专利名称：一种相变材料以及用该相变材料制得的led灯具散热器的制作方法
技术领域：
本发明属于无机化学领域，涉及一种相变材料以及用该相变材料制得的LED灯具散热器。
背景技术：
当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题，LED照明的出现，进入了一个绿色节能的照明时代，但是目前LED放光源的散热问题成为了 LED照明发展的瓶颈。如何提高LED散热效果是目前主流问题。相变材料(PCM)在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的。物质相变过程是一个等温或近似等温过程，在这个过程中伴随有能量的吸收或释放。相变储热是利用相变材料在其相变过程中，从环境吸收或释放热量，达到储能或放能的目的。高温相变材料具有相变温度高，储热容量大，储热密度高等特点，它的使用能提高能源利用效率，有效保护环境，目前已在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、余热或废热的回收·利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域得到了广泛的应用。现阶段，人们关心比较多的新能源是太阳能，但是太阳能利用和废热回收存在时间和空间上的不匹配的问题。相变储能材料可以从环境中吸收能量和向环境释放能量，较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，有效地提高了能量的利用率。同时相变储能材料在相变过程中温度基本上保持恒定，能够用于调控周围环境的温度，并且能重复使用。相变储能材料的这些特性使得其在电力“移峰填谷”、工业与民用建筑和空调的节能、纺织品以及军事等领域有着广泛的应用前景。在LED灯具里面，增加散热面积，对散热器表面进行处理提供辐射效率。在散热效果而言，强制对流效果是最好，但是限于噪音及寿命、成本问题，这个方式目前不可取。同时有受限于LED灯具外形尺寸限制要求，散热面积无法增大，散热形式无法最优。导致目前光通量跟功率无法做大，使得与传统灯具比较时，亮度方面的不足。由于相变材料的这些优异性能，将其用于LED灯具散热器的制备将使得LED灯具具有较好的性能。但是现有的相变材料应用于LED灯具散热器时，由于常规相变材料温度控制范围不在LED灯具使用范围，储能和导热效果不明显，并且高温下热阻大。如申请号为03137241. 4的发明专利提供的一种相变材料，含有质量比为50 70%的三水合乙酸钠和30 50%尿素，将两种物质按所需配比分别称量并均匀混合，在65 80°C的恒温水浴中加热并不断搅拌，直到混合物变成透明的液体。将其用于LED灯具散热器制造时，潜热储能效率和导热性能不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种潜热储能效率较高、导热性能良好，且可避免相变材料中过冷现象的相变材料。本发明还提供利用该相变材料制得的LED灯具散热器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种相变材料，其是由如下质量百分数的组份组成
MgCl r6H20与Mg S04*4H20以任意比例的混合物 2_5%，AL2O3UH2O 1_3%，石墨烯4-6%，聚酰胺树脂 0-0. 5%，余量为 Na2S2O3* 5H20。本发明通过使用相变储能材料，控制LED散热器温度，从而是LED芯片温度能够缓慢升温，大大增加LED芯片寿命和稳定性。在LED灯具启动时，相变材料为晶体状态，开始吸收大量温度，减缓LED温升速度，然后达到平衡态，晶体变为液态。当灯具关闭时，相变材料开始有液态释放热量有转换成晶体。本发明采用Na2S2O3* 5H20结晶水合盐作为相变材料的主要成分。同时考虑到LED灯具的长寿命，必须保证相变材料能反复使用，所以在组份中添加了聚酰胺树脂。考虑到Na2S2O3 5H20中硫的化合价的特性，即同时具有氧化性与还原性,添加AL2O3CH2O做交联剂，增强了 Na2S2(V5H20分子间键能使之联成网状结构，并提高了相变材料反复变化的可靠性和耐久性。同时对于恒温下结晶，为了避免相变材料中过冷现象，加入MgCl 2*6H20及MgS04*4H20作为成核剂。成核剂使本发明的相变材料稳定的发生结晶过程。如果没有该成核齐U，相变材料在温度下降过程中，会发生快速冷却，影响其结晶效果，最终影响相变材料性倉泛。作为优选，该相变材料是由如下质量百分数的组份组成MgCl 2WH2O与MgS04*4H20以任意比例的混合物3%，AL2O3CH2O 2%，石墨烯5%，余量为Na2S2O3* 5H20。作为优选，该相变材料是由如下质量百分数的组份组成MgCl ,6H20与MgS04*4H20以任意比例的混合物 3%，AL2O3-3H20 2%，石墨烯5%，聚酰胺树脂0. 5%，余量为Na2S2O3* 5H20o作为优选，所述的MgCl 2*6H20与Mg S04*4H20的质量比为1:1。作为优选，所述的聚酰胺树脂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)。从红外吸收光谱可以看出，在聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)大分子链中含有大量酰胺与羰基等亲水基团，它易溶于水并具有溶胀作用，是线型聚合物，在150°C以下热稳定性很好。一种采用所述的相变材料制得的LED灯具散热器，所述的散热器外壳为铝材，所述的相变材料作为填充材料加入到外壳内。本发明的组份配比经试验测试，能够稳定的固-液转化。但是考虑LED灯具的特殊性，一般灯具或者光源内部有内置电源，常规的相变材料的导热系数偏低，会影响其他内置驱动电源向外界散热器导热。为了提高相变材料的导热系数，在相变材料中增加了石墨材料，目前膨胀石墨和石墨烯都具有极好的导热性能，室温下膨胀石墨的导热系数为300W / (m K)左右，而石墨烯的导热系数用光学法测量可达4840— 5300 W / (m K)。通过高温烘烤石墨化合物，然后冷却研磨成粉状，添加到相变材料中。这样使得本发明的相变材料导热系数大大增加，同时又不影响相变材料的性能。本发明的相变材料作为填充物加入到LED灯具散热器内部，散热器本身为铝材制成的壳体。相变材料加入后，使得LED灯具具有更好的散热效果，利用LED灯的升温降温过程，把热量转移到相变材料中去，同时避免了温度急剧上升，延长LED灯具的寿命跟增加LED灯具的亮度。散热流程为，当LED灯具打开后，LED芯片发光同时散发热量，当热量传输到散热器后，散热器内部温度到达一定时，相变材料开始吸热，直到热平衡。到LED灯具关闭后自然冷却，温度低于一定是，相变材料开始散热，开始结晶，恢复到结晶状态。在民用照明市场领域，LED灯具一般天黑开启，天亮关闭。正好符合相变材料的特性，能够利用自身特性进行热量的转移，起到很好的效果。
图I是实施例I得到的相变材料制成LED灯具散热器后在实际LED球泡灯中的温度测试图。图2是实施例2得到的相变材料制成LED灯具散热器后在实际LED球泡灯中的温度测试图。图3是实施例3得到的相变材料制成LED灯具散热器后在实际LED球泡灯中的温度测试图。 图4是实施例4得到的相变材料制成LED灯具散热器后在实际LED球泡灯中的温度测试图。 图5是未加入相变材料前LED球泡灯的点温测试图。图6是加入相变材料后LED球泡灯的点温测试图。图7是LED芯片结温与光通量的关系图。图8是LED芯片结温与寿命的关系图。
具体实施例方式下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。实施例1-14 :
一种相变材料，由表I中所示的组份混合而成。该相变材料加热后，在常温下为固体，呈晶体状，应用时直接采用其固体形式作为填料。表I
实施例Il |2 |3 |4 |5 |6 |7 —
与 MgSO4M^O 的重量比-_1:1 TTl 1:1 1:1 1:1. 5 I. 5:1
MgC V6Ha0 与 MgSO4MHaO 的总量—- G~ 3g 3g 5g3g
AL2O3 3H20_2g_2g_2g_2g_Ig_3g_2g_
石墨烯_Og_Og_Og_5g_5g_5g_5g_
聚酰胺环氧氯丙烷树脂(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 (续)
实施例|8 |9 110 111 112 113 I对比例
MgCL^eHaO 与 MgSO4MHaO 的重量比^ 1:1 1:1 1:1 —1:11:1.5-
MgCla 6Ha0 与 MgSO4MHaO 的总量一 -2g 3g 5^~4^ -
AL2O3^H2O_2g_2g_2g_2g_Ig 3g_-_
石墨烯_5g_5g_6g_6g_4g_4g_-_
聚酰胺环氧氯丙烧树脂(PAE)|0.2g |p. 2g |p. 4g |p. 4g | | I
权利要求
1.一种相变材料，其特征在于是由如下质量百分数的组份组成 MgCl 2·6Η20与Mg S04*4H20以任意比例的混合物2_5%，AL2O3.3H20 1-3%, 石墨稀4-6%, 聚酰胺树脂0-0. 5%，余量为 Na2S2O3* 5H20。
2.根据权利要求I所述的一种相变材料，其特征在于是由如下质量百分数的组份组成 MgCl 2·6Η20与Mg S04*4H20以任意比例的混合物3%， AL2O3.3H20 2%, 石墨烯5%，余量为 Na2S2O3* 5H20。
3.根据权利要求I所述的一种相变材料，其特征在于是由如下质量百分数的组份组成 MgCl 2·6Η20与Mg S04*4H20以任意比例的混合物3%，AL2O3.3H20 2%, 石墨烯5%， 聚酰胺树脂O. 5%，余量为 Na2S2O3* 5H20。
4.根据权利要求I或2或3所述的一种相变材料，其特征在于所述的MgCl2·6Η20与Mg S04.4H20的质量比为1:1。
5.根据权利要求I或3所述的一种相变材料，其特征在于所述的聚酰胺树脂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)。
6.根据权利要求4所述的一种相变材料，其特征在于所述的聚酰胺树脂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)。
7.一种采用权利要求I所述的相变材料制得的LED灯具散热器，其特征在于所述的散热器外壳为铝材，所述的相变材料作为填充材料加入到外壳内。
全文摘要
本发明属于无机化学领域，涉及一种相变材料以及用该相变材料制得的LED灯具散热器。该相变材料是由如下质量百分数的组份组成MgCl2 6H2O与MgSO4 4H2O以任意比例的混合物 2-5%，AL2O3 3H2O 1-3%，石墨烯4-6%，聚酰胺树脂0-0.5%，余量为Na2S2O3 5H2O。本发明通过使用相变储能材料，控制LED散热器温度，从而是LED芯片温度能够缓慢升温，大大增加LED芯片寿命和稳定性。在LED灯具启动时，相变材料为晶体状态，开始吸收大量温度，减缓LED温升速度，然后达到平衡态，晶体变为液态。当灯具关闭时，相变材料开始有液态释放热量有转换成晶体。用该相变材料制得的LED灯具散热器使得LED灯具具有寿命更长，亮度更好的特性。
文档编号C09K5/06GK102732223SQ20121014701
公开日2012年10月17日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者李徐达 申请人:宁波凯耀电器制造有限公司