熱輻射材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種熱輻射材料，其中包含以下填料：二氧化鈦，重量百分比為10～45%；二氧化鋯，重量百分比為5～25%；氧化鎂，重量百分比為2～30%；稀土金屬氧化物，重量百分比為0.01～0.5%。其中該熱輻射材料的熱導(dǎo)率為0.34～1.5W/m·K，該熱輻射材料在40℃，4～14μm的紅外光譜區(qū)的紅外線發(fā)射率大于等于88%。本發(fā)明的熱輻射材料選擇能激發(fā)不同波段紅外線的二氧化鈦粉末和二氧化鋯粉末，且使用氧化鎂填料提升高分子摻混物的熱導(dǎo)率，使電子組件的熱能能夠很快加熱熱輻射材料，由此快速提升熱輻射材料的溫度，以增加其對外的熱輻射效率，且具有良好的傳導(dǎo)和輻射的散熱效果。
【專利說明】熱輻射材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于一種熱輻射材料，特別是關(guān)于兼具良好熱導(dǎo)率及發(fā)射率的熱輻射材 料。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于電子零件、發(fā)光二極管（LED)燈具或其它發(fā)熱組件而言，在某些應(yīng)用場合中， 因受限于周圍的溫度、環(huán)境、空間等因素，導(dǎo)致難以通過傳導(dǎo)、對流等方式對外界散熱，進而 需考慮使用熱輻射的方式，以大幅度地將熱能向外界傳導(dǎo)。
[0003] 以LED或相關(guān)燈具為例，LED具有尺寸小、易設(shè)計與低耗能的優(yōu)點。但LED缺點在 于LED點亮?xí)r會產(chǎn)生高熱，過高的溫度將造成LED的特性衰退。因此如何降低LED燈溫度， 提升效率與壽命，已然成為相當(dāng)重要的課題，另外，如果將LED應(yīng)用于崁燈、球泡燈時，燈具 的外殼將進一步限制熱能向外傳送，導(dǎo)致LED在大功率、高亮度、小尺寸的應(yīng)用受到限制。
[0004] 要使用熱福射方式將熱能向外界傳導(dǎo)可使用遠紅外線材料（Far-Infrared radiatingmaterial)。傳統(tǒng)的遠紅外熱福射材料包含氧化錯、二氧化鈦、二氧化娃等陶瓷 材料。但是，傳統(tǒng)輻射材料的熱導(dǎo)率不高，因此即便有良好的輻射發(fā)射率，在傳導(dǎo)和對流的 熱逸散方面，無法產(chǎn)生良好的協(xié)同作用，因而對于直接應(yīng)用于高熱組件，例如LED組件，仍 有一定的限制，而無法達到最佳效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 物體在溫度為絕對零度（_273°C)以上時，其中電子會產(chǎn)生振動。這種振動隨溫度 的升高而增加，這種振動使許多粒子發(fā)生沖撞，沖撞的結(jié)果使電子得到能量變成了激發(fā)的 狀態(tài)，使外層電子提高到較高的能階，以致使它脫離了原來的軌道。但是，電子在這種能階 上是不穩(wěn)定的，幾乎隨時就有跳回到原來軌道上的趨勢，即從不穩(wěn)定的較高能階回到原來 的較低能階，電子每往回跳一次就會產(chǎn)生一個量子能，釋放出輻射能。對于具有高輻射能力 的材料，輻射能以紅外線的形式輸出。因此，凡溫度高于絕對零度的任何物體，都會有紅外 線輻射。隨著輻射體材質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和溫度等諸條件的不同，其輻射波長也各不相同。在紅 外線輻射波段中，當(dāng)分子中的原子或原子團從高能量的振動狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低能量的振動狀態(tài) 時，會產(chǎn)生2. 5?25ym的遠紅外輻射。如果輻射源是由分子的轉(zhuǎn)動特性改變所引起的輻 射，則發(fā)生大于25ym的遠紅外輻射。實驗發(fā)現(xiàn)振動光譜的能量約為轉(zhuǎn)動光譜能量的100 倍。因此在遠紅外的波長選擇中，2. 5?25 的波段為高載能波，具有較好的應(yīng)用價值。
[0006] 就傳熱（heattransfer)機制而言，基本上包含傳導(dǎo)、對流及福射三者。而在需要 有效將熱逸散的高熱環(huán)境中，必須就將各種散熱機制作整體考慮。例如在LED照明的應(yīng)用 方面，使用高熱導(dǎo)材料增加熱傳導(dǎo)，或于外罩結(jié)構(gòu)采用散熱鰭片以增加熱對流等。本發(fā)明考 慮各傳熱機制間的相互影響，以期達到綜合的最佳散熱效果。
[0007] 本發(fā)明即利用遠紅外線特性提供一種熱輻射材料。相較于傳統(tǒng)的熱輻射材料，本 發(fā)明的熱輻射材料兼具良好的熱導(dǎo)率及輻射效率，提供熱逸散的協(xié)同作用，而特別適合于 高熱組件的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明提供了一種熱輻射材料，或稱遠紅外線輻射材料，其中包含以下填料：二 氧化鈦，重量百分比為10?45% ;二氧化锫，重量百分比為5?25% ;氧化鎂，重量百分比 為2?30% ;稀土金屬氧化物，重量百分比為0. 01?0. 5%。其中該熱輻射材料的熱導(dǎo)率為 0. 34?1. 5W/m?!(，該熱輻射材料的在40°C，4?14ym的紅外光譜區(qū)的紅外線發(fā)射率大于 等于88%。
[0009] -個實施方式中，前述熱輻射材料中的該各填料摻混于高分子聚合物中。該高分 子聚合物的重量百分比約為10?75%。
[0010] 一個實施方式中，該各填料的重量百分比總和在40?70%，且二氧化鈦和二氧化 鋯的重量百分比總和在35%?60%。
[0011] 一個實施方式中，該各填料的平均粒徑在0.lym至30iim之間。
[0012] 一個實施方式中，該稀土金屬氧化物包含氧化釔、氧化鑭、氧化釹或其混合物。
[0013] 此外，按不同應(yīng)用所需，前述熱輻射材料可另包含消泡劑、流平劑、偶聯(lián)劑或其混 合物。

【具體實施方式】
[0014] 為使本發(fā)明的上述和其它技術(shù)內(nèi)容、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出相關(guān) 實施例，作詳細說明如下。
[0015] 本發(fā)明的熱輻射材料使用P型與N型的陶瓷粉末，使該陶瓷粉末在受熱時能激發(fā) 出紅外線。進一步而言，選擇能激發(fā)不同波段紅外線的陶瓷粉末，包括紅外線中波段至長波 段（約7?20iim)可被激發(fā)的二氧化鈦粉末，二氧化鈦粉末同時具有反射紅外線的功能， 短波段至中波段（7ym以下）可以被激發(fā)的二氧化鋯粉末。另外，使用氧化鎂填料為提升 高分子摻混物的熱傳導(dǎo)率，使電子組件的熱能能夠很快加熱熱輻射材料，由此快速提升熱 輻射材料的溫度，以增加其對外的熱輻射效率。另外，使用稀土金屬填料（例如氧化釔、氧 化鑭、氧化釹或其混合物）以降低陶瓷粉末激發(fā)能階。
[0016] 下列粉末分別以于表1所示的配方混合而得到本發(fā)明熱輻射材料的填料組合，如 實施例1?4,以及未添加氧化鎂的比較例。其中數(shù)據(jù)為填料的重量份。二氧化鈦粉（顆粒大 ?。?. 1-0. 3iim);二氧化锫粉（顆粒大小約0. 3iim);氧化鎂粉（顆粒大?。?. 1-0. 3iim); 氧化鑭粉（顆粒大?。杭s〇. 3iim);氧化紀粉（顆粒大?。杭s0. 3iim);氧化釹粉（顆粒大?。?約0. 3ym)。本發(fā)明的熱福射陶瓷填料的粒徑可在0. 1?30ym之間，或可為3ym、5ym、 10ym$ 20ym。
[0017] 50重量份如表1所得的各種熱輻射材料填料組合與50重量份高密度聚乙烯 (HDPE)共同調(diào)配，并于200°C的樹脂溫度下，于Haake制造的混練擠壓機Haake-600中以 60rpm的轉(zhuǎn)速混煉10分鐘而得丸粒。將各組成物的丸粒通過擠壓機制成薄片，并通過熱壓 機由薄片生成厚1. 5mm的板。從如此所得的各板上切下尺寸為13mmX13mm的試驗件，于 40°C的溫度利用紅外線輻射光譜儀（德國BrukerOptikGmpH公司制造的VERTEX70FT-IR) 測量其紅外輻射。在4?14ym波長范圍的各次輻射測量值與在40°C黑色物體的理想輻射 之比，算出各輻射效率R。
[0018] 實際應(yīng)用上，摻混熱輻射填料的高分子聚合物可包含熱固型樹脂及/或熱塑型 塑料。熱固型樹脂包含：亞克力樹脂（Acrylic)、環(huán)氧樹脂（Epoxy)、酚醒樹脂（phenolic resins)、不飽和聚酯樹脂（unsaturatedpolyester)、聚氨酯（Polyurethane)。熱 塑型樹脂包含：聚乙烯（Polyethylene,PE)、聚丙烯（Polypropylene,PP)、聚碳酸酯 (Polycarbonate，PC)、聚對苯二甲酸丁二酯（Polybutyleneterephthalate，PBT)、聚對 苯二甲酸乙二酯（Polyethyleneterephthalate，PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (Acrylonitrilebutadienestyrene,ABS)、聚苯硫醚（Polyphenylenesulfide,PPS)、 聚氯乙烯（PolyVinylChloride，PVC)、聚乙烯醇（Polyvinylalcohol，PVA)、聚醚醚酮 (Polyetheretherketone，PEEK)、多聚甲醒（Polyoxymethylene，POM)、聚諷（Polysulfone, PSF)、聚醚諷（Polyethersulfone，PES)、聚苯乙烯（Polystyrene、PS)、聚氧化二甲苯 (Polyphenyleneoxide，PPO)、聚氨酯（Polyurethane，PU)、聚醜胺（Polyamide，PA)、聚亞 酰胺（Polyimide，PI)、聚醚酰亞胺（Polyetherimide，PEI)、聚醚酰亞胺與娃酮的嵌段共聚 合物（Polyetherimide/siliconeblockcopolymer)、苯氧基樹脂（Phenoxyresin)、聚酯 樹脂（Polyesterresin)、亞克力樹脂（Acrylicresin)。
[0019] [表 1]
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種熱輻射材料，包含以下填料： 二氧化鈦，重量百分比為10?45% ; 二氧化锫，重量百分比為5?25% ; 氧化鎂，重量百分比為2?30% ;以及 稀土金屬氧化物，重量百分比為〇. 01?〇. 5% ; 其中該熱輻射材料的熱導(dǎo)率為〇. 34?1. 5W/m · K ; 其中該熱福射材料在40°C，4?14 μ m的紅外光譜區(qū)的紅外線發(fā)射率大于等于88%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的熱輻射材料，其中該各填料摻混于高分子聚合物中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的熱輻射材料，其中該高分子聚合物的重量百分比為10?75%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的熱輻射材料，其中該各填料的重量百分比總和在40?70%， 且二氧化鈦和二氧化鋯的重量百分比總和在35%?60%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的熱輻射材料，其中該各填料的平均粒徑在0. 1 μ m至30 μ m之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的熱輻射材料，其中該稀土金屬氧化物包含氧化釔、氧化鑭、氧化釹 或其混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的熱輻射材料，其中該熱輻射材料的熱阻為0. 1?0. 6K/W。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的熱輻射材料，其中該熱輻射材料的熱導(dǎo)率為0. 5?lW/m · K。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2的熱輻射材料，其另包含消泡劑、流平劑、偶聯(lián)劑或其混合物。
【文檔編號】C08K3/22GK104277241SQ201310684330
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月4日
【發(fā)明者】卓育賢, 陳國勛, 沙益安 申請人:聚鼎科技股份有限公司