¿Cómo fabricar la lámina de policarbonato difusor de luz?

En los últimos años, la industria mundial del LED se ha desarrollado rápidamente, y los países han mostrado un gran entusiasmo por el desarrollo de la industria del LED. El 7 de mayo de 2012, el 12º Plan Especial Quinquenal para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología de la Iluminación por Semiconductores (borrador para solicitar opiniones) publicado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología propuso que, para 2015, los productos de iluminación LED representarán 30% de la iluminación general, y se construirán 50 ciudades piloto de demostración de "diez mil ciudades". La demanda del mercado y el apoyo de las políticas indican que las perspectivas de mercado de las lámparas de iluminación LED son muy amplias, y el material de difusión de la luz, como material de cubierta de las lámparas y linternas de iluminación LED, también suscita una enorme demanda en el mercado. En la actualidad, la mayoría de los nuevos materiales de fotodifusión se producen mediante la mezcla de materiales de matriz polimérica transparente y partículas difusoras. Las partículas inorgánicas se utilizan sobre todo como difusores de luz, incluidas las perlas de vidrio, SiO2, TiO2, CaCO3, MgSiO3, BaSO4 y sulfuro ZnS,BaS. Estas partículas inorgánicas suelen ser duras e irregulares, y es fácil que desgasten el equipo de procesamiento durante la elaboración, y el tamaño de las partículas de la fase dispersa es difícil de conseguir uniforme, lo que reduce las propiedades mecánicas de la matriz polimérica. Estas partículas son sensibles al calor, al oxígeno y a la luz ultravioleta. Si las partículas dispersas son demasiado grandes, también se producirá una superficie irregular del material [1]. Además, la adición de partículas inorgánicas afectará gravemente a la transmitancia de la luz. La aplicación de partículas inorgánicas en materiales de difusión de luz está seriamente limitada. En los últimos años, las partículas de polímeros orgánicos se han utilizado ampliamente como difusores de luz, tales como el polimetacrilato de metilo [2], el poliestireno [3], la resina de silicona [5-6], la resina acrílica [6], las microesferas de copolímero reticulado de metacrilato de metilo-estireno [7- 8], etcétera.

Entre los materiales ópticamente difusores, la selección, dosificación y tamaño de partícula del agente difusor de luz tienen la influencia más importante en las propiedades ópticas de los materiales difusores de luz. Se selecciona policarbonato (PC) con excelentes propiedades mecánicas y excelente procesabilidad como material matriz para estudiar los efectos de diferentes tipos, dosificación y tamaño de partícula de agente difusor de luz orgánico sobre las propiedades mecánicas y ópticas de los materiales difusores de luz. Proporcionar una referencia para la producción y aplicación reales.

1 Parte experimental 1.1 Principales materias primas.
PC: Bayer Company de Alemania.
Difusor de luz A: difusor de luz acrílico, comercializado;

difusor de luz B (tamaño medio de las partículas 2 μ m), C (tamaño medio de las partículas.) 3 μ m): difusor de luz de silicona, de Wanda Chemical Co. limitada ; otros auxiliares: de venta en el mercado.

1.2 principales instrumentos y equipos.
Extrusora de doble husillo corrotante: Tipo CTE-35, Kobelon (Nanjing). Machinery co., Ltd.
Máquina de moldeo por inyección: HTEF90W1, (Ningbo Haitian Plastic Machinery Group. Sociedad limitada)
Microscopio electrónico de barrido (SEM) de emisión de campo: QUANTA200. (Tipo A, American FEI Co., Ltd.)
Transmitancia de la luz/prueba de deslumbramiento: WGT-S, Departamento de Precisión de Shanghai.
Xue Instruments Co., Ltd.; Máquina electrónica universal de ensayos de tracción: SHIMADZU AGS-J.
Instituto de producción Shimadzu de Japón.
Máquina de pruebas de impacto: XJJ-5, Chengde Testing Machine Co., Ltd. Ltd. División.

1.3 preparación de la muestra.
Secar las materias primas a 110 °C durante 12 horas y dividirlas según una masa determinada.
Se mezclan uniformemente varias partículas difusoras de luz y PC, y a continuación se extruyen y granulan mediante una extrusora de doble husillo. Los gránulos se secaron a 110 °C durante 12 h y, a continuación, se inyectaron en las muestras de ensayo.

1.4 pruebas de rendimiento.
Ta resistencia a la tracción se comprueba según la norma GB/T 1040.2 Mel 2006, la resistencia al impacto con muescas se comprueba según la norma GB/T 1043.1 Mel 2008, y la transmitancia de la luz y la niebla se comprueban según la norma GB/T 2410 Mel 2008.
El grosor es de 2 mm.
Observación SEM: el difusor de luz Apene B y C se esparció uniformemente sobre la superficie.
La superficie del adhesivo conductor se rocía con oro, se observa y se fotografía por SEM. Las muestras se congelaron en nitrógeno líquido y se rompieron quebradizas, se pulverizó oro sobre la superficie de fractura, se observaron y fotografiaron por SEM.

2 resultados y debate

2.1 en comparación con los difusores de luz inorgánicos

El difusor de luz orgánico absorbe menos luz, por lo que puede utilizarse para preparar materiales de difusión de luz con alta transmitancia de luz y alta neblina. La figura 1 muestra las fotos SEM del difusor de luz y del agente difusor de luz basado en PC (fracción másica de 0,5% del difusor de luz).

Se puede observar en la Fig. 1A, Fig. 1C y Fig. 1e que el agente de difusión de luz An y C son partículas esféricas regulares, pero la distribución del tamaño de las partículas del agente de difusión de luz An es amplia, el rango de distribución del tamaño de las partículas es de 1 ~ 4 μ m, y el tamaño medio de las partículas es de 2 μ m; el tamaño de las partículas del agente de difusión de luz B no es uniforme, el rango de distribución del tamaño de las partículas es de 1 ~ 3 μ m, y el tamaño medio de las partículas es de 2 μ m; el tamaño de las partículas del agente de difusión de luz C es uniforme, la distribución del tamaño de las partículas es concentrada, y el tamaño medio de las partículas es de 3 μ m.

En las figs. 1B, FIG. 1D y FIG. 1f que el agente de difusión de luz puede dispersarse uniformemente en la matriz de PC y mantener su forma original. Sin embargo, hay huecos en la interfaz entre el agente de difusión de luz y la matriz en la fig. 1D y la fig. 1F, y también hay un gran número de huecos en la muestra, lo que indica que la compatibilidad del agente de difusión de luz de silicona y la resina de la matriz es pobre. Además, como la muestra se prepara a 280 ~ 300 °C, y el agente de difusión de luz mantiene su forma original en la muestra, esto demuestra que los tres tipos de agente de difusión de luz tienen una buena resistencia al calor.

2.2 Propiedades mecánicas.
La figura 2 muestra el efecto de la cantidad de difusor de luz sobre las propiedades mecánicas de los materiales de difusión de luz basados en PC.
Como puede verse en la figura 2, con el aumento de la fracción de masa del difusor de luz, la resistencia a la tracción del material muestra una tendencia fluctuante a la baja, pero el rango de cambio es muy pequeño; la resistencia al impacto entallado del material muestra una tendencia a la baja, y su rango de cambio también es muy pequeño. En general, la resistencia a la tracción del PC puro es de 63 MPa. Después de añadir el agente difusor de luz, la resistencia a la tracción fluctúa entre 60,5 y 62,5 MPa, lo que demuestra que el agente difusor de luz no tiene un efecto evidente sobre la resistencia a la tracción del material.

El efecto más evidente sobre la resistencia a la tracción del material es el defecto que provoca la concentración de tensiones. Tras la adición del agente de difusión de luz, la resistencia al impacto entallado del material fluctúa entre 12 y 14 kJ/m2. Con el aumento de la fracción de masa del agente de difusión de luz A, la resistencia al impacto entallado del material básicamente no cambia, mientras que la resistencia al impacto entallado del material con la adición del agente de difusión de luz Bmind C disminuye con el aumento de su fracción de masa. Esto puede deberse a que la compatibilidad del agente difusor de luz acrílico con el PC es mejor que la del difusor de luz de silicona con el PC, y el PC es un material sensible a la entalla, por lo que el material es propenso a la fractura quebradiza tras la adición del agente difusor de luz de silicona, lo que conduce a la disminución de la resistencia al impacto con entalla. Sin embargo, debido a la adición de menos agente difusor de luz, la disminución es pequeña.

2.3 Evaluación de las propiedades ópticas

Los dos principales indicadores de los materiales de difusión óptica son la transmitancia luminosa y.
Haze [9]. La transmitancia de la luz se refiere a la relación entre el flujo luminoso que atraviesa la muestra y el flujo luminoso irradiado sobre la muestra, que es un importante índice de rendimiento para caracterizar la transparencia de los materiales poliméricos transparentes. Cuanto mayor sea la transmitancia luminosa de un material polimérico, mejor será su transparencia; la nebulosidad, también conocida como turbidez, es la relación entre el flujo luminoso disperso y el flujo luminoso de transmisión que se desvía de la dirección de la luz incidente a través de la muestra, que se utiliza para medir el grado de ambigüedad o turbidez de un material transparente o translúcido, causado por una discontinuidad o irregularidad en el interior o la superficie del material. La turbidez suele utilizarse para caracterizar la intensidad de dispersión de la luz de los materiales que dispersan la luz.

Los principales resultados son los siguientes (1) el efecto de la cantidad de difusor de luz sobre la transmitancia de luz y la niebla de la muestra. La causa del fenómeno de dispersión de la luz [10] es el resultado de la destrucción de la uniformidad del medio, es decir, existen grandes diferencias en las propiedades ópticas (como el índice de refracción) entre los elementos adyacentes del medio del orden de magnitud de la longitud de onda, bajo la acción de la luz incidente, se utilizan como fuentes de ondas secundarias para tratar las ondas secundarias con diferentes amplitudes de radiación, y sus fases también son diferentes entre sí. Como resultado de la superposición coherente de las ondas secundarias, excepto que algunas ondas de luz siguen propagándose en la dirección especificada por la óptica geométrica, no pueden desplazarse en otras direcciones, lo que da lugar a la dispersión. Por lo tanto, la dispersión está destinada a ocurrir cuando la luz incidente se irradia en la interfaz de dos sustancias con diferente índice de refracción.

En la figura 3 se observa que cuando la fracción másica del difusor de luz An es de 0,2%, la transmitancia luminosa de la muestra es de 88,6% y la neblina es de 59,3%. Con el aumento de la fracción de masa del difusor de luz A, la transmitancia de luz de la muestra disminuye gradualmente y la neblina aumenta. Cuando la fracción másica del agente difusor de luz An es de 0,6%, la transmitancia luminosa de la muestra es de 78,4%, la bruma es de 79,3%, la bruma es relativamente baja, y la bruma (≥ 90%) está muy lejos de la bruma requerida (≥ 90%). Es necesario seguir aumentando la fracción de masa del difusor de luz A para cumplir los requisitos.

Como puede observarse en la figura 4, cuando la fracción másica del difusor de luz B es de 0,2%, la transmitancia luminosa de la muestra es de 86,5%, y la neblina es de 73,8%; cuando la fracción másica del difusor de luz B aumenta a 0,3%, la transmitancia luminosa de la muestra disminuye a 73,5%, y la neblina aumenta a 92,5%.3%, la transmitancia luminosa de la muestra disminuye a 73,5%, y la neblina aumenta a 92,5%; si la fracción de masa del difusor de luz B sigue aumentando, la transmitancia luminosa de la muestra disminuye rápidamente, mientras que la neblina aumenta lentamente.

En la figura 5 se observa que cuando la fracción másica del difusor de luz C es de 0,2%, la transmitancia luminosa de la muestra es de 83,2% y la neblina es de 90,8%. Si la fracción de masa del difusor de luz C sigue aumentando, la transmitancia luminosa de la muestra disminuye significativamente y la turbidez aumenta. Cuando la fracción de masa del difusor de luz C es de 0,3%, la transmitancia luminosa de la muestra disminuye a 80,8% y la turbidez aumenta a 94,9%. Después, cuando la fracción de masa del difusor de luz C sigue aumentando, la turbidez de la muestra disminuye.

En resumen, cuando la fracción másica del agente difusor de luz es la misma, la transmitancia luminosa de la muestra con agente difusor de luz A (ácido acrílico) es mayor que la de la muestra con agente difusor de luz BMagina C (organosilicona), y la turbidez de la primera es obviamente menor. Esto se debe a que el difusor de luz de silicona absorbe más luz que el acrílico.

(2) el efecto de la cantidad de difusor de luz sobre el coeficiente efectivo de difusión de luz de la muestra.
En general, la difusividad efectiva de la luz del material se expresa mediante la transmitancia de la luz × neblina. Cuanto mayor sea el valor, menor será la pérdida de luz cuando se obtenga la intensidad de difusión especular. El valor ideal de la transmitancia de la luz y de la neblina puede obtenerse cambiando la cantidad de difusor de luz, que puede transformarse en coeficiente de difusión efectiva de la luz [2].

En la figura 6 se observa que el coeficiente de difusión efectiva de la luz de la muestra aumenta al principio y luego disminuye con el aumento de la fracción de masa del difusor de luz. En la muestra añadida con el agente difusor de luz A, cuando la fracción de masa es de 0,2%, el coeficiente de difusión de luz efectivo es de 52,5%; cuando la fracción de masa es de 0,5%, el coeficiente de difusión de luz efectivo alcanza el valor máximo, que es de 63,0%; cuando la fracción de masa del agente difusor de luz A sigue aumentando, el coeficiente de difusión de luz efectivo de la muestra disminuye. Cuando la fracción de masa del difusor de luz BMague C es de 0,3%, el coeficiente efectivo de dispersión de la luz alcanza el valor máximo, que es de 68,0% y 76,7% respectivamente y continúa aumentando la fracción de masa del difusor de luz. el coeficiente efectivo de dispersión de la luz de la muestra disminuye rápidamente. Los resultados muestran que el difusor de luz de silicona puede alcanzar un mayor coeficiente de difusión efectiva de la luz con una dosificación pequeña, y el efecto de su dosificación sobre el coeficiente de difusión efectiva de la luz es muy evidente.

(3) el efecto del tamaño de las partículas del agente difusor de la luz en la turbidez de la muestra. 

En la figura 7 se muestra el efecto del tamaño de las partículas del agente difusor de la luz sobre la turbidez de la muestra.

Como puede observarse en la figura 7, la neblina del material que utiliza el difusor óptico B es generalmente menor que la del que utiliza el difusor óptico C, pero la diferencia entre ambos es relativamente pequeña. Esto se debe a que el tamaño de las partículas del difusor de luz utilizado en este experimento es mayor que la longitud de onda de la luz visible, y su efecto de dispersión pertenece a la dispersión Mie. Según la teoría de dispersión de Mie, las partículas esféricas están uniformemente dispersas en la resina matriz, y la intensidad de dispersión del sistema es una función del índice de refracción, el tamaño de las partículas, el ángulo de dispersión y la longitud de onda de la luz incidente en el medio circundante [10]. El ángulo de dispersión y la longitud de onda de la luz incidente en el medio que rodea a las partículas no se tienen en cuenta, y sólo se consideran los efectos del índice de refracción y del tamaño de las partículas en las propiedades ópticas de las muestras. en un rango determinado, cuanto mayor es el tamaño de las partículas, mayor es la diferencia del índice de refracción, y mayor es la intensidad de dispersión del material. De acuerdo con.

De acuerdo con la fórmula de cálculo de GB/T 2410 Mel 200 "Determinación de la transmitancia de la luz y la neblina de 8 plásticos transparentes", los materiales con alta intensidad de dispersión tienen alta neblina. El tamaño de las partículas del agente difusor de luz C es mayor que el del agente difusor de luz B, por lo que el velo de la muestra con el agente difusor de luz C es mayor que el del agente difusor de luz B. Como la diferencia de tamaño de las partículas es pequeña, la diferencia de velo es pequeña.

3 conclusión.

Los principales resultados son los siguientes (1) la compatibilidad del agente difusor de luz de organosilicio y la matriz de PC es escasa, mientras que la compatibilidad del agente difusor de luz acrílico y la matriz de PC es mejor. La adición de difusor de luz de organosilicio no tiene ningún efecto sobre la resistencia a la tracción del PC, pero sí sobre la resistencia al impacto con muesca.

(2) la cantidad de difusor de luz tiene una gran influencia en la transmitancia de luz y la nebulosidad del material. En el caso del difusor de luz acrílico, para que el material alcance una cierta opacidad, es necesario aumentar su dosificación, pero su transmitancia luminosa es mayor; la adición de una pequeña cantidad de difusor de luz de silicona puede hacer que el material alcance una mayor opacidad y, al mismo tiempo, la transmitancia luminosa no disminuye de forma evidente. Cuando la fracción de masa del difusor de luz de silicona C es de 0,3%, el coeficiente efectivo de difusión de luz del material puede alcanzar 76,7%, la transmitancia de luz es de 80,8%, y la neblina es de 94,9%, lo que tiene un buen valor de aplicación práctica.

(3) el tamaño de las partículas del agente de difusión de la luz tiene un efecto sobre la turbidez del material en un determinado intervalo, y la turbidez del material con el tamaño grande de las partículas del agente de difusión de la luz es mayor.