¡Sorpresa! Hemos encontrado un material que no sólo puede mejorar eficazmente la difusión de la luz, sino también mantener una alta transmitancia.

1 prefacio.

Como fuente de luz de cuarta generación, el diodo emisor de luz (LED) presenta una serie de ventajas, como bajo consumo de energía, tamaño reducido, respuesta rápida, alta fiabilidad, larga vida útil, etc.

En los últimos años, impulsada por el concepto de desarrollo del ahorro energético y la protección del medio ambiente, la iluminación LED ha experimentado un rápido desarrollo, sustituyendo a la fuente de iluminación tradicional, y se ha utilizado ampliamente en pantallas, iluminación, indicación de señales y otros campos. Sin embargo, el calor de las fuentes de luz LED es grave, por lo que plantea mayores exigencias en cuanto a la resistencia al calor de los materiales periféricos, como pantallas y portalámparas. El policarbonato (PC) tiene excelentes propiedades ópticas, mecánicas, de resistencia al calor y dieléctricas, por lo que es un material ideal para fabricar lámparas y portalámparas LED. Debido a su alta eficiencia luminosa y fuerte directividad, la fuente de luz compuesta por las perlas de la lámpara LED y su matriz es fuerte, lo que es fácil de causar daño a los ojos humanos, por lo que es necesario utilizar material de difusión de luz como cubierta frontal de la fuente de luz LED para transformarla en una fuente de luz de superficie más uniforme y suave. Los materiales de difusión de luz se preparan generalmente dispersando partículas difusoras de luz en una matriz de polímero transparente y tienen una alta transmitancia de luz y neblina, lo que puede lograr un buen efecto de nivelación bajo la condición de una pequeña pérdida de intensidad de luz [3]. El poliestireno, el polimetacrilato de metilo y la sílice se utilizan habitualmente en los materiales de PC de fotodifusión, pero el ámbito de aplicación de estos materiales está limitado en cierta medida debido a su coste relativamente elevado. En este trabajo se estudia el efecto de la boehmita en el rendimiento de los PC. Los resultados muestran que la boehmita no sólo puede mantener las excelentes propiedades mecánicas del PC, sino que también proporciona un buen efecto de difusión de la luz y fluidez de procesamiento, lo que se espera que proporcione una solución más rentable para los equipos de iluminación LED a gran escala.

2. Parte experimental

2.1 principales materias primas y equipos
Resina PC: grado industrial, velocidad de flujo de fusión es de 3 g 10 min, Mitsubishi Co., Ltd.; Boehmita: tamaño de partícula 2 μ m, Anhui Yishitong Co., Ltd. Otros auxiliares: en el mercado. Extrusora de doble husillo: STS-35, Nanjing Kobelong Machinery Co., Ltd.; Máquina de moldeo por inyección: HTF86/TJ, China Haitian plastic Machinery Co., Ltd.; Máquina universal de pruebas: CMT6103, Shenzhen New Sansi material testing Co., Ltd.; probador de impacto: BPI-5.5STAC, Zwick/Roell, Alemania; comprobador de flujo de fusión: BMF-003, Zwick/Roell de Alemania; medidor de transmitancia de luz visible: BTR-1S, Hebei Xianhe Science and Technology Co., Ltd. Microscopio electrónico de barrido: Smur3400N, Beijing Tianmei (China) Scientific Instruments Co., Ltd.

2.2 preparación de la fotodifusión PC.
La fórmula experimental del PC de fotodifusión se muestra en la Tabla 1. De acuerdo con la fórmula, los componentes se mezclan completamente y se añaden a la tolva de la extrusora. La temperatura de extrusión desde la primera zona hasta la décima es de 140,270,270,260,260,250,250,270 °C, la velocidad del tornillo es de 300 r/min, y la alimentación es de 30 kg/h. Después de que la tira de extrusión se corta y se seca, la mecánica y la placa cuadrada se preparan mediante el mecanismo de moldeo por inyección. La temperatura de inyección es de 300 °C, la presión y la velocidad de inyección son de 800,144 MPa y 55% ~ 99%, respectivamente. Después de ajustar las estrías a 25 °C y 50% de humedad durante 24 h, se realizaron las pruebas correspondientes.

2.3 pruebas de rendimiento.
La transmitancia luminosa y la turbidez se midieron con una placa cuadrada de 2,0 mm de espesor. La condición de ensayo del índice de fusión es de 300 °C 1,2 kg. Las propiedades mecánicas se prueban según la norma ASTM. La velocidad de ensayo de tracción es de 50 mm/min y la velocidad de ensayo de flexión es de 2 mm/min.

3 resultados y discusión.
3.1 Efecto de la boehmita en las propiedades ópticas del PC

La composición de la boehmita es γ-AlOOH y su cristal es blanco a temperatura ambiente. La morfología de boehmita es un cristal cúbico con un tamaño de partícula de alrededor de 2 μ m por SEM, y su forma y tamaño son regulares y uniformes (Fig. 1a), que es la base de su buen efecto óptico. Cuando la boehmita se añade a la resina de PC, puede dispersarse bien, no hay agregados de gran tamaño, el número de partículas que dispersan la luz en el sistema no se reducirá debido a la aglomeración, y debido a la falta de interacción, la unión entre la boehmita y la resina de PC es débil, hay un cierto espacio entre ellas (figura 1b), lo que también mejora el efecto de dispersión de la luz en la interfaz [6].

En la figura 2 se muestra el efecto de la boehmita sobre la transmitancia luminosa y la turbidez del PC. Con el aumento del contenido de boehmita, la transmitancia luminosa del PC disminuyó linealmente. Cuando el contenido de boehmita alcanzó 3,0%, la transmitancia luminosa disminuyó de 89,1% del PC puro a 58,8%, que se mantuvo en un nivel alto. La razón es que el índice de refracción de la boehmita es de 1,63 a 1,67, cercano al del PC. En términos de turbidez, cuando el contenido de boehmita es de 0,5%, la turbidez aumenta bruscamente de 5,0% del PC puro a 74,7%. Cuando el contenido de boehmita es de 2,0%, la turbidez es superior a 90% (93,2%), pero cuando el contenido se incrementa hasta 3,0%, la turbidez sólo aumenta hasta 94,5%. La aplicación práctica de los productos correspondientes en este campo no es significativa.

En la estructura molecular del PC, la estabilidad de los enlaces de carbonato es pobre. En el entorno de procesamiento, la boehmita, como tipo de hidróxido, puede catalizar la hidrólisis de los enlaces de carbonato, lo que provoca la disminución del peso molecular del PC. En la figura 3 se puede observar que con el aumento del contenido de boehmita, el índice de fusión del PC aumenta rápidamente de 3,5 g 10 min a 20,0 g 10 min. En cuanto a la tenacidad, la resistencia al impacto del PC se redujo de 935,7 Jago a 725,0 Jago con la adición de 3,0% de boehmita, pero se mantuvo en un nivel alto. Teniendo en cuenta que las partículas de boehmita dispersas en el PC son un punto defectuoso, que debe tener un efecto negativo en la resistencia al impacto, se especula que la disminución del peso molecular del PC y su efecto en la tenacidad son limitados, y el aumento sustancial de la fluidez del sistema depende principalmente del efecto plastificante de los productos de bajo peso molecular producidos por hidrólisis en el PC. Por otro lado, la boehmita puede reforzar el PC hasta cierto punto, y la resistencia a la flexión y el módulo del PC pueden aumentar de 100,5 MPa y 2471 MPa a 106,5 MPa y 2701 MPa respectivamente con la adición de 3,0% (Fig. 4).

4 conclusión

La adición de boehmita al PC puede mejorar eficazmente la opacidad y mantener una alta transmitancia de la luz, consiguiendo así un buen efecto de difusión de la luz; la boehmita puede mejorar el PC, pero hasta cierto punto conduce a la hidrólisis del enlace de carbonato y a la disminución del peso molecular del PC, lo que aumenta en gran medida la fluidez y reduce ligeramente la tenacidad del PC. Cuando el contenido de boehmita es de 2,0%, las propiedades del material son ideales en cuanto a efecto de difusión de la luz, propiedades mecánicas y fluidez de procesamiento, y tienen buenas propiedades globales.