热辐射材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种热辐射材料，其中包含以下填料：二氧化钛，重量百分比为10～45%；二氧化锆，重量百分比为5～25%；氧化镁，重量百分比为2～30%；稀土金属氧化物，重量百分比为0.01～0.5%。其中该热辐射材料的热导率为0.34～1.5W/m·K，该热辐射材料在40℃，4～14μm的红外光谱区的红外线发射率大于等于88%。本发明的热辐射材料选择能激发不同波段红外线的二氧化钛粉末和二氧化锆粉末，且使用氧化镁填料提升高分子掺混物的热导率，使电子组件的热能能够很快加热热辐射材料，由此快速提升热辐射材料的温度，以增加其对外的热辐射效率，且具有良好的传导和辐射的散热效果。
【专利说明】热辐射材料
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种热辐射材料，特别是关于兼具良好热导率及发射率的热辐射材 料。
【背景技术】
[0002] 对于电子零件、发光二极管（LED)灯具或其它发热组件而言，在某些应用场合中， 因受限于周围的温度、环境、空间等因素，导致难以通过传导、对流等方式对外界散热，进而 需考虑使用热辐射的方式，以大幅度地将热能向外界传导。
[0003] 以LED或相关灯具为例，LED具有尺寸小、易设计与低耗能的优点。但LED缺点在 于LED点亮时会产生高热，过高的温度将造成LED的特性衰退。因此如何降低LED灯温度， 提升效率与寿命，已然成为相当重要的课题，另外，如果将LED应用于崁灯、球泡灯时，灯具 的外壳将进一步限制热能向外传送，导致LED在大功率、高亮度、小尺寸的应用受到限制。
[0004] 要使用热福射方式将热能向外界传导可使用远红外线材料（Far-Infrared radiatingmaterial)。传统的远红外热福射材料包含氧化错、二氧化钛、二氧化娃等陶瓷 材料。但是，传统辐射材料的热导率不高，因此即便有良好的辐射发射率，在传导和对流的 热逸散方面，无法产生良好的协同作用，因而对于直接应用于高热组件，例如LED组件，仍 有一定的限制，而无法达到最佳效果。
【发明内容】
[0005] 物体在温度为绝对零度（_273°C)以上时，其中电子会产生振动。这种振动随温度 的升高而增加，这种振动使许多粒子发生冲撞，冲撞的结果使电子得到能量变成了激发的 状态，使外层电子提高到较高的能阶，以致使它脱离了原来的轨道。但是，电子在这种能阶 上是不稳定的，几乎随时就有跳回到原来轨道上的趋势，即从不稳定的较高能阶回到原来 的较低能阶，电子每往回跳一次就会产生一个量子能，释放出辐射能。对于具有高辐射能力 的材料，辐射能以红外线的形式输出。因此，凡温度高于绝对零度的任何物体，都会有红外 线辐射。随着辐射体材质分子结构和温度等诸条件的不同，其辐射波长也各不相同。在红 外线辐射波段中，当分子中的原子或原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态 时，会产生2. 5?25ym的远红外辐射。如果辐射源是由分子的转动特性改变所引起的辐 射，则发生大于25ym的远红外辐射。实验发现振动光谱的能量约为转动光谱能量的100 倍。因此在远红外的波长选择中，2. 5?25 的波段为高载能波，具有较好的应用价值。
[0006] 就传热（heattransfer)机制而言，基本上包含传导、对流及福射三者。而在需要 有效将热逸散的高热环境中，必须就将各种散热机制作整体考虑。例如在LED照明的应用 方面，使用高热导材料增加热传导，或于外罩结构采用散热鳍片以增加热对流等。本发明考 虑各传热机制间的相互影响，以期达到综合的最佳散热效果。
[0007] 本发明即利用远红外线特性提供一种热辐射材料。相较于传统的热辐射材料，本 发明的热辐射材料兼具良好的热导率及辐射效率，提供热逸散的协同作用，而特别适合于 高热组件的应用。
[0008] 本发明提供了一种热辐射材料，或称远红外线辐射材料，其中包含以下填料：二 氧化钛，重量百分比为10?45% ;二氧化锫，重量百分比为5?25% ;氧化镁，重量百分比 为2?30% ;稀土金属氧化物，重量百分比为0. 01?0. 5%。其中该热辐射材料的热导率为 0. 34?1. 5W/m?!(，该热辐射材料的在40°C，4?14ym的红外光谱区的红外线发射率大于 等于88%。
[0009] -个实施方式中，前述热辐射材料中的该各填料掺混于高分子聚合物中。该高分 子聚合物的重量百分比约为10?75%。
[0010] 一个实施方式中，该各填料的重量百分比总和在40?70%，且二氧化钛和二氧化 锆的重量百分比总和在35%?60%。
[0011] 一个实施方式中，该各填料的平均粒径在0.lym至30iim之间。
[0012] 一个实施方式中，该稀土金属氧化物包含氧化钇、氧化镧、氧化钕或其混合物。
[0013] 此外，按不同应用所需，前述热辐射材料可另包含消泡剂、流平剂、偶联剂或其混 合物。
【具体实施方式】
[0014] 为使本发明的上述和其它技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关 实施例，作详细说明如下。
[0015] 本发明的热辐射材料使用P型与N型的陶瓷粉末，使该陶瓷粉末在受热时能激发 出红外线。进一步而言，选择能激发不同波段红外线的陶瓷粉末，包括红外线中波段至长波 段（约7?20iim)可被激发的二氧化钛粉末，二氧化钛粉末同时具有反射红外线的功能， 短波段至中波段（7ym以下）可以被激发的二氧化锆粉末。另外，使用氧化镁填料为提升 高分子掺混物的热传导率，使电子组件的热能能够很快加热热辐射材料，由此快速提升热 辐射材料的温度，以增加其对外的热辐射效率。另外，使用稀土金属填料（例如氧化钇、氧 化镧、氧化钕或其混合物）以降低陶瓷粉末激发能阶。
[0016] 下列粉末分别以于表1所示的配方混合而得到本发明热辐射材料的填料组合，如 实施例1?4,以及未添加氧化镁的比较例。其中数据为填料的重量份。二氧化钛粉（颗粒大 小：0. 1-0. 3iim);二氧化锫粉（颗粒大小约0. 3iim);氧化镁粉（颗粒大小：0. 1-0. 3iim); 氧化镧粉（颗粒大小：约〇. 3iim);氧化纪粉（颗粒大小：约0. 3iim);氧化钕粉（颗粒大小： 约0. 3ym)。本发明的热福射陶瓷填料的粒径可在0. 1?30ym之间，或可为3ym、5ym、 10ym$ 20ym。
[0017] 50重量份如表1所得的各种热辐射材料填料组合与50重量份高密度聚乙烯 (HDPE)共同调配，并于200°C的树脂温度下，于Haake制造的混练挤压机Haake-600中以 60rpm的转速混炼10分钟而得丸粒。将各组成物的丸粒通过挤压机制成薄片，并通过热压 机由薄片生成厚1. 5mm的板。从如此所得的各板上切下尺寸为13mmX13mm的试验件，于 40°C的温度利用红外线辐射光谱仪（德国BrukerOptikGmpH公司制造的VERTEX70FT-IR) 测量其红外辐射。在4?14ym波长范围的各次辐射测量值与在40°C黑色物体的理想辐射 之比，算出各辐射效率R。
[0018] 实际应用上，掺混热辐射填料的高分子聚合物可包含热固型树脂及/或热塑型 塑料。热固型树脂包含：亚克力树脂（Acrylic)、环氧树脂（Epoxy)、酚醒树脂（phenolic resins)、不饱和聚酯树脂（unsaturatedpolyester)、聚氨酯（Polyurethane)。热 塑型树脂包含：聚乙烯（Polyethylene,PE)、聚丙烯（Polypropylene,PP)、聚碳酸酯 (Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸丁二酯（Polybutyleneterephthalate，PBT)、聚对 苯二甲酸乙二酯（Polyethyleneterephthalate，PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (Acrylonitrilebutadienestyrene,ABS)、聚苯硫醚（Polyphenylenesulfide,PPS)、 聚氯乙烯（PolyVinylChloride，PVC)、聚乙烯醇（Polyvinylalcohol，PVA)、聚醚醚酮 (Polyetheretherketone，PEEK)、多聚甲醒（Polyoxymethylene，POM)、聚讽（Polysulfone, PSF)、聚醚讽（Polyethersulfone，PES)、聚苯乙烯（Polystyrene、PS)、聚氧化二甲苯 (Polyphenyleneoxide，PPO)、聚氨酯（Polyurethane，PU)、聚醜胺（Polyamide，PA)、聚亚 酰胺（Polyimide，PI)、聚醚酰亚胺（Polyetherimide，PEI)、聚醚酰亚胺与娃酮的嵌段共聚 合物（Polyetherimide/siliconeblockcopolymer)、苯氧基树脂（Phenoxyresin)、聚酯 树脂（Polyesterresin)、亚克力树脂（Acrylicresin)。
[0019] [表 1]
[0020]
【权利要求】
1. 一种热辐射材料，包含以下填料： 二氧化钛，重量百分比为10?45% ; 二氧化锫，重量百分比为5?25% ; 氧化镁，重量百分比为2?30% ;以及 稀土金属氧化物，重量百分比为〇. 01?〇. 5% ; 其中该热辐射材料的热导率为〇. 34?1. 5W/m · K ; 其中该热福射材料在40°C，4?14 μ m的红外光谱区的红外线发射率大于等于88%。
2. 根据权利要求1的热辐射材料，其中该各填料掺混于高分子聚合物中。
3. 根据权利要求2的热辐射材料，其中该高分子聚合物的重量百分比为10?75%。
4. 根据权利要求1或2的热辐射材料，其中该各填料的重量百分比总和在40?70%， 且二氧化钛和二氧化锆的重量百分比总和在35%?60%。
5. 根据权利要求1的热辐射材料，其中该各填料的平均粒径在0. 1 μ m至30 μ m之间。
6. 根据权利要求1的热辐射材料，其中该稀土金属氧化物包含氧化钇、氧化镧、氧化钕 或其混合物。
7. 根据权利要求1的热辐射材料，其中该热辐射材料的热阻为0. 1?0. 6K/W。
8. 根据权利要求1的热辐射材料，其中该热辐射材料的热导率为0. 5?lW/m · K。
9. 根据权利要求2的热辐射材料，其另包含消泡剂、流平剂、偶联剂或其混合物。
【文档编号】C08K3/22GK104277241SQ201310684330
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年7月4日
【发明者】卓育贤, 陈国勋, 沙益安 申请人:聚鼎科技股份有限公司