Introducció als plàstics d'enginyeria transparents
Els plàstics d'enginyeria transparents generalment es refereixen a una classe de plàstics d'enginyeria amb una transparència òptica excel·lent, un baix índex de groguenc i una boira, que es poden processar mitjançant processos d'emmotllament com ara modelatge, injecció, extrusió, impressió 3D, etc., i s'utilitzen principalment en la fabricació de components òptics.
Els plàstics d'enginyeria transparents inclouen principalment poliolefines, com els polímers d'olefines cícliques (COC o COP); Polièster, com PMMA, PET, PBT, PEN, PC, etc; Polisulfones, com ara polisulfona (PSF), polietersulfona (PES), etc; Poliamida (PA), com el niló transparent; Fluoroplàstics transparents, com ara copolímer de poli (fluorur de vinilidè hexafluoropropilè) (PVDF HFP) i poliimida transparent (PI).
En aplicacions pràctiques, els plàstics d'enginyeria transparents es poden utilitzar només com a plàstics d'enginyeria en la fabricació de components òptics, i també com a matriu de materials compostos transparents en enginyeria òptica.
En els camps d'aplicació tradicionals, els plàstics d'enginyeria transparents es poden utilitzar com a lents en els camps de fabricació de components òptics com ara ulleres i lents, com a components transparents (llums, ports, interiors, etc.) en els camps de la fabricació d'automòbils i aeronaus, com materials d'aïllament tèrmic transparent (TIM) en l'àmbit de la construcció, i com a consumibles transparents en els camps de la fabricació additiva (impressió 3D).
En el camp emergent, els plàstics d'enginyeria transparents es poden aplicar al substrat transparent de la il·luminació de díodes emissors de llum (LED), dispositius fotocatalítics de degradació d'aigües residuals i components òptics d'electrònica flexible, cèl·lules solars flexibles, sensors flexibles i altres dispositius. Per tant, la investigació i el desenvolupament de plàstics d'enginyeria transparents han rebut una gran atenció en els últims anys.
Principals factors que afecten la transparència dels plàstics d'enginyeria
La "transparència" és una característica d'alt valor per a la majoria de plàstics d'enginyeria, especialment els productes terminals de plàstics d'enginyeria òptica. Els plàstics d'enginyeria amorfs solen tenir una bona transparència òptica, mentre que per als materials altament cristal·lins, especialment els productes d'alt gruix, com les peces d'injecció de plàstic, la cristal·lització sovint condueix a la refracció de la llum, degradant així la transparència dels productes.
Per tal de fer transparents els plàstics d'enginyeria cristal·lins, el mètode utilitzat habitualment és reduir la mida de la cèl·lula. Els cristalls més petits poden evitar la refracció de la llum. A més, la transmitància de la llum d'alguns plàstics d'enginyeria semicristal·lins també es pot millorar mitjançant la tecnologia d'additius.
Per al PET, tret que s'afegeixin additius especials per promoure la cristal·lització, el PET també és un material de cristal·lització lenta. El PET amorf és transparent i dur, i s'estovarà (~ 80 graus) a la temperatura de transició vítrea (Tg).
Tanmateix, si el material s'escalfa a 120 ~ 130 graus, tendeix a tornar-se tèrbol a causa de la formació de cristalls. Per exemple, per als materials de poliamida (niló), el niló amorf és realment transparent i no cristal·litzarà en condicions normals de modelat, però els plàstics d'enginyeria de niló semicristal·lí 6 sovint necessiten una velocitat de refrigeració ràpida i un disseny de paret prima per aconseguir la transparència.
Si el gruix del producte supera 1 ~ 1,5 mm o la temperatura del motlle és alta quan es refreda, aquests materials començaran a aparèixer terbolesa relacionada amb la formació de cristalls.
En resum, per als plàstics d'enginyeria purs, el principal factor que afecta la seva transparència òptica són les propietats cristal·lines del polímer a granel. Per a les barreges de polímer/polímer, la separació de fases i la diferència d'índex de refracció causada pel desajust de polaritat entre components són els principals motius que afecten la seva transparència òptica.
Per als plàstics d'enginyeria de compostos inorgànics/polímers, la dispersió de la llum causada pel desajust de l'índex de refracció entre la matriu del polímer i el material de reforç inorgànic és el principal factor que afecta la seva transparència òptica. En resum, la transparència dels plàstics d'enginyeria està estretament relacionada amb les propietats dels materials polimèrics i les condicions de processament.