艾比森：LED显示屏防水设计很重要

中国投影网投影资讯　　2015-5-25 11:34:44　编辑：白云　[ 大中小 ]

和其它电子设备一样，LED显示屏也需要具备防水功能，也需要进行防水设计。

《LED显示屏通用规范SJ/T11141-2012》第5.5节“外壳防护等级”的要求见表1，第6.5节规定了按GB4208 2008方法进行，查GB4208 2008可知外壳防水等级，见表2。

应用环境等级
    A级 B级 C级
    室内 IP30>F≥IP20 IP31>F≥IP30 ≥IP31
    室外 IP54>F≥IP33 IP66>F≥IP54 F≥IP66
    表1外壳防护等级

IP后的第二位特征数字对设备防护的含义（防止进水造成有害影响）
    0 无防护
    1 垂直方向滴水应无有害影响
    2 当外壳的各垂直面在15º范围内倾斜时，垂直方向滴水应无有害影响
    3 各垂直面在60º范围内淋水，无有害影响
    4 向外壳各方向溅水无有害影响
    5 向外壳各方向喷水无有害影响
   6 向外壳各方向猛烈喷水无有害影响
    7 浸入规定压力的水中，经规定时间后，外壳进水量不致达有害程度
    8 按生产厂和用户双方同意的条件（应比特征数字为7时严酷），持续潜水后，外壳进水量不致达有害程度
　　表2外壳防水等级

需要特别说明的是，IP后的第二位特征数字6及6以下，随着数字的变大，试验是逐渐变严的，也就是说，标识为IPX6的LED显示屏，同时可通过IPX5、IPX4、IPX3、IPX2、IPX1、IPX0的试验。IP后的第二位特征数字7或8的试验，与6及6以下的试验类型是两种，也就是说，标识为IPX7或者标识为IPX8，不代表同时符合IPX6、IPX5要求，同时符合IPX7、IPX6要求的LED显示屏，可以标识为IPX7/IPX6。从技术难度来说，IPX3、IPX2、IPX1、IPX0的设计比较简单，本文不做探讨；从实际应用角度出发，IPX8在LED显示屏行业非常少见，本文也不做探讨。

一、标识为IPX5的LED显示屏设计
　　LED显示屏，与汽车的使用环境类似。因此，系统研究汽车的防水功能实现过程，从中借鉴防水技术，能使室外LED显示屏的防水可靠性大大提升。本文从汽车车门结构的设计特点、密封材料的特点以及密封材料的接触受压特征三方面进行分析提炼，从而得到可以借鉴的防水技术。
1、汽车车门结构的设计特点
汽车车门的结构设计如图1所示。从图中可以看到，其设计特点是除了有密封条之外，还设计有导雨槽和排水孔。如此设计可实现防水以及排水功能。

图1 车门的结构设计

（1．门外护板，2．窗台外密封条，3．导雨槽，4．门框密封条，5．车门玻璃，6．车门内开启把手，7．防水帘，8．门内护板，9．回水孔，10．胶条，11．排水孔）

1.1 防水设计特点
防水的主要部位是车窗和车门。对于车窗，其防雨设计采用两道密封结构（如图1中（2）），第1道密封条可将雨水挡在车门玻璃的外侧，小部分渗入的雨水被第2道密封条挡住，并从两道密封条间的间隙流出；对于车门，其防水也是两道防水结构，一是车门外延要比门框大，关闭时可实现挡雨（如图2所示），而门框的设计一般是实行曲线设计（如图3所示），在防雨中曲线设计可起到导流作用，二是车门与门框之间有橡胶密封圈（如图2和图3），关门时密封圈可形成第二道防水，车门的防水结构设计可将大部分雨水挡在车身外侧，而有雨水从车门顶部和车门外延流进车门时，由于重力作用大部分也会顺着导流槽向车身外侧流动，而小部分渗入的雨水被第2道密封条挡住。

图2

图3 车门的密封、排水设计

1.2 排水设计特点
来自车顶的雨水，部分被导雨槽疏导到车门的前、后部位流到地上；部分漫过导雨槽被导雨槽堵在门外，连同打在门玻璃的雨水顺车门玻璃下流；即使有部分水从车门和导雨槽中间流下去，也会被车门和与之紧压着的门框密封条堵在车外流到地上。顺车门玻璃下流的水绝大部分被窗台外密封条堵住，顺车门外护板流到地上；小部分水流进车门腔内通过车门下面的排水孔排到地面上；因门内板上有很多孔，为了确保流进门腔的水不进入车内，在门内板上又粘贴了一层防水帘，进人门内护板的水被防水帘挡在门与防水帘之间，然后通过门内板上的回水孔回流到门腔内，再从车门下面的排水孔流到地上（如图4所示）。

图4 车门的排水示意图

LED显示屏的防水结构，采取疏堵结合的方式，防水更加可靠。艾比森的室外LED显示屏，充分借鉴了上述防水结构原理。

2、车门密封材料的特点
2.1 密封材料的结构特点
在各种车用密封材料的形状结构中，中空的泡管结构是最佳选择（如图5），因为这种结构在压力作用下能产生较大的变形及吸收冲击能量，抗变形力小，当压力撤出时能及时释放能量恢复原形。泡管结构的好坏主要取决于空腔的数量、泡管形状、泡管壁厚、泡管高度、泡管位置等因素。

图5 中空密封条图例

2.2 密封材料的材质特点
车用的密封材料主要有这几种（如图6所示）：单一胶种密封材料、二复合胶种密封材料(如密实橡胶与密实或海绵橡胶的复合)、三复合材料(如密实橡胶、海绵橡胶和钢或尼龙骨架的复合)以及四复合材料(如密实橡胶、海绵橡胶和钢或尼龙骨架、植绒四种材料的复合)。目前车门密封材料以复合型密封胶为主，其中又以含EPDM橡胶的复合材料为主。

图6 密封条类别

其中:(a)(b)单元橡胶密封条；(C)二元橡胶密封条；(d)三元橡胶密封条

序号	项目	名称
序号	项目	PVC（聚氯乙烯）	天然橡胶（丁苯橡胶）	EPDM（三元乙丙合成橡胶）	热塑性单性体
1	强度（邵氏A）	≥40	50～90	≥20	20～90
2	拉伸强度（MPa）	≥7	≥7	≥7	≥7
3	扯断伸长率（%）	≥150	≥150	≥250	≥250
4	压缩永久变形（%）	≤75	≤75	≤50	≤40
5	耐高低温（℃）	-20～120	-35～160	-40～180	-50～180
6	抗紫外线	不	一般	一般	较好
7	耐臭氧性	有龟裂	无异常	无异常	无异常
8	热空气老化硬度变化（%）拉伸变化（%）强度变化（%）	≤10 ≤-40 ≤-30	≤10 ≤-35 ≤-25	≤10 ≤-35 ≤-25	≤10 ≤-35 ≤-25
9	撕裂强度（kN/m）	≥10	≥15	≥15	≥15
10	使用寿命（年）	3～5	3～5	7～10	7～10

表1 各种车用密封材料的物理性能

表1为常见车用密封材料的物理性能。对比表中EPDM和丁苯橡胶，可以看到，选择密封材料时，需着重关注材料的扯断伸长率（值越大可表面越不容易被扯断）、压缩永久变形率、抗紫外、耐温变等性能。

室外LED显示屏，密封材料的选择也是非常重要的。其中密封材料的使用寿命、耐高低温性能、热空气老化性能等重要性能指标的选择，尤为关键。密封材料的选择，通常是几年后室外LED显示屏是否能正常防水的关键因素。

比森室外LED显示屏密封材料选择上，考虑的不光是当前的防水可靠性，更是几年后的防水可靠性。

3、密封胶之间的接触受力
　　要实现完好的防水，除对结构和密封橡胶性能有要求之外，还需考虑到密封条的压覆面积以及密封条的受力是否满足密封的要求。

在汽车的防水设计中，设计人员根据密封要求，以及密封条的材质考虑了车门在关闭状态下密封条的接触受力和被压缩量。从而使车门方便开和关，同时又达到了密封胶与门框或密封胶之间所需的接触面积和受力，使车辆达到致密防水的性能要求。

LED显示屏的密封受力设计，需重点考虑封闭状态下，密封条的接触面积和被压缩力。从而得出实施密封的外部力量，并转化成快速锁的锁力、铰链拉紧力等。

艾比森的室外LED显示屏，密封胶之间的接触受力，经过了大量设计验证后，已经建立起受力分析模型。

4、小结
    通过上述对汽车车门防水的分析，LED显示屏可以从中获取的借鉴是：
    1）在结构设计上，防和排结合；
    2）在结构确定后，根据结构的特点，可考虑具有中空泡管结构、压缩永久变形率小、扯断伸长率大等性能的密封条材料；
    3）选定密封条材料后，需根据密封条材料的特性，设计合适的接触面和接触受力，使密封条挤压到致密状。

艾比森的室外LED显示屏，在借鉴了汽车防水技术后，防水可靠性得到了更好的提升。

参考文献
    1. 毛昭祺、Marshall Miles、罗长春等.《汽车专用密封条设计知识简介》.车身附件， (总第31期),11-20。
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    4. 张金龙.《富康轿车车门水密封故障模式及故障改进》.汽车技术，2000,(5),21-23。
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