Диссертация (1090114), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В связи с высокойстоимостью белых светодиодов в настоящее время большое внимание уделяетсяполучению белого света с помощью синих светодиодов [202] и полимерныхкомпозиционных светопреобразующих материалов.Создание новых светопреобразующих и светорассеивающих полимерныхкомпозиционных материалов на основе поликарбоната с заданным уровнем иоптическиххарактеристик,атакжеразработкатехнологииполучениясветотехнических изделий сложной конфигурации для приборов светодиоднойтехники, является актуальной задачей.Достижение поставленной цели требует проведения комплекса научныхисследований, решения рецептурно-технологических задач по созданию иорганизации многоуровневой структуры ДНПКМ с заданными параметрами,технологическими и оптическими характеристиками и разработки технологииполучения светотехнических изделий нового поколения.В основе современных разработок светотехнических устройств положенытехнологии создания новых полимерных композиционных материалов, в которыхисходные компоненты, гетерогенность и гетерофазность структуры и еепараметры обеспечивают необходимый комплекс как оптических, так ифункциональных характеристик на заданном уровне.Решающую роль в создании полимерных композиционных материалов длясветотехническихизделийиграетполимернаяматрица,ееоптическиехарактеристики, а также комплекс технологических и эксплуатационных свойств.231Оптически прозрачные полимерные материалы для светодиодной техники.Материалы, предназначенные для отражения, пропускания, поглощения,изменения характеристик и генерирования света, называются светотехническими[203-204].
Они используются для изготовления отражателей, рассеивателей,защитных стекол, различных оптических деталей, светофильтров, электрическихисточников света, фотоэлементов и т.д. [205-207].В последнее время большое распространение получили светотехническиеполимерныематериалы,которыезанялисущественныйсекторрынкасветотехники.Требования, предъявляемые к светотехническим полимерным материалам,становятся с каждым годом все более жесткими и разнообразными. Например,полимерные материалы для светильников наружного освещения должныдлительное время выдерживать воздействие неблагоприятных атмосферныхусловий,аматериалыдлямалогабаритныхсветильниковсмощнымиисточниками света - иметь высокую теплостойкость и термостойкость,повышенную светостойкость и обеспечивать пожаробезопасность.При изучении оптических свойств полимеров обычно рассматриваютпрозрачность(коэффициентпреломления-законЛоренца),пропускания),отражениепреломление(уравнениеФренеля)(показатель[208]ипоглощение (закон Ламберта-Бэра) света изотропными и анизотропнымисредами, рассеяние, а также ряд явлений, возникающих в полимерных средах подвоздействием силового поля - электрического, магнитного, ультразвукового,статического, механического и др.Важной характеристикой полимерных материалов является постоянствозначения коэффициента преломления в объеме.
Для получения оптическипрозрачных полимеров используют, как правило, только аморфные структуры сзаданной молекулярной массой и молекулярно-массовым распределением, атакже с небольшим содержанием ассоциатов (до 5%). Интервал изменениякоэффициента преломления для полимерных материалов находится в интервалеот 1,33 до 1,7 [209].232Рассеяние света.
Различают два вида рассеяния света – классическое икомбинационное. Классическое рассеяние света (закон Релея), в отличие отлюминесценции, происходит без изменения длины волны. В однороднойизотропной среде рассеяние света не происходит.Любое вещество, имеющее температуру, отличнуюот температурыабсолютного нуля, излучает в окружающее пространство энергию. По своейприродеэтоизлучениеможетбытьтемпературным(тепловым)илюминесцентным.
Оба вида излучения положены в основу работы современныхэлектрических источников света [210].Температурное излучение характерно для электрических ламп накаливания, атакже дуговых и пламенных источников света (керосиновые лампы, свечи и т.д.),которое создается за счет нагрева.Определенные коэффициенты отражения ( ), поглощения ( ) и пропускания( ) являются усредненными величинами, характеризующими взаимодействиематериала с излучением во всем видимом диапазоне оптического спектра.Похарактерураспределенияпропущенногосветовогопотокавпространстве можно выделить следующие виды пропускания: направленное,направленно-рассеянное, диффузное и смешанное [208].Направленное пропускание – это пропускание света без его рассеяния.Перераспределение светового потока материалами с таким пропусканиемвозможно только за счет преломления света.
Для этого поверхности изделияпридают различную геометрическую форму (призматические, сферические и др.),элементы которой способны преломлять свет.Направленно-рассеяннымпропусканиемобладаютматированныесветопропускающие материалы.Диффузное пропускание характерно для материалов с неоднородной(гетерогенной) структурой. Свет, проходя через такую среду, претерпеваетмногократные преломления и отражения, в результате чего на выходе изматериала он оказывается рассеянным по всем направлениям.233Смешанное пропусканиедостигаетсяу материалов сгетерогеннойструктурой и шероховатой поверхностью.ДляизготовленияСИД,композиции,содержащиемодификатор,фотолюминофоркакправило,применяютсясветорассеивающиеидр.)добавки[211-212].полимерные(наполнитель,Наполнитель позволяетувеличить размер светящегося пятна и расширить диаграмму направленностиизлучения (увеличить угол излучения).Для применения в области светотехники используется прозрачный длявидимого излучения полимер в качестве матрицы, а в качестве наполнителя порошок люминофора, преобразующий спектр и пространственное распределениевыходящего излучения по сравнению со спектром падающего на него излучения[213-217].Расширение областей применения эффективных источников светодиодов,диктуетнеобходимостьсозданияновыхполимерныхматериалов,способствующих более широкому использованию светодиодных осветительныхприборов в светотехнике, в которой до сих пор основную роль играют лампынакаливания и люминесцентные лампы [218].Важнейшимиматериаламисовременнойсветотехническойпромышленности являются светотехнические полимеры - ПС, сополимерыстирола, ПММА и ПК [219-220].Основные характеристики оптически прозрачных полимеров приведены втаблице 4.1 [221-222].Анализ характеристик оптически прозрачных полимеров показал, чтонесомненным преимуществом среди всех полимеров имеет ПК как по комплексуоптических, электрофизических, теплофизических (Тст = 149оС), физикомеханических свойств, так и по долговечности, огнестойкости, стабильности кУФ - излучениям [223].
Отметим, что ПС и ПММА относятся к категориипожароопасных, легко воспламеняемых материалов и их применение длясветотехническихизделийсущественные ограничения.дляобщегоиместногоосвещения,имеет234Таблица 4.1 - Характеристики оптически прозрачных полимеров для светотехникип/п1СвойстваПлотность, г/см3ПК1,2ПММА1,16-1,19АБС1,04-1,05ПС1,042Коэффициент светопропускания, %88-90908660-903.Показатель преломления1,561,4911,5361,594.Модуль упругости при изгибе, ГПа2,5-2,63,3-3,51,6-2,2-50-1003-67-222,030-800,7-2,010-252,0145-15590-10595-10295-97271817,51710151013101510172,5-3,12,8-3,32,9-3.52,630-3612-24-20-407.Относительное удлинение приразрыве, %Ударная вязкость по Изоду снадрезом, кДж/м2Теплостойкость по Вика, ºС8.Кислородный индекс КИ, %9.Удельное объемное электрическоесопротивление, Ом м10.Диэлектрическаяпри 106 ГЦ, ε11.Электрическая прочность, Кв/мм5.6.проницаемостьСтруктура ПК изменяется в зависимости от молекулярного строенияполимерной цепи и химической природы исходного бисфенола, что оказываетсущественное влияние на ее однородность.
Наличие у центрального атомауглерода в бисфеноле несимметричных или больших по объему заместителейприводит к подавлению процесса кристаллизации. ПК – аморфный полимер, чтоявляется необходимым условием для получения оптически прозрачных иоднородных изделий. ПК на основе бисфенола А имеет степень кристалличностине более 1-5% и является оптически прозрачным полимером с коэффициентомсветопропусканияболее85%.Поликарбонатуспешноприменяетсявсветотехнике.К недостаткам ПК можно отнести достаточно высокую вязкость расплавапри переработке, низкую стойкость к различным агрессивным средам, высокийуровеньостаточныхиориентационныхнапряжений,приводящихкрастрескиванию изделий.Полимерные материалы с низкой вязкостью на основе ПК получают вусловиях синтеза путем химической модификации полимерных цепей исополимеризацией с трифункциональными мономерами, либо с производными235бисфенола А, содержащими заместители в алифатическом мостике (трисфенол,тримеллитовая кислота, изатин-бисфенол и др.) [224].Наиболеедоступнымметодоммодификацииполимеровявляетсявведение различных добавок-модификаторов в процессе переработки [225-226].Однако следует весьма осторожно подходить к модификации оптическипрозрачных полимеров, так как создание гетерогенной гетерофазной структуры вбольшинствеслучаевприводиткизменениюоптическиххарактеристикполимеров.Прозрачныеполимеры[227](поликарбонат,полиметилметакрилат,полистирол и др.) имеют небольшую светорассеивающую способность.
В связи сэтим для изменения структуры и получения светорассеивающих свойств впрозрачный полимер необходимо вводить модификаторы, которые создаютоптически неоднородную среду и имеют размер частиц (гетерогенности),соизмеримый с длиной волны падающего света, что позволяет им рассеивать свет.Такими модификаторами могут быть термодинамически несовместимые илиограниченосовместимыесполимернойматрицейорганическиеилинеорганические наполнители, например, полимеры и воска различной природы,жесткие неорганические наполнители: оксид алюминия, диоксид кремния, кварц,бентониты, сульфат бария, в том числе, наноразмерные, и др.
[228].Такимгетерогеннойобразом,направленнаягетерофазнойструктурымодификацияПКМнаматериала,основеПКсозданиепозволяетрегулировать как оптические характеристики, так и комплекс технологических иэксплуатационных свойств.Важным аспектом является получение изделий различной конфигурации,типоразмеров и конструкции из ПКМ, полностью удовлетворяющих требованиясовременной светотехники.Разнообразие методов переработки полимерных материалов позволяетпрактически полностью обеспечить выполнение данного требования.236Выбор метода переработки определяется комплексом технологическихсвойств полимерного материала и конструкцией, размерами и конфигурациейизделия, его серийностью и техно-экономическими факторами [229].Особенно важно для светотехники придать поверхности изделий припереработкеразличныйрельефиконфигурацию.Современныеметодыпереработки позволяют придать поверхности изделия различную структуру:ячеистую, призматическую, шероховатую и т.д., которая обеспечивает изделиюсветорассеивающие свойства, а также ее металлизировать, придавая ейотражающие свойства [230-231].Наиболеераспространеннымиметодамипереработкидляполучениясветотехнических изделий являются литье под давлением и экструзия [229].Для производства оптически прозрачных или светорассеивающих пленок илистов толщиной от 0,1 до 2,0 мм из термопластов используют непрерывныйметод каландрования.Из полученных методом экструзии или каландрования листов и толстыхпленокизизготовленытермопластичныхизделиясветотехническихсложнойматериаловконфигурацииметодамимогутбытьформования:вакуумформования, штамповки и вытяжки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
