Como fazer a chapa de policarbonato para difusão da luz?

Nos últimos anos, a indústria mundial de LED desenvolveu-se rapidamente e os países mostraram grande entusiasmo pelo desenvolvimento da indústria de LED. Em 7 de maio de 2012, o 12.º Plano Especial Quinquenal para o Desenvolvimento da Ciência e Tecnologia da Iluminação com Semicondutores (projeto de pedido de pareceres), publicado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia, propôs que, até 2015, os produtos de iluminação LED representem 30% da iluminação geral e que sejam construídas 50 cidades-piloto de demonstração de "dez mil cidades". A procura do mercado e o apoio político indicam que as perspectivas de mercado das lâmpadas de iluminação LED são muito amplas, e o material de difusão da luz, enquanto material de revestimento das lâmpadas e lanternas de iluminação LED, também deu origem a uma enorme procura no mercado. Atualmente, a maior parte dos novos materiais de fotodifusão são produzidos pela mistura de materiais de matriz polimérica transparente e partículas difusoras. As partículas inorgânicas são maioritariamente utilizadas como difusores de luz, incluindo contas de vidro, SiO2, TiO2, CaCO3, MgSiO3, BaSO4 e sulfureto ZnS, BaS. Estas partículas inorgânicas são geralmente duras e irregulares, e são fáceis de desgastar o equipamento de processamento durante o processamento, e o tamanho das partículas da fase dispersa é difícil de obter uniformidade, o que reduz as propriedades mecânicas da matriz polimérica. Estas partículas são sensíveis ao calor, ao oxigénio e à luz ultravioleta. Se as partículas dispersas forem demasiado grandes, a superfície do material também se tornará irregular [1]. Além disso, a adição de partículas inorgânicas afectará seriamente a transmissão da luz. A aplicação de partículas inorgânicas em materiais de difusão de luz é seriamente limitada. Nos últimos anos, as partículas de polímeros orgânicos têm sido amplamente utilizadas como difusores de luz, como o polimetacrilato de metilo [2], o poliestireno [3], a resina de silicone [5-6], a resina acrílica [6], as microesferas de copolímero reticulado de metacrilato de metilo e estireno [7-8], etc.

Entre os materiais de difusão ótica, a seleção, a dosagem e a dimensão das partículas do agente de difusão da luz têm a influência mais importante nas propriedades ópticas dos materiais de difusão da luz. O policarbonato (PC), com excelentes propriedades mecânicas e excelente processabilidade, é selecionado como material de matriz para estudar os efeitos de diferentes tipos, dosagem e dimensão das partículas do agente orgânico de difusão da luz nas propriedades mecânicas e ópticas dos materiais difusores de luz. Fornecer referência para a produção e aplicação reais.

1 Parte experimental 1.1 Principais matérias-primas.
PC: Bayer Company of Germany.
Difusor de luz A: difusor de luz em acrílico, comercializado;

Difusor de luz B (tamanho médio das partículas 2 μ m), C (tamanho médio das partículas.) 3 μ m): difusor de luz de silicone, da Wanda Chemical Co., limitada; outros auxiliares: vendidos no mercado.

1.2 principais instrumentos e equipamentos.
Extrusora de duplo parafuso co-rotativa: Tipo CTE-35, Kobelon (Nanjing). Machinery Co., Ltd.
Máquina de moldagem por injeção: HTEF90W1, (Ningbo Haitian Plastic Machinery Group. Empresa limitada)
Microscópio eletrónico de varrimento por emissão de campo (SEM): QUANTA200. (Tipo A, American FEI Co., Ltd.)
Aparelho de medição da transmitância da luz: WGT-S, Departamento de Precisão de Xangai.
Xue Instruments Co., Ltd.; Máquina eletrónica universal de ensaio de tensão: SHIMADZU AGS-J.
Instituto de produção Shimadzu do Japão.
Máquina de teste de impacto: XJJ-5, Chengde Testing Machine Co., Ltd. Divisão.

1.3 preparação da amostra.
Secar as matérias-primas a 110 °C durante 12 horas e dividi-las de acordo com uma determinada massa.
Várias partículas difusoras de luz e PC são misturadas uniformemente e, em seguida, extrudidas e granuladas por uma extrusora de parafuso duplo. Os grânulos foram secos a 110 °C durante 12 h e depois injectados nas amostras de ensaio.

1.4 testes de desempenho.
TA resistência à tração é testada de acordo com a norma GB/T 1040.2 Mel 2006, a resistência ao impacto entalhado é testada de acordo com a norma GB/T 1043.1 Mel 2008, e a transmitância da luz e a neblina são testadas de acordo com a norma GB/T 2410 Mel 2008.
A espessura é de 2 mm.
Observação SEM: o difusor de luz Apene B e C foi polvilhado uniformemente na superfície.
A superfície do adesivo condutor é pulverizada com ouro, observada e fotografada por SEM. As amostras foram congeladas em azoto líquido e quebradas, o ouro foi pulverizado na superfície da fratura, observado e fotografado por SEM.

2 resultados e discussão

2.1 em comparação com o difusor de luz inorgânico

O difusor de luz orgânico absorve menos luz, pelo que pode ser utilizado para preparar materiais de difusão de luz com elevada transmitância de luz e elevada nebulosidade. A Figura 1 mostra as fotografias SEM do difusor de luz e do agente de difusão de luz à base de PC (fração mássica de 0,5% do difusor de luz).

Pode ver-se na Fig. 1A, Fig. 1C e Fig. 1e que o agente de difusão de luz An e C são partículas esféricas regulares, mas a distribuição do tamanho de partícula do agente de difusão de luz An é ampla, a faixa de distribuição do tamanho de partícula é de 1 ~ 4 μ m, e o tamanho médio de partícula é de 2 μ m; o tamanho de partícula do agente de difusão de luz B não é uniforme, a faixa de distribuição do tamanho de partícula é de 1 ~ 3 μ m, e o tamanho médio de partícula é de 2 μ m; o tamanho de partícula do agente de difusão de luz C é uniforme, a distribuição do tamanho de partícula é concentrada e o tamanho médio de partícula é de 3 μ m.

Pode ver-se nas figs. 1B, FIG. 1D e FIG. 1f que o agente de difusão da luz pode ser uniformemente disperso na matriz de PC e manter a sua forma original. No entanto, existem espaços vazios na interface entre o agente de difusão de luz e a matriz na fig. 1D e na fig. 1F, e existe também um grande número de espaços vazios na amostra, indicando que a compatibilidade do agente de difusão de luz de silicone e da resina da matriz é fraca. Além disso, como a amostra é preparada a 280 ~ 300 °C e o agente de difusão de luz mantém a sua forma original na amostra, isso mostra que os três tipos de agente de difusão de luz têm boa resistência ao calor.

2.2 Propriedades mecânicas.
A Figura 2 mostra o efeito da quantidade de difusor de luz nas propriedades mecânicas dos materiais de difusão de luz à base de PC.
Como se pode ver na figura 2, com o aumento da fração de massa do difusor de luz, a resistência à tração do material apresenta uma tendência descendente flutuante, mas o intervalo de variação é muito pequeno; a resistência ao impacto entalhado do material apresenta uma tendência descendente, e o seu intervalo de variação também é muito pequeno. De um modo geral, a resistência à tração do PC puro é de 63 MPa. Depois de adicionar o agente de difusão de luz, a resistência à tração flutua entre 60,5 e 62,5 MPa, o que mostra que o agente de difusão de luz não tem um efeito óbvio na resistência à tração do material.

Isto deve-se ao facto de o número de defeitos no material ser inferior ao do próprio material, pelo que não há um aumento significativo do número de defeitos no material como um todo após a adição do agente de difusão da luz. O efeito mais óbvio na resistência à tração do material é o defeito que leva à concentração de tensões. Após a adição do agente de difusão de luz, a resistência ao impacto entalhado do material oscila entre 12 e 14 kJ/m2. Com o aumento da fração de massa do agente de difusão de luz A, a resistência ao impacto entalhado do material basicamente não se altera, enquanto a resistência ao impacto entalhado do material com a adição do agente de difusão de luz B e C diminui com o aumento da sua fração de massa. Isto pode dever-se ao facto de a compatibilidade do agente de difusão de luz acrílico com o PC ser melhor do que a do difusor de luz de silicone com o PC, e o PC é um material sensível ao entalhe, pelo que o material é propenso a uma fratura frágil após a adição do agente de difusão de luz de silicone, o que leva à diminuição da resistência ao impacto entalhado. No entanto, devido à adição de menos agente de difusão de luz, a diminuição é pequena.

2.3 Avaliação das propriedades ópticas

Os dois principais indicadores dos materiais de difusão ótica são a transmitância da luz e a transmitância da luz.
Haze [9]. A transmitância da luz refere-se à relação entre o fluxo luminoso através da amostra e o fluxo luminoso irradiado na amostra, que é um índice de desempenho importante para caraterizar a transparência dos materiais poliméricos transparentes. Quanto mais elevada for a transmitância da luz do material polimérico, melhor será a sua transparência; a névoa, também conhecida como turbidez, é a relação entre o fluxo de luz dispersa e o fluxo de luz transmitida que se desvia da direção da luz incidente através da amostra, que é utilizada para medir o grau de ambiguidade ou turbidez de um material transparente ou translúcido, que é causado por descontinuidades ou irregularidades no interior ou na superfície do material. A neblina é normalmente utilizada para caraterizar a intensidade de dispersão da luz de materiais que dispersam a luz.

Os principais resultados são os seguintes: (1) o efeito da quantidade de difusor de luz sobre a transmitância da luz e a nebulosidade da amostra. A causa do fenómeno de dispersão da luz [10] é o resultado da destruição da uniformidade do meio, ou seja, existem grandes diferenças nas propriedades ópticas (tais como o índice de refração) entre os elementos adjacentes do meio da ordem de grandeza do comprimento de onda, sob a ação da luz incidente, que são utilizados como fontes de ondas secundárias para tratar ondas secundárias com diferentes amplitudes de radiação, e as suas fases também são diferentes umas das outras. Como resultado da sobreposição coerente de ondas secundárias, exceto que algumas ondas de luz ainda se propagam na direção especificada pela ótica geométrica, não podem ser deslocadas noutras direcções, resultando em dispersão. Por conseguinte, a dispersão está sujeita a ocorrer quando a luz incidente é irradiada na interface de duas substâncias com índices de refração diferentes.

Pode ver-se na figura 3 que, quando a fração de massa do difusor de luz An é de 0,2%, a transmitância da luz da amostra é de 88,6% e a turbidez é de 59,3%. Com o aumento da fração mássica do difusor de luz A, a transmitância da luz da amostra diminui gradualmente e a turvação aumenta. Quando a fração de massa do agente de difusão de luz An é 0,6%, a transmitância de luz da amostra é 78,4%, a névoa é 79,3%, a névoa é relativamente baixa e a névoa (≥ 90%) está longe da névoa necessária (≥ 90%). É necessário continuar a aumentar a fração de massa do difusor de luz A para atender aos requisitos.

Como se pode ver na figura 4, quando a fração de massa do difusor de luz B é de 0,2%, a transmitância da luz da amostra é de 86,5% e a neblina é de 73,8%; quando a fração de massa do difusor de luz B aumenta para 0.3%, a transmitância da luz da amostra diminui para 73,5% e a névoa aumenta para 92,5%; se a fração de massa do difusor de luz B continuar a aumentar, a transmitância da luz da amostra diminui rapidamente, enquanto a névoa aumenta lentamente.

A figura 5 mostra que, quando a fração de massa do difusor de luz C é de 0,2%, a transmitância da luz da amostra é de 83,2% e a neblina é de 90,8%. Se a fração mássica do difusor de luz C continuar a aumentar, a transmitância da luz da amostra diminui significativamente e a turvação aumenta. Quando a fração de massa do difusor de luz C é de 0,3%, a transmitância da luz da amostra diminui para 80,8% e a turvação aumenta para 94,9%. Depois disso, quando a fração de massa do difusor de luz C continua a aumentar, a turbidez da amostra diminui.

Em suma, quando a fração mássica do agente de difusão da luz é a mesma, a transmitância da luz da amostra com o agente de difusão da luz A (ácido acrílico) é superior à da amostra com o agente de difusão da luz BMagine C (organossilício), e a opacidade da primeira é obviamente inferior. Isto deve-se ao facto de o difusor de luz de silicone absorver mais luz do que o difusor de luz acrílico.

(2) o efeito da quantidade de difusor de luz no coeficiente efetivo de difusão da luz da amostra.
Em geral, a difusividade efectiva da luz do material é expressa pela transmitância da luz × neblina. Quanto mais elevado for o valor, menor é a perda de luz quando se obtém a intensidade da difusão especular. O valor ideal da transmitância da luz e do nevoeiro pode ser obtido alterando a quantidade de difusor de luz, que pode ser transformado em coeficiente de difusão efectiva da luz [2].

Pode ver-se na figura 6 que o coeficiente efetivo de difusão da luz da amostra aumenta no início e depois diminui com o aumento da fração de massa do difusor de luz. Na amostra adicionada com o agente de difusão de luz A, quando a fração de massa é 0,2%, o coeficiente de difusão de luz efetivo é 52,5%; quando a fração de massa é 0,5%, o coeficiente de dispersão de luz efetivo atinge o valor máximo, que é 63,0%; quando a fração de massa do agente de difusão de luz A continua a aumentar, o coeficiente de dispersão de luz efetivo da amostra diminui. Quando a fração de massa do difusor de luz BMague C é 0,3%, o coeficiente de dispersão de luz eficaz atinge o valor máximo, que é 68,0% e 76,7%, respetivamente, e continua a aumentar a fração de massa do difusor de luz. o coeficiente de dispersão de luz eficaz da amostra diminui rapidamente. Os resultados mostram que o difusor de luz de silicone pode atingir um coeficiente de difusão de luz efetivo mais elevado com uma pequena dosagem, e o efeito da sua dosagem no coeficiente de difusão de luz efetivo é muito óbvio.

(3) o efeito da dimensão das partículas do agente de difusão da luz na opacidade da amostra. 

O efeito da dimensão das partículas do agente de difusão da luz na opacidade da amostra é mostrado na figura 7.

Como se pode ver na figura 7, a opacidade do material que utiliza o difusor ótico B é geralmente inferior à do que utiliza o difusor ótico C, mas a diferença entre os dois é relativamente pequena. Isto deve-se ao facto de a dimensão das partículas do difusor de luz utilizado nesta experiência ser superior ao comprimento de onda da luz visível e de o seu efeito de dispersão pertencer à dispersão de Mie. De acordo com a teoria da dispersão de Mie, as partículas esféricas estão uniformemente dispersas na matriz de resina e a intensidade de dispersão do sistema é uma função do índice de refração, da dimensão das partículas, do ângulo de dispersão e do comprimento de onda da luz incidente no meio circundante [10]. O ângulo de dispersão e o comprimento de onda da luz incidente no meio à volta das partículas não são considerados, e apenas são considerados os efeitos do índice de refração e da dimensão das partículas nas propriedades ópticas das amostras. Numa determinada gama, quanto maior for a dimensão das partículas, maior será a diferença do índice de refração e maior será a intensidade de dispersão do material. De acordo com.

De acordo com a fórmula de cálculo da GB/T 2410 Mel 200 "determinação da transmitância da luz e da opacidade de 8 plásticos transparentes", os materiais com elevada intensidade de dispersão têm elevada opacidade. A dimensão das partículas do agente de difusão de luz C é superior à do agente de difusão de luz B, pelo que a opacidade da amostra com o agente de difusão de luz C é superior à do agente de difusão de luz B. Uma vez que a diferença de dimensão das partículas é pequena, a diferença de opacidade é pequena.

3 conclusão.

Os principais resultados são os seguintes: (1) a compatibilidade do agente de difusão de luz organosilício e da matriz de PC é fraca, enquanto a compatibilidade do agente de difusão de luz acrílico e da matriz de PC é melhor. A adição de difusor de luz de organossilício não tem qualquer efeito na resistência à tração do PC, mas tem um certo efeito na resistência ao impacto entalhado.

(2) a quantidade de difusor de luz tem uma grande influência na transmissão da luz e na opacidade do material. No caso do difusor de luz acrílico, para que o material atinja uma certa opacidade, é necessário aumentar a sua dosagem, mas a transmitância da luz é mais elevada; a adição de uma pequena quantidade de difusor de luz de silicone pode fazer com que o material atinja uma opacidade mais elevada e, ao mesmo tempo, a transmitância da luz não diminui obviamente. Quando a fração de massa do difusor de luz de silicone C é de 0,3%, o coeficiente de difusão de luz eficaz do material pode atingir 76,7%, a transmitância de luz é de 80,8% e a neblina é de 94,9%, o que tem um bom valor de aplicação prática.

(3) A dimensão das partículas do agente de difusão da luz tem um efeito sobre a opacidade do material numa determinada gama, e a opacidade do material com a dimensão das partículas grandes do agente de difusão da luz é mais elevada.