熊立貴 蔡昭華 趙素芬 涂志剛 張莉瓊 鐘永強(qiáng)

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 528436；2.中山市鏗鴻印刷有限公司 528400；3.中山市北化高分子材料有限公司 528436）

引 言

近年來，LED燈具的興起，在各個(gè)場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用。LED平板燈主要使用的光擴(kuò)散材料也變得炙手可熱。因此，利用多層光學(xué)膜中的擴(kuò)散膜對(duì)導(dǎo)光板所射出的光線進(jìn)行擴(kuò)散作用，以獲得分布較為適宜應(yīng)用的光線輸出[1,2]。

然而背光源是通過顯示屏將光分散出去，這樣就存在透光率、霧度等因素影響。光擴(kuò)散膜就是能夠有效地實(shí)現(xiàn)使光擴(kuò)散的材料。而現(xiàn)在市場(chǎng)上是通過在PMMA、PC、PS、PP 基材基礎(chǔ)中添加無機(jī)或有機(jī)光擴(kuò)散劑作為燈罩的材料[3-5]。

PET薄膜具有高透光率、耐紫外線照射、平整度好、無陰陽(yáng)紋、附著力好、易加工、挺度佳等特點(diǎn)，因此，光擴(kuò)散膜采用PET作為基體材料，選用聚合物作為光擴(kuò)散劑。研究不同折射率聚合物、顆粒粒徑大小、光擴(kuò)散劑用量、以及加工生產(chǎn)工藝對(duì)光擴(kuò)散膜透光率、霧度性能的影響。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料：

PET材料的型號(hào)為：FG720中國(guó)石化；

聚碳酸酯（PC）市售；線性低密度聚乙烯（LLDPE）市售；聚苯乙烯（PS）市售；

苯乙烯丁二烯共聚物（BS）市售；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）市售；聚丙烯（PP）市售。

1.2 實(shí)驗(yàn)配方及工藝路線

1.2.1 實(shí)驗(yàn)配方（按質(zhì)量比例）

將PET和聚合物光擴(kuò)散劑分別放置烘箱中，設(shè)定烘箱溫度為160℃進(jìn)行干燥5小時(shí)，然后分別按2wt%、4wt%、8wt%的質(zhì)量比進(jìn)行充分的混合。

1.2.2 工藝路線

采用一步內(nèi)混共擠法工藝：把進(jìn)行干燥的原材料加入到雙螺桿的擠出機(jī)進(jìn)行造粒，分別設(shè)定擠出機(jī)的溫度段為260℃和270℃、275℃、275℃、275℃、275℃、270℃、260℃。制備出來的光擴(kuò)散膜樣品就可以裁剪進(jìn)行性能測(cè)試分析。

內(nèi)添型共混方法是在制備膜材的雙螺桿擠出機(jī)中，光擴(kuò)散劑與PET混合，形成 PET材料內(nèi)均勻分布的光散射顆粒，擠出成型方法制備獲得。

2. 結(jié)果討論

2.1 六種異相聚合物制備薄膜光學(xué)性能的分析研究

按1.2.1實(shí)驗(yàn)配方（按質(zhì)量比例）和1.2.2工藝路線方法分別得出六種聚合物——聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、苯乙烯丁二烯共聚物（BS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）)光擴(kuò)散劑的光擴(kuò)散膜測(cè)試結(jié)果，制備的六種光擴(kuò)膜對(duì)比如下。

表1 PET與不同聚合物制備薄膜的光學(xué)性能

從表中可以得出聚丙烯（PP）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）兩種聚合物的透光率及霧度較好，以下采用這兩種聚合物制備薄膜，研究分析對(duì)光學(xué)透光率、霧度的影響。

2.2 線性低密度聚乙烯（LLDPE）擴(kuò)散劑用量的分析研究

用1.2.1和1.2.2的方法把LLDPE擴(kuò)散劑（按質(zhì)量比例：8wt%、4wt%、2wt%）分別與PET進(jìn)行混合共擠制備出PET/LLDPE光擴(kuò)散膜。

下面圖1是在電子掃描顯像圖得到的不同質(zhì)量比例的SEM圖片。

圖1. PET/LLDPE光擴(kuò)散膜SEM圖片

用內(nèi)添型線性低密度聚乙烯（LLDPE）并取不同質(zhì)量比例制備出的 PET/LLDPE光擴(kuò)散膜的光性能數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如下表。

表2 線性低密度聚乙烯添加量對(duì)光擴(kuò)散膜的光學(xué)性能的影響

2.3 內(nèi)添加聚丙烯（PP）擴(kuò)散劑制備的 PET光擴(kuò)散膜，拉伸后的光學(xué)性能分析

按內(nèi)添型線性低密度聚乙烯（LLDPE）同樣方法，制備出PET/PP光擴(kuò)散膜，取4wt%PP質(zhì)量比例制備的光擴(kuò)散膜進(jìn)行測(cè)試，并在電子掃描顯像圖得到的不同倍率拉伸比例的SEM圖片。

PET/PP光擴(kuò)散膜電子掃描顯像圖得到的不同倍率拉伸比例的SEM圖片。

圖2. PET/PP光擴(kuò)散膜SEM圖片

2.4 內(nèi)添加光擴(kuò)散劑用量對(duì)光擴(kuò)散膜透光率及霧度影響

通過內(nèi)添加低密度聚乙烯（LLDPE）和聚丙烯（PP）擴(kuò)散劑制備的PET光擴(kuò)散膜，按質(zhì)量比例添加擴(kuò)散劑時(shí)，隨著質(zhì)量比例由2%增大到4%時(shí)，顆粒的粒徑也由2～3um增大到4～7um，當(dāng)質(zhì)量比例繼續(xù)加大到 8%時(shí)，擴(kuò)散劑的球形顆粒粒徑會(huì)增大到6～10um。隨著擴(kuò)散劑比例加大時(shí)，共混時(shí)小顆粒之間的碰撞，會(huì)形成大顆粒，從SEM相片中可以看出，測(cè)試后的結(jié)果是添加量增加，顆粒粒徑會(huì)增大，隨著顆粒粒徑加大會(huì)形成光散射在膜上的截面積加大，然而光線通過PET光擴(kuò)散膜時(shí)，散射加大會(huì)導(dǎo)致霧度會(huì)升高。根據(jù)Mie光散射理論原理，內(nèi)添加劑的顆粒粒徑加大時(shí)，有利于對(duì)光線反射減少，最終造成光的透過率對(duì)添加量比例變化不會(huì)產(chǎn)生太大的影響[6]。

2.5 拉伸倍率對(duì)PET光擴(kuò)散膜的霧度及透光率的影響

內(nèi)添加聚合物光擴(kuò)散劑與 PET在混合熔融中經(jīng)螺桿流延機(jī)進(jìn)行拉伸后所形成的不同厚度的PET光擴(kuò)散膜。經(jīng)過檢測(cè)設(shè)備測(cè)試，拉伸前的PET光擴(kuò)散膜厚度為 0.596mm材料的光學(xué)性能透光率為80.4%、霧度是94.41%。但是當(dāng)拉伸倍率拉伸到原來 1.5倍時(shí)，經(jīng)測(cè)試材料透光率由 80.4%增加到85.32%；但是隨著拉伸力的增加，拉伸倍率相應(yīng)增加 2.5倍，其霧度會(huì)由 94.41%降到85.12%。制備的光擴(kuò)散劑PET材料的透光率和霧度變化會(huì)隨著材料拉伸倍率改變而變化。如下圖：

圖3. 霧度、透光率隨著拉伸倍率改變而變化

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試及Mie光散射理論計(jì)算分析，內(nèi)添加光擴(kuò)散劑共混型制備光擴(kuò)散片材，與添加光擴(kuò)散劑材料品種、增量、顆粒粒徑大小、擠出拉伸倍率等因素有關(guān)。

結(jié) 論

通過選用多種異相聚合物作為內(nèi)添加光擴(kuò)散劑制備光擴(kuò)散材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析研究，內(nèi)添型線性低密度聚乙烯（LLDPE）和聚丙烯（PP）兩種材料可以作為制備的PET光擴(kuò)散膜的擴(kuò)散劑。具有良好的透光率和霧度，能滿足制備PET光擴(kuò)散材料的要求。

光擴(kuò)散材料與共混的內(nèi)添加擴(kuò)散劑的用量有關(guān)，用量增加，制備出來的光擴(kuò)散材料的透光率減小、霧度增大；光擴(kuò)散材料透光率和霧度受光擴(kuò)散劑的粒徑影響較大，顆粒規(guī)格越大時(shí)，擴(kuò)散效率和霧度越??；制備的PET光擴(kuò)散片材與拉伸倍率有關(guān)，倍率越大霧度會(huì)降低，透光率會(huì)提高。

[1] 熊立貴,涂志剛,張莉瓊.一步法 PET 光擴(kuò)散材料的研究及在LED中的應(yīng)用[J],機(jī)電工程技術(shù)2017，46（3）37-40

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