白皮书 | PC在LED领域的创新应用（下）？武汉亮化工程照明

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白皮书 | PC在led领域的创新应用（下）

2022-12-20    

   作者：张林 傅轶  

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　　张林 东莞市银禧光电质料科技股份有限公司 总司理

　　《2022阿拉丁照明产业调研白皮书》配套质料 照料

　　傅轶 东莞市银禧光电质料科技股份有限公司 总工程师

　　《2022阿拉丁照明产业调研白皮书》配套质料 照料

　　3.2 纳米增强PC质料

　　3.2.1 靠山先容：

　　LED由于具有怪异的优势，自从降生以来，获得了快速生长。然则在LED超薄轻量化领域，产物厚度降到0.7mm以下，PC存在强度和线膨胀系数偏低的瑕玷，产物容易泛起偏软变形易弯曲等问题。为领会决PC这方面的问题，现在行业内开发了纳米增强管PC质料。

　　纳米增强PC质料是指以无机或有机纳米质料(三维空间中至少有一维处于纳米尺寸)对PC增强的质料。通例增强质料往往存在填料尺寸过大、涣散不均等问题，导致增强质料在强度和模量提高的同时，韧性大幅度下降，显示为袭击强度、断裂伸长率下降显著。与一样平常增强质料相比，纳米增强质料接纳怪异的粒子细微化手艺和外面处置手艺对填料举行处置，提高填料与聚合物的相容性，在提高聚合物强度、模量的同时又能提高聚合物的袭击强度、断裂伸长率、耐紫外线等性能。不仅使质料的综合性能获得周全提升，同时降低质料成型缩短率、降低成本，扩大质料的应用领域[5]。

　　公然号为CN 104725816 A的发现专利公然了使用通俗玻纤增强改性PC，然则由于通俗玻纤属于圆柱形，增强效果对照有限，导致对于弯曲度、膨胀等改善效果并非显著，此外，质料的折射率在1.45 左右，透光率大幅度下降，点灯效果比通俗光扩散PC要差，光线的平均性较差;因此，单一使用玻纤，添加量大，增强效果不显著，表观效果差 [6]。纳米增强管质料针对现有手艺的不足，提供一种LED灯管用低膨胀阻燃光扩散PC复合质料，具有低膨胀和阻燃特征，同时兼具优越的透光率、雾度、力学性能等特点，知足在大尺寸、超薄灯管领域使用。

　　3.2.2 纳米增强PC质料特征

　　纳米增强管质料是一种LED灯管用低膨胀阻燃光扩散PC复合质料，具有低膨胀和阻燃特征，同时兼具优越的透光率、雾度、力学性能等特点，知足在大尺寸、超薄灯管领域使用。

　　纳米增强管质料具有以下创新特点：

　　(1)、在提高质料强度和模量的同时，使质料的断裂伸长率和袭击强度提高5-10%;

　　(2)、由于PC分子含有刚性的苯环结构，导致成型时取向的分子链难以解取向，最终导致制品在使用历程中容易泛起应力开裂和翘曲变形等问题。而本手艺可以降低制品的残余应力，使制品成型后的开裂、翘曲和变形可以获得很好的抑制;

　　(3)、降低质料成型缩短率，可拓宽加工窗口，使质料适用于加倍庞大的形状设计;

　　(4)、在一定水平上提高质料流动性，可解决庞大流道熔接痕问题。

　　图7 纳米增强管质料与通俗PC质料对比能够使产物厚度减薄、消耗降低，大大削减产物成本：

　　图5 纳米增强管质料与通俗PC质料对比

　　3.2.3 纳米增强管PC质料行业希望

　　行业内使用纳米氧化铝晶粒或晶须中的至少一种，接纳增强型LED 灯管的PC质料组合物，质料自己具有加倍优良的透光率和光扩散的性能，而且可以消除涣散性发生的光晕或者暗斑等征象，同时还具有加倍优异的机械性能[7]。

　　3.2.4 市场应用

　　纳米增强管质料因强度高，韧性好，透光率高，轻薄耐用，柔和护眼等优点，普遍应用于超薄LED灯管、球泡灯罩、异型管等产物领域。

　　图6 纳米增强管质料应用

　　3.3 高透高雾PC质料

　　3.3.1 靠山先容：

　　PC以其在工程塑料中怪异的高透光率、高折射率、高抗冲性、优良尺寸稳固性及易加工成型等特点，在该LED领域内占有日趋主要的位置。接纳光学级PC制作的种种光学质料，无论是抗袭击性能照样成型加工性能，都是传统的无机玻璃所无法对比的。只管云云，由于结构特征自己的缘故原由 ,PC作为LED质料在性能上仍有欠缺之处，因而对其光学性能举行研究并通过种种手段加以改善，已成为现在PC领域的主要课题。高性能光扩散PC是通过在PC树脂中添加光扩散剂、阻燃剂等助剂，评定光散射质料的两项主要指标是透光率和雾度 [8]。因此开发一些高性能光扩散PC显得尤为主要。为突破现在高透光率、高雾度要害共性手艺问题，银禧光电已解决要害手艺如下：

　　高透光率高雾度：现在透光率高达90%， 雾度96%，现在与出光、帝人等国际大公司产物性能靠近，已经试用于部门产物中[9]。

　　3.3.2 高透高雾PC质料特征

　　接纳特殊的处置手段，改善光扩散剂在PC基体中的涣散性，考察差异光扩散剂用量对最终PC树脂中的透光率、雾度的影响特征，确立单因素变量(光扩散剂用量)对最终特征(透光率、雾度)的影响参数，进而找到与PC高透光率、高雾度特征相匹配的光扩散剂添加量 [10]。

　　3.3.3 高透高雾PC行业希望

　　行业内接纳将PC树脂、有机硅树脂微球以及交联共聚物微球等在内的组分一次熔融共混的方式制得，这样获得的该组合物中，有机硅树脂微球以及交联共聚物微球两种微球平均漫衍在延续相PC中，两种微球都呈单涣散状态，其中交联共聚物微球在交联的外面存在酸酐基团，因此可以与PC分子链上的羰基发生酯交流反映，进一步有助于其在PC中的涣散，当光线通过组合物的时刻，在涣散相两种微球的配互助用下可以将入射光线涣散，将点光源酿成面光源，使PC树脂组合物的雾度大幅度地提高，同时还可以使其具有较高的透光率，可以节约大量的能源，同时节约了质料的使用量，大幅降低质料的成本 [11]。

　　3.3.4 市场应用

　　现在高透光率高雾度产物已经通过化学工业合成质料老化质量监视磨练中央认证，正在进入轨道交通领域和家用照明领域。

　　图7 高透高雾PC在LED上的应用

　　高性能光扩散PC质料，鼎力推动塑料质料在LED灯具上的推广应用，如图7所示，LED 灯具相对通俗灯具节电效率高70%，寿命为通俗灯具的10倍以上，险些是免维护，不存在要经常替换灯管、镇流器、启辉器的问题，绿色环保型的半导体电光源，光线柔和，色彩纯正，有利于人们的视力珍爱及身体康健。本项目的实行不只可以大幅降低使用成本，还可以节约二次能源，对环境和能源有重大起劲意义，有利于我国建设环境友好型协调社会目的的实现。

　　3.4 3D打印PC在照明领域的开发和应用

　　3.4.1 靠山先容

　　3D打印又称增材制造，是快速成型手艺的一种，它以盘算机三维设计模子为基础，将打印质料通过逐层聚积的方式来组织三维物体，在航空航天、汽车、医疗、修建、消费品等领域有着很好的潜在应用价值。随着对3D打印手艺的深入研究，3D打印在照明领域的应用也获得了快速生长，能够实现照明产物零部件、组件的定制和创新的灯具设计是照明和3D打印能够连系在一起的主要缘故原由。布鲁克林设计师罗伯特 ? 迪班 (robert debbane) 用3D打印机创作了一组雕琢细腻的纹饰灯具，并在2022纽约设计周时代的“wanted 设计展览会”上亮相(图8)。在2022米兰设计周上，由清华学子确立的紫晶立方携带3D打印月球灯亮相了本次展会，让3D打印月球灯成为了展会上亮眼的“一颗”(图9)。这些都说明晰3D打印质料在照明领域具有主要的应用价值。

　　3.4.2. 3D打印PC质料特征

　　应用于照明领域的3D打印手艺主要有熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和立体光固化成型法(SLA)。FDM 具有成型质料普遍、成型装备简朴、操作简朴、成本低廉等优点，瑕玷是精度低、外面质量差、悬臂件需加支持、庞大构件不易制造。接纳FDM方式打印的质料为PC，本色的PC具有透明性、高光泽、高耐热(跨越120℃)的特点，在照明领域适互助为灯管、灯罩等用途，不外PC的打印温度较高，打印制品易翘曲。SLS手艺的优点在于质料行使率高，生产周期短，开发成本低，成型件无需支持结构，能够打印庞大制品，但需预热和冷却，成型历程中发生有毒气体和粉尘，外面粗拙。SLA手艺的事情系统稳固，工件尺寸精度高，外面质量较好，能够构建庞大结构的工件，但可选择的质料种类有限，必须是光敏树脂，树脂会吸水，导致软薄部门弯曲，同时也需要设计工件的支持结构，制作成真相对较高。

　　3.4.3 3D打印PC质料行业希望

雷士照明构建“以人为本”的新时代人居光环境

　　成都新柯力化工科技有限公司的三维打印的浸胶PC丝料，其特征在于PC丝料外层包裹快熔性热熔胶，由以下质料按重量份制备而成，通过在PC细丝外面裹覆一层复合热熔胶，通过热熔胶中的碳粉和铝粉实现了PC细丝的快速平均熔融，加入的增强剂能够增强PC质料的韧性和热稳固性，使PC质料在用于三维打印快速熔融时具有优异的熔融流动性，其在3D打印中有着异常普遍的应用[12]。

　　3.4.4 照明应用案例

　　3D打印质料已经在照明领域获得了一定的应用。FDM方式在照明领域主要用于打印灯具的灯罩、底座等。

　　图8 “wanted 设计展览会”上的翡兹灯(左)与西顿灯(右)

　　图9 2022米兰设计周上的3D打印月球灯

　　3.5 绿色环保免喷涂质料

　　3.5.1 免喷涂质料界说与先容：

　　免喷涂质料是在塑胶质料通过熔融共混的方式加入具有差异显示效果的：金属粉、珠光粉、陶瓷粉、高光色粉等，使其自带特殊色彩效果，通过直接注塑，成型的同时，获得靠近涂装的外面效果，去除高污染、高成本的喷涂环节，可削减溶剂、重金属的使用，削减环境污染，降低相关从业职员患病风险，提高生产效率、降低生产成本。

　　3.5.2 海内外免喷涂质料生长趋势

　　随着国家和民众环保意识的增强，免喷涂手艺日益获得业界的重视。上海汽车团体股份有限公司的李征、刘永强 [13] 针对钢琴黑高光注塑件在汽车内饰件上的开发，从注塑工艺，模具结构，质料选择做了深入剖析，接纳蒸汽加热装备，模温瞬间加热到180℃和瞬间冷却至40℃，制备获得钢琴黑制件，可以媲美喷涂件外观效果。泛亚汽车手艺研究中央的赵颖等人 [14-15]，针对差其余钢琴黑免喷涂质料，在汽车格栅的应用做了大量对比试验，为汽车选材提供了手艺依据。胡纲 [16-17] 考察了通例免喷涂质料中珠光粉和金属粉添加量对质料机械性能，外观影响研究。

　　3.5.3 免喷涂的优点，瑕玷，解决方案：

　　喷涂可以实现多彩壮丽的色彩、高光、滑腻的质感，降低外面摩擦，然则同时也带来对环境、康健的不良影响，若是能够到达同样的功效和效果，免喷涂塑料将会取代喷漆塑料。

　　免喷涂聚合物质料是在PC中通过熔融共混的方式加入具有差异显示效果的金属粉、珠光粉、陶瓷粉、高光粉等，使其自带特殊色彩效果。相比喷涂产物，免喷涂产物易成型，且制品率高，制件可100%接纳再行使，不发生对环境有毒有害的气体、粉尘等污染物质 [18-19]。此外，其靓丽的色彩可以辅助客户应对多样化、差异化的市场需求。

　　随着各行业的快速生长，极大的推动了我国涂料行业的生长，从上世纪70年月的年产1000吨，到2022年的年产1600万吨，产值约为 2000亿人民币，其增进速率惊人，每年以10%速率在增进。然则涂料行业在快速生长的同时，有机溶剂和重金属对环境、职员康健的杀伤力也不容小觑。免喷涂塑料产物的面世，将主要给汽车、卷材及工业防护涂料生产企业带来很大的袭击，免喷涂聚合物质料若替换20%的涂料市场，将会新增添400亿人民币的市场容量。免喷涂聚合物质料作为新型的环保质料，银禧光电从原质料、配方、模具设计到注塑工艺，产业链上下游起劲开展免喷涂相关的手艺和工艺研究，且市场需求每年以20%的速率增进，在汽车，家电和电子电气等领域拥有广漠的市场远景。

　　从环境珍爱和康健治理的角度来看，毫无疑问免喷涂聚合物质料是有压倒性优势的。免去喷漆的历程，可以有用控制VOC的发生，对环境、人体康健都是有利的。

　　从成本的角度来看，虽说免喷涂产物价钱较高，然则成型历程中，免去油漆喷涂历程，加之可100%接纳行使，综合来讲，相较于喷漆产物，成本下降了20-30%。

　　从原质料、配方、模具设计到注塑工艺，产业链上下游起劲开展免喷涂相关的手艺和工艺研究，大大地促进了免喷涂手艺在各个领域的应用和普及。

　　然则在替换使用特特效果颜料的涂装中，尚未能取得大规模的应用，主要有以下手艺难点尚未获得很好解决：

　　(1) 金属颜料在挤出历程中被剪碎、压弯、光泽度下降，导致产物颜色发暗，金属质感差，无法媲美涂装的颜色外观效果。

　　(2) 注塑历程中，由于金属颜料与树脂相容性、涣散性欠好、流场对金属颜料排列的影响，从而使产物外面偏暗或泛起流痕。

　　(3) 产物结构和模具浇口排列不合理引起的连系线发暗。

　　解决上述3个主要手艺难点，是促进免喷涂质料大规模应用的条件条件。行业内主要研究攻克上述手艺难点，并已取得部门成效，通过对颜料外面举行多层包裹处置、接纳功效化改性手艺和先进挤出工艺等方式解决上述手艺难题。

　　3.5.5 应用实例

　　现在免喷涂塑料有免喷涂PC、免喷涂PC/ABS等，应用领域涵盖家电、电子电器、汽车、3C、照明领域。电饭煲、洗衣机、空调面板、手机外壳、汽车配件等都可使用免喷涂聚合物质料。如图10 所示，差异材质免喷涂质料在照明领域的应用。

　　图10 免喷涂质料在照明领域的应用

　　四、结语

　　由于光电子手艺迅速生长，种种光学用透明质料正在逐步向高分子质料替换无机玻璃的偏向生长，其中PC以其怪异、优异的综合性能使其在该领域的应用局限不停拓宽。随着人们对其光学性能、结构及成型历程之间关系的研究不停深化，现在在我国研发、应用尚属起步阶段的光学级PC，必将进一步显示出其加倍广漠的应用领域和加倍伟大的经济远景。

　　五、参考文献：

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