沈辰

(常州星宇車燈股份有限公司,江蘇 常州,213022)

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光擴(kuò)散劑復(fù)配工藝對(duì)PC光擴(kuò)散板性能影響

沈辰

(常州星宇車燈股份有限公司,江蘇 常州,213022)

摘要：將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交聯(lián)微球、聚苯乙烯(PS)交聯(lián)微球、有機(jī)硅微球3種常用的光擴(kuò)散劑進(jìn)行復(fù)配，以提升聚碳酸酯(PC)光擴(kuò)散板光透過(guò)率、霧度等光學(xué)性能，并且考察其力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，PMMA/PS體系、PMMA/有機(jī)硅體系、PS/有機(jī)硅體系的復(fù)配質(zhì)量比分別為3∶1,1∶1,1∶1時(shí)，PC光擴(kuò)散板光學(xué)性能較好；當(dāng)光擴(kuò)散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，復(fù)配光擴(kuò)散劑對(duì)PC光擴(kuò)散板力學(xué)性能影響較小。

關(guān)鍵詞：復(fù)配光擴(kuò)散劑聚碳酸酯光擴(kuò)散材料

隨著民眾節(jié)能意識(shí)的提升，發(fā)光二極管(LED)光源在生產(chǎn)生活中的使用率逐漸升高， 已廣泛運(yùn)用在汽車、家用照明等領(lǐng)域。但是，由于LED光源獨(dú)特的發(fā)光特性，單一光源發(fā)光強(qiáng)度較高，容易對(duì)人眼產(chǎn)生失能眩光，在汽車會(huì)車時(shí)，更容易發(fā)生交通事故。所以，需要對(duì)LED光源進(jìn)行勻光處理，光擴(kuò)散材料可以將LED光源柔化，即在LED光源前追加光擴(kuò)散材料[1]。

聚碳酸酯(PC)是較為理想的光擴(kuò)散基料[2]，市面較為常見(jiàn)的光擴(kuò)散劑有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交聯(lián)微球、聚苯乙烯(PS)交聯(lián)微球、有機(jī)硅微球。使用PS光擴(kuò)散劑，PC光擴(kuò)散板霧度較小，不能起到良好的光擴(kuò)散效果；單獨(dú)使用有機(jī)硅光擴(kuò)散劑時(shí)，透光率較小，不能達(dá)到PC光擴(kuò)散板的亮度要求。為了解決此問(wèn)題，將常見(jiàn)的3種光擴(kuò)散劑進(jìn)行復(fù)配，利用協(xié)同效應(yīng)，制備高透光率、高霧度的PC光擴(kuò)散板。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

PC, 1250Y，日本帝人株式會(huì)社；PMMA交聯(lián)微球光擴(kuò)散劑MX 300，粒徑3.0 μm，綜研化學(xué)(蘇州)有限公司；PS 交聯(lián)微球光擴(kuò)散劑KSR 3EA，粒徑3.0 μm，綜研化學(xué)(蘇州)有限公司；有機(jī)硅微球,HY-690，粒徑2.8 μm，美國(guó)MSE公司。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,GZX-9070B，上海上邁電子儀器有限公司；高速混合機(jī),GH200DY，遼寧阜新輕工機(jī)電廠；雙螺桿擠出機(jī),SHJ-35，南京廣達(dá)橡塑機(jī)械廠；塑料注射成型機(jī),HY600，寧波海鷹塑料機(jī)械有限公司；微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī),NQT-10，深圳凱強(qiáng)利試驗(yàn)儀器有限公司；電子分析天平,TG3213A，上海天平儀器廠；紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì),UV2450，日本島津；積分球(ISR-2200)，日本島津。

1.3 試樣制備

準(zhǔn)確稱取PC及光擴(kuò)散劑，其中光擴(kuò)散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。先在電熱恒溫烘箱中100 ℃干燥12 h，之后在高速混合機(jī)中高速混合5 min，等待3 min后在雙螺桿擠出機(jī)中熔融共混。擠出機(jī)溫度設(shè)定為：1區(qū)215 ℃，2區(qū)225 ℃，3區(qū)235 ℃，4區(qū)245 ℃，5區(qū)250 ℃，6區(qū)255 ℃，機(jī)頭250 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為80 r/min。擠出制備光擴(kuò)散劑母粒。

準(zhǔn)確稱量光擴(kuò)散劑母粒與PC基料共400 g(其中,光擴(kuò)散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%)，先在高速混合機(jī)中高速混合3 min，然后利用注塑機(jī)注塑成PC光擴(kuò)散板材料。注塑機(jī)溫度設(shè)置為：5段220 ℃；4段240 ℃；3段270 ℃；2段280 ℃；1段285 ℃；射嘴，280 ℃。螺桿主機(jī)轉(zhuǎn)速為30 r/min。制得的PC光擴(kuò)散板材料放置在電熱恒溫烘箱中4 h后待測(cè)。

1.4 性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 2410—2008，測(cè)試光透過(guò)率(Tt)，光擴(kuò)散材料的有效光擴(kuò)散系數(shù)(Td)，計(jì)算霧度(Td/Tt)。光擴(kuò)散系數(shù)越大，光源被擴(kuò)散的效果越好。

根據(jù)GB/T 1040.1—2006，測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、彎曲強(qiáng)度。根據(jù)GB/T 1043.1—2008測(cè)試，缺口沖擊強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)配體系對(duì)光學(xué)性能影響

研究了PMMA、PS、有機(jī)硅微球3種光擴(kuò)散劑，單一使用及2種復(fù)配使用時(shí)對(duì)PC光擴(kuò)散板光學(xué)性能的影響，如表1所示。

表1　光擴(kuò)散劑對(duì)PC材料光學(xué)性能的影響　%

注：表中比例為質(zhì)量比，下同。

由表1可知，當(dāng)PMMA與PS質(zhì)量比為1∶3時(shí)，光透過(guò)率達(dá)到較大值為83%，這是由于加入較多的PS后與PMMA產(chǎn)生協(xié)同，使得整體光擴(kuò)散劑粒徑變大，從而光擴(kuò)散板的透光率得到提升；當(dāng)PMMA與PS質(zhì)量比例為1∶1時(shí)，霧度達(dá)到較大值為96.6%，這是由于加入PMMA與PS含量基本一致，體系中由于存在2種不同折射率的光擴(kuò)散劑，使得光線在PC光擴(kuò)散板中折射反射的概率增加，使霧度較高；當(dāng)PMMA與PS質(zhì)量比為3∶1時(shí)，有效光擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到最大值為69.7%，可以達(dá)到較好的光擴(kuò)散效果，這可能是由于少量PS的加入，不足以影響PC光擴(kuò)散板霧度，而PS的折射率與PC基材接近，少量加入，對(duì)光透過(guò)率影響較小。

添加了PMMA/有機(jī)硅體系的PC光擴(kuò)散板，隨著有機(jī)硅比例的增加，光透過(guò)率下降，霧度增大。究其原因，有機(jī)硅光擴(kuò)散劑是一種“核殼”結(jié)構(gòu)的光擴(kuò)散劑，加入后，可以增加光線經(jīng)過(guò)PC光擴(kuò)散板時(shí)反射、折射的幾率，使得霧度增加，又因?yàn)楣饩€每次反射、折射需要損耗能量，使得光透過(guò)率下降。當(dāng)PMMA與有機(jī)硅質(zhì)量比為3∶1時(shí)，光透過(guò)率較大，為80.9%；當(dāng)PMMA與有機(jī)硅質(zhì)量比為1∶3時(shí)，霧度較大，為95.5%；當(dāng)PMMA與有機(jī)硅復(fù)配比例為1∶1時(shí)，有效光擴(kuò)散系數(shù)較大，為63.8%，比單一使用有機(jī)硅光擴(kuò)散劑時(shí)，性能優(yōu)異。

PS及有機(jī)硅這2種光擴(kuò)散劑在單獨(dú)使用時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%,均不能滿足光學(xué)性能的要求。研究發(fā)現(xiàn)，PS在復(fù)配體系中可以起到增加光透過(guò)率的作用，有機(jī)硅可以增加霧度。隨著PS在復(fù)配體系中比例增加，PC光擴(kuò)散板的光透過(guò)率逐漸增大，霧度下降較快。有效光擴(kuò)散系數(shù)在PS與有機(jī)硅質(zhì)量比為1∶1時(shí)較大，為62.4%，且比PS與有機(jī)硅作為單一光擴(kuò)散劑使用時(shí)大，光擴(kuò)散效果好。PS提高光透過(guò)率的原因是其折射率與PC基材接近，光線折射偏轉(zhuǎn)角較??；有機(jī)硅提高霧度的原因是由于“核殼”結(jié)構(gòu)的存在，提高了光線反射、折射的幾率。

2.2 復(fù)配體系對(duì)力學(xué)性能影響

光擴(kuò)散劑配方對(duì)PC光擴(kuò)散板材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度，性能影響，如表2所示。

表2　光擴(kuò)散劑復(fù)配對(duì)PC材料力學(xué)性能影響

從表2可以看出，添加復(fù)配光擴(kuò)散劑對(duì)PC光擴(kuò)散板材料的力學(xué)性能與添加單一光擴(kuò)散劑的相比變化不大，不同配比的復(fù)配光擴(kuò)散劑對(duì)PC光擴(kuò)散板材料力學(xué)性能影響也不大。因?yàn)閺?fù)配光擴(kuò)散劑的含量及粒徑基本一致，所以對(duì)PC光擴(kuò)散板力學(xué)性能產(chǎn)生影響較小。

3結(jié)語(yǔ)

a) PMMA交聯(lián)微球，PS交聯(lián)微球與有機(jī)硅交聯(lián)微球這3種光擴(kuò)散劑經(jīng)復(fù)配后，均可以通過(guò)協(xié)同效應(yīng)達(dá)到PC光擴(kuò)散板使用要求。

b) PMMA-PS復(fù)配體系中，當(dāng)復(fù)配質(zhì)量比為3∶1時(shí)，PC材料的有效光擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到較大值為69.7%，霧度高于僅添加PMMA的PC光擴(kuò)散板。PMMA與有機(jī)硅復(fù)配體系中，當(dāng)復(fù)配質(zhì)量為1∶1時(shí)，有效光擴(kuò)散系數(shù)較大，為63.8%，較使用單一光擴(kuò)散劑時(shí)更加優(yōu)異。PS與有機(jī)硅復(fù)配體系中，復(fù)配質(zhì)量比1∶1時(shí)有效光擴(kuò)散系數(shù)為62.4%，此時(shí)光透過(guò)率為74.9%，霧度為83.3%，滿足實(shí)際應(yīng)用要求，且比PS與有機(jī)硅作為單一光擴(kuò)散劑使用時(shí)大，光擴(kuò)散效果好。

c)添加復(fù)配光擴(kuò)散劑的PC光擴(kuò)散板的力學(xué)性能與添加單一光擴(kuò)散劑的接近。

參考文獻(xiàn)

[1]王世卿，鄭文耀，李秀貞．LED照明用高透明光擴(kuò)散材料[J]．信息記錄材料，2013，14(2)：55-59．

[2]沈辰，蔡思怡，周康，等．光擴(kuò)散劑粒徑對(duì)PC光擴(kuò)散板性能的影響[J]．現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2015，27(1)：49-52．

收稿日期：2015-10-13;修改稿收到日期:2016-04-12。

作者簡(jiǎn)介：沈辰(1989-)，碩士研究生，主要從事車燈材料研究及項(xiàng)目管理工作。E-mail:shenchen@xyl.cn。

DOI:10.3969/j.issn.1004-3055.2016.03.012

Effect of Mixed Light Diffusion Agent on Properties of PC Light Diffusion Material

Shen Chen

(Changzhou Xingyu Automotive Lighting systems Co.Ltd., Changzhou,Jiangsu, 213022)

Abstract：Three kinds of light diffusion agents including polymethylmethacrylate (PMMA) crosslinked microsphere,polystyrene (PS) crosslinked microsphere,organosilicon microsphere were mixed to improve transmittance/haze and other optical properties of PC diffusion slab,and mechanical properties were also studied. The results showed that when mass radios of PMMA/PS, PMMA/ organosilicon microsphere,and PS/organosilicon microsphere were 3∶1, 1∶1, 1∶1, respectively, optical property is better. When contents of light diffusion agent were 1.5%, mechanical properties of PC diffusion slab were hardly changed.

Key words：mixed light diffusion agent; polycarbonate; light diffusion material