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光學PC在LED照明中的主要應用

編輯:山東照明學會關鍵字: 光學 照明 發布日期:2016-12-05 瀏覽: 次
 PC又稱聚碳酸酯,是Polycarbonate的縮寫。PC是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。目前在應用和工業化生產的主要為芳香族聚碳酸酯。聚碳酸酯是一種性能優良的工程塑料,密度接近1.20g/cm3。由PC制成的無色透明塑料件,可見光的透光率可以達到90%左右。PC的主要用途包括光學照明,電子電器,汽車航空和醫療等。一般的,我們將應用于光學照明領域,具有較好光學特性的透明,擴散或白色高反射率PC材料稱為光學PC。

  隨著 LED 照明產品采用率的不斷增高,照明生產商正在尋找性能超越傳統照明應用中使用的材料,來推動實現創新的設計和外形,提高照明效率,并解決持續的采用成本問題。 雖然照明生產商一貫使用有機玻璃 (PMMA) - 其次是玻璃 -來開展固態照明 (SSL) 應用, 但PC正日益成為透鏡、透光罩、燈管、導光柱、擴散罩和反射器的首選材料。 現在,大約90% 取代白熾燈泡的 LED 替換燈泡都由 PC 材料制成。

  LED 設計者通過選擇 PC(而不是玻璃和 PMMA)可實現諸多好處,包括更大的抗沖擊性和耐熱性,改進的阻燃等級,以及增強的設計靈活性。 不過,由于玻璃和 PMMA 具有高透光性和強耐候性,它們仍是 PC 的競爭對手,不過最新等級的特種 PC 快速彌合了這一差距。 作為 LED 器件的候選材料,聚碳酸酯不僅對玻璃和 PMMA 提出了直接的挑戰,還將推動住宅、商用和室外 LED 設計不斷進步。

  PC與PMMA主要性能比較

  耐久性和抗沖擊性是用于住宅環境的必要條件,因為居民在安裝燈時掉落或對更換件處置不當的情況常有發生。 PC在抗彎沖擊下打碎樣品所需的抗沖擊力在實驗室用 kJ/m2(每平方米千焦耳)測量單位表示,這比玻璃和 PMMA 的抗沖擊力要高得多。 在實際沖擊測試中,PC 的性能是 PMMA 的 10 倍,也是玻璃的 30 倍。

  用 PC 制造的 LED 器件也比用 PMMA 制造的燈具更安全,因為其阻燃性和耐熱性有明顯優勢。 按照 UL 94 標準,某些 PC 被評為“5VA”等級 - 最高阻燃性評級 - UL 94 標準根據不同方向和厚度的燃燒方式對塑料進行分類。 PMMA 被評為 UL 94“HB”等級,這也是最低等級。 另外,PC 還可以連續在最高 130℃ 的溫度下使用,而 PMMA 只能在最高 90℃的溫度下使用。 表 1 總結對LED照明產品設計人員比較重要的 PC 和 PMMA 特性。

  表 1 PC 和 PMMA 規格比較

為了增加住宅環境中的 LED 需求,照明設計師還必須解決 LED 照明設備的質量問題,使燈光變得更加柔和,更接近白熾燈。 乳白色或磨砂效果的擴散材料可以屏蔽 LED 光源,有助于均勻地分布光線,盡量減少眩光。 如果沒有擴散,LED 光源會產生刺眼的白色亮點。

  同時,設計人員必須在柔和白光的審美需求與透光性之間保持平衡。 過多的擴散可能意味著亮度損失過度,從而降低燈泡效能。

  PC 擅長在擴散與透光之間保持微妙的平衡。 新一代聚碳酸酯可以屏蔽亮點,而不影響透光性。 當在 LED 球罩或透光罩中使用時,PC 提供有效的擴散,而不需要二次透鏡或其他光學元件,從而減少成本、復雜性和重量。 用 PMMA 制成的擴散板通常需要多層結構,從而增加 LED 設計的重量和復雜性。

  表 2 顯示當今 LED 設計人員可用的 PC 等級提供的透光性和光散射。 透明等級的 1 毫米 SABIC 的 LEXANTM LUX C 樹脂組合的透光率可達 91.5%,較透光率為約 89% 的傳統 PC 有了顯著的改進,僅次于透光率為 92% 的 PMMA。 對于需要更大擴散的照明應用,LEXANTM LUX C 樹脂擴散等級可將光線擴散(如表 2 中所示)為光擴散度 (DLD),即可看到入射光亮度一半的角度,而無需顯著降低透光率。

  表 2 透明和擴散 PC 等級的透光性和光擴散度

商用和工業用 LED 燈制造商同樣也面臨著住宅市場的諸多挑戰。 照明設計必須功能實用、外觀時尚、輕便靈巧,同時實現高光效和光均勻度。

  為了達到這些復雜的標準,制造商正在努力尋找各種材料來實現設計靈活性,在這方面PC遠勝玻璃和 PMMA 。 例如,PC 可用于形成尖角和凹口 - 這些設計功能進一步突顯了 PMMA 在抗沖擊強度方面的弱勢。此外,PMMA 也不能像PC 那樣在吸頂式 LED 應用中保持較高的耐久性和硬度,如圖 1 中所示。

 

圖 1 玻璃和 PMMA 既不能像 PC 那樣形成尖角和凹口,也不能像 PC 那樣在吸頂式 LED 應用(如此處顯示的固定裝置)中保持較高的耐久性和硬度。

  相比玻璃等其他材料需要使用相對低效率的粘膠組裝方式,PC 可以開展卡扣配合應用。 根據歐盟相關報道,與粘合劑組件不同的是,用卡扣配合連接制成的 LED 燈和燈具可以輕松拆卸,而不會破壞零部件,從而降低了報廢成本等生命周期成本和環境影響。

  使用聚碳酸酯

  雖然必須考慮折射率 (RI) 差異,但是設計師和原始設備制造商仍可以采用與用 PMMA 和玻璃開發產品大致相同的方法來用 PC 開發產品。 雖然可以使用相同的預測建模工具,但是 SABIC 還提供雙向散射分布函數 (BSDF) 文件,使產品工程師能夠同時預測透明材料和擴散材料的設計結果。 此外,PC 還可以使用與 PMMA 相同類型的模塑機 - 注塑機、擠出機和吹塑機進行處理。 使用符合 UL 94 阻燃等級要求的 PC 還可以縮短產品開發時間,并有可能消除進行設備燃燒測試的必要性。

  雖然前景一片光明,但是 LED 技術仍處于相對初期的發展階段,仍需大規模進軍大眾市場,從而成為住宅、商用和戶外環境的主要照明方式。 廠家和設計人員正在直面這些挑戰,而且令人興奮的是,新設計每天都在涌現。 為了解決LED 產業不斷改變的復雜規范問題,需要持續投資新的和改進的 PC 材料。 SABIC 將一直致力于與整個LED照明行業合作來推動下一代 LED 的發展。

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