Comment fabriquer la plaque de polycarbonate pour la diffusion de la lumière ?

Ces dernières années, l'industrie mondiale des LED s'est développée rapidement et les pays ont fait preuve d'un grand enthousiasme pour le développement de l'industrie des LED. Le 7 mai 2012, le 12e plan quinquennal spécial pour le développement de la science et de la technologie de l'éclairage à semi-conducteurs (projet de demande d'avis) publié par le ministère de la science et de la technologie proposait que d'ici 2015, les produits d'éclairage à LED représentent 30% de l'éclairage général, et que 50 villes pilotes de démonstration des "dix mille villes" soient construites. La demande du marché et le soutien politique indiquent que les perspectives de marché des lampes d'éclairage à LED sont très larges, et le matériau de diffusion de la lumière, en tant que matériau d'enveloppe des lampes d'éclairage à LED et des lanternes, a également suscité une énorme demande sur le marché. Actuellement, la plupart des nouveaux matériaux de photodiffusion sont produits par le mélange de matériaux matriciels polymères transparents et de particules de diffusion. Les particules inorganiques sont principalement utilisées comme diffuseurs de lumière, notamment les billes de verre, SiO2, TiO2, CaCO3, MgSiO3, BaSO4 et le sulfure ZnS,BaS. Ces particules inorganiques sont généralement dures et irrégulières, et elles s'usent facilement sur l'équipement de traitement pendant le traitement, et la taille des particules de la phase dispersée est difficile à uniformiser, ce qui réduit les propriétés mécaniques de la matrice polymère. Ces particules sont sensibles à la chaleur, à l'oxygène et à la lumière ultraviolette. Si les particules dispersées sont trop grosses, la surface du matériau sera inégale [1]. En outre, l'ajout de particules inorganiques affectera sérieusement la transmission de la lumière. L'application des particules inorganiques dans les matériaux de diffusion de la lumière est sérieusement limitée. Ces dernières années, les particules de polymère organique ont été largement utilisées comme diffuseurs de lumière, comme le polyméthacrylate de méthyle [2], le polystyrène [3], la résine de silicone [5-6], la résine acrylique [6], les microsphères de copolymère réticulé méthacrylate de méthyle-styrène [7- 8], etc.

Parmi les matériaux à diffusion optique, la sélection, le dosage et la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière ont l'influence la plus importante sur les propriétés optiques des matériaux diffusant la lumière. Le polycarbonate (PC), qui présente d'excellentes propriétés mécaniques et une excellente aptitude à la transformation, a été choisi comme matériau de matrice pour étudier les effets de différents types, dosages et tailles de particules d'agents organiques de diffusion de la lumière sur les propriétés mécaniques et optiques des matériaux de diffusion de la lumière. Fournir une référence pour la production et l'application réelles.

1 Partie expérimentale 1.1 Principales matières premières.
PC : Bayer Company of Germany.
Diffuseur de lumière A : diffuseur de lumière en acrylique, commercialisé ;

diffuseur de lumière B (taille moyenne des particules 2 μ m), C (taille moyenne des particules). 3 μ m) : diffuseur de lumière en silicone, de Wanda Chemical Co. limited ; autres auxiliaires : vendus sur le marché.

1.2 principaux instruments et équipements.
Extrudeuse à double vis co-rotative : Type CTE-35, Kobelon (Nanjing). Machinery co.
Machine de moulage par injection : HTEF90W1, (Ningbo Haitian Plastic Machinery Group. Limited company)
Microscope électronique à balayage (MEB) à émission de champ : QUANTA200. (Type A, American FEI Co., Ltd.)
Testeur de transmittance lumineuse/de glaçage : WGT-S, Shanghai Precision Department.
Xue Instruments Co, Ltd ; Machine d'essai de tension électronique universelle : SHIMADZU AGS-J.
Institut de production Shimadzu du Japon.
Machine d'essai d'impact : XJJ-5, Chengde Testing Machine Co, Ltd. Division.

1.3 préparation de l'échantillon.
Sécher les matières premières à 110 °C pendant 12 heures et les répartir en fonction d'une certaine masse.
Plusieurs particules de diffuseur de lumière et de PC sont mélangées uniformément, puis extrudées et granulées par une extrudeuse à double vis. Les granulés ont été séchés à 110 °C pendant 12 heures, puis injectés dans les échantillons d'essai.

1.4 tests de performance.
TLa résistance à la traction est testée conformément à la norme GB/T 1040.2 Mel 2006, la résistance à l'impact entaillé est testée conformément à la norme GB/T 1043.1 Mel 2008, et la transmission de la lumière et le voile sont testés conformément à la norme GB/T 2410 Mel 2008.
L'épaisseur est de 2 mm.
Observation SEM : les diffuseurs de lumière Apene B et C ont été répartis uniformément sur la surface.
La surface de l'adhésif conducteur est pulvérisée avec de l'or, observée et photographiée par MEB. Les échantillons ont été congelés dans l'azote liquide et cassés, de l'or a été pulvérisé sur la surface de rupture, observé et photographié par MEB.

2 résultats et discussion

2.1 Comparaison avec les diffuseurs de lumière inorganiques

Le diffuseur de lumière organique absorbe moins de lumière et peut donc être utilisé pour préparer des matériaux de diffusion de la lumière ayant une transmission lumineuse et un trouble élevés. La figure 1 montre les photos SEM du diffuseur de lumière et de l'agent de diffusion de la lumière à base de PC (fraction de masse de 0,5% du diffuseur de lumière).

Les figures 1A, 1C et 1e montrent que les agents de diffusion de la lumière An et C sont des particules sphériques régulières, mais que la distribution de la taille des particules de l'agent An est large. 1e que les agents de diffusion de la lumière An et C sont des particules sphériques régulières, mais la distribution de la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière An est large, la plage de distribution de la taille des particules est de 1 ~ 4 μ m, et la taille moyenne des particules est de 2 μ m ; la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière B n'est pas uniforme, la plage de distribution de la taille des particules est de 1 ~ 3 μ m, et la taille moyenne des particules est de 2 μ m ; la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière C est uniforme, la distribution de la taille des particules est concentrée, et la taille moyenne des particules est de 3 μ m.

On peut voir sur les fig. 1B, FIG. 1D et FIG. 1f que l'agent de diffusion de la lumière peut être uniformément dispersé dans la matrice PC et conserver sa forme originale. Cependant, l'interface entre l'agent de diffusion de la lumière et la matrice présente des vides dans les figures 1D et 1F, et il y a également un grand nombre de vides dans l'échantillon, ce qui indique que la compatibilité entre l'agent de diffusion de la lumière à base de silicone et la résine de la matrice est médiocre. En outre, comme l'échantillon est préparé à 280 ~ 300 °C et que l'agent de diffusion de la lumière conserve sa forme originale dans l'échantillon, cela montre que les trois types d'agents de diffusion de la lumière ont une bonne résistance à la chaleur.

2.2 Propriétés mécaniques.
La figure 2 montre l'effet de la quantité de diffuseurs de lumière sur les propriétés mécaniques des matériaux de diffusion de la lumière à base de PC.
Comme le montre la figure 2, avec l'augmentation de la fraction de masse du diffuseur de lumière, la résistance à la traction du matériau présente une tendance fluctuante à la baisse, mais l'amplitude des variations est très faible ; la résistance au choc entaillé du matériau présente une tendance à la baisse, et l'amplitude des variations est également très faible. D'une manière générale, la résistance à la traction du PC pur est de 63 MPa. Après ajout de l'agent de diffusion de la lumière, la résistance à la traction fluctue entre 60,5 et 62,5 MPa, ce qui montre que l'agent de diffusion de la lumière n'a pas d'effet évident sur la résistance à la traction du matériau.

En effet, le nombre de défauts dans le matériau est inférieur à celui du matériau lui-même, de sorte qu'il n'y a pas d'augmentation significative du nombre de défauts dans l'ensemble du matériau après l'ajout d'un agent de diffusion de la lumière. l'effet le plus évident sur la résistance à la traction du matériau est le défaut qui entraîne une concentration de contraintes. Après l'ajout d'un agent de diffusion de la lumière, la résistance à l'impact entaillé du matériau fluctue entre 12 et 14 kJ/m2. Avec l'augmentation de la fraction massique de l'agent de diffusion de la lumière A, la résilience du matériau ne change pratiquement pas, tandis que la résilience du matériau avec l'ajout de l'agent de diffusion de la lumière Bmind C diminue avec l'augmentation de sa fraction massique. Cela peut s'expliquer par le fait que la compatibilité de l'agent de diffusion de la lumière acrylique avec le PC est meilleure que celle du diffuseur de lumière silicone avec le PC, et que le PC est un matériau sensible à l'entaille, de sorte que le matériau est sujet à une fracture fragile après l'ajout de l'agent de diffusion de la lumière silicone, ce qui entraîne une diminution de la résistance au choc entaillé. Toutefois, l'ajout d'une quantité moindre d'agent de diffusion de la lumière permet de limiter cette diminution.

2.3 Évaluation des propriétés optiques

Les deux principaux indicateurs des matériaux de diffusion optique sont la transmittance de la lumière et l'efficacité de la diffusion.
la brume [9]. La transmission de la lumière est le rapport entre le flux lumineux traversant l'échantillon et le flux lumineux irradié sur l'échantillon, qui est un indice de performance important pour caractériser la transparence des matériaux polymères transparents. Plus le facteur de transmission lumineuse d'un matériau polymère est élevé, meilleure est sa transparence ; la brume, également connue sous le nom de turbidité, est le rapport entre le flux lumineux diffusé et le flux lumineux transmis qui s'écarte de la direction de la lumière incidente à travers l'échantillon ; elle est utilisée pour mesurer le degré d'ambiguïté ou de turbidité d'un matériau transparent ou translucide, qui est causé par une discontinuité ou une irrégularité à l'intérieur ou à la surface du matériau. Le voile est généralement utilisé pour caractériser l'intensité de la diffusion de la lumière des matériaux diffusant la lumière.

Les principaux résultats sont les suivants (1) l'effet de la quantité de diffuseur de lumière sur la transmission de la lumière et le trouble de l'échantillon. La cause du phénomène de diffusion de la lumière [10] est la destruction de l'uniformité du milieu, c'est-à-dire qu'il existe de grandes différences dans les propriétés optiques (telles que l'indice de réfraction) entre les éléments adjacents du milieu de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde, sous l'action de la lumière incidente, ils sont utilisés comme sources d'ondes secondaires pour traiter les ondes secondaires avec des amplitudes de rayonnement différentes, et leurs phases sont également différentes les unes des autres. En raison de la superposition cohérente des ondes secondaires, à l'exception de certaines ondes lumineuses qui se propagent toujours dans la direction spécifiée par l'optique géométrique, elles ne peuvent pas être décalées dans d'autres directions, ce qui entraîne une diffusion. Par conséquent, la diffusion est inévitable lorsque la lumière incidente est irradiée à l'interface de deux substances ayant un indice de réfraction différent.

La figure 3 montre que lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière An est de 0,2%, la transmission de la lumière de l'échantillon est de 88,6% et la brume de 59,3%. Avec l'augmentation de la fraction massique du diffuseur de lumière A, le facteur de transmission de la lumière de l'échantillon diminue progressivement et le voile augmente. Lorsque la fraction massique de l'agent de diffusion de la lumière An est de 0,6%, le facteur de transmission de la lumière de l'échantillon est de 78,4%, la brume est de 79,3%, la brume est relativement faible et la brume (≥ 90%) est loin de la brume requise (≥ 90%). Il est nécessaire de continuer à augmenter la fraction de masse du diffuseur de lumière A pour répondre aux exigences.

Comme le montre la figure 4, lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière B est de 0,2%, la transmission de la lumière de l'échantillon est de 86,5% et la brume est de 73,8% ; lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière B augmente jusqu'à 0.3%, la transmission lumineuse de l'échantillon diminue jusqu'à 73,5% et la brume augmente jusqu'à 92,5% ; si la fraction de masse du diffuseur de lumière B continue à augmenter, la transmission lumineuse de l'échantillon diminue rapidement, tandis que la brume augmente lentement.

La figure 5 montre que lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière C est de 0,2%, la transmission de la lumière de l'échantillon est de 83,2% et la brume de 90,8%. Si la fraction massique du diffuseur de lumière C continue d'augmenter, le facteur de transmission de la lumière de l'échantillon diminue considérablement et le voile augmente. Lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière C est de 0,3%, le facteur de transmission de la lumière de l'échantillon diminue jusqu'à 80,8% et la brume augmente jusqu'à 94,9%. Ensuite, lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière C continue d'augmenter, le trouble de l'échantillon diminue.

En résumé, lorsque la fraction massique de l'agent de diffusion de la lumière est la même, la transmission de la lumière de l'échantillon avec l'agent de diffusion de la lumière A (acide acrylique) est plus élevée que celle de l'échantillon avec l'agent de diffusion de la lumière BMagine C (organosilicium), et le voile du premier est manifestement plus faible. Cela s'explique par le fait que le diffuseur de lumière en silicone absorbe plus de lumière que le diffuseur de lumière en acrylique.

(2) l'effet de la quantité de diffuseur de lumière sur le coefficient effectif de diffusion de la lumière de l'échantillon.
En général, la diffusivité effective de la lumière du matériau est exprimée par la transmission de la lumière × le voile. Plus la valeur est élevée, plus la perte de lumière est faible lorsque l'intensité de la diffusion spéculaire est obtenue. La transmittance lumineuse idéale et la valeur du brouillard peuvent être obtenues en modifiant la quantité de diffuseur de lumière, ce qui peut être transformé en coefficient de diffusion lumineuse efficace [2].

La figure 6 montre que le coefficient effectif de diffusion de la lumière de l'échantillon augmente d'abord, puis diminue avec l'augmentation de la fraction de masse du diffuseur de lumière. Dans l'échantillon additionné d'agent de diffusion de la lumière A, lorsque la fraction massique est de 0,2%, le coefficient de diffusion effective de la lumière est de 52,5% ; lorsque la fraction massique est de 0,5%, le coefficient de diffusion effective de la lumière atteint la valeur maximale, qui est de 63,0% ; lorsque la fraction massique de l'agent de diffusion de la lumière A continue d'augmenter, le coefficient de diffusion effective de la lumière de l'échantillon diminue. Lorsque la fraction de masse de l'agent de diffusion de la lumière C est de 0,3%, le coefficient effectif de diffusion de la lumière atteint la valeur maximale, soit 68,0% et 76,7% respectivement, et lorsque la fraction de masse de l'agent de diffusion de la lumière continue d'augmenter, le coefficient effectif de diffusion de la lumière de l'échantillon diminue rapidement. Les résultats montrent que le diffuseur de lumière en silicone peut atteindre un coefficient de diffusion de la lumière efficace plus élevé à un faible dosage, et l'effet de son dosage sur le coefficient de diffusion de la lumière efficace est très évident.

(3) l'effet de la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière sur le trouble de l'échantillon. 

L'effet de la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière sur le trouble de l'échantillon est illustré à la figure 7.

Comme le montre la figure 7, la brume du matériau utilisant le diffuseur optique B est généralement inférieure à celle du diffuseur optique C, mais la différence entre les deux est relativement faible. Cela s'explique par le fait que la taille des particules du diffuseur de lumière utilisé dans cette expérience est supérieure à la longueur d'onde de la lumière visible et que son effet de diffusion relève de la diffusion de Mie. Selon la théorie de la diffusion de Mie, les particules sphériques sont uniformément dispersées dans la résine de la matrice, et l'intensité de diffusion du système est fonction de l'indice de réfraction, de la taille des particules, de l'angle de diffusion et de la longueur d'onde de la lumière incidente dans le milieu environnant [10]. L'angle de diffusion et la longueur d'onde de la lumière incidente dans le milieu entourant les particules ne sont pas pris en compte, et seuls les effets de l'indice de réfraction et de la taille des particules sur les propriétés optiques des échantillons sont considérés. Dans une certaine gamme, plus la taille des particules est importante, plus la différence d'indice de réfraction est grande, et plus l'intensité de diffusion du matériau est élevée. D'après.

Selon la formule de calcul du document GB/T 2410 Mel 200 "determination of light transmittance and haze of 8 transparent plastics", les matériaux à forte intensité de diffusion ont un haze élevé. La taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière C est supérieure à celle de l'agent de diffusion de la lumière B, de sorte que le trouble de l'échantillon contenant l'agent de diffusion de la lumière C est plus élevé que celui de l'agent de diffusion de la lumière B. La différence de taille des particules étant faible, la différence de trouble est faible.

3 conclusion.

Les principaux résultats sont les suivants (1) la compatibilité entre l'agent de diffusion de la lumière organosilicié et la matrice PC est faible, tandis que la compatibilité entre l'agent de diffusion de la lumière acrylique et la matrice PC est meilleure. L'ajout d'un diffuseur de lumière organosilicié n'a aucun effet sur la résistance à la traction du PC, mais a un certain effet sur la résistance au choc entaillé.

(2) la quantité de diffuseur de lumière a une grande influence sur la transmission de la lumière et le voile du matériau. Dans le cas du diffuseur de lumière acrylique, pour que le matériau atteigne un certain trouble, il est nécessaire d'augmenter son dosage, mais la transmission de la lumière est plus élevée ; l'ajout d'une petite quantité de diffuseur de lumière en silicone peut permettre au matériau d'atteindre un trouble plus élevé, sans que la transmission de la lumière ne diminue de manière évidente. Lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière en silicone C est de 0,3%, le coefficient de diffusion efficace de la lumière du matériau peut atteindre 76,7%, la transmission de la lumière est de 80,8% et la brume est de 94,9%, ce qui présente une bonne valeur d'application pratique.

(3) la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière a un effet sur le trouble du matériau dans une certaine plage, et le trouble du matériau avec une grande taille de particules de l'agent de diffusion de la lumière est plus élevé.