Wie wird das lichtstreuende Polycarbonat für die LED-Beleuchtung hergestellt?

Lichtdiffusionsmaterial ist ein Material, das punkt- und linienförmige Lichtquellen in linien- und flächenförmige Lichtquellen umwandeln kann. Es wird in der Regel durch Dispersion von Lichtdiffusionspartikeln mit unterschiedlichen Brechungskoeffizienten des Substrats in einem transparenten Substrat hergestellt und auch als Lichtstreumaterial oder Astigmatismusmaterial bezeichnet. Die Verwendung von Lichtstreumaterialien in der Beleuchtung mit Leuchtdioden (LED) ist ein neues Anwendungsgebiet, das in den letzten Jahren erschlossen wurde. LED-Beleuchtung ist stärker und weicher als Flüssigkristall-Hintergrundbeleuchtung, und die für LED-Beleuchtung verwendeten Lichtstreumaterialien sollten den Lichtverlust beim Streuen des Lichts minimieren und eine gute Zähigkeit aufweisen. Daher werden organische Lichtstreuungspartikel und Polycarbonat (PC) häufig verwendet, um Lichtstreuungsmaterialien für LED-Beleuchtung mit hoher Lichtdurchlässigkeit und hohen Lichtstreuungseigenschaften herzustellen. Das Prinzip des Lichtstreuungsmaterials für LED-Beleuchtung ist in Abbildung 1 dargestellt.

In den letzten Jahren haben immer mehr optoelektronische LED-Beleuchtungsunternehmen und Anwender die Bedeutung von Lichtdiffusionsmaterialien als einheitliche Lampenschirmmaterialien für die LED-Beleuchtung erkannt; in diesem Experiment wurden Acryl- und Silikon-Lichtdiffusionspartikel verwendet, um Lichtdiffusions-PC für die LED-Beleuchtung herzustellen. Die Auswirkungen dieser beiden Arten von Lichtdiffusionspartikeln auf die Eigenschaften von PC-Materialien wurden untersucht, und die Dispergierbarkeit, die optischen Eigenschaften und die thermische Stabilität der beiden Arten von Lichtdiffusionsmaterialien wurden verglichen.

Experimenteller Teil

1.1 Rohstoffe und Ausrüstung.

PC,1250Y; Acryl-Lichtdiffusionspartikel und Organosilizium-Lichtdiffusionspartikel, die auf dem Markt verkauft werden. Der gleichgerichtete Doppelschneckenextruder TE35, hergestellt von Nanjing Keya Co. Ltd; die Spritzgießmaschine PT80, hergestellt von Lijin Technology Co. Ltd; das Rasterelektronenmikroskop SU70, hergestellt von Hitachi, Japan; der Lichttransmissions-/Haze-Tester WGT-S, hergestellt von Guangzhou Standard International Packaging Equipment Co. Ltd. CMT6104 Universalprüfmaschine und ZBC1400-B Pendelschlagwerk für Kunststoffe, alle hergestellt von Meter Industrial Systems (China Co., Ltd.); XNR-400AM Schmelzflussmesser, hergestellt von Chengde Dahua Testing Machine Co.

1.2 probenvorbereitung

Das PC wurde 12 Stunden lang bei 110 °C getrocknet, und dann wurden die lichtstreuenden Partikel bis zu einem bestimmten Massenanteil vollständig mit PC vermischt. Die Proben wurden nach der Granulierung durch einen Doppelschneckenextruder im Spritzgussverfahren geprüft.

1.3 Leistungsprüfung.

Dispersion von Lichtstreuungsteilchen: Die Probe wurde in flüssigem Stickstoff versprödet und gebrochen, und die Oberfläche wurde mit Gold besprüht und mit dem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet. Die optische Diffusionsfähigkeit wurde nach GB/T 2410 Mel 2008, die Kerbschlagzähigkeit einfach gestützter Balken nach GB/T 1043.1 Mel 2008, die Zugeigenschaften nach GB/T 1040 Mel 2006 und die Schmelzflussrate (MFR) nach GB/T 3682 Mel 2000, 260 °C und 2,16 kg geprüft. Thermogravimetrische Analyse (TG): Die Probe wurde bei einer Stickstoffatmosphäre und einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 20 °C/Min. eingewogen (ca. 10 mg). Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC)-Analyse: Etwa 10 mg der Probe wurden mit 20 °C/min auf 150 °C erhitzt, 3 Minuten lang auf einer konstanten Temperatur gehalten, dann schnell auf -20 °C abgekühlt und anschließend mit 20 °C/min auf 150 °C erhitzt. Die Glasübergangstemperatur (Tg) des zweiten Erhitzungsvorgangs wurde ausgewählt.

Um Lichtdiffusionsmittel mit hervorragenden Eigenschaften zu erhalten, ist eine gute Dispersion der Lichtdiffusionsmittelteilchen in den Polymeren sehr wichtig. Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass im Vergleich zum reinen PC-Querschnitt eine große Anzahl von Lichtdiffusionspartikel-Mikrokugeln und entsprechende Löcher im Lichtdiffusions-PC vorhanden sind. Die Porengröße von Acryl-Lichtdiffusionsmaterialien ist größer als die von Organosilizium-Lichtdiffusionsmaterialien, und die beiden Arten von Lichtdiffusionspartikeln können gut in PC dispergiert werden.

2.2 Lichtdurchlässigkeit und Trübung von lichtstreuenden Materialien.

Aus Tabelle 1 und Tabelle 2 ist ersichtlich, dass mit zunehmender Menge an Lichtdiffusionspartikeln die Trübung der Lichtdiffusionsmaterialien zunimmt und die Lichtdurchlässigkeit abnimmt, unabhängig davon, ob es sich um Acryl-Lichtdiffusions-PC oder Silikon-Lichtdiffusions-PC handelt. Verglichen mit einer 2 mm dicken Lichtdiffusionsplatte mit 1,00 Phr Lichtdiffusionspartikeln und einer 1 mm dicken Lichtdiffusionsplatte mit 2,00 Phr Lichtdiffusionspartikeln zeigt sich, dass der Einfluss der Plattendicke auf die Lichtdurchlässigkeit und die Trübung größer ist als die Menge der Lichtdiffusionspartikel.

Aus Abbildung 4 ist ersichtlich, dass bei Zugabe einer geringen Menge an organischen Silizium-Lichtdiffusionspartikeln (z. B. 0,5 phr) die Trübung der PC-Platte die Wirkung einer 2 phr Acryl-Lichtdiffusionsplatte erreichen kann, die Lichtdurchlässigkeit jedoch geringer ist. Der Grund dafür ist, dass Organosilizium-Lichtdiffusionspartikel eine geringere Partikelgröße und einen geringeren Brechungsindex haben, so dass sie eine bessere Wirkung bei der Erhöhung der Trübung haben. Aus Abbildung 4 ist auch ersichtlich, dass Acryl-Lichtstreuungsmaterialien eine höhere Lichtdurchlässigkeit aufweisen als Organosilizium-Lichtstreuungsmaterialien, obwohl die Menge an Acryl-Lichtstreuungspartikeln bei gleicher Trübung deutlich größer ist als die der Organosilizium-Lichtstreuungspartikel. Der Grund dafür ist, dass Acrylsäurepartikel weniger Licht absorbieren als siliziumorganische Partikel.

2.3Mechanische Eigenschaften und MFR.

Aus den Tabellen 3 und 4 ist ersichtlich, dass sich die Zugfestigkeit, die Zugbruchdehnung und die MFR von PC mit der Menge an Lichtdiffusionspartikeln nicht wesentlich ändern. Allerdings können Acrylsäure-Lichtdiffusionspartikel die Schlagzähigkeit von PC verringern, aber die Zugabe einer kleinen Menge von Acrylsäure-Lichtdiffusionspartikeln zu PC führt zu einer deutlichen Verringerung der Schlagzähigkeit, während Organosilicium-Lichtdiffusionspartikel kaum Auswirkungen auf die Schlagzähigkeit von PC haben. Der Grund dafür ist, dass die Teilchengröße von Acrylsäure-Lichtdiffusionspartikeln größer ist (3 ~ 5 μ m). Große Partikel können leicht Defekte verursachen, was zu einer erheblichen Abnahme der Schlagzähigkeit führt. Die Partikelgröße von Organosiliciumpartikeln beträgt jedoch nur etwa 2 μm, was sich kaum auf die Schlagzähigkeit auswirkt.

2.4 Thermische Stabilität

Die anfängliche Temperatur der thermischen Zersetzung der Partikel beträgt etwa 290 °C. Die anfängliche Temperatur der thermischen Zersetzung von PC beträgt etwa 430 °C. Es zeigt sich, dass die thermische Stabilität der beiden Arten von Lichtdiffusionspartikeln schlechter ist als die von PC, und Organosilizium-Lichtdiffusionsmaterialien haben eine bessere thermische Stabilität als Acryl-Lichtdiffusionsmaterialien.
PC hat eine hohe Viskosität und eine hohe Verarbeitungstemperatur, so dass die Lichtdiffusionspartikel eine gewisse thermische Stabilität aufweisen müssen. Aus Abbildung 5 ist ersichtlich, dass die anfängliche thermische Zersetzungstemperatur von Acryl-Lichtdiffusionspartikeln etwa 230 °C beträgt.

Da die anfängliche thermische Zersetzungstemperatur von Organosilicium-Photodiffusionsmaterialien bei etwa 290 °C liegt und die Dosierung weniger als 1,00 phr beträgt, weist es eine gute thermische Stabilität für die Verarbeitung bei Temperaturen unter 300 °C auf.

Der Gewichtsverlust von Acryl-Lichtdiffusionsmaterialien tritt erst bei 354 °C auf, was sich kaum auf die Verarbeitung bei 300 °C auswirkt. Die Kurve von 200 °354 °C (der gestrichelte Rahmen in Abbildung 5) wird jedoch wie in Abbildung 5b gezeigt vergrößert, und es ist zu erkennen, dass das Lichtdiffusionsmaterial mit Lichtdiffusionspartikeln bei 230 °C einen leichten thermischen Gewichtsverlust erfahren hat. Der Vergleich von Kurve 2 und Kurve 3 zeigt, dass der thermische Gewichtsverlust von Lichtdiffusions-PC mit zunehmender Menge an Lichtdiffusionspartikeln (von 1,00 phr auf 4,00 phr) deutlicher wird. Daher beeinflussen die Propensäure-Photodiffusionspartikel die thermische Stabilität von PC, und ihre Zugabe sollte nicht zu groß sein, da sonst die thermische Zersetzung der Photodiffusionspartikel während des Verarbeitungsprozesses die Eigenschaften der Lichtdiffusionsmaterialien beeinträchtigt.

Aus Abbildung 6 ist ersichtlich, dass die Tg von Acryl-Lichtdiffusionspartikeln 137,7 °C und die Tg von PC 150,2 °C beträgt, wenn die Silikon-Lichtdiffusionspartikel weniger als 200 °C betragen. Durch die Zugabe von Lichtdiffusionspartikeln zu PC sinkt dessen Tg. Der Grund dafür ist, dass die kugelförmigen Lichtdiffusionspartikel, die gleichmäßig in PC dispergiert sind, zur Bewegung der PC-Molekülsegmente beitragen, so dass die Tg verringert wird.

3 Schlussfolgerung.

A) Herstellung von Lichtdiffusionspartikeln aus Acryl und Silikon.
Die lichtstreuenden PC-Materialien für LED-Beleuchtung sind erhalten, und die beiden Arten von lichtstreuenden Partikeln sind mikrokugelförmig und können gut in PC dispergiert werden.

B) Die Teilchengröße von Acryl-Lichtstreuungsteilchen ist größer als die von Organosilizium-Lichtstreuungsteilchen, und die entsprechenden Lichtstreuungsmaterialien haben eine höhere Lichtdurchlässigkeit, wenn sie die gleiche Trübung erreichen (2,00 ~ 5,00 phr).

C) Silikon-Lichtdiffusionsmaterialien können durch Zugabe einer kleinen Menge von Lichtdiffusionspartikeln (weniger als 1,00 phr) eine hohe Trübung erreichen und die hohe Schlagzähigkeit und gute thermische Stabilität von PC beibehalten.