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塑料的透光率、霧度、折射率、雙折射和色散測量方法

來源:林上科技   發布時間:2011/8/29 7:22:13  浏覽:
塑料光學特征包括兩類:一類為傳遞特性,包括光的透過,反射,散射及折射等;另一類為光的轉換特性,包括光的吸收,光熱,光化,光電及光緻變色等.用透過率測試儀測量塑料的透光率.

  塑料的光學特征包括兩類:一類為傳遞特性,包括光的透過、反射、散射及折射等;另一類為光的轉換特性,包括光的吸收、光熱、光化、光電及光緻變色等。
  常用可表征光的傳遞特性指标有透光率、霧度、折射率、雙折射及色散等。在上述指标中,透光率和霧度兩個指标主要表征材料的透光性,而折射率、雙折射及色散三個指标主要用于表征材料的透光質量。一種好的透明性材料,要求上述性能指标優異且均衡。
  1.塑料透光率(Tt)
  透光率是表征樹脂透明程度的一個最重要性能指标。一種樹脂的透光率越高,其透明性就越好,可以用透過率測試儀測量塑料的透光率。
透過率測試儀
  塑料制品透明的條件有兩個:一為制品是非結晶體;二為雖部分結晶但顆粒細小,小于可見光波長範圍,不妨礙太陽光光譜中可見光和近紅外光的透過,透光率和紅外線透光率都可以用透過率測試儀LS183測量。
  任何一種透明材料的透光率都達不到100%,即使是透明性最好的光學玻璃的透光率一般也難以超過95%。
  造成人射光通量在媒體中損失的主要原因有如下幾個方面。
  (1)光的反射 反射即入射光進入聚合物表面而返回的光通量。反射光通量占光在透過媒體時損失的大部分。
  衡量光的反射程度可用反射率?表征,反射率可通過其折射率(n)進行計算,兩者關系如下。
  例如,PMMA的折射率n=1.492,則其R經計算為3.9%說明PMMA的反射光比較小,透光率大,透明性好。
  (2)光的吸收 入射到聚合物上的光通量既沒有透過也沒有反射部分的光通量即為光的吸收。優良的透明塑料光的吸收很小。
  光線吸收的大小取決于聚合物本身的結構,主要指分子鍊上原子基團與化學鍵的性質。
  例如,含有雙鍵(冗鍵)的聚合物易于吸收可見光而産生能級的轉移。
  還以PMMA為例,其透光率一般為93%,反射率為3.9%,則其餘3.1%即為光的吸收與光的散射兩者之和。
  (3)光的散射 光的散射即光線入射到聚合物表面,既沒有透過也沒有反射和吸收的一部分光通量,其占有比重比較小。
  造成光散射的原因有:制品表面粗糙不平,聚合物内部結構不均勻如分子量分布不均勻、無序相與結晶相共存等。
  結晶聚合物的散射比較嚴重,隻有結晶聚合物的晶體顆粒小于可見光波長時,才能像非晶聚合物那樣不引起散射,光線全部透過,提高透明度。如PE、PP等結晶聚合物隻有用快速冷卻的方法才可得到低結晶度、晶體顆粒細的制品,取得一定的透明性;但對有些結晶塑料品種而言,要想控制太低的結晶度很困難,總有部分光被散射,造成薄膜的半透明。另外,通過拉伸的方法可使結去晶顆粒變細,并使透明度迅速提高,如可使BOPP膜的透明性迅迅速提高。隻有TPX塑料比較特殊,其結晶顆粒比較小,無論結晶度大小,制品都透明。
  2.塑料霧度
  霧度又稱為濁度,它可衡量透明或半透明材料不清晰或混濁的程度,是表征散射的指标。霧度的産生是由于材料内部或外部表面光散射造成的雲霧狀或混濁的外觀。霧度的定義為材料散射光通量與透過材料光通量之比的百分數。
  上面介紹的透光率和霧度都是衡量材料透明性的重要指标,兩者的關系如下。
  一般說來,透光率與霧度之間成反比關系,即透光率高的材料,其霧度低;反之亦然。
  但兩者的關系并不總是如此,有時也有相反的結果。如毛玻璃的透光率較高,但其霧度也比較大。所以說透光率和霧度是既相互立又相互聯系的兩個光學指标。
  3.塑料折射率
  折射即入射光與透過光兩者方向之差。衡量材料折射的大小,可用折射率表征。折射率越大,材料的折射越嚴重。折射率可用光在空氣中和在塑料中的傳播速度之比來計算。
  作為透鏡蓋而使用的樹脂,希望其折射率大一點。折射率越大,其厚度可相應減小。
  4.塑料雙折射
  雙折射即材料的平行方向與垂直方向折射率的差值。雙折射越大,越容易造成圖像産生歪影等現象。所以說雙折射降低了光學材料的透光質量,應盡力降低材料的雙折射。
  材料之所以産生雙折射現象,主要是由樹脂的分子結構和分子的取向兩方面決定的。
  (1)樹脂的大分子鍊中含有苯環結構,産生雙折射比較大 如PMMA、PC及PS都有比較嚴重的雙折射現象。其中PMMA的雙折射率為0.006%;而PC、PS的雙折射更為嚴重,尤其是PS,其雙折射率高達0.8%,是PMMA的130多倍之多。而CR-39的分子鍊中無苯環結構,基本上無雙折射現象,因而常用于光學鏡類材料。
  (2)樹脂大分子鍊上含有共聚單元,容易産生雙折射現象 這是因為不同共聚單元的折射率不同而造成的。如J.D光學樹脂,其大分子由雙烯苯醚砜/苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯三種共聚單元組成;由于存在三種不同折射率,必須适當地調整共聚組分的比例,否則雙折射會比較大。
  (3)樹脂中添加其他助劑,由于助劑與樹脂之間的折射率不同而容易産生雙折射,所以選擇助劑時要注意,特别是光學制品,要盡可能少加或不加助劑。
  (4)樹脂在加工過程中,物料流動的垂直方向與平行方向的取向度相差越大,其雙折射也越大,為此光學制品大都采用澆鑄方法成型,以防産生取向。
  (5)塑料在加工過程中産生結;,造成在晶區和非晶區之間産生折射率差,從而産生雙折射,因此,優異的光學塑料大邰為非晶塑料制品。
  5.塑料色散
  材料的色散可用阿貝數表示,阿貝數Vd可用下式計算。
  其中,nd、nf、nc分别為人射光波長589. 3nm、486.1nm及、656. 3nm時材料的折射率。
  從式中可以看出,材料的阿貝數與材料折射率有關。一般材料的折射率越大,阿貝數越小,色散越強。
  綜合上述五種性能,一個良好透明材料的條件為高透光率、低霧度、高折射率、小雙折射及小色散。

标簽: 透過率測試儀
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