为什么聚碳酸酯是 LED 照明的首选材料

威廉·马歇尔，斯泰伦，米德兰，密歇根州

玻璃和透明塑料，尤其是丙烯酸树脂，长期以来一直用于照明行业，用于各种美观和功能目的。随着行业的发展，发光二极管 (LED) 照明已从小众应用转向更主流的商业和住宅用途，并且由于材料的特性及其提供的多功能性，人们对塑料（尤其是聚碳酸酯）越来越感兴趣。聚碳酸酯现已应用于 LED 照明的各个领域，包括透镜、光学器件、盖子、槽形字、标志面、球形罩和光扩散器。

发光标牌和手电筒体现了 LED 照明制造商和成型商在选择材料时需要的两个特性：透明度，以实现良好的透光性；以及材料，使光源能够均匀扩散，从而在表面上没有“热点”的迹象。

产品的机械完整性和耐用性是业界关注聚碳酸酯的品质。聚碳酸酯的某些特性，例如耐热性和透明度，在 LED 照明行业中非常重要。但由于 LED 光源的生产成本相对较高，且使用寿命可达十年，因此制造商和设计人员主要关心的是用于灯透镜或灯罩的材料能否维持与 LED 光源相同的使用寿命，以保护昂贵的光源。

基于使用 ISO 180/A 的 Styron 测试（2 毫米厚的测试样本）。可根据要求提供完整的方案和结果。

本文讨论了选择用于 LED 照明解决方案的材料时的重要考虑因素。它重点介绍了聚碳酸酯的优点，以及为什么制造商和模塑商都认为聚碳酸酯是 LED 照明的理想选择。

选择聚碳酸酯时，首先需要考虑其应用。聚碳酸酯将如何使用？源头将如何安置？如今，LED 光源的用途几乎无穷无尽。 LED 灯可以在店面标志和通道字母、交通信号灯、嵌入式筒灯、任务灯、零售和冷藏显示器、街道和区域灯、液晶电视显示器和监视器、移动电器以及许多其他应用中看到。在为这些不同的应用设计盖子、镜头或光学器件时，必须考虑材料的功能——耐用性、光学特性、热稳定性、耐燃性、设计灵活性和紫外线稳定性。 LED光源的使用环境是什么？它需要承受哪些因素？这些是其他一些考虑因素。

耐用性

耐用性是光源保护的出发点，尤其是在户外。所需要的是一种坚韧的材料。由于 LED 光源本身是一种固态半导体，是一种比传统白炽光源更加坚固的产品，因此用于覆盖光源的材料至少应该具有同样的弹性。

与其他可用材料相比，聚碳酸酯更耐冲击且不易破裂。即使在很宽的温度范围内，它也具有出色的韧性。聚碳酸酯用于制造防弹盾牌、防暴盾牌、飞机座舱盖和防飓风板等物品，可以承受巨大的冲击力。一般来说，聚碳酸酯树脂的抗冲击能力是丙烯酸树脂的十倍，比玻璃的抗冲击能力高出30倍。

由于具有出色的韧性，聚碳酸酯更易于加工，并且在将材料切割成形状时不易破裂或碎裂。在许多应用中，与其他材料相比，使用聚碳酸酯时可以减小制造零件的规格或厚度。这会减少零件重量和材料成本，由于使用的产品更少并且所需的能源也更少，因此提供了更环保的解决方案。

光学特性

基于使用 ASTM D 1003 的 Stryon 测试。可根据要求提供完整的方案和结果。

LED 可以是非常明亮的单向光源，制造商需要的材料要么能够使光直接穿过表面以获得最大亮度，要么提供均匀的光分布而没有光源的迹象，以获得更漫射的效果。调整性能通常需要仔细平衡，因为用于光扩散的材料添加剂会影响光透射，反之亦然。

基于使用以下方法进行的 Stryon 测试：维卡软化点，ISO 306B (B/50)；热变形温度 (HDT)，ISO 75（1.82 MPa，未退火）；熔体质量流动速率 (MFR)，ISO 1133 (300°C/1.2 kg)。可根据要求提供完整的方案和结果。

LED 光源的覆盖物可调节传输或扩散的光量。客户寻找一种具有高透明度和极高纯度的材料，以确保最佳的光传输。根据应用的不同，制造商还关心光分布的均匀性。

聚碳酸酯可以通过复合过程根据应用的特定需求进行定制。透明聚碳酸酯树脂的透光率可达到 90% 以上。对于含有光扩散添加剂的聚碳酸酯树脂，可以在零件的整个表面上实现出色的光均匀性，同时隐藏明亮的 LED 光源，消除“热点”。

热稳定性

照明应用会产生热量，材料与光源的接近程度决定了所需的热性能。虽然 LED 灯非常节能，但它们仍然会产生热量，特别是对于工作温度可达 80 – 110 °C 的较高功率 LED 光源。对于需要与 LED 光源紧密接触的光学和透镜应用，需要具有优异热稳定性的材料。

与丙烯酸树脂相比，聚碳酸酯树脂具有优异的热稳定性，可在高达 120 °C 的连续使用温度下使用。

耐燃性

耐燃性或阻燃性的要求取决于器具的工作温度以及扩散介质或覆盖物与光源的距离。聚碳酸酯树脂为高功率 LED 光源提供卓越的耐燃性。对于较低电压应用，例如需要 UL 94 HB 和 V-2 可燃性要求的 2 类灯具，聚碳酸酯、丙烯酸树脂和苯乙烯基树脂（例如苯乙烯丙烯腈树脂 (SAN)）可被视为透镜、盖和光学器件的材料。对于要求更高的 LED 照明应用（例如 1 类灯具），光学器件和透镜的材料要求为 UL V-0@1.5 – 2.0mm 厚度。

聚碳酸酯是唯一能够以合理的成本提供这些要求严格的应用所需的透光性、热稳定性和耐燃性的透明塑料树脂之一。

设计灵活性

LED 照明的优势之一是它为制造商提供了在产品设计中发挥创意的自由。与传统白炽灯照明不同，照明行业不再受审美配置的限制。用于容纳或覆盖 LED 光源的塑料材料可以通过注塑和片材挤出/热成型工艺对树脂/材料进行成型，从而形成无数的形状和尺寸。

聚碳酸酯提供了这种加工性能选项，并提供多种可满足特定加工要求的产品。此外，由于聚碳酸酯的相对强度，可以减小零件的重量，从而节省重量、能源和成本。

紫外线稳定性

暴露在光源下可能会损害材料的性能。在 LED 环境中，这种曝光可能来自两个方向：LED 光源本身，以及太阳的自然光。随着时间的推移，这种持续暴露会导致性能退化。因此，为 LED 应用选择正确的材料，以及在配制材料时，对产品进行适当的紫外线稳定以最大限度地减少这种现象的影响就显得尤为重要。

聚碳酸酯提供了多种方法来实现这一点，包括在挤出产品中添加添加剂和分层薄膜。

材料的选择很复杂，必须考虑许多因素才能确保为 LED 照明应用提供正确的解决方案。聚碳酸酯是一种领先的材料选择，因为它有效地解决了 LED 照明行业的一些最困难的挑战。该材料的多功能性和定制特性的能力可以很好地满足制造商和成型商的需求。

关于公司

斯泰隆是一家全球材料公司，其产品组合汇集了共享原料、运营、客户和最终用户的塑料、橡胶和乳胶业务。该公司为家电、汽车、建筑、地毯、商业运输、消费电子、消费品、电气和照明、医疗、包装、纸张和纸板、橡胶制品和轮胎等行业提供可持续解决方案。该公司已宣布计划将公司名称更改为 Trinseo，于 2011 年底生效。