Εισαγωγή στα διαφανή πλαστικά μηχανικής
Τα διαφανή πλαστικά μηχανικής γενικά αναφέρονται σε μια κατηγορία πλαστικών μηχανικής με εξαιρετική οπτική διαφάνεια, χαμηλό δείκτη κιτρινίσματος και θολότητα, τα οποία μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία με διαδικασίες χύτευσης όπως χύτευση, έγχυση, εξώθηση, τρισδιάστατη εκτύπωση κ.λπ., και κυρίως να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή οπτικά εξαρτήματα.
Τα διαφανή πλαστικά μηχανικής περιλαμβάνουν κυρίως πολυολεφίνες, όπως πολυμερή κυκλικών ολεφινών (COC ή COP). Πολυεστέρας, όπως PMMA, PET, PBT, PEN, PC, κ.λπ. Πολυσουλφόνες, όπως πολυσουλφόνη (PSF), πολυαιθεροσουλφόνη (PES), κ.λπ. Πολυαμίδιο (PA), όπως διαφανές νάιλον. Διαφανή φθοροπλαστικά, όπως συμπολυμερές πολυ (βινυλιδενο φθοριούχο εξαφθοροπροπυλένιο) (PVDF HFP) και διαφανές πολυιμίδιο (PI).
Σε πρακτικές εφαρμογές, τα διαφανή πλαστικά μηχανικής μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως πλαστικά μηχανικής στην κατασκευή οπτικών εξαρτημάτων, καθώς και ως μήτρα διαφανών σύνθετων υλικών στην οπτική μηχανική.
Στα παραδοσιακά πεδία εφαρμογών, τα διαφανή πλαστικά μηχανικής μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φακοί στα πεδία κατασκευής οπτικών εξαρτημάτων όπως γυαλιά και φακοί, ως διαφανή εξαρτήματα (φώτα, φινιστρίνια, εσωτερικά κ.λπ.) στους τομείς της κατασκευής αυτοκινήτων και αεροσκαφών, όπως διαφανή θερμομονωτικά υλικά (TIM) στον κατασκευαστικό τομέα και ως διαφανή αναλώσιμα στους τομείς της κατασκευής πρόσθετων (3D printing).
Στον αναδυόμενο τομέα, τα διαφανή πλαστικά μηχανικής μπορούν να εφαρμοστούν στο διαφανές υπόστρωμα του φωτισμού με διόδους εκπομπής φωτός (LED), στις συσκευές φωτοκαταλυτικής υποβάθμισης των λυμάτων και στα οπτικά εξαρτήματα εύκαμπτων ηλεκτρονικών, εύκαμπτων ηλιακών κυψελών, εύκαμπτων αισθητήρων και άλλων συσκευών. Ως εκ τούτου, η έρευνα και η ανάπτυξη διαφανών πλαστικών μηχανικής έχουν λάβει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια.
Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαφάνεια των πλαστικών μηχανικής
Η "διαφάνεια" είναι ένα χαρακτηριστικό με υψηλή αξία για τα περισσότερα πλαστικά μηχανικής, ειδικά για τα τερματικά πλαστικά πλαστικών οπτικής μηχανικής. Τα άμορφα πλαστικά μηχανικής έχουν συχνά καλή οπτική διαφάνεια, ενώ για υλικά υψηλής κρυστάλλωσης, ειδικά προϊόντα με υψηλό πάχος, όπως πλαστικά εξαρτήματα έγχυσης, η κρυστάλλωση συχνά οδηγεί σε διάθλαση του φωτός, υποβαθμίζοντας έτσι τη διαφάνεια των προϊόντων.
Προκειμένου να γίνουν διαφανή τα κρυσταλλικά πλαστικά μηχανικής, η συνήθως χρησιμοποιούμενη μέθοδος είναι η μείωση του μεγέθους της κυψέλης. Οι μικρότεροι κρύσταλλοι μπορούν να αποφύγουν την πρόκληση διάθλασης του φωτός. Επιπλέον, η διαπερατότητα φωτός ορισμένων ημι-κρυσταλλικών πλαστικών μηχανικής μπορεί επίσης να βελτιωθεί μέσω της τεχνολογίας προσθέτων.
Για το PET, εκτός εάν προστεθούν ειδικά πρόσθετα για την προώθηση της κρυστάλλωσης, το ίδιο το PET είναι επίσης ένα αργό υλικό κρυστάλλωσης. Το άμορφο PET είναι διαφανές και σκληρό και θα μαλακώσει (~80 βαθμοί ) στη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού (Tg).
Ωστόσο, εάν το υλικό θερμανθεί στους 120~130 βαθμούς, τείνει να γίνει θολό λόγω του σχηματισμού κρυστάλλων. Για παράδειγμα, για υλικά πολυαμιδίου (νάιλον), το άμορφο νάιλον είναι πραγματικά διαφανές και δεν κρυσταλλώνεται υπό κανονικές συνθήκες χύτευσης, αλλά τα ημικρυσταλλικά πλαστικά μηχανικής νάιλον 6 συχνά χρειάζονται γρήγορη ταχύτητα ψύξης και σχεδιασμό λεπτού τοιχώματος για να επιτευχθεί διαφάνεια.
Εάν το πάχος του προϊόντος υπερβαίνει το 1~1,5 mm ή η θερμοκρασία του καλουπιού είναι υψηλή κατά την ψύξη, αυτά τα υλικά θα αρχίσουν να εμφανίζονται θολότητα που σχετίζεται με τον σχηματισμό κρυστάλλων.
Συνοψίζοντας, για τα καθαρά πλαστικά μηχανικής, ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την οπτική τους διαφάνεια είναι οι κρυσταλλικές ιδιότητες του χύδην πολυμερούς. Για μείγματα πολυμερών/πολυμερών, ο διαχωρισμός φάσης και η διαφορά του δείκτη διάθλασης που προκαλούνται από την αναντιστοιχία πολικότητας μεταξύ των συστατικών είναι οι κύριοι λόγοι που επηρεάζουν την οπτική τους διαφάνεια.
Για πολυμερή/ανόργανα σύνθετα πλαστικά μηχανικής, η σκέδαση φωτός που προκαλείται από την αναντιστοιχία του δείκτη διάθλασης μεταξύ της πολυμερούς μήτρας και του ανόργανου ενισχυτικού υλικού είναι ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την οπτική του διαφάνεια. Εν ολίγοις, η διαφάνεια των πλαστικών μηχανικής σχετίζεται στενά με τις ιδιότητες των πολυμερών υλικών και τις συνθήκες επεξεργασίας.