¿Cuáles son los factores que afectan la transparencia de los plásticos de ingeniería?

Los plásticos de ingeniería transparentes generalmente se refieren a un tipo de plásticos de ingeniería que tienen una excelente transparencia óptica, un bajo índice de amarillez y turbidez, pueden procesarse mediante moldeo, inyección, extrusión, impresión 3D y otros procesos de moldeo, y se utilizan principalmente en la fabricación de componentes ópticos. .

Los plásticos de ingeniería transparentes incluyen principalmente poliolefinas, como polímeros de olefinas cíclicas (COC o COP);Poliésteres, tales como polimetacrilato de metilo (PMMA), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), naftalato de polietileno (PEN), policarbonato (PC), etc.;Polisulfonas, tales como poliarilsulfona (PSF), polietersulfona (PES), etc.;Poliamida (PA), como nailon transparente, etc.;Fluoroplásticos transparentes, como el copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno) (PVDF-HFP), etc., y poliimida transparente (PI), etc.

En aplicaciones prácticas, los plásticos de ingeniería transparentes se pueden utilizar solos como plásticos de ingeniería en la fabricación de componentes ópticos o como matriz de materiales compuestos transparentes en ingeniería óptica.

En los campos de aplicación tradicionales, los plásticos de ingeniería transparentes se pueden utilizar como lentes en la fabricación de componentes ópticos como gafas y lentes, como componente transparente (luces de automóviles, ojos de buey, decoración de interiores, etc.) en automóviles, fabricación de aviones y otros campos. como material aislante térmico transparente (TIM) en el campo de la construcción, y como consumible transparente en la fabricación aditiva (impresión 3D) y otros campos.

En campos emergentes, los plásticos de ingeniería transparentes se pueden utilizar en iluminación con diodos emisores de luz (LED), sustratos transparentes para dispositivos fotocatalíticos de degradación de aguas residuales y componentes ópticos de electrónica flexible, células solares flexibles, sensores flexibles y otros dispositivos.Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de plásticos de ingeniería transparentes han recibido amplia atención en los últimos años.

Principales factores que afectan la transparencia de los plásticos de ingeniería.

La 'transparencia' es una característica muy valiosa para la mayoría de los plásticos de ingeniería, especialmente los productos finales de plástico de ingeniería óptica.Los plásticos técnicos amorfos suelen tener una buena transparencia óptica.Sin embargo, para materiales altamente cristalinos, especialmente productos con mayor espesor, como piezas moldeadas por inyección, la cristalización a menudo provoca la refracción de la luz, deteriorando así la transparencia del producto.

Para hacer transparentes los plásticos de ingeniería cristalinos, el método generalmente adoptado es reducir el tamaño de la celda unitaria.Los cristales más pequeños evitan provocar la refracción de la luz.Además, la transmisión de luz de algunos plásticos de ingeniería semicristalinos también se puede mejorar mediante tecnología aditiva.

Para el PET, a menos que se agreguen aditivos especiales para promover la cristalización, el PET en sí también es un material que cristaliza lentamente.El PET amorfo es transparente y duro, pero se ablanda a la temperatura de transición vítrea (Tg) (~80°C).

Sin embargo, si el material se calienta a 120-130°C, a menudo comienza a volverse turbio debido a la formación de cristales.Por poner otro ejemplo, para los materiales de nailon, el nailon amorfo es verdaderamente transparente y no cristalizará en condiciones normales de moldeo;sin embargo, los plásticos de ingeniería de nailon 6 semicristalino a menudo requieren velocidades de enfriamiento rápidas y diseños de paredes delgadas para lograr transparencia.

Si el espesor de la pieza excede de 1 a 1,5 mm o si la temperatura del molde es alta durante el enfriamiento, estos materiales comenzarán a desarrollar turbidez asociada con la formación de cristales.

En términos generales, para los plásticos de ingeniería puros, el principal factor que afecta su transparencia óptica son las características de cristalización del cuerpo polimérico.Para los materiales de polímero/mezcla de polímero, la separación de fases y las diferencias de índice de refracción causadas por el desajuste de polaridad entre los componentes son las principales razones que afectan su transparencia óptica.

Para los plásticos de ingeniería compuestos de polímero/inorgánico, la dispersión de la luz causada por la falta de coincidencia en el índice de refracción entre la matriz polimérica y el material de refuerzo inorgánico es el principal factor que afecta su transparencia óptica.En resumen, la transparencia de los plásticos de ingeniería está estrechamente relacionada con las propiedades del propio material polimérico y las condiciones de moldeo y procesamiento.

(1) Propiedades ontológicas

En términos de propiedades en masa, como se mencionó anteriormente, para los materiales poliméricos, aunque no existe una correspondencia absoluta entre su cristalinidad y su transparencia óptica, en términos generales, los materiales poliméricos transparentes son en su mayoría amorfos en términos de características de agregación molecular.

Las características de cristalización de los materiales poliméricos son esencialmente heterogéneas.La región cristalina dentro de la estructura misma está compuesta de unidades de células unitarias relativamente completas, pero también hay regiones amorfas causadas por ramificación, estructura atáctica y otros defectos.

Las características estructurales anisotrópicas de este estado cristalino dan como resultado tres tipos de fluctuaciones del índice de refracción dentro de los materiales poliméricos cristalinos: la interfaz cuerpo polimérico/aire, la interfaz cristalino/amorfa y la interfaz cristalino/cristalino.

Las fluctuaciones del índice de refracción mencionadas anteriormente a menudo causan una dispersión significativa de la luz sobre la superficie de los materiales poliméricos cristalinos, afectando así a la transparencia de los materiales poliméricos cristalinos.

Además, para materiales poliméricos con unidades conjugadas aromáticas, si hay una interacción de transferencia de carga (CT) intramolecular o intermolecular relativamente fuerte en la estructura interna, es fácil para los donantes y aceptores de electrones formar un 'Complejo de transferencia de carga (CTC) Se forma '.

Durante este proceso, la luz visible se absorberá significativamente debido a la transición y transferencia de carga, lo que provocará que se deteriore el color y la transmitancia del material polimérico.

(2) Procesamiento de moldeo

En términos de procesamiento de moldeo, como se mencionó anteriormente, para plásticos de ingeniería con baja cristalinidad o velocidad de cristalización lenta, el enfriamiento rápido (similar al 'templado' en el procesamiento de materiales metálicos) puede producir defectos más finos y agregados más cristalinos dentro del material. , lo cual es beneficioso para mantener una buena transparencia del material.

Sin embargo, las condiciones del proceso de moldeo están limitadas por las características de cristalización del material y el nivel de Tg.Por ejemplo, para materiales poliméricos altamente cristalinos con velocidades de cristalización rápidas y Tg baja, la velocidad de enfriamiento está limitada por factores como la velocidad de transferencia de calor y la liberación de calor de cristalización, por lo que tiene menos impacto en las características de cristalización del material final.Además, el enfriamiento rápido puede producir tensiones indeseables en productos plásticos de ingeniería.

Además, defectos como agujeros en la superficie o dentro del plástico de ingeniería durante los procesos de moldeo, extrusión y moldeo por inyección también afectarán la transparencia óptica del material.Los defectos de los agujeros dentro de los materiales poliméricos pueden convertirse en centros de dispersión de luz.

Aunque el tamaño de estos defectos de los agujeros es pequeño y tiene poco impacto en la transparencia de los materiales poliméricos en condiciones normales, cuando los materiales poliméricos cristalinos se estiran y orientan mediante fuerzas externas, estos agujeros suelen ser el factor clave que hace que el material se deforme. 'blanquear' y su transparencia disminuirá bruscamente.

En resumen, los factores que afectan la transparencia de los plásticos de ingeniería provienen del efecto dual de los materiales a granel y los parámetros de procesamiento.Para diseñar y desarrollar plásticos de ingeniería transparentes de alto rendimiento, es necesario aprovechar al máximo los factores favorables y minimizar el impacto de los factores desfavorables.

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