Überraschung! Wir haben ein Material gefunden, das nicht nur die Lichtstreuung wirksam verbessern, sondern auch eine hohe Lichtdurchlässigkeit beibehalten kann

1 Vorwort.

Als Lichtquelle der vierten Generation hat die Leuchtdiode (LED) eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. geringer Energieverbrauch, geringe Größe, schnelle Reaktion, hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer usw.

In den letzten Jahren hat die LED-Beleuchtung, angetrieben durch das Entwicklungskonzept der Energieeinsparung und des Umweltschutzes, eine rasante Entwicklung eingeleitet, die die traditionelle Lichtquelle ersetzt und in der Anzeige, Beleuchtung, Signalanzeige und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Die Wärmeentwicklung von LED-Lichtquellen ist jedoch beträchtlich, so dass höhere Anforderungen an die Wärmebeständigkeit von peripheren Materialien wie Lampenschirmen und Lampenfassungen gestellt werden. Polycarbonat (PC) hat hervorragende optische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften, Hitzebeständigkeit und dielektrische Eigenschaften, so dass es ein ideales Material für die Herstellung von LED-Lampen und -Laternen ist. Aufgrund der hohen Lichtausbeute und der starken Richtwirkung ist die Lichtquelle, die aus LED-Lampenkugeln und ihrer Anordnung besteht, stark, was leicht zu Schäden an den menschlichen Augen führen kann. Daher ist es notwendig, Lichtstreumaterial als vordere Abdeckung der LED-Lichtquelle zu verwenden, um sie in eine gleichmäßigere und weichere Oberflächenlichtquelle zu verwandeln. Lichtstreumaterialien werden im Allgemeinen durch Dispergieren von Lichtstreupartikeln in einer transparenten Polymermatrix hergestellt und weisen eine hohe Lichtdurchlässigkeit und Trübung auf, die unter der Bedingung eines geringen Lichtintensitätsverlustes einen guten Nivellierungseffekt erzielen können [3]. Polystyrol, Polymethylmethacrylat und Siliziumdioxid werden üblicherweise als PC-Materialien für die Photodiffusion verwendet, aber der Anwendungsbereich dieser Materialien ist aufgrund ihrer relativ hohen Kosten begrenzt. In diesem Beitrag wird die Wirkung von Böhmit auf die Leistung von PC untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Böhmit nicht nur die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften von PC beibehalten kann, sondern auch eine gute Lichtstreuung und flüssige Verarbeitung ermöglicht, was eine kostengünstigere Lösung für große LED-Beleuchtungsanlagen darstellen dürfte.

2. Experiment Teil

2.1 wichtigste rohstoffe und ausrüstung.
PC-Harz: Industriequalität, Schmelzflussrate 3 g 10 min, Mitsubishi Co., Ltd.; Böhmit: Partikelgröße 2 μ m, Anhui Yishitong Co., Ltd. Sonstige Hilfsstoffe: auf dem Markt erhältlich. Doppelschneckenextruder: STS-35, Nanjing Kobelong Machinery Co. Ltd.; Spritzgießmaschine: HTF86/TJ, China Haitian plastic Machinery Co., Ltd.; Universalprüfmaschine: CMT6103, Shenzhen New Sansi Material Testing Co., Ltd; Schlagprüfgerät: BPI-5.5STAC, Zwick/Roell, Deutschland; Schmelzindexprüfgerät: BMF-003, Zwick/Roell, Deutschland; Transmissionsmessgerät für sichtbares Licht: BTR-1S, Hebei Xianhe Science and Technology Co., Ltd. Rasterelektronenmikroskop: Smur3400N, Beijing Tianmei (China) Scientific Instruments Co., Ltd.

2.2 Vorbereitung des Photodiffusions-PC.
Die Versuchsformel für Photodiffusions-PC ist in Tabelle 1 dargestellt. Gemäß der Formel werden die Komponenten vollständig gemischt und in den Trichter des Extruders gegeben. Die Extrusionstemperatur von der ersten bis zur zehnten Zone beträgt 140, 270, 270, 260, 260, 250, 250, 250, 270 °C, die Schneckendrehzahl 300 U/min und der Vorschub 30 kg/h. Nachdem das Extrusionsband geschnitten und getrocknet wurde, werden die Mechanik und die quadratische Platte durch den Spritzgießmechanismus hergestellt. Die Einspritztemperatur beträgt 300 °C, der Einspritzdruck und die Einspritzgeschwindigkeit betragen 800,144 MPa bzw. 55% ~ 99%. Nachdem die Splines 24 Stunden lang bei 25 °C und 50% Luftfeuchtigkeit gelagert wurden, wurden die entsprechenden Tests durchgeführt.

2.3 Leistungsprüfung.
Die Lichtdurchlässigkeit und die Trübung wurden mit einer quadratischen Platte mit einer Dicke von 2,0 mm gemessen. Die Testbedingungen für den Schmelzindex sind 300 °C und 1,2 kg. Die mechanischen Eigenschaften werden nach der ASTM-Prüfnorm getestet. Die Zugprüfungsgeschwindigkeit beträgt 50 mm/min und die Biegeprüfungsgeschwindigkeit beträgt 2 mm/min.

3 Ergebnisse und Diskussion.
3.1 Einfluss von Böhmit auf die optischen Eigenschaften von PC

Die Zusammensetzung von Böhmit ist γ-AlOOH und sein Kristall ist bei Raumtemperatur weiß. Die Morphologie von Böhmit ist ein kubischer Kristall mit einer Partikelgröße von etwa 2 μm (REM), und seine Form und Größe sind regelmäßig und einheitlich (Abb. 1a), was die Grundlage für seine gute optische Wirkung ist. Wenn Böhmit zu PC-Harz hinzugefügt wird, kann es gut dispergiert werden, es gibt keine großen Aggregate, die Anzahl der lichtstreuenden Teilchen im System wird nicht durch Agglomeration reduziert, und aufgrund der fehlenden Wechselwirkung ist die Bindung zwischen Böhmit und PC-Harz schwach, es gibt eine gewisse Lücke zwischen ihnen (Abbildung 1b), die auch die Streuwirkung von Licht an der Schnittstelle verbessert [6].

Die Auswirkungen von Böhmit auf die Lichtdurchlässigkeit und Trübung von PC sind in Abbildung 2 dargestellt. Mit zunehmendem Böhmitgehalt nahm die Lichtdurchlässigkeit von PC linear ab. Als der Böhmitgehalt 3,0% erreichte, sank die Lichtdurchlässigkeit von 89,1% bei reinem PC auf 58,8%, was auf einem hohen Niveau blieb. Der Grund dafür ist, dass der Brechungsindex von Böhmit 1,63 bis 1,67 beträgt, was dem von PC nahe kommt. Was die Trübung betrifft, so steigt sie bei einem Böhmitgehalt von 0,5% stark an, von 5,0% bei reinem PC auf 74,7%. Bei einem Böhmitgehalt von 2,0% beträgt die Trübung mehr als 90% (93,2%), bei einer weiteren Erhöhung des Gehalts auf 3,0% steigt die Trübung jedoch nur noch auf 94,5%. Die praktische Anwendung der entsprechenden Produkte ist in diesem Bereich nicht von Bedeutung.

In der Molekularstruktur von PC ist die Stabilität der Carbonatbindungen gering. In der Verarbeitungsumgebung kann Böhmit als eine Art Hydroxid die Hydrolyse der Carbonatbindungen katalysieren, was zu einer Abnahme des Molekulargewichts von PC führt. Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass der Schmelzindex von PC mit steigendem Böhmitgehalt rasch von 3,5 g 10 min auf 20,0 g 10 min ansteigt. Was die Zähigkeit betrifft, so wurde die Kerbschlagzähigkeit von PC durch den Zusatz von 3,0% Böhmit von 935,7 Jago auf 725,0 Jago reduziert, blieb aber immer noch auf einem hohen Niveau. In Anbetracht der Tatsache, dass die in PC dispergierten Böhmitpartikel einen Defekt darstellen, der sich negativ auf die Schlagzähigkeit auswirken muss, wird spekuliert, dass die Verringerung des Molekulargewichts von PC und seine Auswirkung auf die Zähigkeit begrenzt sind und die wesentliche Erhöhung der Fließfähigkeit des Systems hauptsächlich von der weichmachenden Wirkung der durch Hydrolyse von PC erzeugten Produkte mit niedrigem Molekulargewicht abhängt. Andererseits kann Böhmit PC bis zu einem gewissen Grad verstärken, und die Biegefestigkeit und der Modul von PC können durch Zugabe von 3,0% von 100,5 MPa und 2471 MPa auf 106,5 MPa bzw. 2701 MPa erhöht werden (Abb. 4).

4 Schlussfolgerung

Der Zusatz von Böhmit zu PC kann die Trübung effektiv verbessern und eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufrechterhalten, wodurch ein guter Lichtstreueffekt erzielt wird. Böhmit kann PC verbessern, führt aber bis zu einem gewissen Grad zur Hydrolyse der Karbonatbindung und zur Abnahme des Molekulargewichts von PC, was die Fließfähigkeit stark erhöht und die Zähigkeit von PC leicht verringert. Bei einem Böhmitgehalt von 2,0% sind die Materialeigenschaften in Bezug auf Lichtdiffusionseffekt, mechanische Eigenschaften und Verarbeitungsflüssigkeit ideal und weisen gute umfassende Eigenschaften auf.