CN107674432A - 一种节能led灯用散热材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能LED灯用散热材料，由如下重量份的组分组成：磷化镓10‑15份，硼化硅10‑15份，偶联剂3‑5份，铝纤维10‑15份，铜掺杂石墨烯10‑15份，铜掺杂纳米金刚石粉10‑15份，氟硅树脂100份。所述偶联剂为KH570、KH550、KH560、KH151、KH171中的一种或几种；本发明公开的一种节能LED灯用散热材料具有高导热、低膨胀特性、对环境散热能力高、稳定的优异特征。

Description

一种节能LED灯用散热材料
技术领域
本发明涉及散热技术领域，特别是涉及一种节能LED灯用散热材料。
背景技术
LED具有节能、安全、环保、高亮度、低能耗的优势，被誉为第四代光源。利用LED制备而成的节能LED灯已经逐渐取代荧光灯进入了人们的日常生活中，特别是随着社会的进步及人们对能源问题和环境问题认识上的深入，节能LED灯引起了大众的广泛关注，业内对提高节能LED灯性能的兴趣也越来越浓烈。
节能LED灯在制作过程中会使用到大量散热材料，包括LED光学透镜、光反射和光漫射板、LED晶片的封装元件、高效散热元件等。这些散热材料的性能至关重要，其直接影响着节能LED灯使用寿命和照明效果。一直一来，散热不良导致的电源损坏、寿命减短、光衰加快是制约LED节能灯快速发展的首要因素。现有常见的LED散热材料主要是由铝、铜等金属材料制成，在实际使用中存在成本限制、绝缘性能不够等缺点。作为改进，现有技术中也出现了塑料、陶瓷等种类的散热材料，这些材料都无法同时满足节能LED散热器材料所需的绝缘性好、膨胀系数低、导热系数大、散热效果好、质轻和机械性能好的优点。
因此，业内亟需一种更为有效的材料配方，使材料达到更为良好的散热效果，改善节能LED灯的使用性能，延长使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种节能LED灯用散热材料，该散热材料结合了石墨烯、铜、铝纤维、磷化镓、纳米金刚石粉、氟硅材料良好的导热、散热性能，纳米金刚石的加入又会赋予材料较大的硬度，P和C的协同作用使得材料具有较好的抗氧化性；另外，各组分配方协同作用，使得材料具有高导热、低膨胀特性、对环境散热能力高、稳定的优异特征。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种节能LED灯用散热材料，由如下重量份的组分组成：
其中，铜掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：
1)石墨烯表面修饰：将石墨烯分散在乙腈中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷，在室温下搅拌1-2小时后，加入三聚氰胺，在60-80℃下回流反应5-7小时，然后过滤，用乙醇洗5-7次，放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥8-10小时；
2)铜掺杂石墨烯的制备：将步骤1)中的产物浸泡在50-60℃下的1-3mol/L的氯铜酸的水溶液中20-30小时，然后放入在50-60℃下的5-8mol/L的硼氢化钠的水溶液中20-30小时，然后过滤，取滤饼放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥12-15小时；
进一步地，步骤1)中所述石墨烯、乙腈、三乙氧基氯硅烷、三聚氰胺的质量比为：(6-8)：(30-40)：3：1；
铜掺杂纳米金刚石粉的制备方法包括如下步骤：
1)纳米金刚石粉表面修饰：将纳米金刚石粉分散在乙腈中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷，在室温下搅拌1-2小时后，加入三聚氰胺，在60-80℃下回流反应5-7小时，然后过滤，用乙醇洗5-7次，放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥8-10小时；
2)铜掺杂纳米金刚石粉的制备：将步骤1)中的产物浸泡在50-60℃下的1-3mol/L的氯铜酸的水溶液中20-30小时，然后放入在50-60℃下的5-8mol/L的硼氢化钠的水溶液中20-30小时，然后过滤，取滤饼放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥12-15小时；
进一步地，步骤1)中所述纳米金刚石粉、乙腈、三乙氧基氯硅烷、三聚氰胺的质量比为：(6-8)：(30-40)：3：1；
所述偶联剂为KH570、KH550、KH560、KH151、KH171中的一种或几种。
一种节能LED灯，采用所述LED灯用散热材料作为散热材料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明公开的节能LED灯用散热材料，结合了石墨烯、铝纤维、铜、硼化硅、磷化镓、纳米金刚石粉、氟硅材料良好的导热、散热性能，协同作用能赋予材料优异的导热散热性能；
(2)本发明公开的节能LED灯用散热材料，里面还有P、C等元素，有利于提高材料的抗氧化性，进而延长节能LED灯使用寿命，不需要额外添加抗氧化剂；
(3)本发明公开的节能LED灯用散热材料，加入了纳米金刚石成分和铝纤维，使得材料具有高的硬度和机械性能；
(4)本发明公开的节能灯用散热材料，用铜掺杂石墨烯和纳米金刚石粉，一方面有利于石墨烯和纳米金刚石粉的分散，另一方面，有利于铜分散均匀；
(5)本发明公开的节能灯用散热材料，通过各组分配方的协同作用，使得材料具有高导热、低膨胀特性、对环境散热能力高、稳定的优异特征；
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种节能LED灯用散热材料，由如下重量份的组分组成：
其中，铜掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：
1)石墨烯表面修饰：将石墨烯60g分散在乙腈300g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌1小时后，加入三聚氰胺10g，在60℃下回流反应5小时，然后过滤，用乙醇洗5次，放入60℃下的真空干燥箱中干燥8小时；
2)铜掺杂石墨烯的制备：将步骤1)中的产物浸泡在50℃下的1mol/L的氯铜酸的水溶液中20小时，然后放入在50℃下的5mol/L的硼氢化钠的水溶液中20小时，然后过滤，取滤饼放入60℃下的真空干燥箱中干燥12小时；
铜掺杂纳米金刚石粉的制备方法包括如下步骤：
1)纳米金刚石粉表面修饰：将纳米金刚石粉65g分散在乙腈320g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌1.2小时后，加入三聚氰胺10g，在65℃下回流反应6小时，然后过滤，用乙醇洗6次，放入65℃下的真空干燥箱中干燥9小时；
2)铜掺杂纳米金刚石粉的制备：将步骤1)中的产物浸泡在55℃下的2mol/L的氯铜酸的水溶液中23小时，然后放入在55℃下的6mol/L的硼氢化钠的水溶液中24小时，然后过滤，取滤饼放入66℃下的真空干燥箱中干燥14小时；
一种节能LED灯，采用所述LED灯用散热材料作为散热材料。
实施例2
一种节能LED灯用散热材料，由如下重量份的组分组成：
其中，铜掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：
1)石墨烯表面修饰：将石墨烯70g分散在乙腈350g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌1.5小时后，加入三聚氰胺10g，在70℃下回流反应6小时，然后过滤，用乙醇洗6次，放入70℃下的真空干燥箱中干燥9小时；
2)铜掺杂石墨烯的制备：将步骤1)中的产物浸泡在55℃下的2mol/L的氯铜酸的水溶液中25小时，然后放入在55℃下的7mol/L的硼氢化钠的水溶液中25小时，然后过滤，取滤饼放入70℃下的真空干燥箱中干燥14小时；
铜掺杂纳米金刚石粉的制备方法包括如下步骤：
1)纳米金刚石粉表面修饰：将纳米金刚石粉72g分散在乙腈380g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌1.8小时后，加入三聚氰胺10g，在72℃下回流反应7小时，然后过滤，用乙醇洗7次，放入70℃下的真空干燥箱中干燥9小时；
2)铜掺杂纳米金刚石粉的制备：将步骤1)中的产物浸泡在57℃下的3mol/L的氯铜酸的水溶液中27小时，然后放入在58℃下的6mol/L的硼氢化钠的水溶液中29小时，然后过滤，取滤饼放入75℃下的真空干燥箱中干燥14小时；
一种节能LED灯，采用所述LED灯用散热材料作为散热材料。
实施例3
一种节能LED灯用散热材料，由如下重量份的组分组成：
其中，铜掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：
1)石墨烯表面修饰：将石墨烯74g分散在乙腈340g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌2小时后，加入三聚氰胺10g，在70℃下回流反应7小时，然后过滤，用乙醇洗7次，放入77℃下的真空干燥箱中干燥10小时；
2)铜掺杂石墨烯的制备：将步骤1)中的产物浸泡在60℃下的3mol/L的氯铜酸的水溶液中20小时，然后放入在50℃下的8mol/L的硼氢化钠的水溶液中27小时，然后过滤，取滤饼放入76℃下的真空干燥箱中干燥13小时；
铜掺杂纳米金刚石粉的制备方法包括如下步骤：
1)纳米金刚石粉表面修饰：将纳米金刚石粉78g分散在乙腈400g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌1.3小时后，加入三聚氰胺10g，在68℃下回流反应7小时，然后过滤，用乙醇洗6次，放入70℃下的真空干燥箱中干燥10小时；
2)铜掺杂纳米金刚石粉的制备：将步骤1)中的产物浸泡在60℃下的3mol/L的氯铜酸的水溶液中27小时，然后放入在54℃下的8mol/L的硼氢化钠的水溶液中27小时，然后过滤，取滤饼放入70℃下的真空干燥箱中干燥15小时；
一种节能LED灯，采用所述LED灯用散热材料作为散热材料。
实施例4
一种节能LED灯用散热材料，由如下重量份的组分组成：
其中，铜掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：
1)石墨烯表面修饰：将石墨烯80g分散在乙腈400g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌2小时后，加入三聚氰胺10g，在80℃下回流反应7小时，然后过滤，用乙醇洗7次，放入80℃下的真空干燥箱中干燥10小时；
2)铜掺杂石墨烯的制备：将步骤1)中的产物浸泡在60℃下的3mol/L的氯铜酸的水溶液中30小时，然后放入在60℃下的8mol/L的硼氢化钠的水溶液中30小时，然后过滤，取滤饼放入80℃下的真空干燥箱中干燥15小时；
铜掺杂纳米金刚石粉的制备方法包括如下步骤：
1)纳米金刚石粉表面修饰：将纳米金刚石粉80g分散在乙腈400g中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷30g，在室温下搅拌2小时后，加入三聚氰胺10g，在80℃下回流反应7小时，然后过滤，用乙醇洗7次，放入80℃下的真空干燥箱中干燥10小时；
2)铜掺杂纳米金刚石粉的制备：将步骤1)中的产物浸泡在60℃下的3mol/L的氯铜酸的水溶液中30小时，然后放入在60℃下的8mol/L的硼氢化钠的水溶液中30小时，然后过滤，取滤饼放入80℃下的真空干燥箱中干燥15小时；
进一步地，步骤1)中所述纳米金刚石粉、乙腈、三乙氧基氯硅烷、三聚氰胺的质量比为：(6-8)：(30-40)：3：1；
一种节能LED灯，采用所述LED灯用散热材料作为散热材料。
对比例1
所述组分中磷化镓为0，其他组分及其比例，制备方法同实施例4。
对比例2
所述组分中硼化硅为0，其他组分及其比例，制备方法同实施例4。
对比例3
所述组分中铜掺杂石墨烯为0，其他组分及其比例，制备方法同实施例4。
对比例4
所述组分中铜掺杂纳米金刚石粉为0，其他组分及其比例，制备方法同实施例4。
对比例5
所述组分中铝纤维为0，其他组分及其比例，制备方法同实施例4。
对比例6
传统市售节能LED灯用散热材料。
对实施例1-4及对比实施例1-4进行实验测试，测试结果见表1所示。
(1)散热性：将此散热材料放置于80℃的恒温槽中，测量此散热材料由30℃加热至80℃所需要的时间t1秒。接着，将此散热材料放置于30℃的恒温槽中，测量此散热材料由80℃降温至30℃所需t2秒；
(2)拉伸强度测试：按照GB/T 1040-2006《塑料拉伸性能试验方法》进行测试；
(3)耐热性(马丁)实验：按照GB1035-1979进行测试；
(4)邵氏硬度：按照GB/T531-1992标准测试。
表1各实施例及对比例散热导热性能测试结果
从上表可以看出，本发明实施例散热材料拉伸强度在83-89MPa之间，耐热性(马丁)在230-300℃之间，邵氏硬度在92-105A之间，由30℃加热至80℃所需要的时间96-110秒之间，由80℃降温至30℃所需120-148秒之间；而传统市售散热材料拉伸强度在54MPa之间，耐热性(马丁)在120℃之间，邵氏硬度在64A之间，由30℃加热至80℃所需要的时间180秒之间，由80℃降温至30℃所需200秒之间，可见本发明公开的散热材料具有优异的机械性能、耐热性、硬度和散热性能，适合节能LED灯用；通过对比例1-5可以看出，本发明材料制备原料对材料性能均有贡献，其协同作用的结果使得本发明公开的散热材料具有优异的机械性能、硬度、耐热性和散热性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种节能LED灯用散热材料，其特征在于，由如下重量份的组分组成：
2.根据权利要求1所述的一种节能LED灯用散热材料，其特征在于，所述铜掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：
1)石墨烯表面修饰：将石墨烯分散在乙腈中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷，在室温下搅拌1-2小时后，加入三聚氰胺，在60-80℃下回流反应5-7小时，然后过滤，用乙醇洗5-7次，放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥8-10小时；
2)铜掺杂石墨烯的制备：将步骤1)中的产物浸泡在50-60℃下的1-3mol/L的氯铜酸的水溶液中20-30小时，然后放入在50-60℃下的5-8mol/L的硼氢化钠的水溶液中20-30小时，然后过滤，取滤饼放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥12-15小时。
3.根据权利要求2所述的一种节能LED灯用散热材料，其特征在于，所述石墨烯、乙腈、三乙氧基氯硅烷、三聚氰胺的质量比为：(6-8)：(30-40)：3：1。
4.根据权利要求1所述的一种节能LED灯用散热材料，其特征在于，所述铜掺杂纳米金刚石粉的制备方法包括如下步骤：
1)纳米金刚石粉表面修饰：将纳米金刚石粉分散在乙腈中，然后向其中加入三乙氧基氯硅烷，在室温下搅拌1-2小时后，加入三聚氰胺，在60-80℃下回流反应5-7小时，然后过滤，用乙醇洗5-7次，放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥8-10小时；
2)铜掺杂纳米金刚石粉的制备：将步骤1)中的产物浸泡在50-60℃下的1-3mol/L的氯铜酸的水溶液中20-30小时，然后放入在50-60℃下的5-8mol/L的硼氢化钠的水溶液中20-30小时，然后过滤，取滤饼放入60-80℃下的真空干燥箱中干燥12-15小时。
5.根据权利要求4所述的一种节能LED灯用散热材料，其特征在于，所述纳米金刚石粉、乙腈、三乙氧基氯硅烷、三聚氰胺的质量比为：(6-8)：(30-40)：3：1。
6.根据权利要求1所述的一种节能LED灯用散热材料，其特征在于，所述偶联剂为KH570、KH550、KH560、KH151、KH171中的一种或几种。
7.一种节能LED灯，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所的述LED灯用散热材料作为散热材料。
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