Wprowadzenie do przezroczystych tworzyw konstrukcyjnych
Przezroczyste konstrukcyjne tworzywa sztuczne ogólnie odnoszą się do klasy konstrukcyjnych tworzyw sztucznych o doskonałej przezroczystości optycznej, niskim wskaźniku zażółcenia i zamgleniu, które można przetwarzać w procesach formowania, takich jak formowanie, wtryskiwanie, wytłaczanie, drukowanie 3D itp. i stosowanych głównie do produkcji elementy optyczne.
Przezroczyste tworzywa konstrukcyjne obejmują głównie poliolefiny, takie jak cykliczne polimery olefinowe (COC lub COP); Poliester, taki jak PMMA, PET, PBT, PEN, PC itp.; Polisulfony, takie jak polisulfon (PSF), polieterosulfon (PES) itp.; Poliamid (PA), taki jak przezroczysty nylon; Przezroczyste fluoroplastiki, takie jak kopolimer poli(fluorek winylidenu, heksafluoropropylen) (PVDF HFP) i przezroczysty poliimid (PI).
W zastosowaniach praktycznych przezroczyste tworzywa konstrukcyjne mogą być stosowane jako same tworzywa konstrukcyjne w produkcji elementów optycznych, a także jako matryca przezroczystych materiałów kompozytowych w inżynierii optycznej.
W tradycyjnych obszarach zastosowań przezroczyste tworzywa konstrukcyjne mogą być stosowane jako soczewki w produkcji elementów optycznych, takich jak okulary i soczewki, jako elementy przezroczyste (oświetlenie, iluminatory, wnętrza itp.) w produkcji samochodów i samolotów, jak przezroczyste materiały termoizolacyjne (TIM) w budownictwie oraz jako przezroczyste materiały eksploatacyjne w obszarach wytwarzania przyrostowego (druk 3D).
W rozwijającej się dziedzinie przezroczyste tworzywa konstrukcyjne można nakładać na przezroczyste podłoże oświetlenia diodowego (LED), fotokatalitycznych urządzeń do degradacji ścieków oraz elementów optycznych elastycznej elektroniki, elastycznych ogniw słonecznych, elastycznych czujników i innych urządzeń. Dlatego w ostatnich latach dużą uwagę poświęcono badaniom i rozwojowi przezroczystych tworzyw konstrukcyjnych.
Główne czynniki wpływające na przezroczystość tworzyw konstrukcyjnych
„Przezroczystość” to cecha o dużej wartości dla większości tworzyw konstrukcyjnych, zwłaszcza końcowych produktów z tworzyw optycznych. Amorficzne konstrukcyjne tworzywa sztuczne często charakteryzują się dobrą przezroczystością optyczną, natomiast w przypadku materiałów wysoce krystalicznych, zwłaszcza produktów o dużej grubości, takich jak części wtryskowe z tworzyw sztucznych, krystalizacja często prowadzi do załamania światła, pogarszając w ten sposób przezroczystość produktów.
Aby uzyskać przezroczystość krystalicznych tworzyw konstrukcyjnych, powszechnie stosowaną metodą jest zmniejszenie rozmiaru komórek. Mniejsze kryształy mogą uniknąć załamania światła. Ponadto przepuszczalność światła niektórych półkrystalicznych tworzyw konstrukcyjnych można również poprawić dzięki technologii dodatków.
W przypadku PET, jeśli nie zostaną dodane specjalne dodatki sprzyjające krystalizacji, sam PET jest również materiałem wolno krystalizującym. Amorficzny PET jest przezroczysty i twardy i mięknie (~80 stopni) w temperaturze zeszklenia (Tg).
Jednakże, jeśli materiał zostanie podgrzany do 120 ~ 130 stopni, ma tendencję do zmętnienia z powodu tworzenia się kryształów. Na przykład w przypadku materiałów poliamidowych (nylonowych) amorficzny nylon jest naprawdę przezroczysty i nie krystalizuje w normalnych warunkach formowania, ale półkrystaliczne tworzywa konstrukcyjne nylon 6 często wymagają dużej szybkości chłodzenia i cienkiej konstrukcji, aby uzyskać przezroczystość.
Jeśli grubość produktu przekracza 1 ~ 1,5 mm lub temperatura formy jest wysoka podczas chłodzenia, w materiałach tych zaczną pojawiać się zmętnienia związane z tworzeniem się kryształów.
Podsumowując, w przypadku czystych tworzyw konstrukcyjnych głównym czynnikiem wpływającym na ich przezroczystość optyczną są właściwości krystaliczne masy polimerowej. W przypadku mieszanek polimer/polimer separacja faz i różnica współczynnika załamania światła spowodowana niedopasowaniem polaryzacji pomiędzy składnikami to główne przyczyny wpływające na ich przezroczystość optyczną.
W przypadku polimerowych/nieorganicznych kompozytowych tworzyw konstrukcyjnych głównym czynnikiem wpływającym na przezroczystość optyczną jest rozpraszanie światła spowodowane niedopasowaniem współczynnika załamania światła pomiędzy matrycą polimerową a nieorganicznym materiałem wzmacniającym. Krótko mówiąc, przezroczystość tworzyw konstrukcyjnych jest ściśle powiązana z właściwościami materiałów polimerowych i warunkami przetwarzania.