导热塑料在汽车灯具LED散热器上的应用探究[吴晓兰,颜许]

编辑注：目前在LED散热领域，为了降低成本，也有在塑料中添加石墨等导热材料的产品。看到这篇文献，就转过来给大家参考一下。这个是2017年底的文献，2018年发表的。

摘要：

在车灯行业，LED散热器的基材普遍使用传统的金属材料。 现有的金属导热材料虽然散热效果好， 但存在的缺点：

1>质量大

2>成 本高

需寻找一种散热效果接近金属材料， 并能满足汽车灯具散热要求、 成本低的新型导热材料作为替代品。 

选取PA66TT6600-5001作为散热器基材， 加工成型后进行点亮试验并与传统金属铝材料作比较。

结果表明： 对于低功率的 LED， 导热塑料的散热效果接近于金属铝； 而对于大功率的LED， 导热塑料的散热效果要低于金属铝。

因此导热塑料在汽车灯具LED散热器上的应 用还将面临挑战。 

关键词： 汽车灯具； 导热塑料；LED散热器 

中图分类号： TS956 文献标志码： Ｂ 文章编号：1674-1986(2018)11-086-02

0 引言 

随着科学技术和工业生产的发展， 导热塑料材料被广泛应 用于换热工程、 采暖工程等领域。 电子电器工业也是应用导热塑料较多的一个领域， 主要用来制造要求较高的导热电路板， 也用作输送、 封闭、 装饰等， 在某些制品固化时的尺寸稳定性上也有应用。 现在， 人们对导热材料提出了新的要求， 希望导热材料具 有更优良的综合性能。 在车灯行业， 导热材料应用还较少， 目前LED的导热塑料在欧美的车灯厂已经普及。 例如， 德国ZIZALA车灯厂在前灯远近光LED散热器上采用来提高散热效率， 土耳其 MARSOTO在雾灯LED散热器上也使 用PA66TT6600-5001材料来提高散热效率。 

1 试验部分 

以一款国内自主品牌的前雾灯作为试验对象， 这款车型生命周期为5年， 规划产量35万辆， 属于中档车， 预计售价为12~16万元。 

其前雾灯整体造型如图1所示。 

图1 某自主品牌前雾灯整体造型 

这款前雾灯的零件包括灯罩、 反射镜、 壳体、 散热器、 线 路板1、 线路板2、 旋转轴固定座、 线束、 驱动模块、 调节螺 母、 密封垫、 调光螺杆、 透气盖、 螺钉等。 散热器原使用铝合 金材料， 散热面积约 269cm2 。 其三维结构及安装状态如图2所示。

图 ２ 散热器三维结构及安装状态 

通过了解汽车灯具已有的应用材料，PolyOne导热材料在 实际应用中案例最多。 故通过一系列的材料性能对比后， 最终 选择PolyOne供应商提供的PA66TT6600-5001材料作为验证材 料。 材料的物性参数如表 １ 所示。 

表1 PA66TT6600-5001性能数据

由于没有散热器的塑料加工的模具， 故考虑将材料加工成大体积的样块， 然后通过机加工成图2的形状。 样块在工装车 间用机床铣出来， 固定在工装上先加工一面， 然后反转， 再加工另一面， 加工精度有待提高， 但总体效果比较理想。 加工后 的导热塑料材料散热器如图3所示。

图3 导热塑料加工的散热器

同时LED线路板分别布置4个热电偶， 具体位置如图4所 示。 散热器与线路板之间采用导热脂粘接。

图4 热电偶的布点位置示意图 

2 点亮测试对比结果 

分别对安装铝材料散热器、 导热塑料材料散热器的前雾灯 总成做常温和高温点亮 （70℃ ，1ｈ）， 为了更好地对比， 通过 驱动线路板将LED的点亮功率分别调为0.5、 1.5、 ２Ｗ， 分别点亮1h后， 用温度测量仪记录热电偶的温度数据， 试验数据 如表2所示。 

表2点亮1h后的温度对比结果

从表2可以看出： 不同功率LED在常温、 高温下点亮， 导热塑料材料温度比铝合金材料要高1~9℃ ， 也就是说导热塑料 的散热效果比铝材料稍差一些； 但是对于低功率LED， 测试结 果还是比较近似的， 尤其功率在0.5W以下。 

3 结论 

通过对安装导热塑料PA66TT6600-5001和铝合金散热器的前雾灯总成做常温、 高温点亮测试过程中温度的对比， 数据显示导热塑料的散热效果比铝材料稍差一些， 但对于低功率的LED， 导热塑料的散热效果接近于金属铝， 而对于大功率的LED， 导热塑料的散热效果要低于金属铝， 导热塑料在汽车灯具上LED散热器上的应用还将面临挑战。 但由于塑料在设计、 加工上的灵活性， 以及汽车轻量化的需要， 导热塑料材料在汽 车灯具上的应用将是未来比较热门并值得深入探讨的一个话题。