導熱塑料已經成為LED燈外殼的主流材料，但電子電器行業對導熱材料的需求仍然巨大！對我們塑料人來講，進一步開拓導熱及相關塑料在電子電器上的應用很有必要。下面作者以杜邦導熱方案為例，談談導熱的基本方法和可行方案。

一、LED燈導熱的基本原理是怎樣的？

圖：LED燈外殼導熱機理，艾邦高分子拍攝

如上圖所示：LED燈除了以光能的形式散發出去，剩余20%的能量轉化成了熱量；于是這部分熱能主要以熱傳導的形式傳遞到了LED燈外殼上，然后LED外殼主要以熱輻射和熱對流的形式將熱量散發出去。在這個過程中，涉及到了熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導、對流傳熱和輻射傳熱，我們來簡單認識一下：

1.熱傳導

熱量從物體溫度較高部分傳到溫度較低部分的方式叫做熱傳導。熱傳導實質是由物質中大量的分子熱運動互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。

在LED燈外殼設計時需要知道：第一，導熱性能：金屬最高，無機非金屬較低，高分子（塑膠類）普遍低，但當其結晶度增大時，熱導率會變大。第二，橫截面積越大，導熱路徑越短，導熱效果越好！

2.熱輻射

熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現象。由于電磁波的傳播無需任何介質，所以熱輻射是在真空中唯一的傳熱方式。

一切溫度高于絕對零度的物體都能產生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大。另外，塑料或金屬材料的熱輻射系數大部分都比較高，而金屬材料的非常低。例如：導熱塑料的熱輻射系數比鋁高三倍以上，所以輻射出的總熱量也遠遠大于鋁散熱體。

表1：三種材料熱傳輸性能比較

在熱傳導方面，金屬毫無爭議是最優良的材料，導熱塑料次之；在熱輻射方面，金屬卻十分差（具體數據如下表所示），而導熱塑料熱輻射性能十分優秀。

表2：熱輻射系數實測

如上表所示：金屬拋光未氧化時，熱輻射系數一般低于0.1；粗加工輕微氧化時能達到0.5左右；嚴重氧化能達到0.8-0.9。黑色塑料無需特殊處理即可達到0.8-0.9。

3.熱對流

熱對流是指熱量通過流動介質，由空間的一處傳播到另一處的現象。熱對流一般和LED外殼的材質無關，而與周圍環境以及LED外殼形狀有關。當然，使用時周圍的環境LED燈的制造商無法決定，只能從外形著手了。

圖：LED燈外殼的形狀設計，艾邦高分子拍攝

我們知道，熱空氣由于密度較小會上升，所以LED燈外殼的熱對流方向主要是豎直方向，這也就能解釋LED燈外殼設計成上面的形狀了。回復“導熱”查看更多文章

二、LED燈外殼如何選材？

目前，導熱塑料作為LED燈外殼已經成為主流，但本文主要從機理方面來講講哪些方案有可取之處。看完后您就知道材料工程師是怎樣選材的，或許通過本文您對LED選材會有新的想法！

圖：LED燈散熱途徑分析

如上圖所示：LED的熱量要傳輸到大氣中，至少需要經過兩步。在選材方面，熱對流關系不大，所以必須要選擇熱傳導和熱輻射綜合效果最好的材料，才能最快散熱。以下有幾種參考方案：

1.嚴重氧化的金屬

金屬熱傳導性能好，表面進行嚴重氧化處理，其熱輻射性能也很不錯，按道理來說是散熱最有效的材料。但實際情況可能不太樂觀，主要是表面嚴重陽極氧化，力學性能是否能達到要求？怎樣保證硬度？還有一個老生常談的問題，金屬加工較復雜，又太重！

2.導熱塑料

導熱塑料一般是在塑料中添加一定量的導熱材料共混得到，具體請點擊查看 →導熱塑料：介紹、分類、機理、選購和應用大全！導熱塑料的綜合散熱性能好、量輕、制造成本低，是目前LED外殼的主流！

3.金屬+塑料

如果結合前面兩種材料的優點，或許是一種好的方案。利用納米注塑技術，具體請點擊查看 →納米注塑NMT技術特點及應用（手機產業鏈必看，數萬人轉載的精華回放））。將金屬和塑料一體成型，既解決了散熱問題，又解決了重量問題！但可能有兩個缺點：首先，金屬和塑料熱膨脹系數的差異，要解決溫度變化帶來的開裂；其次，成本可能比較高。

當然，還可以在金屬表面噴漆，估計比純金屬要好很多！回復“導熱”查看更多文章

 
 圖：LED燈開了一個小時后，壓鑄鋁、杜邦PBT和普通塑料的溫度

圖：壓鑄鋁、杜邦導熱塑料外殼LED燈的溫度

圖：杜邦熱管理

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