工程塑料聚碳酸酯在LED 灯管上的应用研究

丁云江(中船重工鹏力(南京)塑造科技有限公司，江苏 南京 211106)

0 引言

聚碳酸酯是一种无味、无毒、无臭、透明的无定型热塑性材料，分子链中含有碳酸酯基的高分子化合物的总称，简称PC，由于R 基团的不同，分为脂肪族类和芳香族类两种。但因为制品性能加工性能及经济因素的制约，目前仅有双酚A 型聚碳酸酯(Bisphenol A type Polycarbonate)广泛投入到工业规模化生产和应用。双酚A 型聚碳酸酯的结构式因其具有优良的耐老化、抗冲击、耐寒性、电绝缘性及高透光性，广泛应用于航空透明材料及零部件、建筑结构件、汽车零部件、电子行业及照明行业等，随着电子和照明行业的迅猛发展，近年来PC 用量需求空前高涨，世界消费能力1100kt/a,中国消费也达到60kt/a，目前PC 的生产厂主要分布于美国、西欧和日本。主要生产厂商有德国拜耳公司、沙特沙比克创新塑料公司、日本帝人株式会社、美国陶氏化学公司、日本三菱集团公司、LG 等公司[1]。PC作为综合性能优越的工程塑料特别是其高透光性和耐老化性等，逐渐取代照明行业中传统的玻璃材料，PC 的透明度已达到玻璃，甚至某些特殊牌号的PC 透明度远超玻璃。PC 材料制成的产品具有易加工性、质量轻、不易破碎、包装简易及可回收利用等性能，目前广泛应用于照明行业。本文主要讨论PC 材料用于生产LED 灯管，通过分析原料物性、牌号及挤出成型工艺等方面内容，分析提高品质和降低成本的一些方法，抛砖引玉，为从事用PC 材料生产LED 灯管的厂家提供参考。

1 聚碳酸酯(PC)特点

聚碳酸酯，英文名Polycarbonate,简称PC，化学式2，2-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯，密度为1.18～1.22g/cm3.使用温度-45～135 度，PC 是几乎无色的玻璃态的无定型聚合物，有很好的光学性能，PC 有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600～900J/m。PC 材料具有优良的阻燃性，耐磨，耐老化等性能。

2 LED灯管

LED 灯管是由光扩散PC 料和遮光PC 料两种料通过双色挤出机挤出而成的。光扩散PC[2]料是以PC 透明料为基料，加入光扩散粉(通常为有机硅)，通过双螺杆造粒而制成；遮光PC 料是以PC 透明料为基料，加入钛白粉，也是透过双螺杆造粒而制成。

2.1 光扩散PC

光扩散PC 料是在PC 料中加入光扩散粉造粒制成，光扩散粉通常为有机硅粉，均匀分散在PC 料中，而光通过光扩散部分时，产生漫反射，从而使光线变得柔和，不伤害眼睛。

光扩散PC 熔体流动速率在10～15g/10min 范围内，密度为1.2～1.3g/cm3。

2.2 遮光PC

遮光PC 是在PC 料中加入钛白粉等通过双螺杆挤出造粒而成，钛白粉含量多，遮光效果好，反之，则遮光部分较透，损失光能量。但是一般应根据产品的需求来定，钛白粉量的高低直接影响成本的高低。

遮光PC 的熔体流动速率为10～13g/10min，密度为1.3～1.4g/cm3。

2.3 成型工艺

(1)成型机器

佛山齐昌双色挤出机(螺杆直径45mm)。

(2)原材料预热干燥

将干燥料筒清理干净，然后将遮光PC 料和光扩散PC 料称量后加入到指定的干燥料筒中，设定温度120 度，预热时间3h。

(3)机台升温

将温度设定如下表，保温2h

(4)生产温度和牵引速度

2.4 工艺流程

3 存在的问题

3.1 成本过高

聚碳酸酯价格为22.00～25.00 元/kg,按照每支产品100克来计算，单原料成本就有2.2～2.5 元，还没算人工成本、机械折旧成本、利用率，再加上堵头、光源、PLC 板等，每支LED灯成本价约在7～8 元，零售价也就在7～9 元之间，成本太高几乎没有利润可赚，

3.2 成型品弯曲

灯管下线后，材料的内应力释放，灯管形状不是规则的，属于异型的，向受力薄弱的一方弯曲，影响尺寸的精确性，轻则掉管，重则安装不到卡口内。

4 采取措施

4.1 原材料

PC 灯管遮光部分主要目的是遮挡光源，其一是美观，避免从外面看到里面的光源，其二，使光集中从光扩散部分散发出来，可采用加入20%～30%的回收料或全部用回收料来生产，成本降低约20%～30%左右，即可有效地降低成本，又不影响产品质量。

4.2 工艺成型

PC 材料刚性较大，而灯管异形，成型后其应力要释放出来，向构件最薄弱的地方弯曲，所以成型后，管子不是直的，有一定程度的弯曲，影响其美观，要解决此类问题，首先应确定构件那个部位最薄弱，影响的程度，在成型过程中，在薄弱部分让其刻意起拱，来抵抗弯曲应力。

5 结语

本论文从原料和工艺两方面来阐述聚碳酸酯(PC)在LED灯管上的应用研究，降低原料的成本是根本，改善工艺是为了生产出质量更高的产品，但一味地降低成本，必然会影响产品的质量，所以要找到最佳的平衡点，是关键之处。我们还可以通过改性PC 的刚度，来减轻产品的厚度，或通过设计产品的造型来降低产品的重量等方面去考虑降低成本，但是在做降本的同时，不能降低产品的质量。随着聚碳酸酯使用越来越广泛，技术将更加越来越成熟。

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