Welche Faktoren beeinflussen die Transparenz technischer Kunststoffe?

Transparente technische Kunststoffe beziehen sich im Allgemeinen auf eine Art technischer Kunststoffe, die eine ausgezeichnete optische Transparenz, einen niedrigen Gelbindex und eine geringe Trübung aufweisen, durch Formen, Spritzen, Extrudieren, 3D-Drucken und andere Formverfahren verarbeitet werden können und hauptsächlich bei der Herstellung optischer Komponenten verwendet werden .

Zu den transparenten technischen Kunststoffen gehören hauptsächlich Polyolefine wie zyklische Olefinpolymere (COC oder COP);Polyester wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonat (PC) usw.;Polysulfone wie Polyarylsulfon (PSF), Polyethersulfon (PES) usw.;Polyamid (PA), wie transparentes Nylon usw.;Transparente Fluorkunststoffe wie Poly(vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen) (PVDF-HFP)-Copolymer usw. und transparentes Polyimid (PI) usw.

In praktischen Anwendungen können transparente technische Kunststoffe allein als technische Kunststoffe bei der Herstellung optischer Komponenten oder als Matrix transparenter Verbundmaterialien in der optischen Technik verwendet werden.

In traditionellen Anwendungsbereichen können transparente technische Kunststoffe als Linsen bei der Herstellung optischer Komponenten wie Brillen und Linsen, als transparente Komponente (Autolichter, Bullaugen, Innendekoration usw.) im Automobil-, Flugzeugbau und anderen Bereichen verwendet werden. als transparentes Wärmedämmmaterial (TIM) im Baubereich und als transparentes Verbrauchsmaterial in der additiven Fertigung (3D-Druck) und anderen Bereichen.

In aufstrebenden Bereichen können transparente technische Kunststoffe in der Beleuchtung mit Leuchtdioden (LED), transparenten Substraten für photokatalytische Abwasserabbaugeräte und optischen Komponenten flexibler Elektronik, flexibler Solarzellen, flexibler Sensoren und anderer Geräte verwendet werden.Daher hat die Forschung und Entwicklung transparenter technischer Kunststoffe in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erhalten.

Hauptfaktoren, die die Transparenz technischer Kunststoffe beeinflussen

„Transparenz“ ist eine sehr wertvolle Eigenschaft für die meisten technischen Kunststoffe, insbesondere für Endprodukte aus optischen technischen Kunststoffen.Amorphe technische Kunststoffe weisen häufig eine gute optische Transparenz auf.Bei hochkristallinen Materialien, insbesondere bei Produkten mit höherer Dicke, wie z. B. Spritzgussteilen, führt die Kristallisation jedoch häufig zu einer Lichtbrechung und damit zu einer Verschlechterung der Transparenz des Produkts.

Um kristalline technische Kunststoffe transparent zu machen, besteht die allgemein angewandte Methode darin, die Elementarzellengröße zu verkleinern.Kleinere Kristalle vermeiden eine Lichtbrechung.Darüber hinaus kann die Lichtdurchlässigkeit einiger teilkristalliner technischer Kunststoffe durch additive Technologie verbessert werden.

Auch bei PET handelt es sich um ein Material, das langsam kristallisiert, sofern keine speziellen Zusatzstoffe zur Förderung der Kristallisation zugesetzt werden.Amorphes PET ist transparent und hart, wird jedoch bei der Glasübergangstemperatur (Tg) (~80 °C) weich.

Wird das Material jedoch auf 120-130°C erhitzt, beginnt es häufig durch Kristallbildung trüb zu werden.Ein weiteres Beispiel für Nylonmaterialien: amorphes Nylon ist wirklich transparent und kristallisiert unter normalen Formungsbedingungen nicht;Teilkristalline technische Kunststoffe aus Nylon 6 erfordern jedoch oft schnelle Abkühlraten und dünnwandige Designs, um Transparenz zu erreichen.

Wenn die Dicke des Teils 1 bis 1,5 mm überschreitet oder wenn die Formtemperatur beim Abkühlen hoch ist, beginnen diese Materialien eine Trübung zu entwickeln, die mit der Kristallbildung einhergeht.

Generell gilt, dass bei reinen technischen Kunststoffen die Kristallisationseigenschaften des Polymerkörpers der Hauptfaktor für die optische Transparenz sind.Bei Polymer/Polymer-Mischmaterialien sind Phasentrennung und Brechungsindexunterschiede, die durch Polaritätsfehlanpassungen zwischen Komponenten verursacht werden, die Hauptgründe, die ihre optische Transparenz beeinträchtigen.

Bei technischen Polymer-/anorganischen Verbundkunststoffen ist die Lichtstreuung, die durch die Nichtübereinstimmung des Brechungsindex zwischen der Polymermatrix und dem anorganischen Verstärkungsmaterial verursacht wird, der Hauptfaktor, der sich auf die optische Transparenz auswirkt.Kurz gesagt, die Transparenz technischer Kunststoffe hängt eng mit den Eigenschaften des Polymermaterials selbst sowie den Form- und Verarbeitungsbedingungen zusammen.

(1) Ontologische Eigenschaften

Hinsichtlich der Masseneigenschaften gibt es für Polymermaterialien, wie oben erwähnt, zwar keine absolute Übereinstimmung zwischen ihrer Kristallinität und ihrer optischen Transparenz, doch im Allgemeinen sind transparente Polymermaterialien hinsichtlich der molekularen Aggregationseigenschaften meist amorph.

Die Kristallisationseigenschaften von Polymermaterialien sind grundsätzlich heterogen.Der kristalline Bereich innerhalb der Struktur selbst besteht aus relativ vollständigen Elementarzelleneinheiten, es gibt jedoch auch amorphe Bereiche, die durch Verzweigung, ataktische Struktur und andere Defekte verursacht werden.

Die anisotropen Struktureigenschaften dieses kristallinen Zustands führen zu drei Arten von Brechungsindexschwankungen innerhalb kristalliner Polymermaterialien: der Polymerkörper/Luft-Grenzfläche, der kristallinen/amorphen Grenzfläche und der kristallinen/kristallinen Grenzfläche.

Die oben genannten Schwankungen des Brechungsindex führen häufig zu erheblicher Lichtstreuung auf der Oberfläche kristalliner Polymermaterialien und beeinträchtigen dadurch die Transparenz kristalliner Polymermaterialien.

Wenn außerdem bei Polymermaterialien mit aromatischen konjugierten Einheiten eine relativ starke intramolekulare oder intermolekulare Ladungstransfer-Wechselwirkung (CT) in der inneren Struktur vorliegt, können Elektronendonoren und Elektronenakzeptoren leicht einen „Charge Transfer Complex“ (CTC) bilden. ' gebildet.

Während dieses Prozesses wird sichtbares Licht aufgrund von Ladungsübergang und -übertragung erheblich absorbiert, was zu einer Verschlechterung der Farbe und Durchlässigkeit des Polymermaterials führt.

(2) Formverarbeitung

Im Hinblick auf die Formverarbeitung kann, wie oben erwähnt, bei technischen Kunststoffen mit geringer Kristallinität oder langsamer Kristallisationsrate ein schnelles Abkühlen (ähnlich dem „Abschrecken“ bei der Verarbeitung von Metallmaterialien) zu feineren Defekten und mehr kristallinen Aggregaten im Inneren des Materials führen , was für die Aufrechterhaltung einer guten Transparenz des Materials von Vorteil ist.

Allerdings sind die Bedingungen des Formprozesses durch die Kristallisationseigenschaften des Materials und den Tg-Wert begrenzt.Beispielsweise wird bei hochkristallinen Polymermaterialien mit schnellen Kristallisationsraten und niedrigem Tg die Abkühlgeschwindigkeit durch Faktoren wie die Wärmeübertragungsrate und die Freisetzung von Kristallisationswärme begrenzt, sodass sie weniger Einfluss auf die Kristallisationseigenschaften des Endmaterials hat.Darüber hinaus kann eine schnelle Abkühlung zu unerwünschten Spannungen in technischen Kunststoffprodukten führen.

Darüber hinaus beeinträchtigen auch Fehler wie Löcher auf der Oberfläche oder im Inneren des technischen Kunststoffs während des Form-, Extrusions- und Spritzgussprozesses die optische Transparenz des Materials.Lochdefekte in Polymermaterialien können zu Lichtstreuzentren werden.

Obwohl die Größe dieser Lochdefekte klein ist und unter normalen Bedingungen kaum Einfluss auf die Transparenz von Polymermaterialien hat, sind diese Löcher oft der Schlüsselfaktor, der dazu führt, dass das Material durch äußere Kräfte gedehnt und ausgerichtet wird. „aufhellen“ und seine Transparenz nimmt stark ab.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Faktoren, die die Transparenz technischer Kunststoffe beeinflussen, auf den doppelten Einfluss von Schüttgütern und Verarbeitungsparametern zurückzuführen sind.Um hochleistungsfähige transparente technische Kunststoffe zu entwerfen und zu entwickeln, ist es notwendig, die günstigen Faktoren voll auszuschöpfen und gleichzeitig die Auswirkungen ungünstiger Faktoren zu minimieren.

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