Автореферат (1090113), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Впервые было предложено рассматривать светопреобразующий компоненткак активный оптический наполнитель – люминофор. Для люминофора ФЛЖ-7-570 былиопределены его основные (диаметр, форма, удельная поверхность, максимальная упаковка и др.)и обобщенные параметры, которые позволили рассчитать составы композиций ПК + люминофор,определитьхарактерныезначениясветотехническимихарактеристикамисветорассеивающихПКМпообобщенногоипараметрапровестиструктурномуΘ,установитьклассификациюпринципу.Длясвязьслюминесцентныхпостроенияструктурсветопреобразующих и светорассеиваюших ДНПКМ были использованы модель Вебера иосновные положения теории Кубелки – Мунка.Исследовали влияние содержания наполнителя – люминофора в ПК и структуры ДНПКМна изменение спектра и преобразование излучения СИД.
Спектры излучения люминесцентныхДНПКМ с разным содержанием наполнителя - люминофора ФЛЖ-7-570 - от 2,2 до 7,0 масс. %,полученные при подсвечивании светом синего светодиода, приведены на рис. 24.35Рис. 24 - Спектр излучения СИД (1), люминофора ФЛЖ-7-570 (2) и ДНПКМ с 2,2 масс. % (3);2,8% (4); 3,3% (5); 4,2% (6) и 7 масс. % (7) люминофора ФЛЖ-7-570, подсвеченных синимсветодиодомУстановлено, что введение до 2,0 масс.
% люминофора ФЛЖ-7-570 практически непреобразует спектр излучения СИД. С увеличением содержания наполнителя — люминофора с2,2 до 7,0 масс. % интенсивность пика с доминирующей длиной волны в области λ = 570 нм,характеризующей преобразование излучения СИД (область λ = 420-510 нм с пиком при 455нм) вбелый свет, возрастает с 26% до 100 % при достижении цветовой температуры 3400 К. Тольковведение 7,0 масс.
% люминофора ФЛЖ-7-570 полностью поглощает пик от СИД с λ = 455 нм,характерный для УФ – излучения. Каждому содержанию наполнителя - люминофора в ПКсоответствует своя определенная цветовая температура и координаты цветности, однако приувеличении содержания люминофора более 4,5 масс. % в ПКМ цветовая температура практическине изменяется. В таблице 7 приведены данные по преобразованию синего света светодиодасветопреобразующими композициями ПК + люминофор.Таблица 7- Светотехнические характеристики композиций ПК + люминофорТочка на диаграммеМКОСодержаниелюминофора, масс.
%Цветоваятемпература, КСИДТ1Т2Т3Т4Т5Т6Т7Люминофор00,52,02,22,83,04,27,01001000090008000650048003800350034002380Координаты цветностих0,1460,1460,310,320,350,390,400,460,61у0,0430,0430,280,290,340,380,410,520,45При увеличении содержания люминофора в ПК цветовая температура излучения ДНПКМпри подсвечивании синим светодиодом смещается от 8000 К в область теплого белого света до3400 К, создавая рекомендуемый МКО комфортный свет (область 3400 – 4000 К).36Выполненные расчеты по структурообразованию в люминесцентных ДНПКМ на основеПК показали, что требуемые значения Тцв можно достичь только для разбавленных систем и вочень узком интервале значений параметров Θ ≈ 0,93 – 0,96 об. д., аср ≈ 14 -20 мкм, аср/d ≈ 2,8-4,6.Проведенные исследования полностью подтвердили аналитические выводы по созданию структурДНПКМсзаданнымкомплексомоптическиххарактеристикидоказали,что свето-преобразующие композиции на основе оптически прозрачного ПК с активными наполнителямилюминофорами по обобщенным параметрам структуры относятся к разбавленным системам, укоторых 1,0 > Θ ≥ 0,90 об.
д.На рис. 25 приведены зависимости Тцв для разбавленных композиций на основе ПК соптически активным дисперсным наполнителем-люминофором ФЛЖ 7-570 в терминахобобщенных параметров структуры ДНПКМ.абРис. 25 - Зависимость Тцв для композиции ПК + люминофор ФЛЖ-7-570 от обобщенногопараметра аср (а) и Θ (б) для ДНПКМВыполненный комплекс работ, впервые позволил связать параметры структуры ДНПКМ соптическими характеристиками светопреобразующих полимерных материалов на основеоптически прозрачных полимерных матриц и оптически активных наполнителей – люминофоров,атакжеустановитьоптимальныеобобщенныепараметрыструктуры.Разработанныйметодологический подход имеет общий характер и может быть распространен для построенияструктур для всех ДНПКМ с заданными светотехническими свойствами.Одним из существенных недостатков полученных люминесцентных композиции на основеПК является большое содержание дорогостоящего люминофора (7,0 масс.
%), что указывает на недостаточную эффективность его действия как преобразователя спектра синего источникаизлучения, при этом стоимость композиции существенно возрастает. Следует также отметить, чтонаблюдается неравномерное распределение светового потока через люминесцентный материал иотмечаются точки интенсивного излучения.Рассеянный белый свет от светодиода, необходимый для комфортного восприятия света поСанПиН, можно получить только с применением в структуре люминесцентных ПКМ37светорассеивающих элементов.
В качестве светорассеивателей использовали два принципиальноразличных наполнителя – нанонаполнитель марки Aeroxide AluC фирмы Evonik Industries AG(Германия) с размером частиц 13 нм и показателем преломления n = 1,54 и дисперсныйнаполнитель – сульфат бария с d = 20 мкм и n = 1,63. Светорассеивающие свойства наполнителей,согласно правилу Вебера, зависят от их размеров.
Диаметр частиц уменьшается с увеличениемразности ∆n = nн - nПК (для ПК значение nПК = 1,58). В работе показано, что чем больше разница вкоэффициентах преломления рассеивающей добавки и полимерной матрицы, тем вышепоглощение света полимерным композиционным материалом.а)б)в)Рис. 26 - Зависимость коэффициентов пропускания (1) и светорассеяния (2) композиции: ПК +Aeroxide AluC (а), ПК + Ва2SO4 (б) и ПК+ПЭ воск (в) от содержания наполнителя (добавки)Оптимальное содержание дисперсных наполнителей (Аэроксид AluC и Ва2SO4) определялипоточкепересечениякривых,прикоторойдостигаетсяоптимальноесоотношениесветопропускания и светорассеяния (рис. 26 а, б).
Для композиции ПК с сульфатом барияоптимальные оптические и светорассеивающие свойства проявляются при содержании 1,4 масс.%, а для Аэроксида - при 1,0 масс. %. Оптимальное содержание дисперсных рассеивающихнаполнителей достигается при введении Аэроксида в ПК характерным для полученияразбавленных ДНПКМ с обобщенными параметрами равными Θ ≈ 0,93 – 0,96 об. д., аср ≈ 14-20мкм, аср/d ≈ 2,8 – 4,6.При введении в расплав ПК окисленного ПЭ воска при температуре 270-280оС в качестверассеивающей добавки частицы воска переходят в вязкотекучее состояние и могут частично илиполностью растворятся в полимерной матрице, изменять свои исходные размеры, а,следовательно,изменятьпараметрыдисперсно-наполненнойструктурыивлиятьнасветорассеивающие свойства материала.В работе исследовали композиции ПК с содержанием окисленного ПЭ воска от 0,1 до 0,5масс.
%. Рассеивающие свойства у ПК появляются при введении ПЭ воска только приформировании гетерогенной гетерофазной структуры, в которой частицы ПЭ воска выступают вроли рассеивающего наполнителя (дисперсной фазы). Фазовая структура может образоваться при38условии термодинамической несовместимости или ограниченной совместимости исходныхкомпонентов. При температурах выше температур плавления воска его растворимость в ПКопределяется бинодальной кривой, разделяющей области истинных растворов-расплавов отгетерогенных дисперсных систем, в которых дисперсной фазой является фаза ПЭ воска, а ПК –дисперсионной средой (рис.
27).Микрофотографииморфологическойструктурно-организациисмесейПК + ПЭ воск подтверждают образованиегетерофазнойструктурысистемыссодержанием ПЭ – воска более 0,3 масс.%. Установлено, что более низковязкийкомпонент – окисленный ПЭ воск можетконцентрироваться в приповерхностныхслояхлитьевыхизделийвзоненаибольших напряжений и скоростейРис. 27 - Фрагмент диаграммы фазовых состоянийсистемы ПК – ПЭО воск.1 – депрессия температуры стеклования поликарбоната; 2– фрагмент ветви бинодали; 3 – линия ликвидусакристаллической фазы ПЭО воска.I - область гомогенных расплавов; II - областькристаллизации ПК, III – область метастабильныхсостояний системы; IV – формирование сферолитов ПЭОвоска в матрице ПК.ABC - линия переработки и приготовления композиций(А - отжиг, В – прессование, С – литье и экструзия).сдвига, что способствует формированиюпротяженныхнеразрывныхслоевибольшему рассеиванию света.
На рис. 26впоказаны зависимости светопропусканияи светорассеяния для композиции наоснове ПК от содержания окисленногоПЭ воска.Оптимальное соотношение светопропускания и светорассеяния достигается при содержании0,3 масс. % ПЭ воска в ПК при формировании градиентной структуры матричного типа, котораяобладает необходимым комплексом свойств для создания светорассеивающих материалов.Спектры излучения люминесцентных композиций ПК+люминофор при введении0,3 масс.
% окисленного ПЭ воска при подсветке светом синего светодиода существенноизменяются (рис. 28).Введение в композиционный материал, используемый для изготовления полимерныхсветотехнических изделий, рассеивающих добавок, позволило перейти от узконаправленнойиндикатрисы силы света СИД к пространственному распределению светового потока.Эффективность действия окисленного ПЭ воска на излучение люминофора позволяет уменьшитьсодержание дорогостоящего люминофора до 2,2 масс. % (~ в 2 раза) при сохраненииспектральных характеристик в области белого свечения (рис.
28).39Рис. 28 - Эмиссионный спектр излучения ДНПКМ на основе ПК, содержащего 3,3 масс. %люминофора (1); 3,3 масс. % люминофора ФЛЖ-7-570 + 0,3 масс. % ПЭ воска (2); 4,2 масс. %люминофора + 0,3 масс. % ПЭ воска (3); 2,2 масс. % люминофора + 0,3 масс. % ПЭ воска +специальная добавка (4), подсвеченные синим светодиодомВыполненныеисследованияпоказали,чтополимернаялюминесцентнаясветорассеивающая композиция на основе ПК с 2,2 масс. % люминофора марки ФЛЖ-7-570 и 0,3масс. % ПЭ воска при оптимальном содержании специальных добавок, способных поглощатьизлучение в УФ области, практически полностью подавляет пик синего свечения в области при λ= 460 нм (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
