变储能材料选用中国专利 ZL201310714156.1中记载的相变材料组合物。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述散热器为半圆形柱体的散热器，所述导热均温板固定在所述散热器的水平端面上。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述散热器的半圆形柱体的半圆形的整个外表面喷涂有包含石墨烯的氟树脂材料。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述LED光源通过包含石墨烯的导热硅脂贴合在导热均温板上。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述导热均温板的包封为铝合金材料。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述包封包括基板和盖板，所述基板具有凹槽，所述可逆相变储能材料位于所述基板的凹槽中，并由所述盖板与所述基板封装。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述灯管还包括：驱动电源、支座、水平仪、堵头和透镜。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述驱动电源与所述支座相连接，所述支座与所述散热器相连接，所述透镜与所述散热器封装所述LED光源和所述导热均温板。

在本实用新型的一个实施方案中，其中所述LED光源采用COB光源。

在本实用新型的一个实施方案中，新型道路照明用灯照明组件，其包括：驱动电源、固定支座、胶圈、水平仪、基座、散热器、堵头、LED光源和透镜。

在本实用新型一个实施方案中，驱动电源与基座连接，基座与固定支座相连接，在固定支座和基座的连接位置处设置胶圈，固定支座还与散热器相连接，LED光源通过包含石墨烯的导热硅脂贴合在导热均温板上并固定，透镜固定安装在散热器上，LED光源和导热均温板设置在散热器和透镜之间。

在本实用新型的一个实施方案中，驱动电源与固定支座连接，固定支座进一步与散热器相连接，LED光源通过包含石墨烯的导热硅脂贴合在导热均温板上并固定，透镜固定安装在所述散热器上，LED光源和导热均温板设置在所述散热器和透镜之间。

在本实用新型的一个实施方案中，所述驱动电源与所述基座通过螺丝连接固定，所述基座与所述固定支座相连接，在所述固定支座和所述基座的连接位置处设置胶圈，用于两处密封连接，所述固定支座进一步与散热器相连接，所述堵头通过螺丝安装在散热器的前端，作为前盖使用。

将水平仪设置在基座上，基座与驱动电源接触连接的位置处。

在本实用新型的一个实施方案中，进一步通过例如螺丝固定，所述透镜通过例如螺丝固定安装在导热均温板上，将光源设置在导热均温板和透镜之间。在光源和导热均温板之间设置包含石墨烯的导热硅脂用于实现传热，降低热阻。所采用的包含石墨烯的导热硅脂材料在申请人之前的专利 CN201210119361.9已经公开，在此不再详述。

所述散热器优选采用铝材料或者市售的任何铝合金材料制作，此外也可选择陶瓷材料、铁材料。

所述散热器是半圆形柱体，半圆形表面加工成镂空格栅的形状，增加了其与空气的接触面积，进一步优化了热量的传导。

散热器水平长方形纵截面尺寸而言，该长方形纵截面的长度为 100～300mm，优选为150～250mm，进一步优选为180～220mm，例如可以为190mm，195mm、200mm，205mm、210mm等等，其宽度为20mm～80mm，优选为30～70mm，进一步优选为40～60mm，可以为45mm，46mm、47mm、 48mm、49mm、50mm，51mm、52mm、53mm、54mm、55mm等等。该散热器是半圆形柱体，其横切面的半圆形的半径通常为10～40mm，优选为 15～35mm，进一步优选为20～30mm，可以为21mm、22mm、23mm、24mm、 25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm等等。

在形状和尺寸优化的前提下，为了进一步增加热传导和热辐射率，在本实用新型中将含有石墨烯的氟树脂复合材料与散热器结合起来。通过采用含有石墨烯的氟树脂散热材料喷涂在散热器的半圆形的外表面，提升了散热器的散热效率。所采用的包含石墨烯的氟树脂复合材料(也可以称为RLCP石墨烯氟树脂复合材料)在申请人之前的专利CN201310089504.0已经公开，在此不再详述。

所述电源部件，采用的是高效率，高功率因数的恒流隔离驱动电源，由多个电子元器件组成的一个整体。该电源部件采用圆柱型一体化的设计，美观的同时，该柱体是一个高度5-6cm的中空圆柱体，保证驱动电源良好散热的同时，不让电子元器件暴露在外面，提高了安全系数。驱动电源工作时产生的热量以热传导的方式传递给固定的散热器，再以辐射及对流的形式进行散热，防止电源核心电气元件的受损，提高了驱动电源的使用寿命。

所述LED光源部件，可以采用各种类型的灯光源，优选COB光源，是一种集成灯珠。相比普通LED灯珠，COB集成光源光效更高，色容差小。并且COB光源的芯片优选采用倒装技术的COB光源，倒装技术取消了蓝宝石衬底，减少了热阻，进一步提升了LED灯的散热功能。

本实用新型提供的所述COB光源的灯珠以一字型分布在基板上，经过大量筛选，考虑热量问题，基板选用的材质为超导铝，在热传导效率方面达到最佳的效果。进一步降低光衰，延长使用寿命。

本实用新型提供的透镜的材料可以为玻璃、PC或PMMA，优选为玻璃。

目前，大部分LED灯发出的光是呈郎伯型分布，中心光强比较强，而且为对称的圆形光斑分布，不能用于直接的道路照明。本实用新型优化了透镜，直接在二次光学透镜上做配光，配光呈蝠翼型分布，光照均匀，防止出现眩光现象、并且出光效率达到95％以上，并且用于固定LED的载体PCB基板可以采用任何符合设计需求的形状，外观可以多样化。

所述固定支座可以为任意的导热性，结构良好的材料，优选铜、铁、陶瓷、铝以及相应的合金材料，进一步优选铝及其合金材料、陶瓷，最优选铝合金材料。本实用新型中固定支座优选采用铝合金材质，强化了热传导和热辐射的效果，本实用新型将固定支座整体设计成与散热器截面高度贴合并且契合面形状一样的半圆型。安装操作时，通过螺丝将照明组件结构牢牢固定在固定支座上，再将固定支座与基座通过螺丝进行连接。散热器与空气传递热量的同时，一部分热量以热传导的形式传递给固定支座，固定支座弧形的表面，与散热器高度贴合，最薄贴合处距离达到0.3cm。一方面起到固定作用的同时，固定支座还分担传递了来自光源工作产生的热量，降低了光衰发生速率，延长了使用寿命。

连接固定支座与驱动电源的基座部件材质可为尼龙、金属、PTFE任意其中一种。本实用新型中优选PTFE，考虑到灯具是暴露的形式安装在周围环境当中，要与空气中的物质发生化学反应，从而产生腐蚀老化等现象，选用PTFE材料可以最大限度的降低腐蚀老化情况的发生。此外，因为PTFE 的热阻非常大，可以更好的避免前端散热器与驱动电源之间相互热影响、热干扰。

基座整体结构设计成中间沉降的柱体，考虑到灯具安装角度的特殊性，又有来自水平力矩的影响。经实验发现，基座柱体中间结构下沉距离5cm至 6cm时是稳定性最好的。这种结构起到稳定连接的作用，且固定支架不影响安装操作。

如果支座为一体成型结构时，支座采用铝合金或其他材质，优选铝合金材质。

所述堵头的材质可为尼龙、金属、PTFE任意一种。本实用新型中也优选了铝合金，使得灯具整体显得更加的协调与美观，也进一步加速了对于散热器热量的传递，起到辅助散热的作用。考虑到灯具是封闭的形式安装在周围环境当中，使用周期一长，难免要与空气中的物质发生化学反应，也会从内部产生腐蚀老化等现象。由于散热器采用一体化的加工，散热器的顶部处会存在毛刺，给安装操作的人员带来一定的安全隐患的同时，美观的程度也会下降，为了解决这个问题，将堵头设计成紧贴散热器顶部半圆形状，且堵头重量控制在250克至300克的范围，避免产生一定的力矩，影响灯具安装的稳定性。

所述水平仪为任何市售水准泡，形状可为圆柱型、方形等任意形状。材质选为塑料。本实用新型优化了安装操作过程，考虑到灯具整体特殊的安装角度，将水平仪与基座结合起来，将水平仪设置在基座上部，位于基座与驱动电源接触连接的位置处，离驱动电源最低端距离6cm-7cm处。让水平仪达到最佳使用效果。也在安装操作的过程中，给予安装操作人员一个水平的参考值，衡量是否安装到位。从侧面加强了灯具的整体稳定性，提高了安全系数。

附图说明

图1为本实用新型石墨烯散热LED路灯灯管组装示意图。

图2为本实用新型导热均温板组装示意图。

图3为本实用新型具体实施方式测试2中测试光源基板的平面示意图。

具体实施方式

以下采用实施例和附图来详细说明本实用新型的具体实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例

如图1所示，本实用新型提供的新型道路照明用灯照明组件，其包括：驱动电源1、固定支座2、胶圈3、水平仪4、基座5、散热器7、堵头8、导热均温板9、LED光源10、透镜11。所述驱动电源1与所述基座2通过螺丝 6连接固定，所述基座5与所述固定支座2相连接，在所述固定支座2和所述基座5的连接中间位置处设置胶圈3，用于两处密封连接。如图2所示，导热均温板9包括具有凹槽的基板14、用于封装相变材料的盖板12和相变材料13，所述固定支座2进一步与散热器7相连接，所述堵头8通过螺丝6 安装在散热器的前端，作为前盖使用。将水平仪设置在基座5上部，基座5 与驱动电源1接触连接的位置处。所述透镜11通过螺丝固定安装在散热器上，在所述散热器7的表面安装导热均温板，导热均温板凹槽设计，内部封装有相变储热材料，将光源10设置在导热均温板和透镜11之间，通过包含石墨烯的导热硅脂贴合在导热均温板的水平端面上，进一步通过螺丝固定。在所述散热器7的半圆形外表面的整个表面上喷涂包含石墨烯的氟树脂复合材料。所述散热器7是半圆形柱体，半圆形表面加工成镂空格栅的形状，增加了其与空气的接触面积，进一步优化了热量的传导。散热器水平长方形纵截面尺寸控制在长(100～300mm)*宽(20mm～80mm)，半圆柱体横截面半圆形的半径控制在10～40mm。

在实施例中使用的各物质均为可以商购的物质或公开的技术。

相变材料选用市售的上海焦耳蜡业的PEW1105聚乙烯蜡。

石墨烯的氟树脂复合材料具体为：质量百分比50％的氟硅树脂(上海荟研新材料有限公司提供)、40％的丙烯酸稀释剂、4％的电子转移型有机化合物聚丙烯、1％的石墨烯、1％的碳纳米管、1％的钛白粉、3％的固化剂环氧树脂按步骤混合后在常温800-1000转/分钟条件下搅拌均匀形成目标涂料。

包含石墨烯的导热硅脂具体制备为：采用的添加物成分及其质量比如下：碳纳米管、石墨烯、颗粒物的质量比为1∶6∶3，添加物整体与硅油的体积比为6∶4。所述碳纳米管的纯度≥95wt％，灰分≤0.2wt％。所述颗粒物为包裹石蜡的相变胶囊，包括石蜡的材料为氧化铝，相变温度为29℃，平均粒径为 60μm。所述的硅油选择粘度在25℃时为500000cSt的二甲基硅油和含氢硅油的混合物。

将质量比为6∶3的石墨烯与金属氧化物、金属氮化物和/或金属颗粒物倒入少量硅油中进行预混，在机械搅拌的条件下，缓慢加入所需质量的碳纳米管，同时随时补充硅油直至所需硅油含量。继续机械搅拌半小时后，用对辊研磨机对混合物继续研磨一小时，即得最终硅脂。

采用铝合金(AL6063-T5)制作散热器水平长方形纵截面尺寸长为 200mm，宽为50mm，其横切面的半圆形的半径为31mm。导热均温板包封也采用铝合金(AL6063-T5)制备，用于封装实施例1中制得的可逆相变储能材料。

对该散热器表面进行去油、去污清洁处理，将前面制备的石墨烯的氟树脂复合材料充分搅拌后倒入喷枪，喷枪压力设置为0.4MPa，对准目标表面，两者距离为10-20cm，来回喷涂2-3遍，使涂料均匀覆盖物体表面。涂层均匀、亮泽，其厚度可以根据需要优化选择，涂层可以自然风干固化12小时或者置于烘箱内烘烤10分钟快速固化。

使用的光源为深圳大道半导体有限公司型号为 G4N2CD120-F1221-L1350336h的COB光源，电源为深圳市福硕光电科技有限公司型号为FS-30W-0.9A的30W直流输出电源。

按照图1所述的方式，采用AL6063制作的铝质支座(尺寸为)。采用PC质水平仪，透镜采用PMMA透镜，采用PC堵头，将上述构件按照图1的方式组装获得了石墨烯散热LED路灯灯管，光源与导热均温板之间的采用前面制备的包含石墨烯的导热硅脂贴合。

对比例

类似于实施例的方案，与实施例相比区别仅在于没有使用导热均温板。

测试1

采用AT4532高精度多路温度测试仪：多路温度测试仪是一种适用于多点温度同时实时监控跟踪的仪表。具备测量方便、精度高、热电偶测试点可重复利用的优点。

测试条件：环境温度：25℃，环境湿度：55％。

热线法：GB10297-88非金属固体材料导热系数的测定方法。多路温度测试仪热电偶分别连接在光源基板处，点亮样品持续120分钟，设定每隔10 分钟记录当前温度。对比实施例和对比例温差，结果数据如表1所示。

表1光源基板温度

从表1中可以看出，实施例采用了导热均温板，对比例不使用导热均温板。实施例中的光源基板的温度明显低于对比例中的光源基板的温度，而没有使用导热均温板的对比例中的光源基板温度明显偏高。表明使用实施例中的路灯散热能力强，对比例中的路灯散热能力差。可见本实用新型更进一步提升了光源光效，降低了光衰，提高了路灯的散热效率。

测试2

检测方法同测试1，参见图3，分别测定光源基板四个角(下表中的点A、 B、C、D)上的温度和COB光源之间的光源基板处(下表中的点E和F)的温度，点亮样品持续120分钟，设定每隔10分钟记录各个点的当前温度。对比实施例和对比例，结果数据如表2所示。

表2光源基板不同位置处的温度

从表2可以看出，采用导热均温板的光源基板不同位置处的温度几乎相同，整个光源基板温度均匀，而没有采用导热均温板的光源基板在E和F处明显高于A、B、C、D处，并且A、B、C、D处也并非完全相同，由此表明没有采用导热均温板的光源基板导热均匀性差。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本实用新型新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。