CN108587219A - 石墨烯树脂复合材料及其在led灯杯中的用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨烯散热树脂复合材料的制备方法及在LED灯杯中的应用，其步骤如下：将石墨烯粉末与树脂母粒、增塑剂、稳定剂、润滑剂等混合均匀，加热熔化成熔体后，进行造粒切粒，得到石墨烯树脂复合材料，然后加工成LED灯杯。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、传统塑料灯杯的散热性较差，树脂的导热系数在0.2～1W/m·K，石墨烯的导热系数为5000W/m·K，在树脂中加入石墨烯母粒之后，增大了树脂的导热系数，因此石墨烯基灯杯具有更好的散热性能，使用寿命更长；2、另外灯杯的材质一般由LED灯的功率决定，低功率采用塑料制品，高功率一般采用铝制品，石墨烯基灯杯具有更好的散热性能，因此可以应用到更大功率的LED灯上。

Description

石墨烯树脂复合材料及其在LED灯杯中的用途

技术领域

本发明涉及一种石墨烯树脂复合材料及其在LED灯杯中的用途，属于LED灯具技术领域。

背景技术

随着科技的发展，人们对生活有了更高质量的要求，照明灯作为人们取光的重要途径，到现在也经历过无数的变革，从最初的火把、动物油灯、植物油灯、蜡烛、煤油灯到白炽灯、日光灯，发展到现在琳琅满目的装饰灯、节能灯等，可以说一部照明的历史正是人类发展历史的见证。现在最普遍使用的LED灯也仍然继续处于变革创新当中，LED的散热问题是创新研发的关键。

石墨烯是本世纪最具颠覆性的新材料，两位成功分离出单层石墨烯的科学家，因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。经过检测发现，石墨烯具有非常优异的导热功能，导热系数高达5000(W/m·K)，可以作为散热材料应用于相关散热领域。根据相关物理定律，电灯的发光与发热是互相关联的，电灯在发光的同时会产生相应的热量，而这些散失热量会加快电灯材料的老化，缩短灯泡的使用寿命。

譬如专利201620573690.4涉及一种不仅使用效果好、寿命长，而且散热速度快、效果好，同时使用安全高的LED散热灯泡，包括喇叭形灯杯、灯头和透光罩，所述喇叭形灯杯上端旋接有灯头且喇叭形灯杯下端安装有透光罩，所述喇叭形灯杯内设有电源驱动电路板和LED灯珠组件且LED灯珠组件位于电源驱动电路板正下方，所述电源驱动电路板和LED灯珠组件间设有塑料纸，所述喇叭形灯杯外表面呈环形设置有多个条形散热凹槽，所述多个条形散热凹槽中分别开有一个贯通喇叭形灯杯内、外壁面的通孔且多个通孔正对电源驱动电路板。专利201710261193.X提供了一种LED散热灯罩，包括灯罩主体和灯体结合部，所述灯罩主体的底部与灯体结合部连接，所述灯罩主体内部设有LED光源腔体，LED光源腔体的下方设有散热块，LED光源腔体内放置有LED光源板，LED光源板底部与散热块连接，散热块与LED光源板底部之间的缝隙中填充有导热胶，导热胶的制作配方中含有萜烯树脂、酚醛树脂、硅酸钠、纳米氢氧化铝、纳米氧化铝、石墨烯、硅烷偶联剂和乙醇，灯罩主体内部是实体，其具有结构简单合理、功能实用、散热性能好、能够有效的保证使用寿命的优点。专利201620419314.X具体涉及一种LED散热装置。所述LED散热装置包括散热体和散热片，所述散热片环绕分布于散热体的外侧，所述散热片的外表面还设有波纹结构，所述LED散热装置还包括防划结构，所述防划结构设于散热片的末端。

发明内容

针对现有技术中树脂散热效果不足的缺陷，本发明的目的是提供一种石墨烯散热树脂复合材料及其在LED灯杯中的用途。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种石墨烯树脂复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

将石墨烯粉末与树脂母粒混匀后，加热熔化成熔体后，进行造粒、切粒，得到石墨烯树脂复合材料。

作为优选方案，所述石墨烯粉末的单层率不低于95％，片层厚度为0.3～10nm。

作为优选方案，所述石墨烯粉末的制备方法包括氧化还原法、机械剥离法、液相剥离法、低压化学气相沉积法和常压化学气相沉积法中的一种。

作为优选方案，所述树脂母粒在与石墨烯粉末混合前先在80℃下进行干燥。

作为优选方案，所述树脂母粒为树脂，所述加热的温度为200～280℃。

作为优选方案，所述石墨烯粉末的重量与总材料重量的比为(0.01～0.1)：(1～5)。

第二方面，本发明提供了一种由前述的制备方法得到的石墨烯树脂复合材料。

第三方面，本发明提供了一种如前述的石墨烯树脂复合材料在LED灯杯中的用途。

第四方面，本发明提供了一种如前述的LED灯杯的制备方法，其包括如下步骤：

将所述石墨烯树脂复合材料加热熔化后，注射入已预热至80～90℃的模具内，定型、冷却、脱模即可。

作为优选方案，所述注射的压力为750～1250bar。

树脂母粒，是半透明或不透明乳白色粒子，具有热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好等特性，一般用于汽车零部件、机械部件、电子电器产品、工程配件等产品。纯树脂的导热系数一般在0.2(W/m·K)左右，在树脂中添加一些导热助剂后，树脂材料的导热系数可以达到0.3～1.0(W/m·K)。

石墨烯是本世纪最具革命性的新材料，石墨烯本身具有较强的导热系数，最高可达5000W/(m·K)以上，通过在塑料中加入石墨烯可以增加材料的导热系数，从而大大提高了材料的导热性能。LED灯杯的制作材料主要有金属和塑料两种，通常20W以下的灯杯一般用塑料，20W以上的灯杯一般用铝制灯杯，石墨烯的加入可以提高塑料灯杯的应用范围。塑料比金属的具体优势如下：

1、质量轻，在室内照明中，灯具的重量对很多方面都有影响，比如重量增加会加大灯具的安装、运输难度，也会对人身安全造成隐患等。纯铝的密度为2700kg/m³，铝合金的密度将会更大，而导热塑料的密度为1420kg/m³左右，约为铝合金的一半，所以在外形相同的情况下，重量也仅为铝合金的一半左右；

2、环保和安全，在塑料外壳的生产过程中，几乎不会产生什么有毒污染，而铝壳在生产中经常会有电镀的工序，而电镀产生的废液中的金属会对水源和土壤造成严重的污染。安全方面塑料为绝缘材质，不用担心因为灯的外壳导电而产生的安全隐患。在耐高压测试方面，塑料具有绝对的优势；

3、模具形状多样，塑料的流动性很好，所以可以生产很薄的部件，以及设计更加复杂的形状。铝壳的主要生产方法是压铸或拉伸成型，在生产过程中无法进行较复杂形状的加工。另外在表观效果来说，注塑产品会更加漂亮，还可以进行个性化加工；

4、加工方便，塑料导热材料与其他塑料件一样，可以一次成型，无需后加工，而且在注塑成型时，模具可设计一次多用，所以工作效率很高。铝材料在挤出成型后往往还要有去毛边的程序，如果对外形的要求比较高的话，铝材料还要进行镀镍等工序，加工周期还将增长；

5、易安装隔离启动，启动系统简化在外壳为铝合金时，由于外壳导电，内部必须采用隔离启动系统，塑料本身绝缘，所以用作散热系统时可以采用非隔离启动系统，由于非隔离系统相对于隔离系统来说不仅成本较低而且体积较小，这样不仅可以降低成本而且所占空间会更小；

6、系统成本较低，单位质量的导热塑料价格必然是高于铝的，但系统成本却持平或较低，且数量越大，塑料的成本优势越明显。另外，塑料导热材料目前处于一个初级阶段，将来的价格随产业的发展和产品量的增加一定会降低，而铝作为有色金属的价格却不太可能有明显的降低。塑料降低成本主要体现在加工费用方面。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、对比传统的LED灯杯而言，塑料灯杯的散热性较差，树脂的导热系数在0.2～1(W/m·K)，石墨烯的导热系数为5000(W/m·K)，而在树脂中加入石墨烯母粒之后，树脂的导热系数大大增加，因此石墨烯基灯杯具有更好的散热性能；

2、另外灯杯的材质一般由LED灯的功率决定，低功率采用塑料制品，高功率一般采用铝制品，石墨烯基灯杯具有更好的散热性能，因此可以应用到更大功率的LED灯上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种石墨烯树脂复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

将经过氧化还原法制备的石墨烯粉末(单层率不低于95％，片层厚度为0.3～10nm)，与树脂母粒、增塑剂、稳定剂、润滑剂进行混合，在200～280℃下进行熔化，经过造粒、切粒和冷却，得到石墨烯树脂复合材料。

实施例2

本实施例涉及一种石墨烯树脂复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

将经过机械剥离法制备的石墨烯粉末(单层率不低于95％，片层厚度为0.3～10nm)，与树脂进行混合，在200～280℃下进行熔化，经过造粒、切粒和冷却，得到石墨烯树脂复合材料，其中，石墨烯的重量与是石墨烯树脂复合材料的重量比为0.01～0.1。

实施例3

本实施例涉及一种石墨烯基LED灯杯的制备方法，具体包括如下步骤：

将实施例1制备的石墨烯树脂复合材料熔化后，以750～1250bar的压力高速注入已预热至80～90℃的模具，经过定型、冷却、脱模即可。

经检测，石墨烯基LED灯杯的导热系数为20(W/m·K)。

对比例1

本对比例涉及一种LED灯杯的制备方法，本方法与实施例3的方法不同之处仅在于，在树脂中未掺入石墨烯粉末，然后造粒切粒。经检测，相比纯树脂而言，石墨烯基LED灯杯的导热系数提高到20(W/m·K)。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (13)

1.一种石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将石墨烯粉末与树脂母粒、增塑剂、稳定剂、润滑剂混匀后，加热熔化成熔体后，进行造粒、切粒，得到石墨烯树脂复合材料，然后加工成LED灯杯。

2.如权利要求1所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粉末的单层率不低于95％，片层厚度为0.3～10nm。

3.如权利要求1或2所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粉末的制备方法包括氧化还原法、机械剥离法、液相剥离法、低压化学气相沉积法和常压化学气相沉积法中的一种。

4.如权利要求1所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂母粒在与石墨烯粉末混合前先在80℃～100℃下进行干燥。

5.如权利要求1或4所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述母粒为树脂，所述加热的温度为200～280℃。

6.如权利要求1所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粉末的重量与总复合材料重量比为(0.01～0.1)：(1～5)。

7.如权利要求1所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、苯甲酸酯类、多元醇酯类、氯化烃类、环氧类、柠檬酸酯类、聚酯类中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为硬脂酸盐、环氧树脂的一种或几种。

9.如权利要求1所述的石墨烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂醇、褐煤酸、钙镁盐的一种或几种。

10.一种由权利要求1～9中任一项所述的制备方法得到的石墨烯树脂复合材料在LED灯杯中的用途。

11.一种如权利要求10所述的LED灯杯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述石墨烯树脂复合材料加热熔化后，注射入已预热至80～90℃的模具内，定型、冷却、脱模即可。

12.如权利要求10所述的LED灯杯的制备方法，其特征在于，所述注射的压力为750～1250bar。

13.一种如权利要求1～9所制备的石墨烯树脂复合材料在其它散热器具上的应用。