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PC,PS,PMMA……哪种透明塑料最透明?

前不久2021年红点设计奖公布,有款获奖作品引发业内关注:JBL TUNE225TWS Ghost 透明耳机。整个耳机外壳取材深蓝色的透明PC塑料,有着独特的通透质感,让内部结构一览无余,展现了品牌方极强的设计自信。


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好巧不巧,去年爆火的小米透明电视,也是采用了透明塑料。目测看,几乎达到了拿块透明玻璃板回家的效果。看看这种空间拓展感,在房价飞上天的年代,是不是顿时觉得多赚了几平米?


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而就在今年8月份,小米在手机界的对手—三星也申请了其透明手机的设计专利,预计最快将于年底进行量产。

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以上种种主打“透明风”的产品,背后自然少不了透明塑料的影子,那么问题来了:


最透明的塑料是哪个?

决定塑料透明度因素究竟有哪些?

形形色色透明塑料,它们各自优缺点是什么?


好吧,今天小编就陪你,一口气把以上问题统统搞清楚。


01


 几大塑料 究竟哪款最透明?


从先天条件来看,常用的塑料备选项有PC,PS,PMMA等。它们之间究竟谁的透明度最高呢?


一块塑料板的透明度由以下几个因素决定:①材质(分子结构);②光学杂质含量;③表面粗糙度;④样板厚度。


①材质(分子结构):材料的透明度与其分子结构密切相关。化学结构在光照下会发生原子/分子间的相互反应而吸收可见光。主要的光吸收形式有两种:电子跃迁和振动跃迁。按照乌尔巴克(Urbach)定律,αe是表征电子跃迁的吸收系数。大部分含苯环的聚合物在光照下具有明显的电子跃迁, αe值较高;当含有双键的结构中,由含氮或苯基定型而发生π→π*跃迁时,就会有明显跃迁, αe值较高。在500nm波长下,PS的αe是98dB/km,PMMA在可见光范围内没有吸光的分子结构, 它的αe<1dB/km。因此从分子结构角度,PMMA的透明性会明显优于PC、PS、ABS等塑料。


②光学杂质含量:光学杂质有两种:第一种是本身材料在制备过程中引入的折射率与基体材料不一致的杂质,在光透过材料时,会发生明显的吸收和散射,导致材料透明度下降;第二种是材料本身发生结晶,结晶区与非晶区的折射率不同,也被认为是光学杂质,会有明显的散射,导致材料的透明度下降。PMMA是无定形的材料,更重要的是其聚合过程可以做到有效地杂质去除,因此其比PC具有更为纯净的树脂体系。


③表面粗糙度:一块塑料板的透明度与表面粗糙度有关,粗糙的表面会使光产生明显的表面散射,导致透明性下降,如图为同一副画表面覆盖上了光滑玻璃和表面磨砂的玻璃之后的对比。简直是古典派与印象派的区别!


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④样板的厚度:光线在透过样板时,会和样板中的吸光化学结构和光学杂质发生作用,因此材料的厚度越厚,透明性越差。根据朗伯特定律,光沿着入射方向的剩余强度随厚度的变化符合指数衰减规律。


因为后两个因素和材料本身无关,毫无疑问PMMA的确是最为透明的塑料!


02


 塑料的透过率极限是多少?


细心同学会发现,世界级企业的光学级PMMA的性能参数标注一般为:2mm厚度,透过率≥92%。那么为什么大家不写93%呢?如果把产品的厚度减小到2nm,透过率会不会变成95%?答案是不会的。


一个完整的透射过程是这样的,如图:首先,入射光遇到塑料板(第一界面),发生反射和折射,因反射会损失一部分光。折射光线在遇到第二个界面时,同样会发射反射而损失部分光线。因此透射率应当等于100%减去两个界面的反射率。反射率(反射光通量占入射光通量的百分比)的计算可以按照Fresnel公式得到。

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让我们做道算术题:

PMMA的折射率为1.49,以入射角=0°,计算得到第一界面的反射率为3.85%,透过率为96.13%;第二界面的反射率同样也是3.85%。假设光在在材料内部传播没有任何损失,那么最终得到整体透过率为92.4%。也就是说,即便PMMA做到完全不吸收可见光,不管样品的厚度多薄,两个界面的反射损失始终存在,PMMA的极限透过率为92.4%。这也是塑料透过率的天花板!


03


难道PMMA就是最好的吗?


既然PMMA是透明性最佳的塑料,有着极高的透过率,那么我们生活中看到形形色色的透明塑料制件都是由它制成的吗?


当然不是!

PMMA有个致命缺点,出了名的“脆”,随便找个物性表和别的材料对比一下,人家就是你的几十倍!

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PMMA韧性和PC对比


同样的,PS韧性也好不到哪里去。所以一般而言,除了精密的化学实验仪器会选择PMMA,一般主流家电,汽车领域会选择韧性更好的透明PC或者透明ABS。


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(形形色色透明塑料应用)


不过,透明PC和ABS也不是最优解。它们各自比较明显的硬伤。


● 透明PC

先来说说透明PC,虽然PC冲击强度尚可,但是应用在外观壳体、汽车内饰、包装领域时有着致命的缺点—耐刮擦性低表面容易被磨损,从而影响外观甚至性能。


那么有没有透明度较高,又能“硬抗”的材料?

当然有!


锦湖日丽的攻城狮们,通过原材料端和工艺端的不断尝试,终于通过共混改性的方法制备出了一款高透明的耐刮PC:高硬度耐刮PC AAP8005H系列。


它有着和PMMA相当接近的透过率,更重要重要的是它有着传统PC无法比拟的耐刮擦性。除了一般的家电外壳,高频磨损的车内饰也能适用。

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遥遥领先的耐摩擦性



● 透明ABS


再来看看透明ABS,最近大家都知道最近ABS价格涨上天了。而传统的透明ABS,有着硬度低,耐刮擦性能差等弱点。此时,对不少“一分钱当两块钱用”的客户而言,找到性能更为全面的透明ABS在当下尤为紧迫!

不妨来看看锦湖日丽传统透明ABS替代专用料: 塑日丽®ABS N735它有着比普通透明ABS更有竞争力的价格!


首先,作为一款共混级透明 ABS ,有着和聚合级透明ABS旗鼓相当的透过率:

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其次,相比聚合级透明ABS,N735 具有更为出色的耐刮擦、耐UV和机械性能。同等投入条件下,具有更加优异的性价比。

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物性对比如下:

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那么,以上两款产品都已经取得商业化应用吗?


当然,都是你所知的大品牌!


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本文来源:塑料与选材
本文作者:Polly&Zhac


2021年10月20日苏州,在艾邦主办的2021年阻燃塑料及阻燃剂应用高峰论坛上,来自锦湖日丽的产品线经理查超将带来题为“具有声光电热等功能化特性阻燃塑料的开发应用”的精彩演讲,快来一场面对面的交流吧。


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