论户外灯具的研发设计之防水结构

徐雁华

广州市番禺奥莱照明电器有限公司广东广州511434

摘要：户外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，为保证户外照明灯具长期正常使用，灯具防水结构设计显得极其重要。简要介绍了LED灯具的防水方法，通过案例分析了典型的进水现象，并提出解决办法，最后陈述了防水设计在灯具使用时的重要性。

关键词：测试方法；户外灯具；防水结构；

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。我们主要讲结构防水，所谓的结构防水，就是指在产品的各结构部件组合后，已经具备防水功能，户外灯具，当材料已经符合户外灯具的各种要求，比如ＵＶ，温升，灼热丝测试，球压测试，针炙测试等等的情况下，如何做到防水，结构设计就最为重要了，我们以IP44为例，下边是IP44的测试条件和要求，让我们先了解一下。

测试仪器说明，测试方法和要求：

1、使用IPX4防水淋防溅设备，将灯具装于转盘上；

设备入口的水压约0.08MPa（0.8bar）。

2、产品先进行七天的亮灯老化测试，如果灯具正常，没有问题，再进行360°喷水十分钟，然后再将光源的开关关掉，这样形成热胀冷缩的效果，充分模拟外部的自然环境，同时继续喷水十分钟。

合格条件：

3、耐压测试通过；

4、所有灯具的带电部件或绝缘部件不允许有微量水存在；

5、灯具内部不允许有积水；

在了解了测试条件和要求后，我们以一个实际的案例来分析产品在设计过程中结构的重要性。

一个产品在光源部分的设计，由透明盖（塑料件），硅胶圈，外壳的防水糟共同完成。

这样设计出来后的产品，产品最终完成以后经过IP44的测试后结果是没有通过的，透明罩里边有少许的水。

１：塑料透明盖的强度可能不够，在压硅胶圈的时候可能变形，导致没有压到硅胶圈，另外硅胶圈的硬度可能不够，根据各种领域的用途选择不同硬度的硅胶制品，最低硬度可做到10度左右，特种硅橡胶制品可达到280度左右！一般常用的硅胶制品在30度到70度之间。

硅胶化学式xSiO2•yH2O。透明或乳白色粒状固体。具有开放的多孔结构，吸附性强，能吸附多种物质。在水玻璃的水溶液中加入稀硫酸（或盐酸）并静置，便成为含水硅酸凝胶而固态化。以水洗清除溶解在其中的电解质Na+和SO42-（Cl-）离子，干燥后就可得硅胶。如吸收水分，部分硅胶吸湿量约达40%，甚至300%。用于气体干燥，气体吸收，液体脱水，色层分析等，也用做催化剂。如加入氯化钴，干燥时呈蓝色，吸水后呈红色。可再生反复使用。

安全性能

硅胶主要成分是二氧化硅，化学性质稳定，不燃烧。硅胶是一种非晶态二氧化硅，应控制车间粉尘含量不大于10毫克/立方米，需加强排风，操作时戴口罩。

硅胶有很强的吸附能力，对人的皮肤能产生干燥作用，因此，操作时应穿戴好工作服。若硅胶进入眼中，需用大量的水冲洗，并尽快找医生治疗。

蓝色硅胶由于含有少量的氯化钴，有潜在毒性，应避免和食品接触和吸入口中，如发生中毒事件应立即找医生治疗。

硅胶在使用过程中因吸附了介质中的水蒸汽或其他有机物质，吸附能力下降，可通过再生后重复使用。

因此，分析并了解了上面的问题，解决问题的方法硅胶圈的设计就比较重要，除了要如何选择硬度合适的材料，合适的压强以外，其截面形状就非常关键了，经过大量的测试和模拟，硅胶圈的硬度选在４０度，将硅胶圈设计为Ｕ形，让硅胶圈同时和三个面接触，达到由原先压缩硅胶一个面的防水结构变为压缩硅胶三个面的防水结果，就是最理想的状态。

（1）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（如塑料透明盖和硅胶圈）的线胀系数不同，两种材质在结合处会泛起位移。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：广场地面上常常能观察到地埋灯玻璃上的水滴凝露，而水滴是如何渗透布满灌封胶的灯具内呢？这就是热胀冷缩时呼吸作用的结果。

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=一0.18atm=一1.86m水柱

温度升高，在巨大的负压作用下，湿润空气通过灯体材料上的微小缝隙，渗透渗出到灯体内部后，碰到温度较低的灯具外壳，冷凝成水珠并会萃。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。天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。

因此，解决上面的问题，方法就是让灯体内的热量及时的排出，大功率的户外LED灯具可安装防水透气阀，利用蒲微EPTFE薄膜来平衡灯具内外气压，消除负压，防止吸人水汽，保证灯具内部干燥。这种经济有效的防水透气产品，能提高原结构设计的防水能力。

作用如下：

防水透气膜、防水透气阀经过多年的照明应用，证明比竞争产品更加耐用。在恶劣的环境下始终保持最佳性能！

1、对户外照明具有经久耐用、防油防水防尘等污染。

2、延长户外照明使用寿命，减少对应用密封件的壳体应力。

3、透气产品可以手工或自动进行安装，易于装配，维护成本降低。

４、保护敏感的电子元器件产品

５、降低罩壳设计和制造成本

６、在极端环境下使用寿命长且无故障免维护

７、极大地降低由于盐腐蚀而引起的电子、电感产品故障

８、极大地降低结雾和结露

９、通用件且安装简易

１０、能让密封箱体有着更好的散热功效

原因找到以后，对该产品的防水设计进行了优化，按上面分析的原因进行改进，将平面的硅胶防水圈改为Ｕ形的硅胶防水圈，增加吸气阀，并进行了IP44的测试。结果是通过的，并没有发现任何的水珠。

总结：

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，特别是在竞争特别激烈的时代，为了降低成本，驱动器的设计已经由于隔离驱动器转变为非隔离驱动器，甚至是光电一体的方案，ＬＥＤ的设计又必须有金属做为散热器。

参考文献：

[1]黄彤光.户外LED灯具结构防水和材料防水的技术分析.中国照明电器，2015，第1期：26-28.

[2]张书发.浅谈室外灯具防水问[C].2008全国LED显示运用技术交流暨产业发展研讨会文集，北京《现代显示》杂志社有限公司，2008；161-162

[３]IEC60958-2-1：1979+A1：1987usedinconjunctionwithIEC60598-1：2014