Wie wird die lichtstreuende Polycarbonatplatte hergestellt?

In den letzten Jahren hat sich die LED-Industrie weltweit schnell entwickelt, und die Länder haben großen Enthusiasmus für die Entwicklung der LED-Industrie gezeigt. Am 7. Mai 2012 schlug der vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie herausgegebene 12. Fünfjahres-Sonderplan für die Entwicklung der Halbleiterbeleuchtungswissenschaft und -technologie (Entwurf zur Einholung von Stellungnahmen) vor, dass bis 2015 30% der allgemeinen Beleuchtung auf LED-Beleuchtungsprodukte entfallen und 50 Pilot-Demonstrationsstädte der "zehntausend Städte" gebaut werden. Die Marktnachfrage und die politische Unterstützung deuten darauf hin, dass die Marktaussichten für LED-Beleuchtungslampen sehr groß sind, und auch das Lichtstreumaterial als Hüllenmaterial von LED-Beleuchtungslampen und -Laternen hat eine große Marktnachfrage ausgelöst. Derzeit werden die meisten der neuen Photodiffusionsmaterialien durch die Mischung von transparenten Polymermatrixmaterialien und Diffusorpartikeln hergestellt. Anorganische Partikel werden meist als Lichtdiffusoren verwendet, darunter Glasperlen, SiO2, TiO2, CaCO3, MgSiO3, BaSO4 und Sulfid ZnS,BaS. Diese anorganischen Partikel sind in der Regel hart und unregelmäßig, so dass sie sich bei der Verarbeitung leicht abnutzen, und die Partikelgröße der dispergierten Phase ist schwer zu vereinheitlichen, was die mechanischen Eigenschaften der Polymermatrix beeinträchtigt. Diese Teilchen sind empfindlich gegenüber Hitze, Sauerstoff und ultraviolettem Licht. Wenn die dispergierten Partikel zu groß sind, führt dies auch zu einer unebenen Oberfläche des Materials [1]. Außerdem wird die Lichtdurchlässigkeit durch den Zusatz anorganischer Partikel stark beeinträchtigt. Die Anwendung von anorganischen Partikeln in Lichtdiffusionsmaterialien ist stark eingeschränkt. In den letzten Jahren wurden organische Polymerpartikel wie Polymethylmethacrylat [2], Polystyrol [3], Silikonharz [5-6], Acrylharz [6], vernetzte Methylmethacrylat-Styrol-Copolymer-Mikrokugeln [7-8] usw. in großem Umfang als Lichtstreuer verwendet.

Unter den optisch diffusen Materialien haben die Auswahl, Dosierung und Partikelgröße des Lichtdiffusionsmittels den größten Einfluss auf die optischen Eigenschaften von Lichtdiffusionsmaterialien. Polycarbonat (PC) mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und hervorragender Verarbeitbarkeit wird als Matrixmaterial ausgewählt, um die Auswirkungen verschiedener Arten, Dosierungen und Partikelgrößen von organischen Lichtstreumitteln auf die mechanischen und optischen Eigenschaften von Lichtstreumaterialien zu untersuchen. Sie dienen als Referenz für die reale Produktion und Anwendung.

1 Experimenteller Teil 1.1 Hauptrohstoffe.
PC: Bayer Company of Germany.
Lichtverteiler A: Acryl-Lichtverteiler, vermarktet;

Lichtdiffusor B (durchschnittliche Partikelgröße 2 μ m), C (durchschnittliche Partikelgröße). 3 μ m): Silikon-Lichtdiffusor, von Wanda Chemical Co. limited; andere Hilfsmittel: im Handel erhältlich.

1.2 Die wichtigsten Instrumente und Geräte.
Gleichsinnig drehender Doppelschneckenextruder: Typ CTE-35, Kobelon (Nanjing). Machinery co., Ltd.
Spritzgießmaschine: HTEF90W1, (Ningbo Haitian Plastic Machinery Group. Limited company)
Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (SEM): QUANTA200. (Typ A, American FEI Co., Ltd.)
Lichtdurchlässigkeits-/Schleiermessgerät: WGT-S, Abteilung für Präzision, Shanghai.
Xue Instruments Co, Ltd; Universelle elektronische Zugprüfmaschine: SHIMADZU AGS-J.
Shimadzu Produktionsinstitut in Japan.
Schlagprüfmaschine: XJJ-5, Chengde Testing Machine Co., Ltd. Abteilung.

1.3 Probenvorbereitung.
Trocknen Sie die Rohstoffe 12 Stunden lang bei 110 °C und teilen Sie sie auf eine bestimmte Masse auf.
Mehrere Lichtstreupartikel und PC werden gleichmäßig gemischt und dann mit einem Doppelschneckenextruder extrudiert und granuliert. Das Granulat wurde 12 Stunden lang bei 110 °C getrocknet und dann in die Prüfmuster eingespritzt.

1.4 Leistungstests.
TDie Zugfestigkeit wird nach GB/T 1040.2 Mel 2006, die Kerbschlagzähigkeit nach GB/T 1043.1 Mel 2008 und die Lichtdurchlässigkeit und Trübung nach GB/T 2410 Mel 2008 geprüft.
Die Dicke beträgt 2 mm.
REM-Beobachtung: Der Lichtdiffusor Apene B und C wurde gleichmäßig auf die Oberfläche gestreut.
Die Oberfläche des leitfähigen Klebstoffs wird mit Gold besprüht, mit dem REM beobachtet und fotografiert. Die Proben wurden in flüssigem Stickstoff eingefroren und spröde gebrochen, Gold wurde auf die Bruchfläche aufgesprüht, mit dem REM beobachtet und fotografiert.

2 Ergebnisse und Diskussion

2.1 im Vergleich zu anorganischen Lichtverteilern

Der organische Lichtdiffusor absorbiert weniger Licht, so dass er zur Herstellung von Lichtdiffusionsmaterialien mit hoher Lichtdurchlässigkeit und hoher Trübung verwendet werden kann. Abbildung 1 zeigt die REM-Fotos des Lichtdiffusors und des PC-basierten Lichtdiffusionsmittels (0,5% Massenanteil des Lichtdiffusors).

Aus Abb. 1A, Abb. 1C und Abb. 1e geht hervor. 1e, dass Lichtdiffusionsmittel An und C regelmäßige kugelförmige Teilchen sind, aber die Teilchengrößenverteilung von Lichtdiffusionsmittel An ist breit, der Bereich der Teilchengrößenverteilung ist 1 ~ 4 μ m, und die durchschnittliche Teilchengröße ist 2 μ m; die Teilchengröße von Lichtdiffusionsmittel B ist nicht einheitlich, der Bereich der Teilchengrößenverteilung ist 1 ~ 3 μ m, und die durchschnittliche Teilchengröße ist 2 μ m; die Teilchengröße von Lichtdiffusionsmittel C ist einheitlich, die Teilchengrößenverteilung ist konzentriert, und die durchschnittliche Teilchengröße ist 3 μ m.

Aus Abb. 1B, Abb. 1D und Abb. 1f ist ersichtlich. 1B, FIG. 1D und FIG. 1f, dass das Lichtdiffusionsmittel gleichmäßig in der PC-Matrix dispergiert werden kann und seine ursprüngliche Form beibehält. In Abb. 1D und Abb. 1F sind jedoch Hohlräume an der Grenzfläche zwischen dem Lichtdiffusionsmittel und der Matrix zu sehen, und es gibt auch eine große Anzahl von Hohlräumen in der Probe, was darauf hindeutet, dass die Kompatibilität von Silikon-Lichtdiffusionsmittel und Matrixharz schlecht ist. Da die Probe bei 280 ~ 300 °C hergestellt wird und das Lichtdiffusionsmittel seine ursprüngliche Form in der Probe beibehält, zeigt dies, dass die drei Arten von Lichtdiffusionsmitteln eine gute Hitzebeständigkeit aufweisen.

2.2 Mechanische Eigenschaften.
Abbildung 2 zeigt die Auswirkung der Menge des Lichtstreuers auf die mechanischen Eigenschaften von PC-basierten Lichtstreumaterialien.
Wie aus Abbildung 2 ersichtlich ist, zeigt die Zugfestigkeit des Materials mit zunehmendem Massenanteil des Lichtdiffusors einen schwankenden Abwärtstrend, aber der Bereich der Veränderung ist sehr klein; die Kerbschlagzähigkeit des Materials zeigt einen Abwärtstrend, und der Bereich der Veränderung ist ebenfalls sehr klein. Im Allgemeinen beträgt die Zugfestigkeit von reinem PC 63 MPa. Nach Zugabe des Lichtdiffusionsmittels schwankt die Zugfestigkeit zwischen 60,5 und 62,5 MPa, was zeigt, dass das Lichtdiffusionsmittel keinen offensichtlichen Einfluss auf die Zugfestigkeit des Materials hat.

Dies liegt daran, dass die Anzahl der Defekte im Material geringer ist als die des Materials selbst, so dass die Anzahl der Defekte im Material insgesamt nach der Zugabe von Lichtdiffusionsmittel nicht signifikant ansteigt. Die offensichtlichste Auswirkung auf die Zugfestigkeit des Materials ist der Defekt, der zu einer Spannungskonzentration führt. Nach der Zugabe von Lichtdiffusionsmittel schwankt die Kerbschlagzähigkeit des Werkstoffs zwischen 12 und 14 kJ/m2. Mit der Erhöhung des Massenanteils des Lichtdiffusionsmittels A ändert sich die Kerbschlagzähigkeit des Werkstoffs im Wesentlichen nicht, während die Kerbschlagzähigkeit des Werkstoffs mit dem Zusatz des Lichtdiffusionsmittels Bmind C mit der Erhöhung seines Massenanteils abnimmt. Dies kann daran liegen, dass die Kompatibilität von Acryl-Lichtdiffusionsmittel mit PC besser ist als die von Silikon-Lichtdiffusionsmittel mit PC, und PC ein kerbempfindliches Material ist, so dass das Material nach Zugabe von Silikon-Lichtdiffusionsmittel zu Sprödbruch neigt, was zu einer Abnahme der Kerbschlagzähigkeit führt. Aufgrund der Zugabe von weniger Lichtdiffusionsmittel ist der Rückgang jedoch gering.

2.3 Bewertung der optischen Eigenschaften

Die beiden wichtigsten Indikatoren für optische Diffusionsmaterialien sind die Lichtdurchlässigkeit und die Lichtstreuung.
Trübung [9]. Die Lichtdurchlässigkeit bezieht sich auf das Verhältnis des Lichtstroms durch die Probe zu dem auf die Probe eingestrahlten Lichtstrom und ist ein wichtiger Leistungsindex zur Charakterisierung der Transparenz transparenter Polymermaterialien. Je höher die Lichtdurchlässigkeit eines Polymermaterials ist, desto besser ist seine Transparenz; die Trübung, auch als Haze bezeichnet, ist das Verhältnis des Streulichtstroms zum Transmissionslichtstrom, der von der Richtung des durch die Probe einfallenden Lichts abweicht, und wird zur Messung des Grads der Mehrdeutigkeit oder Trübung eines transparenten oder transluzenten Materials verwendet, der durch Diskontinuität oder Unregelmäßigkeiten im Inneren oder an der Oberfläche des Materials verursacht wird. Die Trübung wird in der Regel zur Charakterisierung der Lichtstreuungsintensität von lichtstreuenden Materialien verwendet.

Die wichtigsten Ergebnisse sind wie folgt: (1) die Auswirkung der Menge des Lichtstreuers auf die Lichtdurchlässigkeit und die Trübung der Probe. Die Ursache der Lichtstreuung Phänomen [10] ist das Ergebnis der Zerstörung der Einheitlichkeit des Mediums, das heißt, es gibt große Unterschiede in den optischen Eigenschaften (z. B. Brechungsindex) zwischen den benachbarten Medium Elemente der Wellenlänge Größenordnung, unter der Wirkung von einfallendem Licht, werden sie als sekundäre Wellenquellen verwendet, um sekundäre Wellen mit unterschiedlichen Strahlungsamplituden zu behandeln, und ihre Phasen sind auch voneinander verschieden. Die kohärente Überlagerung der Sekundärwellen hat zur Folge, dass sich einige Lichtwellen zwar noch in der durch die geometrische Optik vorgegebenen Richtung ausbreiten, aber nicht mehr in andere Richtungen verschoben werden können, was zu einer Streuung führt. Daher kommt es zwangsläufig zur Streuung, wenn das einfallende Licht auf die Grenzfläche zweier Stoffe mit unterschiedlichem Brechungsindex trifft.

Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass bei einem Massenanteil des Lichtdiffusors An von 0,2% die Lichtdurchlässigkeit der Probe 88,6% und die Trübung 59,3% beträgt. Mit der Erhöhung des Massenanteils des Lichtdiffusors A nimmt die Lichtdurchlässigkeit der Probe allmählich ab und die Trübung zu. Wenn der Massenanteil des Lichtstreumittels An 0,6% beträgt, liegt die Lichtdurchlässigkeit der Probe bei 78,4%, die Trübung bei 79,3%, die Trübung ist relativ gering, und die Trübung (≥ 90%) ist weit entfernt von der erforderlichen Trübung (≥ 90%). Es ist notwendig, den Massenanteil des Lichtverteilers A weiter zu erhöhen, um die Anforderungen zu erfüllen.

Wie aus Abbildung 4 ersichtlich ist, beträgt die Lichtdurchlässigkeit der Probe bei einem Massenanteil des Lichtdiffusors B von 0,2% 86,5% und die Trübung 73,8%; bei einem Anstieg des Massenanteils des Lichtdiffusors B auf 0.3% ansteigt, sinkt die Lichtdurchlässigkeit der Probe auf 73,5%, und die Trübung steigt auf 92,5%; wenn der Massenanteil des Lichtverteilers B weiter ansteigt, nimmt die Lichtdurchlässigkeit der Probe schnell ab, während die Trübung langsam zunimmt.

Aus Abbildung 5 ist ersichtlich, dass bei einem Massenanteil des Lichtdiffusors C von 0,2% die Lichtdurchlässigkeit der Probe 83,2% und die Trübung 90,8% beträgt. Wenn der Massenanteil des Lichtdiffusors C weiter ansteigt, nimmt die Lichtdurchlässigkeit der Probe deutlich ab und die Trübung zu. Wenn der Massenanteil des Lichtdiffusors C 0,3% beträgt, sinkt die Lichtdurchlässigkeit der Probe auf 80,8%, und die Trübung steigt auf 94,9%. Wenn der Massenanteil des Lichtdiffusors C weiter ansteigt, nimmt die Trübung der Probe ab.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei gleichem Massenanteil des Lichtdiffusionsmittels die Lichtdurchlässigkeit der Probe mit Lichtdiffusionsmittel A (Acrylsäure) höher ist als die der Probe mit Lichtdiffusionsmittel BMagine C (Organosilikon) und die Trübung der ersteren deutlich geringer ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Silikon-Lichtdiffusor mehr Licht absorbiert als der Acryl-Lichtdiffusor.

(2) die Auswirkungen der Menge des Lichtdiffusors auf den effektiven Lichtdiffusionskoeffizienten der Probe.
Im Allgemeinen wird die effektive Lichtdiffusionsfähigkeit des Materials durch Lichtdurchlässigkeit × Trübung ausgedrückt. Je höher der Wert ist, desto geringer ist der Lichtverlust, wenn die Intensität der spiegelnden Diffusion erreicht wird. Die ideale Lichtdurchlässigkeit und der ideale Schleierwert können durch Änderung der Menge des Lichtdiffusors erreicht werden, der in einen effektiven Lichtdiffusionskoeffizienten umgewandelt werden kann [2].

Aus Abbildung 6 ist ersichtlich, dass der effektive Lichtdiffusionskoeffizient der Probe zunächst ansteigt und dann mit der Erhöhung des Massenanteils des Lichtdiffusors sinkt. In der Probe, die mit dem Lichtdiffusionsmittel A versetzt wurde, beträgt der effektive Lichtdiffusionskoeffizient 52,5%, wenn der Massenanteil 0,2% beträgt; wenn der Massenanteil 0,5% beträgt, erreicht der effektive Lichtstreukoeffizient den Maximalwert, der 63,0% beträgt; wenn der Massenanteil des Lichtdiffusionsmittels A weiter ansteigt, sinkt der effektive Lichtstreukoeffizient der Probe. Wenn der Massenanteil des Lichtstreumittels BMague C 0,3% beträgt, erreicht der effektive Lichtstreukoeffizient den Höchstwert, der 68,0% bzw. 76,7% beträgt, und steigt der Massenanteil des Lichtstreumittels weiter an, nimmt der effektive Lichtstreukoeffizient der Probe rasch ab. Die Ergebnisse zeigen, dass der Silikon-Lichtdiffusor einen höheren effektiven Lichtdiffusionskoeffizienten bei einer geringen Dosierung erreichen kann, und die Wirkung seiner Dosierung auf den effektiven Lichtdiffusionskoeffizienten ist sehr offensichtlich.

(3) die Auswirkung der Partikelgröße des Lichtdiffusionsmittels auf die Trübung der Probe. 

Die Auswirkung der Partikelgröße des Lichtstreumittels auf die Trübung der Probe ist in Abbildung 7 dargestellt.

Wie in Abbildung 7 zu sehen ist, ist die Trübung des Materials bei Verwendung des optischen Diffusors B im Allgemeinen geringer als bei Verwendung des optischen Diffusors C, aber der Unterschied zwischen den beiden ist relativ gering. Das liegt daran, dass die Partikelgröße des in diesem Experiment verwendeten Lichtdiffusors größer ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, und sein Streueffekt gehört zur Mie-Streuung. Nach der Mie-Streuungstheorie sind die kugelförmigen Partikel gleichmäßig in der Harzmatrix verteilt, und die Streuintensität des Systems ist eine Funktion des Brechungsindex, der Partikelgröße, des Streuwinkels und der Wellenlänge des einfallenden Lichts im umgebenden Medium [10]. Der Streuwinkel und die Wellenlänge des einfallenden Lichts im Medium um die Partikel herum werden nicht berücksichtigt, und es werden nur die Auswirkungen des Brechungsindex und der Partikelgröße auf die optischen Eigenschaften der Proben berücksichtigt. Je größer die Partikelgröße in einem bestimmten Bereich ist, desto größer ist der Unterschied im Brechungsindex und desto höher ist die Streuintensität des Materials. Nach.

Nach der Berechnungsformel in GB/T 2410 Mel 200 "Bestimmung der Lichtdurchlässigkeit und der Trübung von 8 transparenten Kunststoffen" haben Materialien mit hoher Streuungsintensität eine hohe Trübung. Die Partikelgröße des Lichtdiffusionsmittels C ist größer als die des Lichtdiffusionsmittels B, so dass die Trübung der Probe mit Lichtdiffusionsmittel C höher ist als die des Lichtdiffusionsmittels B. Da der Unterschied in der Partikelgröße gering ist, ist auch der Unterschied in der Trübung gering.

3 Schlussfolgerung.

Die wichtigsten Ergebnisse sind wie folgt: (1) Die Kompatibilität von Organosilizium-Lichtdiffusionsmittel und PC-Matrix ist schlecht, während die Kompatibilität von Acryl-Lichtdiffusionsmittel und PC-Matrix besser ist. Die Zugabe von Organosilizium-Lichtdiffusionsmittel hat keinen Einfluss auf die Zugfestigkeit von PC, hat aber einen gewissen Einfluss auf die Kerbschlagzähigkeit.

(2) Die Menge des Lichtdiffusors hat einen großen Einfluss auf die Lichtdurchlässigkeit und Trübung des Materials. Bei einem Acryl-Lichtdiffusor ist es notwendig, die Dosierung zu erhöhen, um eine bestimmte Trübung des Materials zu erreichen, aber die Lichtdurchlässigkeit ist höher; durch Hinzufügen einer kleinen Menge eines Silikon-Lichtdiffusors kann das Material eine höhere Trübung erreichen, ohne dass die Lichtdurchlässigkeit offensichtlich abnimmt. Wenn der Massenanteil des Silikon-Lichtdiffusors C 0,3% beträgt, kann der effektive Lichtdiffusionskoeffizient des Materials 76,7% erreichen, die Lichtdurchlässigkeit liegt bei 80,8% und die Trübung bei 94,9%, was einen guten praktischen Anwendungswert hat.

(3) die Teilchengröße des Lichtdiffusionsmittels hat einen Einfluss auf die Trübung des Materials in einem bestimmten Bereich, und die Trübung des Materials mit der großen Teilchengröße des Lichtdiffusionsmittels ist höher.