光扩散剂粒径对PC光扩散板性能的影响_沈辰

光扩散剂发生折射。当孔隙减小直至消失时，光线 散剂粒径增大时，光扩散材料雾度下降。
入 射 后 得 到 折 射 的 类 型 仅 有 ２ 种 ：１）入 射 光 线 进 入
由 于 本 试 验 采 用 的 光 扩 散 剂 粒 径 分 布 在１．８～
ＰＣ 发生折 射；２）入 射 光 线 与 光 扩 散 剂 发 生 折 射。 ２０．０ μｍ，其尺 寸 大 于 可 见 光 波 长，因 此 其 对 光 的 由于 ＰＣ、空气、光 扩 散 剂 交 联 ＰＭＭＡ 微 球 的 折 射 扩散效应 属 于 Ｍｉｅ 散 射。 根 据 Ｍｉｅ 散 射 定 律，将
力学 性 能 测 试：拉 伸 强 度 测 试 按 照 ＧＢ／Ｔ １０４０．１—２００６ 标 准 测 试；弯 曲 强 度 测 试 按 照 ＧＢ／ Ｔ １４２０８ ２—２００９标准测试；缺口冲 击 强 度 试 验 按 照 ＧＢ／Ｔ １０４３—１９９３标准测试。
２ 结 果 与 讨 论
２．１ 微 观 形 貌 的 表 征 图１为在光扩散剂加 入 质 量 分 数 为 １．５％ 时，
将纯 ＰＣ 在 １１０ ℃ 下 干 燥 １２ ｈ，然 后 利 用 双 螺 杆 挤 出 机 ，分 别 与 不 同 粒 径 的 光 扩 散 剂 混 合 制 造 光扩散剂质 量 分 数 为 １０％ 的 母 粒，再 将 制 得 的 母
粒与 ＰＣ 按一定比例混合，通过注 塑 机 制 备 光 扩 散 剂 质 量 分 数 为 １．５％ 的 注 射 成 型 光 扩 散 板 。 １．４ 性能测试
光通量与透过材料的光通量之 比的百 分 率，所以光 及粒子周围介质中入射光波长是一定的，仅考 虑粒
线在基材中折射次数越多，理论上雾度越大。 根据 子折射率和粒径对试样光学性能影响时，在一定范
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沈辰等．光扩散剂粒径对 ＰＣ 光扩散板性能的影响
围 内 ，粒 径 越 大 ，折 光 率 差 值 越 大 ，试 样 的 散 射 光 强 较高，所以在一 定 范 围 内，推 测 光 透 过 率 随 着 粒 径 增大而增大。
２０１５，２７（１） ＭＯＤＥＲＮ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ
助 剂
光扩散剂粒径对 ＰＣ 光扩散板性能的影响
沈辰 蔡思怡 周康 徐灯 丁永红
（常州大学材料科学与工程学院，江苏 常州，２１３１６４）
摘要：在聚碳酸酯（ＰＣ）中加入交联聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）微球（光扩散剂），通 过 紫 外 可 见 光 分 光 光 度 计 、扫 描 电 子 显微镜（ＳＥＭ）等测试方法研究了 ＰＣ 光扩散板的光扩散机理 以 及 光 扩 散 剂 粒 径 大 小 对 ＰＣ 光 扩 散 板 光 透 过 率、雾 度、有 效 光 散射系数及力学性能的影响。结果表明：光扩散剂粒径为２０．０ μｍ 时，ＰＣ 光扩散 板 光 透 过 率 较 高；光 扩 散 剂 粒 径 为 １．８ μｍ 时，ＰＣ 光扩散板雾度较大；光扩散剂粒径为３．０ μｍ 时，ＰＣ 光扩散板有效光 散 射 系 数 较 大 且 满 足 使 用 时 力 学 性 能 要 求 ；光 扩 散 剂 粒 径 增 大 ，光 透 过 率 增 加 ，雾 度 减 小 。
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ａｇｅｎｔ ｏｎ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＰＣ Ｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｓｌａｂ
Ｓｈｅｎ Ｃｈｅｎ Ｃａｉ Ｓｉｙｉ Ｚｈｏｕ Ｋａｎｇ Ｘｕ Ｄｅｎｇ Ｄｉｎｇ Ｙｏｎｇｈｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
关 键 词 ： 聚 碳 酸 酯 交 联 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 微 球 光 扩 散 剂 光 扩 散 机 理 粒 径 大 小 光 扩 散 性 能
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助 剂
图２ 光线入射 ＰＣ 光扩散板时折射示意
根据光扩散机理，当 光 扩 散 剂 与 ＰＣ 基 材 形 成 两 相 结 构 时 ，可 以 通 过 改 变 光 扩 散 剂 粒 径 大 小 从 而 改变其 与 ＰＣ 基 材 间 的 孔 隙，所 以 不 考 虑 增 加 ＰＣ 基材与交联 ＰＭＭＡ 微球光扩散剂之间相容性。 ２．３ 光扩散剂粒径对 ＰＣ 光扩散板光学性能影响 ２．３．１ 对 雾 度 的 影 响
由２．１微观形貌可以看出，光线入射后得到折 有孔隙时，光线折射次数多于在无孔隙的光扩散材
射的类型有 ３ 种：１）入射光线进入 ＰＣ 基材发生 折 料中折射次数，又因为粒径越大孔隙直径与光扩散
射；２）入射光 线 在 孔 隙 处 发 生 折 射；３）入 射 光 线 与 剂直径之比越 小，使 得 孔 隙 越 小，所 以 推 测 当 光 扩
率分别 为 １．５９，１．００，１．４９。 所 以 光 线 在 ＰＣ 光 扩 球形粒子均匀分散在基材树脂中，体系的散射光强
散材料中折射 示 意 图 如 图 ２ 所 示。 按 照 雾 度 的 定 即总光透过率，是粒子折射率、粒径、散射角以及粒
பைடு நூலகம்
义为，使部分平行光偏离入射方向大于２．５°的 散 射 子周围介质中入 射 光 波 长 的 函 数 。 ［２］ 由 于 散 射 角
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２０１５ 年 ２ 月
２０１５，２７（１） ＭＯＤＥＲＮ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ
１ 试 验 部 分
１．１ 主 要 原 料 ＰＣ，１１００，折射率１．５９，韩国湖南石化；ＭＸ 系
列的光扩 散 剂 是 一 组 粒 径 分 别 为 １．８，３．０，１０．０， １５．０，２０．０ μｍ 的 交 联 ＰＭＭＡ 微 球，型 号 分 别 为 ＭＸ－１８０，ＭＸ－３００，ＭＸ－１０００，ＭＸ－１５００，ＭＸ－２０００ （下文以其型号代替相应微球），折 射 率 １．４９，综 研 （苏 州 ）化 学 有 限 公 司 。 １．２ 仪 器 及 设 备
改变光扩散 剂 粒 径 大 小 得 到 的 不 同 ＰＣ 光 扩 散 板 的 ＳＥＭ 照片。 由 图 １ 可 以 看 出，ＰＣ 基 材 与 光 扩 散剂之间形成孔隙。
图１ 不同粒径光扩散剂在 ＰＣ 中分散的 ＳＥＭ 分析（×１ ０００倍）
２．２ 光 扩 散 机 理 的 研 究
图 ２ 所 示 的 光 扩 散 折 射 示 意 图 ，当 光 扩 散 材 料 中 具
丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）微球作为光扩散剂制备 ＬＥＤ 光源 用 聚 碳 酸 酯 （ＰＣ）光 扩 散 板，比 较 光 扩 散 剂 粒 径大小对 ＰＣ 光扩散板性能的影响。
收 稿 日 期 ：２０１４－０６－１６；修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１４－１１－１５。 作者 简 介：沈 辰，在 读 硕 士 研 究 生，研 究 方 向 为 高 分 子 材 料 加工 与 改 性，主 要 致 力 于 光 扩 散 材 料 的 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ： ７３５１０８３７９＠ｑｑ．ｃｏｍ。
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为了应对光二 极 管 （ＬＥＤ）光 源 产 业 的 高 速 发 展，光扩散 材 料 的 生 产 必 须 要 实 现 连 续 化 和 高 产 率 。 因 此 ，大 多 数 新 型 光 扩 散 材 料 是 采 取 透 明 的 聚 合物基材树脂与光扩散微球粒子共混的方法制备。 其 中 光 扩 散 微 球 粒 子 包 括 无 机 微 粒，如 ＳｉＯ２， ＢａＳＯ４；以及有 机 聚 合 物 微 粒，如 丙 烯 酸 类 交 联 微 球、聚苯乙 烯 （ＰＳ）、硅 树 脂 等 。 ［１］ 但 是，由 于 无 机 微粒表面较尖锐，容 易 划 伤 光 扩 散 材 料，导 致 其 光 学 性 能 受 影 响 ，所 以 有 机 聚 合 物 微 粒 作 为 光 扩 散 剂 使用较广泛。本试验采用应用广泛的交联聚甲基
同向双螺杆挤 出 机，ＳＨＪ－３５，中 国 广 达 橡 塑 机 械厂；注 塑 机，ＨＹ６００，宁 波 海 鹰 塑 料 机 械 有 限 公 司 ；紫 外 可 见 光 分 光 光 度 计 、ＵＶ－２４５０，紫 外 光 分 光 光 度 计 积 分 球、ＩＳＲ－２２００，扫 描 电 子 显 微 镜 （ＳＥＭ），ＪＳＭ－６３６０ＬＡ，日本岛 津 公 司；微 机 控 制 电 子万能试 验 机，ＷＤＴ－１０，深 圳 凯 强 利 机 械 有 限 公 司 ；冲 击 试 验 机 ，ＸＪＵ－２２，承 德 市 试 验 机 厂 。 １．３ 试 样 制 备
根据 ＧＢ／Ｔ ２４１０—２００８ 测 得 在 可 见 光 波 段 下 的 光 透 过 率（Ｔｔ）以 及 光 线 偏 离 原 始 入 射 光 线 ２．５°的 光透过率（Ｔｄ），计算出雾度为 Ｔｄ／Ｔｔ。
ＳＥＭ 分析：将 样 品 放 入 液 氮 中 浸 泡 １０ ｍｉｎ， 取出 直 接 脆 断，断 面 经 表 面 喷 金 处 理 后，在 ＳＥＭ 上观察光扩散剂在 ＰＣ 光扩散板中的分散情况。
Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１３１６４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ ｏｆ ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ ＰＭＭＡ（ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ）ｗｅｒｅ ａｄｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ＰＣ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＵＶ－ｖｉｓｉｂｌｅ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＰＣ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｌａｂ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐａｒ－ ｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ，ｈａｚｅ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏ－ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ＰＣ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｌａｂ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉ－ ｃａｔｅｄｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｏｆ ＰＣ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｌａｂ ｉｓ ｈｉｇｈ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｉｓ ２０．０μｍ；ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｚｅ ｏｆ ＰＣ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｌａｂ ｉｓ ｈｉｇｈ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｉｓ １．８ μｍ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕ－ ｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｉｓ ３．０μｍ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ＰＣ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｌａｂ ｉｓ ｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄ ｈａｚｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ ｍｉｃｒｏｐｈｅｒｅ；ｌｉｇｈｔ ｄｉｆ－ ｆｕｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ；ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ；ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ