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中山市微亮照明燈飾有限公司

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LED戶外燈具結構防水和材料防水的技術分析

發表時間: 2018-11-25 16:55:20

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led戶外照明燈具需要長期經受冰雪烈日、風雨雷電的考驗,且造價較高,而因在外牆上使用較難拆修,須滿足長期穩定工作的要求。而LED是嬌貴的半導體元件,若受潮,就會出現芯片吸濕現象,損壞LEDPcB和其他元件,因此,LED適宜工作在幹燥和較低溫度。保證LED在戶外恶劣条件下长期稳定地工作,燈具防水结构设计极为关键。

目前,燈具防水技术主要分为两个方向:结构防水和材料防水。所谓结构防水,就是在产品的各结构部件组合后,已经具备防水功能。而材料防水,则是产品设计时,留出灌封胶水密闭电气元件的位置,装配时用胶水材料实现防水。两种防水设计分别适用于不同的产品路线,各有优点。

 

影响燈具防水性能的因素

1 紫外線

紫外線对暴露在燈具外的电线绝缘层、外壳防护涂层、塑料件、灌封胶、密封胶圈胶条、粘合剂都有破坏作用。

电线绝缘层老化龟裂后,水汽会通过电线芯的缝隙渗透到燈具内部。燈具外壳涂层老化后,外壳边缘涂层龟裂或剥离,会出现缝隙。塑料外壳老化后,会变形开裂。 电子灌封胶体老化会产生开裂。密封胶圈胶条老化变形,会出现缝隙。结构件之间的粘合胶老化,降低粘合力后也会出现缝隙。这些都是紫外線对燈具防水能力的损 害。

2 高低溫

戶外每天氣溫變化很大.夏日白天燈具表面温度可升至5060℃,晚上降至1020 qC,冬日冰雪天温度可降至零下,全年温差变化更大。戶外燈具在夏天的高温环境下,材料加速老化变形。当温度降至零下时,塑料零部件变脆,在冰雪的压迫下或开裂。

3、熱脹冷縮

燈具外壳热胀冷缩:气温的变化导致燈具的热胀冷缩,不同材质(如玻璃和鋁型材)的线胀系数不同,两种材质在结合处会出现位移。热胀冷缩过程不断重复,相对位移也不断重复,对燈具气密性破坏很大。

内部空气热胀冷缩:广场地面上经常能观察到地埋灯玻璃上的水滴凝露,而水滴是如何渗入充满灌封胶的燈具内呢?这就是热胀冷缩时呼吸作用的结果。

例如,當溫度從60℃降到10℃时,燈具内部气压变化量约为:1(273+60)K/(273+10)K=0.18 atm=1.86 m水柱

溫度升高,在巨大的負壓作用下,潮濕空氣 通过灯体材料上的微小缝隙,渗透到灯体内部后,遇到温度较低的燈具外壳,冷凝成水珠并聚集。温度降低后,在正压的作用下,空气从灯体内排出,但水滴仍附着在灯内。每天重复温度变化的呼吸过程,燈具内部积水越来越多。

熱脹冷縮的物理變化,使戶外LED燈具防水气密性的设计成为复杂的系统工程。下面就两种燈具防水体系的技术特点进行分析,以便了解其优缺点。

4、關于結構防水

基于结构防水设计的燈具,需紧密配合硅胶密封圈防水,外壳结构比较精密和复杂,通常适用于尺寸较大的燈具,譬如条形泛光灯、方形和圆形投光灯等中、大功率燈具。

结构防水燈具仅做纯机械结构组装,使用工具简单,装配工序和流程少,总装周期短,生产线上返修方便快捷。燈具通过电性能及防水测试,即可包装发货,适用于供货周期短的工程项目。

但结构防水设计的燈具机加工要求较高,各部件尺寸须精密配合。只有合适的材料和构造,才能保证其防水性能,下述几个设计要点。

(1)設計矽膠防水圈,選擇硬度合適的材料,設計合適的壓強,其截面形狀也非常關鍵。電纜引入線是滲水的通道,需選擇防水電線,而使用強力的電纜防水固定頭(PG),可阻止水汽從電纜線芯縫隙中滲透,但前提是電線絕緣層在PG頭长期的强力挤压下不老化不开裂。

(2)常溫下,玻璃的線脹系數約7.2×10m/(m·K),鋁合金約23.2×1 0m/(m·K),两者差异较大。燈具外尺寸较大时须认真考虑。假设燈具长度为1 000 mm,白天外殼溫度爲60℃,下雨或夜晚氣溫降至10℃,溫度下降50℃,玻璃和鋁型材會分別收縮0.36 mm1.16 mm,相對位移爲O.8 mm,密封元件在重複性的位移過程中反複拉扯,影響氣密性。

(3)很多中、大功率的戶外LED燈具可安装防水透气阀(呼吸器)利用呼吸器中分子筛的防水透气功能,平衡燈具内外气压,消除负压,防止吸人水汽,保证燈具内部干燥。这种经济有效的防水器件,能提高原结构设计的防水能力。但呼吸器不适合地埋灯、水底灯等经常泡水里的燈具。

燈具结构防水的长期稳定性,与其设计、所选灯材料的性能、加工精确度、装配技术等密切相关。若薄弱环节出现变形并渗水,对LED及电子器件将造成不可逆的损害,且这种情况在出厂检验过程中很难预测,具有突发性。因此,提高结构防水型燈具的可靠性,需要继续改良防水技术。

led戶外燈具厂家

5、關于材料防水

材料防水设计的led戶外照明燈具,利用填充灌封胶来绝缘防水,利用密封胶粘结封闭结构件之间的接缝,使电气零部件完全气密,达到戶外燈具防水的作用。

6、灌封膠水

随着防水材料技术的发展,各种类型和品牌的燈具专用灌封胶不断出现,例如,改性环氧树脂、改性聚氨酯树脂、改性有机硅胶等。化学配方不同,灌封胶的弹性、分子结构稳定性、附着力、抗uV、耐熱性、耐低溫、憎水性、絕緣性能等物理化學性能指標表現各異。

彈性:膠體柔軟,彈性模量較小,則適應性更好。其中改性有機矽膠彈性模量最小。

分子結構穩定性:在uV、空气和高低溫长期作用下,材料化学结构稳定,不老化不开裂。其中以改性有机硅胶最稳定。

附著力:附著力強則不易剝離,其中改性環氧樹脂的附著力最強,但化學結構穩定性較差,容易老化開裂。

憎水性:表示膠體抗滲水的能力。其中改性有機矽膠憎水性較好。

絕緣性:絕緣關系到産品安全指標,以上幾種材質的專用灌裝膠都不錯材質的專用灌封膠都不錯。

從以上各理化性能綜合來看,以改性有機矽材料表現最佳。

7、密封粘膠

密封胶通常是管状包装,适合打胶施工,一般用于电线端頭、外壳结构件间接缝的粘结和密封。常用单组分配方,常温下与空气水汽产生反应,自然凝固。

特别注意:部分燈具生产厂使用建筑用的中性幕墙胶,而非专业电子密封胶,容易分解出有害物质,损害燈具。

某些類型的灌封膠和密封膠在凝固過程中,會分解出少量化學液體或氣體,如燈珠旁的膠體分解物對燈珠熒光粉的損害,導致色溫漂移,或侵害LED芯片,或分解出與透明PC塑料發生化學反應、破壞PC結構的物質,等等。這是膠體應用中潛在的危害,設計時必須向膠體制造商充分了解其化學和物理性能,並測試驗證。

密封胶在燈具外壳结构的粘结密封中,受热胀冷缩影响最大,特别是大型燈具,不同材料的线 脹系數差異較大,熱脹冷縮不斷拉扯,極易出現裂縫。因此,材料防水設計的防水能力主要靠電路板灌封。

材料防水的生産工藝流程較長,1個灌膠凝固周期需要24 h,有些産品設計較複雜,甚至需要23個灌膠周期,導致出貨周期較長,大量占用生産場地,而且生産環境較髒。膠體凝固後産品返修很麻煩。

材料防水燈具的结构设计无需太精密,只要设计预留出胶体灌封区域,液体不外漏即可,其防水性能很直观。因此,材料防水工艺较适合小型戶外燈具,室内防潮燈具。通常在低端和廉价的公模产品中大量应用。如软灯带、小型条形灯、地埋灯等小型燈具。

結語

无论结构防水还是材料防水,对于戶外燈具长期工作稳定、低故障率的需求,单一的防水设计很难达到极高的可靠性,渗水的潜在隐患仍然存在。

因此,高端 戶外LED燈具的设计,建议灵活运用防水技术,把结构防水与材料防水技术的优点结合起来,扬长避短,以保证LED電路長期穩定工作。如材料防水設計,可加 入呼吸器消除负压。而结构防水设计,也可考虑增加灌封,双重防水保护,提高戶外燈具长期使用的稳定性,降低受潮故障率。


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