深度解析：工业照明灯具防水特性及实现方法
时间：2024-08-02 09:42:20
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户外工业照明灯具需要长期经受冰雪烈日、风雨雷电的考验，且造价较高，而因在外墙上使用较难拆修，须满足长期稳定工作的要求。而LED是娇贵的半导体元件，若受潮，就会出现芯片吸湿现象，损坏LED、PCB和其他元件，因此，LED适宜工作在干燥和较低温度。保证LED在户外恶劣条件下长期稳定地工作，灯具防水结构设计极为关键。
目前，灯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。
结构防水是灯具防水技术的一种方式，它是通过普通工具或者专属工具可拆卸产品任何紧固件，拆分出产品任何结构件或者主要结构件，通过可拆卸的工艺方式来达到防水防护性能。
1、人工机械结构安装，简单的常用工具，无强制性使用特殊工业设备。
2、产品设计合理的情况下，装配工序较少，工装周期短。
4、后期对产品保修提供便捷和节约成本，提升产品寿命。
1、产品结构设计要求高，密封连接处精密度设计极为严格。
2、模具精密度要求，铝压铸件纯度、厚度、硬度，有设计要求。
3、密封圈耐压性能（弹性）、硬度级别、挤压面截面积。
5、安装工艺要求严格，零部件、成品检验管控要求高。
材料防水也叫灌胶防水。通过填充灌封胶的方式来绝缘和防水，利用胶水固化以后，强有的吸附力与灯具其他结构密封连接，从而达到防水的作用。
2、灯具安装工艺简单，无需过多考虑结构考虑，降低仓库结构件的积压。
1、封装过程中会出现漏胶情况，渗入芯片上，胶水使用不当，会有硫化物残留在灯具内部，对芯片造成污染。
3、灯具热胀冷缩原理，使得固态密封胶水不断拉扯，会导致最终开裂失去效果，也影响配光。
4、灌胶周期较长，一般24小时后方可进行下一步安装，特色情况甚至需要1-3天。
结构防水：结构防水的要求更高，前期的投入成本是巨大的，产品设计费用、模具开发费用、材料比例、生产工艺的管理、检验的投入、仓库耗材多样的积压、结构技术人员培养等。
灌胶防水：灌胶工艺需要有专门的自动机械设备投入，没有机械设备的需要大量人工投入，优质胶水的投入等。
紫外线对暴露在灯具外的电线绝缘层、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灯具内部。灯具外壳涂层老化后，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。这些都是紫外线对灯具防水能力的损害。户外每天气温变化很大.夏日白天灯具表面温度可升至50～60℃，晚上降至10～20℃，冬日冰雪天温度可降至零下，全年温差变化更大。户外灯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。灯具外壳热胀冷缩：气温的变化导致灯具的热胀冷缩，不同材质(如玻璃和铝型材)的膨胀系数不同，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，对灯具气密性破坏很大。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灯具内呢？这就是热胀冷缩时产生的呼吸作用结果。例如，当温度从60℃降到10℃时，灯具内部气压变化量约为：1一(273+60)K/(273+10)K=一0.18 atm=一1.86 m水柱温度升高，在巨大的负压作用下，潮湿空气 通过灯体材料上的微小缝隙，渗透到灯体内部后，遇到温度较低的灯具外壳，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，灯具内部积水越来越多。热胀冷缩的物理变化，使户外LED灯具防水气密性的设计成为复杂的系统工程。下面就两种灯具防水体系的技术特点进行分析，以便了解其优缺点。基于结构防水设计的灯具，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灯具，譬如条形泛光灯、方形和圆形投光灯等中、大功率灯具。结构防水灯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。灯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。但结构防水设计的灯具机加工要求较高，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)设计硅胶防水圈，选择硬度合适的材料，设计合适的压强，其截面形状也非常关键。电缆引入线是渗水的通道，需选择防水电线，而使用强力的电缆防水固定头(PG头)，可阻止水汽从电缆线芯缝隙中渗透，但前提是电线绝缘层在PG头长期的强力挤压下不老化不开裂。(2)常温下，玻璃的膨胀系数约7.2×10～m/(m·K)，铝合金约23.2×10-m/(m·K)，两者差异较大。灯具外尺寸较大时须认真考虑。假设灯具长度为1 000 mm，白天外壳温度为60℃，下雨或夜晚气温降至10℃，温度下降50℃，玻璃和铝型材会分别收缩0.36 mm和1.16 mm，相对位移为O.8 mm，密封元件在重复性的位移过程中反复拉扯，影响气密性。(3)很多中、大功率的户外LED灯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，平衡灯具内外气压，消除负压，防止吸入水汽，保证灯具内部干燥。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灯具。灯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，提高结构防水型灯具的可靠性，需要继续改良防水技术。材料防水设计的灯具，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，达到户外灯具防水的作用。随着防水材料技术的发展，各种类型和品牌的灯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、耐热性、耐低温、憎水性、绝缘性能等物理化学性能指标表现各异。弹性：胶体柔软，弹性模量较小，则适应性更好。其中改性有机硅胶弹性模量最小。分子结构稳定性：在uV、空气和高低温长期作用下，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。附着力：附着力强则不易剥离，其中改性环氧树脂的附着力最强，但化学结构稳定性较差，容易老化开裂。憎水性：表示胶体抗渗水的能力。其中改性有机硅胶憎水性较好。绝缘性：绝缘关系到产品安全指标，以上几种材质的专用灌装胶都不错材质的专用灌封胶都不错。从以上各理化性能综合来看，以改性有机硅材料表现最佳。密封胶通常是管状包装，适合打胶施工，一般用于电线端头、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：部分灯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，损害灯具。
某些类型的灌封胶和密封胶在凝固过程中，会分解出少量化学液体或气体，如灯珠旁的胶体分解物对灯珠荧光粉的损害，导致色温漂移，或侵害LED芯片，或分解出与透明PC塑料发生化学反应、破坏PC结构的物质，等等。这是胶体应用中潜在的危害，设计时必须向胶体制造商充分了解其化学和物理性能，并测试验证。
密封胶在灯具外壳结构的粘结密封中，受热胀冷缩影响最大，特别是大型灯具，不同材料的膨胀系数差异较大，热胀冷缩不断拉扯，极易出现裂缝。因此，材料防水设计的防水能力主要靠电路板灌封。
材料防水的生产工艺流程较长，1个灌胶凝固周期需要24 h，有些产品设计较复杂，甚至需要2～3个灌胶周期，导致出货周期较长，大量占用生产场地，而且生产环境较脏。胶体凝固后产品返修很麻烦。
材料防水灯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户外灯具，室内防潮灯具。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、地埋灯等小型灯具。
