Einführung in transparente technische Kunststoffe
Transparente technische Kunststoffe beziehen sich im Allgemeinen auf eine Klasse technischer Kunststoffe mit ausgezeichneter optischer Transparenz, niedrigem Gelbindex und Trübung, die durch Formverfahren wie Formen, Spritzen, Extrudieren, 3D-Drucken usw. verarbeitet werden können und hauptsächlich bei der Herstellung von verwendet werden optische Komponenten.
Zu den transparenten technischen Kunststoffen gehören hauptsächlich Polyolefine wie zyklische Olefinpolymere (COC oder COP); Polyester wie PMMA, PET, PBT, PEN, PC usw.; Polysulfone wie Polysulfon (PSF), Polyethersulfon (PES) usw.; Polyamid (PA), wie etwa transparentes Nylon; Transparente Fluorkunststoffe wie Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF HFP) und transparentes Polyimid (PI).
In praktischen Anwendungen können transparente technische Kunststoffe als reine technische Kunststoffe bei der Herstellung optischer Komponenten und auch als Matrix transparenter Verbundwerkstoffe in der optischen Technik eingesetzt werden.
In den traditionellen Anwendungsbereichen können transparente technische Kunststoffe als Linsen in der Herstellung optischer Komponenten wie Brillen und Linsen, als transparente Komponenten (Leuchten, Bullaugen, Innenräume usw.) im Automobil- und Flugzeugbau usw. eingesetzt werden transparente Wärmedämmstoffe (TIM) im Baubereich und als transparente Verbrauchsmaterialien im Bereich der additiven Fertigung (3D-Druck).
In dem aufstrebenden Bereich können transparente technische Kunststoffe auf das transparente Substrat von Leuchtdioden (LED)-Beleuchtungen, photokatalytischen Abwasserabbaugeräten und optischen Komponenten flexibler Elektronik, flexibler Solarzellen, flexibler Sensoren und anderer Geräte aufgebracht 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 Eigenschaft mit hohem Stellenwert für die meisten technischen Kunststoffe, insbesondere für Endprodukte aus optischen technischen Kunststoffen. Amorphe technische Kunststoffe weisen häufig eine gute optische Transparenz auf, während bei hochkristallinen Materialien, insbesondere bei Produkten mit hoher Dicke, wie z. B. Kunststoffspritzgussteilen, die Kristallisation häufig zu Lichtbrechung und damit zu einer Verschlechterung der Transparenz der Produkte führt.
Um kristalline technische Kunststoffe transparent zu machen, wird häufig die Zellgröße reduziert. Kleinere Kristalle können eine Lichtbrechung vermeiden. Darüber hinaus kann die Lichtdurchlässigkeit einiger teilkristalliner technischer Kunststoffe durch additive Technologie verbessert werden.
Bei PET ist PET selbst ebenfalls ein langsam kristallisierendes Material, es sei denn, es werden spezielle Zusatzstoffe zur Förderung der Kristallisation hinzugefügt. Amorphes PET ist transparent und hart und wird bei der Glasübergangstemperatur (Tg) weich (~80 Grad).
Wenn das Material jedoch auf 120 bis 130 Grad erhitzt wird, neigt es aufgrund der Kristallbildung zur Trübung. Beispielsweise ist bei Materialien aus Polyamid (Nylon) amorphes Nylon wirklich transparent und kristallisiert unter normalen Formungsbedingungen nicht, aber teilkristalline technische Kunststoffe aus Nylon 6 benötigen oft eine schnelle Abkühlgeschwindigkeit und ein dünnwandiges Design, um Transparenz zu erreichen.
Wenn die Dicke des Produkts 1 bis 1,5 mm überschreitet oder die Formtemperatur beim Abkühlen hoch ist, beginnen diese Materialien aufgrund der Kristallbildung trüb zu werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei reinen technischen Kunststoffen der Hauptfaktor, der ihre optische Transparenz beeinflusst, die kristallinen Eigenschaften der Polymermasse sind. Bei Polymer/Polymer-Mischungen sind die Phasentrennung und der Brechungsindexunterschied, die durch die Polaritätsfehlanpassung zwischen den Komponenten verursacht werden, die Hauptgründe, die sich auf die optische Transparenz auswirken.
Bei technischen Polymer-/anorganischen Verbundkunststoffen ist die Lichtstreuung, die durch die Nichtübereinstimmung des Brechungsindex zwischen Polymermatrix und anorganischem Verstärkungsmaterial verursacht wird, der Hauptfaktor, der sich auf die optische Transparenz auswirkt. Kurz gesagt, die Transparenz technischer Kunststoffe hängt eng mit den Eigenschaften der Polymermaterialien und den Verarbeitungsbedingungen zusammen.