浅谈散热风扇•毫厘间的材料变革

“PBT”“玻璃纤维”“液晶聚合物”“LCP材料”………这些玄乎其玄的材料名词令人晕头转向。而当它们出现在风扇的介绍中时，总少不了“工业级高强度”等溢美之词。

所谓“工业级高强度”，仅仅是让风扇更耐冲击、不容易因外力损坏的字面意义而已吗？你是否了解这些材料各有什么特性，又各自有何种优势呢？以及，究竟是哪一款材料制成的风扇，综合性能最好呢？

在这篇文章里，我们就将初步讲解风扇材料的特性，以及各种材料的优势。希望能解开你的疑惑。

要探讨材料对风扇性能的影响，就要先从框与叶的那小小的间隙说起……

失之毫厘，差之千里

顾名思义，“框叶间距”，抑或“尖端间隙”，指的是风扇的扇叶末端与内边框的距离。它对风扇的性能有着相当大的影响，有时甚至能够超越扇叶本身。

而令叶框间距起决定性作用的因素，正藏在“框”与“叶”之间。在风扇转动时，扇框与扇叶间微小的间隙会泄露一些气流。这些泄露的气流在附近产生涡流，造成所谓“尖端泄露”。

图片来自：AutoAero

涡流所产生的位置正是扇叶末端，而对我们所使用的散热风扇而言，扇叶末端的线速度最大，因而对性能的影响也最高。泄露的气流量越多，产生的涡流也越多，风扇的效率愈发明显地下降，产生的噪音越来越剧烈地增加。

“失之毫厘，差之千里”。根据追风者的说法，在散热器与冷排上，叶框间距每缩小0.1mm，CPU温度便会下降1-2℃。框叶间距的重要性可见一斑。也正因此，在强调性能的风扇上，往往会不遗余力地压缩叶框间距。

但是，由于材料能力的局限性，压缩叶框间距会遇到相当大的困难，甚至会有些“吃力不讨好”。

叶框间距的挑战

在较高的转速下，风扇的扇叶末端会承受不小的离心力。它们会让扇叶的直径略微变大，缩小扇叶与扇框之间的间隙。风扇的转速越高，离心力的作用就越明显。

尽管这一变化造成的影响非常细微，通常不足1mm，在用户眼中常常可以忽视。但对于风扇设计而言，这是一项巨大的挑战。

当扇叶形变量大于框叶间距时，扇叶与扇框间发生剐蹭，严重的“扫膛”现象就此发生。扫膛产生的噪音极为刺耳，将让人彻夜难眠。它更会对扇叶与扇框造成相当大的损害，意味着风扇寿命的终结。

拉高风扇的转速，则必然会增大离心力。高转速下，更大的形变让扇框与扇叶的距离变小。为了防止扇叶与扇框产生碰撞，势必要略微增大框叶间隙，而这又会影响风扇在低转速下的性能。

此外，经年累月的反复形变，离心力还会让热塑性塑料制成的扇叶产生“蠕变变形”，框叶间距随使用时间的增长而逐渐缩小——根据猫头鹰的数据，在PBT材料制成的12cm风扇上，几年的使用可能会让叶轮直径变大约0.2mm。

越小的框叶间距，意味着留给扇叶的蠕变与形变量就越小。为了不产生灾难性的“扫膛”情况，在风扇的设计阶段，以上这些因素都应当被考虑。

也正因此，尽管对性能的影响非常大，但受限于材料的能力，各品牌风扇的叶框间距还是不约而同地保持在1-2mm左右。而解决问题的关键，正是在于寻找超越传统的材料。

材料破局者

金属

作为最为常见的材料之一，金属是制造高转速扇叶的理想物：不同于PBT塑料需要面对的老化、蠕变等问题，金属扇叶的刚性要强得多，也更耐高温、更加耐用。

金属风扇最知名的应用是在笔记本上。凭借材料上的优势，它能轻而易举地做到50片以上、薄而兼具复杂曲面的扇叶；与此同时，它还动辄可达5000RPM以上的转速！

宏碁将金属扇叶作为高端游戏笔记本的标志性技术，其性能优势可见一斑。

宏碁“刀锋”风扇

然而，在将金属材料从笔电搬上台式机的过程中，却碰了壁：金属的扇叶虽然能做得更薄、做到塑料难以匹敌的扇叶数量，却不再有厂商敢于拉高转速。

当一款以高速旋转的十余厘米金属物体出现在机箱内时，与其称之为“散热风扇”，恐怕还是“绞肉机”一词更为合适。

采融“绞肉机”

就此而言，采融“绞肉机”名副其实：这是一款14cm金属风扇。它拥有多达13片铝扇叶，且每一片扇叶的厚度不足1.0mm，扇叶和轴心以反扣方式连接。

这款风扇的最大转速“仅有”1600RPM，甚至不超过当今的一些塑料材质风扇，但即便是这样，采融也得为它配备一个防护网：顾名思义，没有人希望不小心碰到“绞肉机”。

此外，金属扇叶带来了额外的转子重量，而这也增加了其对于驱动电机的要求。1600转的“绞肉机”电流高达0.45A，这已经快将塑料材质的12cm风扇推向4000转了！

在较低转速下，现有的塑料扇叶也并不是完全不能缩小框叶间距。此外，除了性能，安全也是一大重要的因素：没人愿把强度更高的金属扇叶推向高转，这额外的强度又有多大意义？人们开始寻找更优秀的替代品。

时至今日，Thermaltake等少数厂商还在研发金属扇叶的散热产品，但它们已不再为极致性能而生。

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玻璃纤维+传统塑料

得益于玻璃纤维的强大特性，它常常同塑料混合成各种复合材料，从而取得更优秀的强度。在重视可靠性与性能的工业领域，玻纤复合材料也是高端产品的常见选择。

大名鼎鼎的“温柔台风”，正是使用了“PBT+GF30”复合材料。通过在传统PBT材质中添加玻璃纤维，扇叶的强度得到了极大提升。因而纵使有着高达2000RPM以上的转速，“温柔台风”也能将框叶间距缩小到史无前例的1mm之下！

“温柔台风”极小的框叶间隙

更小的框叶间距，带来了史无前例的性能，时至今日，“温柔台风”也依然是散热领域的不朽丰碑；更高的材料强度，也显著提升了耐用性，历经风吹雨打之后，玻纤扇叶依然不动如山。

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当然，玻璃纤维复合材料也有它的弱点。玻纤复材制成的扇叶通常不能透光。在当代机箱里五颜六色的ARGB映衬之下，不透明的玻纤复材扇叶是那样地格格不入。

它独有的表面纹路，有时还会被误会为表面污渍。台达AK-12B就使用了玻璃纤维材料。而在它的差评里，不少用户就嫌弃“扇叶上的工艺缺陷”，但那并不是制造出了差错，那实质是玻璃纤维复合材料的独特纹理。

当然，在绝对的性能面前，外观上的因素都影响不大。真正的问题发生在扇叶的微小振动上：就像日常中的绝大部分物体一样，风扇的扇叶也有其固有频率，能够产生共振。这些振动的振幅不大，但却会显著影响人耳感知到的噪声，导致严重的噪音。

复合材料的强度虽高，能够达成极小的框叶间距；但传统塑料的局限性，也让它的振动问题较为严重。在“温柔台风”的扇叶上，共振噪音便相当明显。为此，追求极限永无止境的人们，又开始寻找更为出色的材料。

玻璃纤维+液晶聚合物

在研发新一代散热风扇的过程中，猫头鹰将技术重心放到了缩小框叶间距上。在猫头鹰的上一代产品NF-F12上，框叶间隙约为2mm，而这一次，他们决定更进一步。

作为新型聚合物的一种，LCP“液晶聚合物”拥有远超传统塑料的性能。借助名为“Sterrox”的LCP材料，猫头鹰成功让新一代风扇的框叶间距缩小至0.5mm，最终的收获更是大大超越了框叶间距本身。

猫头鹰对LCP材质特性的解释

新的材料不仅拥有更高的强度，还同时兼顾了声学特性。无数对手“照搬扇叶”却无法匹敌的性能，就藏在材料之中。

用作扇叶材质时，LCP材料不但能依靠极高的强度缩小框叶间距，还能借此更迅速地抑制振动杂音。LCP材质风扇的噪音通常更加贴合人耳听感——这是传统塑料所比不上的。

相比PBT+GF30，LCP能更有效地抑制噪音

当然，作为一种新型材料，LCP的强大是以价格为代价的。根据猫头鹰的说法，LCP的材料成本约是PBT的四倍! 但在更低的噪音和更强大的性能面前，这一切物有所值。最终的技术成果，便是我们所熟知的猫头鹰A12X25。

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曾何几时，LCP材料只是高转工业风扇所独有的科技。在猫头鹰率先吹响消费级LCP风扇的号角后，越来越多的厂商意识到这一材料的综合优势，市场上的新产品如雨后春笋般涌现。

PBT+GF30（左）与LCP风扇（右）的对比，框叶间距更进一步。

时至今日，我们可以买到诸如追风者T30、猫头鹰A12X25等正向研发的LCP风扇，它们都是市场上的高端乃至旗舰产品。

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也能见到诸如微星P12、TT TOUGHFAN这样的仿制产品。这些厂商虽然缺少正向研发能力，但也同样试图借这一新型材料“弯道超车”。在与猫头鹰“高度撞脸”的背后，它们是无数“散热新势力”的缩影。

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后记

在未来的时间里，相信还会有更多LCP产品上市。作为新一代的材料，“液晶聚合物”拥有光明的未来；伴随着技术的突破，人类将在散热极限的探索上更进一步。

小小的叶框间隙，凝聚了工程师的无数心血；一分一毫之间，决定着风扇性能的高低。

这篇文章到这里就结束了。如果对本文内容与风扇选购有疑惑，随时欢迎与我交流！

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