Waarom polycarbonaat het voorkeursmateriaal is voor LED-verlichting

William Marshall, Styron, Midland, MI

Glas en transparante kunststoffen, vooral acrylharsen, worden al lang in de verlichtingsindustrie gebruikt voor verschillende esthetische en functionele doeleinden. Naarmate de industrie evolueerde, is light-emitting diode (LED)-verlichting verschoven van nichetoepassingen naar meer mainstream commercieel en residentieel gebruik, en is er een groeiende belangstelling voor kunststoffen – vooral polycarbonaat – vanwege de eigenschappen van het materiaal en de veelzijdigheid die het biedt. Polycarbonaat wordt nu op allerlei gebieden in LED-verlichting aangetroffen, waaronder lenzen, optica, afdekkingen, doosletters, bordbekleding, bollen en lichtdiffusers.

Het verlichte bord en de zaklamp tonen twee eigenschappen die fabrikanten van LED-verlichting en vormgevers nodig hebben bij het kiezen van materialen:helderheid om een goede lichttransmissie te hebben, en materiaal dat ervoor zorgt dat de lichtbron gelijkmatig wordt verspreid, zodat er geen sprake is van ‘hotspots’ op het oppervlak.

De mechanische integriteit en duurzaamheid van het product zijn de kwaliteiten die ervoor hebben gezorgd dat de industrie zich op polycarbonaat heeft geconcentreerd. Bepaalde eigenschappen van polycarbonaat, zoals hittebestendigheid en transparantie, zijn belangrijk in de LED-verlichtingsindustrie. Maar omdat de LED-lichtbron relatief duur is om te produceren en tot wel tien jaar mee kan gaan, zijn fabrikanten en ontwerpers vooral bezorgd dat het materiaal dat voor de lichtlens of afdekking wordt gebruikt, het net zo lang volhoudt als de LED-lichtbron – om de kostbare lichtbron te beschermen.

Gebaseerd op Styron-testen met ISO 180/A (testmonsters van 2 mm dik). Volledige protocollen en resultaten op aanvraag beschikbaar.

Dit artikel bespreekt belangrijke overwegingen bij het selecteren van een materiaal voor gebruik met LED-verlichtingsoplossingen. Het richt zich op de voordelen van polycarbonaat en waarom zowel fabrikanten als vormgevers polycarbonaat beschouwen als een ideale keuze voor gebruik met LED-verlichting.

Bij het selecteren van polycarbonaat moet in de eerste plaats rekening worden gehouden met de toepassing. Hoe wordt het polycarbonaat gebruikt? Hoe wordt de bron gehuisvest? Tegenwoordig zijn de toepassingen van LED-lichtbronnen vrijwel eindeloos. LED-verlichting is te zien in uithangborden en doosletters in winkels, verkeerslichten, inbouwspots, taakverlichting, winkel- en koeldisplays, straat- en terreinverlichting, lcd-tv-schermen en -monitors, mobiele apparaten en vele andere toepassingen. Bij het ontwerpen van afdekkingen, lenzen of optica voor deze gevarieerde toepassingen moet men rekening houden met de mogelijkheden van de materialen:de duurzaamheid, optische eigenschappen, thermische stabiliteit, ontstekingsweerstand, ontwerpflexibiliteit en UV-stabiliteit. Wat is de omgeving van de LED-bron? Aan welke elementen moet het bestand zijn? Dit zijn enkele andere overwegingen.

Duurzaamheid

Duurzaamheid is het uitgangspunt voor de bescherming van lichtbronnen, vooral buitenshuis. Wat nodig is, is een materiaal dat taai is. Omdat de LED-lichtbron zelf, een solid-state halfgeleider, een veel robuuster product is dan traditionele gloeilampen, moeten de materialen die worden gebruikt om de bron te bedekken minstens zo veerkrachtig zijn.

Polycarbonaat is veel slagvaster en minder breukgevoelig dan andere beschikbare materialen. Het heeft een uitstekende taaiheid, zelfs over een breed temperatuurbereik. Polycarbonaat, dat wordt gebruikt voor voorwerpen als kogelwerende en oproerschilden, vliegtuigluifels en orkaanpanelen, is bestand tegen enorme schokken. Over het algemeen zijn polycarbonaatharsen tien keer slagvaster dan acryl en tot 30 keer slagvaster dan glas.

Vanwege deze uitstekende taaiheid is polycarbonaat gemakkelijker om mee te werken en minder gevoelig voor breuk of afbrokkeling bij het snijden van het materiaal in vormen. In veel toepassingen is het mogelijk om de dikte van een vervaardigd onderdeel te verkleinen of te verkleinen wanneer polycarbonaat wordt gebruikt in plaats van een ander materiaal. Dit resulteert in besparingen op het onderdeelgewicht en de materiaalkosten, wat een milieuvriendelijkere oplossing biedt vanwege het feit dat er minder product wordt gebruikt en er minder energie nodig is.

Optische eigenschappen

Gebaseerd op Stryon-testen volgens ASTM D 1003. Volledige protocollen en resultaten zijn op aanvraag beschikbaar.

Een LED kan een zeer heldere, unidirectionele bron zijn, en fabrikanten hebben materialen nodig die het mogelijk maken dat het licht rechtstreeks door een oppervlak schijnt voor maximale helderheid, of een uniforme lichtverdeling bieden zonder enig bewijs van de lichtbron, voor een meer diffuus effect. Het is vaak een zorgvuldige afweging om eigenschappen aan te passen, omdat materiaaladditieven voor lichtdiffusie de lichttransmissie kunnen beïnvloeden, en omgekeerd.

Gebaseerd op Stryon-testen met behulp van de volgende methoden:Vicat-verwekingspunt, ISO 306B (B/50); Warmtedeflectietemperatuur (HDT), ISO 75 (1,82 MPa, niet-gegloeid); Smelt-massastroomsnelheid (MFR), ISO 1133 (300°C/1,2 kg). Volledige protocollen en resultaten op aanvraag beschikbaar.

De afdekking van een LED-bron regelt de hoeveelheid licht die wordt doorgelaten of verstrooid. Klanten zoeken naar een materiaal dat een hoge helderheid en een zeer hoge zuiverheid biedt om een ​​optimale lichttransmissie te garanderen. Afhankelijk van de toepassing houden fabrikanten zich ook bezig met de uniformiteit van de lichtverdeling.

Polycarbonaat kan via het compoundingproces worden afgestemd op de specifieke behoeften van een toepassing. Voor transparante polycarbonaatharsen kan een lichttransmissie van meer dan 90 procent worden bereikt. Voor polycarbonaatharsen die een lichtdiffusie-additief bevatten, kan een uitstekende lichtuniformiteit over het gehele oppervlak van het onderdeel worden bereikt, terwijl de heldere LED-lichtbron wordt verborgen, waardoor “hotspots” worden geëlimineerd.

Thermische stabiliteit

Verlichtingstoepassingen genereren warmte, en de nabijheid van het materiaal tot de lichtbron bepaalt de benodigde thermische eigenschappen. Hoewel LED-lampen zeer energiezuinig zijn, genereren ze nog steeds warmte, vooral bij LED-lichtbronnen met een hoger vermogen, waarbij de bedrijfstemperatuur 80 – 110 °C kan bereiken. Voor optiek- en lenstoepassingen die nauw contact met de LED-bron vereisen, is een materiaal met uitstekende thermische stabiliteit vereist.

Polycarbonaatharsen bieden superieure thermische stabiliteit in vergelijking met acrylharsen en kunnen worden gebruikt voor continu gebruik bij temperaturen tot 120 °C.

Ontstekingsweerstand

De vereiste voor ontstekingsweerstand of vlamvertraging hangt af van de bedrijfstemperatuur van het apparaat en de afstand van het diffunderende medium of de afdekking tot de lichtbron. Polycarbonaatharsen bieden superieure ontstekingsweerstand voor krachtige LED-lichtbronnen. Voor toepassingen met een lagere spanning, zoals Klasse 2-armaturen die UL 94 HB- en V-2-brandbaarheidsvereisten vereisen, kunnen polycarbonaat, acryl en op styreen gebaseerde harsen zoals styreen-acrylonitrilhars (SAN) worden overwogen als materialen voor lenzen, afdekkingen en optica. Voor meer veeleisende LED-verlichtingstoepassingen, zoals in Klasse 1-armaturen, is de materiaalvereiste voor optica en lenzen UL V-0 bij 1,5 – 2,0 mm dikte.

Polycarbonaat is een van de weinige transparante kunststofharsen die de lichttransmissie, thermische stabiliteit en ontstekingsweerstand bieden die nodig zijn voor deze veeleisende toepassingen tegen een redelijke prijs.

Ontwerpflexibiliteit

Een van de voordelen van LED-verlichting is de vrijheid die het fabrikanten biedt om creatief te zijn in hun productontwerp. In tegenstelling tot traditionele gloeilampen is de verlichtingsindustrie niet langer beperkt in esthetische configuraties. Kunststofmaterialen die worden gebruikt voor het huisvesten of bedekken van de LED-bron kunnen in talloze vormen en afmetingen worden gevormd door harsen/materialen te vormen via spuitgiet- en plaatextrusie/thermovormingsprocessen.

Polycarbonaat biedt deze verwerkbaarheidsoptie met een breed scala aan producten die beschikbaar zijn voor specifieke verwerkingsvereisten. Bovendien kunnen onderdelen, vanwege de relatieve sterkte van polycarbonaat, worden verlaagd qua gewicht, energie en kostenbesparingen.

UV-stabiliteit

Blootstelling aan een lichtbron kan de eigenschappen van een materiaal aantasten. In een LED-omgeving kan deze blootstelling uit twee richtingen komen:de LED-bron zelf, en ook van het natuurlijke licht van de zon. Deze constante blootstelling kan in de loop van de tijd leiden tot verslechtering van de eigenschappen. Dit maakt het vooral belangrijk om het juiste materiaal voor LED-toepassingen te selecteren en bij het formuleren van materialen het product op de juiste manier UV-stabiliseren om de impact van dit fenomeen te minimaliseren.

Polycarbonaat biedt hiervoor een aantal methoden, waaronder additieven en gelaagde films in geëxtrudeerd product.

De keuze van een materiaal is complex en er moet rekening worden gehouden met een aantal factoren om de juiste oplossing voor LED-verlichtingstoepassingen te garanderen. Polycarbonaat is een toonaangevende materiaalkeuze omdat het een aantal van de moeilijkste uitdagingen van de LED-verlichtingsindustrie effectief heeft aangepakt. De veelzijdigheid van het materiaal en de mogelijkheid om eigenschappen op maat aan te passen, resulteert in een uitstekende match voor de behoeften van de fabrikant en de vormgever.

Over het bedrijf

Styron is een mondiaal materialenbedrijf met een productportfolio dat kunststoffen-, rubber- en latexbedrijven samenbrengt die grondstoffen, activiteiten, klanten en eindgebruikers delen. Het bedrijf biedt duurzame oplossingen in sectoren zoals huishoudelijke apparaten, de automobielsector, de bouw en constructie, tapijt, commercieel transport, consumentenelektronica, consumptiegoederen, elektriciteit en verlichting, medische sector, verpakking, papier en karton, rubberartikelen en banden. Het bedrijf heeft plannen aangekondigd om de bedrijfsnaam eind 2011 te veranderen in Trinseo.