CN104087093A

CN104087093A - 一种用于led灯散热涂料及其制备方法

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Publication number: CN104087093A
Application number: CN201410306624.6A
Authority: CN
Inventors: 李静; 刘业明; 张定; 赵恒�
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: CN104087093B

Abstract

本发明公开了一种用于LED灯的散热涂料及其制备方法。按重量百分比计，该涂料组成包括：30～55％的丙烯酸树脂、10～20％的氨基树脂、5～10％的氮化铝、2‐15％的碳纤维、3～8％的颜料、5～15％的云母、1～2％的防沉剂、10～20％的溶剂、1～2％的分散剂及0.5～2％流平剂。制备时，将原料混合，碾磨后经分散机分散，控制涂料的细度达到15～30μm；过滤去杂，得到散热涂料。本发明的LED灯散热涂料具有高辐射性及高热导性，喷涂于LED器件表面，形成的涂膜能较大幅度降低LED灯铝基板、散热外壳等器件表面的温度，且涂层具有优良的机械性能和保护功能，有良好的防水、耐候等特点。

Description

一种用于LED灯散热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种散热涂料，具体涉及一种用于LED灯散热涂料及其制备方法。

背景技术

LED作为一种新型固态冷光源，具有高效、节能、环保等特点。但是由于目前LED电光转换效率不高使得大部分的电能转化为热能，而且随着LED功率不断增大，芯片体积不断减小，使得芯片的热流密度很大，LED结面温度很高。而LED的光衰和寿命直接和其结温相关，结温越高，光效越低，使用寿命越短。散热是限制LED发展的瓶颈。

在现有的LED散热技术中，常通过增加散热器的散热面积或者改善散热器的结构来达到散热的目的，这样造成大功率LED散热器体积大，质量笨重，增加了生产的成本和使用的不安全因素。而且出于对散热器使用寿命的考虑，常在其表面涂抹一层防腐涂料，但是一般的防腐涂料热阻很大，阻碍了热量的传导，增加了散热器的散热负荷。也有人设计出一种降温涂料，利用涂料的高辐射率来增加散热，降温效果不明显，而且附着力及耐候性很差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种附着力、耐候性及热辐射性能都较好的用于LED灯散热涂料的制备方法。

为实现上述目的，通过以下技术方案来实现：

一种用于LED灯散热涂料，按质量百分比计，该涂料的原料包括如下组分：30～55％的丙烯酸树脂、10～20％的氨基树脂、5～10％的氮化铝、2‐15％的碳纤维、3～8％的颜料、5～15％的云母、1～2％的防沉剂、10～20％的溶剂、1～2％的分散剂及0.5～2％流平剂；

制备时，将原料混合，碾磨后经分散机分散，控制涂料的细度达到15～30μm；过滤去杂，得到散热涂料；

所述的丙烯酸树脂为羟值在2‐5之间的中羟基丙烯酸树脂，以质量百分比计，固含量为40‐50％；所述的氨基树脂为脲醛树脂，以质量百分比计，固含量为50‐60％；

所述的颜料为粒径在30‐50μm的石墨；

所述的云母为粒径在30‐40μm的白云母粉；

所述的防沉剂为气相二氧化硅；

以质量百分比计，所述的溶剂为20‐80％的二丙酮醇和20‐80％的丁酯的混合物；

所述的分散剂为BYK‐ATU类润湿分散剂；

所述的流平剂为有机硅类流平剂。

优选地，所述的氮化铝为粒径在1‐5μm的氮化铝粉末。

所述的碳纤维为粒径为7‐9μm，长度为20‐40μm的碳纤维粉末。

所述的气相二氧化硅的粒径为3‐10μm。

所述的BYK‐ATU类润湿分散剂为BYK‐110，主要成分为不饱和多元胺酰胺和低分子量酸性聚酯盐。

所述的流平剂为BYK‐310。

所述用于LED灯散热涂料的制备方法：加入原料组分，氨基树脂最后加入，充分混合，加入锆珠碾磨，经分散机以1000‐1500转/分的转速研磨1‐2小时后，用200‐400目筛网过滤去杂质，得到散热涂料。所述锆珠为65锆珠，粒径为0.4‐1mm，加入量为原料总重1‐1.5倍。

应用时，将过滤好的散热涂料，用溶剂调至适当的黏度，充分搅拌1‐2分钟后倒入口喷枪；涂料的喷涂黏度用GB/T1723‐1993法测定，其值为10‐18s。用喷枪对LED灯器件表面进行喷涂，使散热涂料均匀覆盖器件表面；所使用的喷枪型号为ANNEST IWATANEW71‐1G，喷涂压力为0.3‐0.6MPa。流平后，置于(130‐180)℃的烘烤箱内烘烤(0.5‐1)小时，固化成膜。述喷涂散热涂料的涂层厚度优选为40‐100μm。

本发明所述的丙烯酸树脂为羟值在2‐5之间的中羟基丙烯酸树脂，以质量百分比计，固含量为40‐50％；所述的氨基树脂为脲醛树脂，以质量百分比计，固含量为50‐60％；选用水溶性丙烯酸‐氨基树脂体系成膜，形成的涂层具有良好的耐候性及机械性能，且采用双组分反应成膜，氨基树脂的后加入，有利于使填料更好的分散于涂膜中。

本发明所述的氮化铝为粒径在1‐5μm的氮化铝粉末，其具有高导热性，且机械性能很好；所述的碳纤维为粒径在7‐9μm，长度在20‐40μm的碳纤维粉末，碳纤维粉末在长度方向上具有很高的导热系数，且其本身辐射率高；所述的颜料为粒径在30‐50μm的石墨，石墨具有很强的着色力，而且石墨的加入可以减少碳纤维所受的切向力，降低碳纤维的脱落趋势，从而使碳纤维更有效地分散在基体内部，同时材料的摩擦系数也明显降低，附着力明显提高。所述的云母为粒径在30‐40μm的白云母粉，白云母粉具有优异的红外辐射能力，化学性质稳定，云母的加入可以与氮化铝、碳纤维形成良好的辐射致冷层，也可减少光和热对涂膜的破坏，增加涂层的耐酸、碱性能。

本发明所述的防沉剂为市售气相二氧化硅，其粒径为3‐10μm，其可以很好的防止填料的聚沉，使填料在树脂中持续保持良好的分散态；所述的溶剂为20‐80％的二丙酮醇和20‐80％的丁酯的混合物，二丙酮醇为快干溶剂，丁酯为慢干溶剂，两者混合使用可以更好的达到溶解、稀释的效果。所述的分散剂为BYK‐ATU类润湿分散剂，其型号为BYK‐110，主要成分为不饱和多元胺酰胺和低分子量酸性聚酯盐，其可以促进填料在树脂中的分散；所述的流平剂为有机硅类流平剂，型号BYK‐310，其可以在涂膜固化中避免出现缩孔等不良现象。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)本发明以水溶性的丙烯酸‐氨基体系为主要成膜物质，形成的涂层具有良好的耐候性；

2)本发明以双组分反应成膜，有利于使填料更好的分散于涂膜中；且本发明原料中氮化铝、碳纤维、石墨及云母能互相协同配合发挥作用；石墨可以减少碳纤维所受的切向力，降低碳纤维的脱落趋势，使得碳纤维更好的分散于基体内；云母、氮化铝及碳纤维之间可以形成良好的辐射致冷层，且形成的涂层具有良好的耐酸碱性及机械性能。

3)本发明原料中，氮化铝、碳纤维、石墨及云母，具有高导热、高辐射性能，且相互作用，使得涂层具有较好的导热性、辐射性，将涂料喷涂于LED器件表面，能较大幅度降低器件表面的温度，降温效果明显；

4)本发明所得涂层具有优良的机械性能和保护功能；在起到辐射降温的同时，也有良好的防水、耐候等特点。

5)本发明方法制作过程简便，使用方便。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明的实施方式不限如此。下面实施例制得的LED灯的散热涂料性能测试方法如下：

将实施例配制的LED灯的散热涂料，在湿度为50-80％条件下使用ANNEST IWATANEW71‐1G空气喷枪对检测板进行喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220‐250℃×20‐30min，干膜厚度为30‐50μm。得到的散热涂层需要检测的内容有：硬度、附着力、耐温、辐射率及导热系数等。具体检测标准如表1所示。

表1

检测项目	检测标准	检测方法
			硬度	≥H	GB/T6739-1996

附着力	≤1	GB/T9286
			耐温	150℃×100h不掉漆	GB/T1720
辐射率	＞0.8	红外光谱
			导热系数	大于1w/m.k	换热实验测试

实施例1

原料：羟值为3、以质量百分比计，固含量为50％的丙烯酸树脂30g；以质量百分比计，固含量为60％的脲醛树脂(即氨基树脂)20g；粒径3‐5μm的氮化铝粉末10g；粒径300目的碳纤维粉末5g；粒径30‐40μm的石墨5g；粒径30μm的云母10g；粒径3‐5μm的气相二氧化硅1g；二丙酮醇溶液9g；丁酯溶液7.5g；BYK‐110分散剂2g及BYK‐310流平剂0.5g。

将上述组分充分混合在一起，氨基树脂加在最后，边加入边分散，再加入粒径0.5mm的65研磨锆珠120g，经多用研磨分散机以1300转/分的转速研磨，用细度计测定其细度至30μm停止研磨，用300目筛网过滤，即得到目标涂料；

制备后，将所配涂料的黏度用丁酯调至14s，在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW71-1G空气喷枪对检测板进行喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220℃×30min，干膜厚度为50μm。检测结果如表2所示：

表2

检测内容	检测结果
		硬度	H
附着力	1
		耐温	200℃*200h不掉漆
辐射率	0.89
		导热系数	1.7w/m.k

实施例2

原料：羟值为5、以质量百分比计，固含量为40％的丙烯酸树脂40g；以质量百分比计，固含量为50％的脲醛树脂(即氨基树脂)10g；粒径3‐5μm的氮化铝粉末8g；粒径300目的碳纤维粉末10g；粒径30‐40μm的石墨5g；粒径30μm的云母8g；粒径3‐5μm的气相二氧化硅1g；二丙酮醇溶液8.5g；丁酯溶液7g；BYK‐110分散剂1g及BYK‐310流平剂1.5g。

制备后，将所配涂料黏度用丁酯调至调至13s，在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW71-1G空气喷枪对检测板进行喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为240℃×25min，干膜厚度为45μm。检测结果如表3所示：

表3

检测内容	检测结果
		硬度	2H
附着力	0
		耐温	200℃*200h不掉漆
辐射率	0.83
		导热系数	1.83w/m.k

实施例3

原料：取羟值为2、，以质量百分比计，固含量为45％的丙烯酸树脂45g；以质量百分比计，；固含量为55％的脲醛树脂(即氨基树脂)10g；粒径3‐5μm的氮化铝粉末5g；粒径300目的碳纤维粉末12g；粒径30‐40μm的石墨4g；粒径30μm的云母5g；粒径3‐5μm的气相二氧化硅1g；二丙酮醇溶液9g；丁酯溶液6.5g；BYK‐110分散剂1.5g及BYK‐310流平剂1g。

制备后，将所配涂料黏度用丁酯调至调至16s，在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW71-1G空气喷枪对检测板进行喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220℃×20min，干膜厚度为30μm。检测结果如表4所示：

表4

检测内容	检测结果
		硬度	H
附着力	1
		耐温	200℃*200h不掉漆
辐射率	0.87
		导热系数	1.79w/m.k

实施例4

原料：羟值为4、以质量百分比计，固含量为50％的丙烯酸树脂35g；以质量百分比计，固含量为55％的脲醛树脂(即氨基树脂)15g；粒径3‐5μm的氮化铝粉末8g；粒径300目的碳纤维粉末10g；粒径30‐40μm的石墨5g；粒径30μm的云母5g；粒径3‐5μm的气相二氧化硅2g；二丙酮醇溶液9.5g；丁酯溶液7.5g；BYK‐110分散剂1g及BYK‐310流平剂2g。

制备后，将所配涂料黏度用丁酯调至调至15s，在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW71-1G空气喷枪对检测板进行喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为250℃×30min，干膜厚度为40μm。检测结果如表5所示：

表5

检测内容	检测结果
		硬度	2H
附着力	1
		耐温	200℃*200h不掉漆
辐射率	0.85
		导热系数	1.76w/m.k

从上述实施例1-4来看，本发明制备的散热涂料，附着力、硬度等机械性能很好，而一般市面上的散热涂料，附着力很差，说明本发明选用的材料具有很好的相容性，如石墨的加入可减少碳纤维所受的切向力，降低碳纤维脱落的趋势，云母的加入可以与氮化铝及碳纤维形成良好的辐射致冷层，增加涂层的耐酸碱等机械性能；涂层的辐射率较高，导热系数较大，说明本发明选用的高导高辐射的填料能很好的表达其效果，意味着填料能很好的分散于涂层中，这与选用双组分丙烯酸-氨基树脂反应成膜直接相关，并且选用丙烯酸-氨基树脂成膜，形成的涂层具有良好的耐候性及机械性能，非常适用于LED这种使用寿命长的器件，将该涂料喷涂于LED散热器上，可以有效的降低LED芯片的温度。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。因此，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种用于LED灯散热涂料，其特征在于：按质量百分比计，该涂料的原料包括如下组分：30～55％的丙烯酸树脂、10～20％的氨基树脂、5～10％的氮化铝、2-15％的碳纤维、3～8％的颜料、5～15％的云母、1～2％的防沉剂、10～20％的溶剂、1～2％的分散剂及0.5～2％流平剂；

所述的丙烯酸树脂为羟值在2-5之间的中羟基丙烯酸树脂，以质量百分比计，固含量为40-50％；所述的氨基树脂为脲醛树脂，以质量百分比计，固含量为50-60％；

所述的颜料为粒径在30-50μm的石墨；

所述的云母为粒径在30-40μm的白云母粉；

所述的防沉剂为气相二氧化硅；

以质量百分比计，所述的溶剂为20-80％的二丙酮醇和20-80％的丁酯的混合物；

所述的分散剂为BYK-ATU类润湿分散剂；

所述的流平剂为有机硅类流平剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于LED灯散热涂料，其特征在于，所述的氮化铝为粒径在1-5μm的氮化铝粉末。

3.根据权利要求1所述的一种用于LED灯散热涂料，其特征在于，所述的碳纤维为粒径为7-9μm，长度为20-40μm的碳纤维粉末。

4.根据权利要求1所述的一种用于LED灯散热涂料，其特征在于，所述的气相二氧化硅的粒径为3-10μm。

5.根据权利要求1所述的一种用于LED灯散热涂料，其特征在于，所述的BYK-ATU类润湿分散剂为BYK-110，主要成分为不饱和多元胺酰胺和低分子量酸性聚酯盐。

6.根据权利要求1所述的一种用于LED灯散热涂料，其特征在于，所述的流平剂为BYK-310。

7.权利要求1-6任一项所述用于LED灯散热涂料的制备方法，其特征在于：加入原料组分，氨基树脂最后加入，充分混合，加入锆珠碾磨，经分散机以1000-1500转/分的转速研磨1-2小时后，用200-400目筛网过滤去杂质，得到散热涂料。

8.根据权利要求7所述用于LED灯散热涂料的制备方法，其特征在于，所述锆珠为65锆珠，粒径为0.4-1mm，加入量为原料总重1-1.5倍。