專利名稱：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
技術領域：
本發明屬于無機化學領域，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：
當今社會能源短缺及環境污染成為我們所面臨的重要難題，LED照明的出現，進入了一個綠色節能的照明時代，但是目前LED放光源的散熱問題成為了 LED照明發展的瓶頸。如何提高LED散熱效果是目前主流問題。相變材料(PCM)在其本身發生相變的過程中，可以吸收環境的熱(冷)量，并在需要時向環境放出熱(冷)量，從而達到控制周圍環境溫度的目的。物質相變過程是一個等溫或近似等溫過程，在這個過程中伴隨有能量的吸收或釋放。相變儲熱是利用相變材料在其相變過程中，從環境吸收或釋放熱量，達到儲能或放能的目的。高溫相變材料具有相變溫度高，儲熱容量大，儲熱密度高等特點，它的使用能提高能源利用效率，有效保護環境，目前已在太陽能熱利用、電力的“移峰填谷”、余熱或廢熱的回收·利用以及工業與民用建筑和空調的節能等領域得到了廣泛的應用。現階段，人們關心比較多的新能源是太陽能，但是太陽能利用和廢熱回收存在時間和空間上的不匹配的問題。相變儲能材料可以從環境中吸收能量和向環境釋放能量，較好地解決了能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾，有效地提高了能量的利用率。同時相變儲能材料在相變過程中溫度基本上保持恒定，能夠用于調控周圍環境的溫度，并且能重復使用。相變儲能材料的這些特性使得其在電力“移峰填谷”、工業與民用建筑和空調的節能、紡織品以及軍事等領域有著廣泛的應用前景。在LED燈具里面，增加散熱面積，對散熱器表面進行處理提供輻射效率。在散熱效果而言，強制對流效果是最好，但是限于噪音及壽命、成本問題，這個方式目前不可取。同時有受限于LED燈具外形尺寸限制要求，散熱面積無法增大，散熱形式無法最優。導致目前光通量跟功率無法做大，使得與傳統燈具比較時，亮度方面的不足。由于相變材料的這些優異性能，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。但是現有的相變材料應用于LED燈具散熱器時，由于常規相變材料溫度控制范圍不在LED燈具使用范圍，儲能和導熱效果不明顯，并且高溫下熱阻大。如申請號為03137241. 4的發明專利提供的一種相變材料，含有質量比為50 70%的三水合乙酸鈉和30 50%尿素，將兩種物質按所需配比分別稱量并均勻混合，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，潛熱儲能效率和導熱性能不佳。

發明內容
本發明的目的在于提供一種潛熱儲能效率較高、導熱性能良好，且可避免相變材料中過冷現象的相變材料。本發明還提供利用該相變材料制得的LED燈具散熱器。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種相變材料，其是由如下質量百分數的組份組成
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%，聚酰胺樹脂 0-0. 5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。本發明通過使用相變儲能材料，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芯片壽命和穩定性。在LED燈具啟動時，相變材料為晶體狀態，開始吸收大量溫度，減緩LED溫升速度，然后達到平衡態，晶體變為液態。當燈具關閉時，相變材料開始有液態釋放熱量有轉換成晶體。本發明采用Na2S2O3* 5H20結晶水合鹽作為相變材料的主要成分。同時考慮到LED燈具的長壽命，必須保證相變材料能反復使用，所以在組份中添加了聚酰胺樹脂。考慮到Na2S2O3 5H20中硫的化合價的特性，即同時具有氧化性與還原性,添加AL2O3CH2O做交聯劑，增強了 Na2S2(V5H20分子間鍵能使之聯成網狀結構，并提高了相變材料反復變化的可靠性和耐久性。同時對于恒溫下結晶，為了避免相變材料中過冷現象，加入MgCl 2*6H20及MgS04*4H20作為成核劑。成核劑使本發明的相變材料穩定的發生結晶過程。如果沒有該成核齊U，相變材料在溫度下降過程中，會發生快速冷卻，影響其結晶效果，最終影響相變材料性倉泛。作為優選，該相變材料是由如下質量百分數的組份組成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。作為優選，該相變材料是由如下質量百分數的組份組成MgCl ,6H20與MgS04*4H20以任意比例的混合物 3%，AL2O3-3H20 2%，石墨烯5%，聚酰胺樹脂0. 5%，余量為Na2S2O3* 5H20o作為優選，所述的MgCl 2*6H20與Mg S04*4H20的質量比為1:1。作為優選，所述的聚酰胺樹脂為聚酰胺環氧氯丙烷樹脂(PAE)。從紅外吸收光譜可以看出，在聚酰胺環氧氯丙烷樹脂(PAE)大分子鏈中含有大量酰胺與羰基等親水基團，它易溶于水并具有溶脹作用，是線型聚合物，在150°C以下熱穩定性很好。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。本發明的組份配比經試驗測試，能夠穩定的固-液轉化。但是考慮LED燈具的特殊性，一般燈具或者光源內部有內置電源，常規的相變材料的導熱系數偏低，會影響其他內置驅動電源向外界散熱器導熱。為了提高相變材料的導熱系數，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熱性能，室溫下膨脹石墨的導熱系數為300W / (m K)左右，而石墨烯的導熱系數用光學法測量可達4840— 5300 W / (m K)。通過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。這樣使得本發明的相變材料導熱系數大大增加，同時又不影響相變材料的性能。本發明的相變材料作為填充物加入到LED燈具散熱器內部，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燈的升溫降溫過程，把熱量轉移到相變材料中去，同時避免了溫度急劇上升，延長LED燈具的壽命跟增加LED燈具的亮度。散熱流程為，當LED燈具打開后，LED芯片發光同時散發熱量，當熱量傳輸到散熱器后，散熱器內部溫度到達一定時，相變材料開始吸熱，直到熱平衡。到LED燈具關閉后自然冷卻，溫度低于一定是，相變材料開始散熱，開始結晶，恢復到結晶狀態。在民用照明市場領域，LED燈具一般天黑開啟，天亮關閉。正好符合相變材料的特性，能夠利用自身特性進行熱量的轉移，起到很好的效果。


圖I是實施例I得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實際LED球泡燈中的溫度測試圖。圖2是實施例2得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實際LED球泡燈中的溫度測試圖。圖3是實施例3得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實際LED球泡燈中的溫度測試圖。 圖4是實施例4得到的相變材料制成LED燈具散熱器后在實際LED球泡燈中的溫度測試圖。 圖5是未加入相變材料前LED球泡燈的點溫測試圖。圖6是加入相變材料后LED球泡燈的點溫測試圖。圖7是LED芯片結溫與光通量的關系圖。圖8是LED芯片結溫與壽命的關系圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。應當理解，本發明的實施并不局限于下面的實施例，對本發明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發明保護范圍。在本發明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所有的設備和原料等均可從市場購得或是本行業常用的。實施例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，應用時直接采用其固體形式作為填料。表I
實施例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_
聚酰胺環氧氯丙烷樹脂(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)
實施例|8 |9 110 111 112 113 I對比例
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_-_
聚酰胺環氧氯丙燒樹脂(PAE)|0.2g |p. 2g |p. 4g |p. 4g | | I
權利要求
1.一種相變材料，其特征在于是由如下質量百分數的組份組成 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%, 聚酰胺樹脂0-0. 5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。
2.根據權利要求I所述的一種相變材料，其特征在于是由如下質量百分數的組份組成 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.根據權利要求I所述的一種相變材料，其特征在于是由如下質量百分數的組份組成 MgCl 2·6Η20與Mg S04*4H20以任意比例的混合物3%，AL2O3.3H20 2%, 石墨烯5%， 聚酰胺樹脂O. 5%，余量為 Na2S2O3* 5H20。
4.根據權利要求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的質量比為1:1。
5.根據權利要求I或3所述的一種相變材料，其特征在于所述的聚酰胺樹脂為聚酰胺環氧氯丙烷樹脂(PAE)。
6.根據權利要求4所述的一種相變材料，其特征在于所述的聚酰胺樹脂為聚酰胺環氧氯丙烷樹脂(PAE)。
7.一種采用權利要求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。
全文摘要
本發明屬于無機化學領域，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量百分數的組份組成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%，聚酰胺樹脂0-0.5%，余量為Na2S2O3 5H2O。本發明通過使用相變儲能材料，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芯片壽命和穩定性。在LED燈具啟動時，相變材料為晶體狀態，開始吸收大量溫度，減緩LED溫升速度，然后達到平衡態，晶體變為液態。當燈具關閉時，相變材料開始有液態釋放熱量有轉換成晶體。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，亮度更好的特性。
文檔編號C09K5/06GK102732223SQ20121014701
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者李徐達 申請人:寧波凱耀電器制造有限公司