工程塑料聚碳酸酯在LED 燈管上的應(yīng)用研究

丁云江(中船重工鵬力(南京)塑造科技有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引言

聚碳酸酯是一種無味、無毒、無臭、透明的無定型熱塑性材料，分子鏈中含有碳酸酯基的高分子化合物的總稱，簡稱PC，由于R 基團(tuán)的不同，分為脂肪族類和芳香族類兩種。但因為制品性能加工性能及經(jīng)濟(jì)因素的制約，目前僅有雙酚A 型聚碳酸酯(Bisphenol A type Polycarbonate)廣泛投入到工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。雙酚A 型聚碳酸酯的結(jié)構(gòu)式因其具有優(yōu)良的耐老化、抗沖擊、耐寒性、電絕緣性及高透光性，廣泛應(yīng)用于航空透明材料及零部件、建筑結(jié)構(gòu)件、汽車零部件、電子行業(yè)及照明行業(yè)等，隨著電子和照明行業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來PC 用量需求空前高漲，世界消費能力1100kt/a,中國消費也達(dá)到60kt/a，目前PC 的生產(chǎn)廠主要分布于美國、西歐和日本。主要生產(chǎn)廠商有德國拜耳公司、沙特沙比克創(chuàng)新塑料公司、日本帝人株式會社、美國陶氏化學(xué)公司、日本三菱集團(tuán)公司、LG 等公司[1]。PC作為綜合性能優(yōu)越的工程塑料特別是其高透光性和耐老化性等，逐漸取代照明行業(yè)中傳統(tǒng)的玻璃材料，PC 的透明度已達(dá)到玻璃，甚至某些特殊牌號的PC 透明度遠(yuǎn)超玻璃。PC 材料制成的產(chǎn)品具有易加工性、質(zhì)量輕、不易破碎、包裝簡易及可回收利用等性能，目前廣泛應(yīng)用于照明行業(yè)。本文主要討論PC 材料用于生產(chǎn)LED 燈管，通過分析原料物性、牌號及擠出成型工藝等方面內(nèi)容，分析提高品質(zhì)和降低成本的一些方法，拋磚引玉，為從事用PC 材料生產(chǎn)LED 燈管的廠家提供參考。

1 聚碳酸酯(PC)特點

聚碳酸酯，英文名Polycarbonate,簡稱PC，化學(xué)式2，2-雙(4-羥基苯基)丙烷聚碳酸酯，密度為1.18～1.22g/cm3.使用溫度-45～135 度，PC 是幾乎無色的玻璃態(tài)的無定型聚合物，有很好的光學(xué)性能，PC 有很高的韌性，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為600～900J/m。PC 材料具有優(yōu)良的阻燃性，耐磨，耐老化等性能。

2 LED燈管

LED 燈管是由光擴(kuò)散PC 料和遮光PC 料兩種料通過雙色擠出機(jī)擠出而成的。光擴(kuò)散PC[2]料是以PC 透明料為基料，加入光擴(kuò)散粉(通常為有機(jī)硅)，通過雙螺桿造粒而制成；遮光PC 料是以PC 透明料為基料，加入鈦白粉，也是透過雙螺桿造粒而制成。

2.1 光擴(kuò)散PC

光擴(kuò)散PC 料是在PC 料中加入光擴(kuò)散粉造粒制成，光擴(kuò)散粉通常為有機(jī)硅粉，均勻分散在PC 料中，而光通過光擴(kuò)散部分時，產(chǎn)生漫反射，從而使光線變得柔和，不傷害眼睛。

光擴(kuò)散PC 熔體流動速率在10～15g/10min 范圍內(nèi)，密度為1.2～1.3g/cm3。

2.2 遮光PC

遮光PC 是在PC 料中加入鈦白粉等通過雙螺桿擠出造粒而成，鈦白粉含量多，遮光效果好，反之，則遮光部分較透，損失光能量。但是一般應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的需求來定，鈦白粉量的高低直接影響成本的高低。

遮光PC 的熔體流動速率為10～13g/10min，密度為1.3～1.4g/cm3。

2.3 成型工藝

(1)成型機(jī)器

佛山齊昌雙色擠出機(jī)(螺桿直徑45mm)。

(2)原材料預(yù)熱干燥

將干燥料筒清理干凈，然后將遮光PC 料和光擴(kuò)散PC 料稱量后加入到指定的干燥料筒中，設(shè)定溫度120 度，預(yù)熱時間3h。

(3)機(jī)臺升溫

將溫度設(shè)定如下表，保溫2h

(4)生產(chǎn)溫度和牽引速度

2.4 工藝流程

3 存在的問題

3.1 成本過高

聚碳酸酯價格為22.00～25.00 元/kg,按照每支產(chǎn)品100克來計算，單原料成本就有2.2～2.5 元，還沒算人工成本、機(jī)械折舊成本、利用率，再加上堵頭、光源、PLC 板等，每支LED燈成本價約在7～8 元，零售價也就在7～9 元之間，成本太高幾乎沒有利潤可賺，

3.2 成型品彎曲

燈管下線后，材料的內(nèi)應(yīng)力釋放，燈管形狀不是規(guī)則的，屬于異型的，向受力薄弱的一方彎曲，影響尺寸的精確性，輕則掉管，重則安裝不到卡口內(nèi)。

4 采取措施

4.1 原材料

PC 燈管遮光部分主要目的是遮擋光源，其一是美觀，避免從外面看到里面的光源，其二，使光集中從光擴(kuò)散部分散發(fā)出來，可采用加入20%～30%的回收料或全部用回收料來生產(chǎn)，成本降低約20%～30%左右，即可有效地降低成本，又不影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 工藝成型

PC 材料剛性較大，而燈管異形，成型后其應(yīng)力要釋放出來，向構(gòu)件最薄弱的地方彎曲，所以成型后，管子不是直的，有一定程度的彎曲，影響其美觀，要解決此類問題，首先應(yīng)確定構(gòu)件那個部位最薄弱，影響的程度，在成型過程中，在薄弱部分讓其刻意起拱，來抵抗彎曲應(yīng)力。

5 結(jié)語

本論文從原料和工藝兩方面來闡述聚碳酸酯(PC)在LED燈管上的應(yīng)用研究，降低原料的成本是根本，改善工藝是為了生產(chǎn)出質(zhì)量更高的產(chǎn)品，但一味地降低成本，必然會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以要找到最佳的平衡點，是關(guān)鍵之處。我們還可以通過改性PC 的剛度，來減輕產(chǎn)品的厚度，或通過設(shè)計產(chǎn)品的造型來降低產(chǎn)品的重量等方面去考慮降低成本，但是在做降本的同時，不能降低產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著聚碳酸酯使用越來越廣泛，技術(shù)將更加越來越成熟。

[1]王俐.聚碳酸酯市場分析[A].化學(xué)工業(yè)，2012,8：(30)8.

[2]何杰，趙紅玉，劉蘇芹等 聚碳酸酯基光擴(kuò)散材料的研究[A].工程塑料應(yīng)用，2012，(7).

[3]焦昌.改性聚碳酸酯的力學(xué)及其他性能研究[J].北京：北京化工大學(xué)2004，(3).

[4]嚴(yán)承藹.聚碳酸酯有關(guān)性能的研究和測定[C].第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議，1995，(8).

[5]施一帆.全球聚碳酸酯發(fā)展趨勢概述[M].上海化工，1998，(6).

[6]曹侃，汪洋，王宇.低溫下聚碳酸酯沖擊拉伸性能的實驗研究[C].第九屆全國沖擊動力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集(上冊).

[7]李明,李玉芳.聚碳酸酯的生產(chǎn)現(xiàn)狀及改性技術(shù)發(fā)展[C].2005 塑料助劑生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)信息交流會論文集，2005，(3).