王 鑫，張 通，王 靜

(河南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 451191)

0 前言

導(dǎo)光板是背光源中同發(fā)光體熒光燈一樣極重要的部件，對(duì)背光源的要求主要通過(guò)導(dǎo)光板來(lái)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)光板作為典型塑料光學(xué)產(chǎn)品，一方面在成型時(shí)容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起大雙折射率差等性能缺陷，另一方面導(dǎo)光板的透光性等光學(xué)性能也是人們十分關(guān)注的性能[1-4]。而衡量一種材料的透明性好壞，有很多性能指標(biāo)都需要考慮，透光率和霧度就是其中2個(gè)常用的性能指標(biāo)[5]。本文就以透光率和霧度為主要性能指標(biāo)，考察了不同成型方法、主要工藝參數(shù)和制品結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)光板的光學(xué)性能的影響，同時(shí)就殘余應(yīng)力與光學(xué)性能之間的聯(lián)系進(jìn)行了討論和研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

MCOC，MCOC-8007，德國(guó)TOPAS公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

透光率/霧度測(cè)試儀， WGT-S，上海精科實(shí)業(yè)有限公司；

偏光彈性儀，PJ20，大連工學(xué)院儀器廠。

1.3 樣品制備

導(dǎo)光板制品的結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)計(jì)為2種厚度和2種表面微結(jié)構(gòu)特征，厚度分別為0.4、0.6 mm，微結(jié)構(gòu)特征分別為點(diǎn)槽(DV)和溝槽(GV)特征，微結(jié)構(gòu)特征尺寸如圖2所示；

圖1 MCOC制品的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of MCOC products

圖2 點(diǎn)槽(DV)和溝槽(GV)微結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Dot-slot (DV) and groove (GV) microstructure characteristics

為了測(cè)定不同成型方法對(duì)導(dǎo)光板光學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種成型方法，分別是注射成型、注壓成型(ICM)[6-7]和感應(yīng)加熱(IH)[8]；工藝參數(shù)的考察選擇了常規(guī)注射成型條件下的模具和熔體溫度作為對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；另外還分別測(cè)定了表面結(jié)構(gòu)、制品厚度對(duì)制品光學(xué)性能的影響，相關(guān)工藝參數(shù)如表1～3所示。

表1 常規(guī)注射制品工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters of conventional injection products

表2 注壓成型制品工藝參數(shù)Tab.2 Process parameters of injection-compression molding products

表3 感應(yīng)加熱制品工藝參數(shù)Tab.3 Process parameters of induction heating products

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

光學(xué)性能指標(biāo)采用透光度和霧度2項(xiàng)，測(cè)試時(shí)采用國(guó)際照明協(xié)會(huì)(CIE)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)“C”光源，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 2410—1980;偏光彈性儀測(cè)定制品的光彈應(yīng)力，偏光系統(tǒng)光源采用白光源和鈉光源[9](波長(zhǎng)為589.3 nm);所有實(shí)驗(yàn)制品的標(biāo)號(hào)以厚度和微結(jié)構(gòu)特征為順序進(jìn)行標(biāo)注，即以“0.4(0.6)+DV(GV)”順序標(biāo)注，光學(xué)性能以霧度和透光率為指標(biāo)，透光率越大，霧度越小代表制品的光學(xué)性能越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 制品的透光率和霧度

在模具溫度為60 ℃，熔體溫度250 ℃，如圖3所示，相同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)條件下，注壓成型制品的透光率總是要高于常規(guī)注塑制品和感應(yīng)加熱制品的透光率,最高可達(dá)到93.73 %。注壓成型制品的霧度總是要低于常規(guī)注塑制品和感應(yīng)加熱制品的霧度。

如圖4所示為0.6 mm點(diǎn)槽導(dǎo)光板在模具溫度60 ℃，熔體溫度250 ℃工藝條件下，不同成型方法的雙折射光彈應(yīng)力條紋結(jié)果，光彈條紋的顏色越深和分布區(qū)域越大，說(shuō)明該塑件的殘余應(yīng)力越大，分布范圍越廣。從圖中可看出感應(yīng)加熱和注射成型的光彈條紋都分布在澆口區(qū)域，但感應(yīng)加熱的光彈條紋顏色更深，分布區(qū)域也大，注壓成型制品幾乎沒有光彈條紋，故從殘余應(yīng)力的分布區(qū)域和大小來(lái)看，感應(yīng)加熱>常規(guī)注塑>注壓成型。因此MCOC制品在3種成型方法下的光學(xué)性能與光彈殘余應(yīng)力分布結(jié)果相互呼應(yīng)[10-12]，殘余應(yīng)力對(duì)制品的光學(xué)性能確實(shí)有影響，殘余應(yīng)力越大，分布區(qū)域越廣，制品的透光率越小，霧度越大，光學(xué)性能越差。

◆—常規(guī)注塑制品 ■—感應(yīng)加熱制品 ▲—注壓成型制品

(a)注射成型 (b)感應(yīng)加熱 (c)注壓成型圖4 0.6 mm厚制品在3種成型方法時(shí)的光彈照片F(xiàn)ig.4 Photoelastic image of 0.6 mm thick product under three molding methods

○—0.6 DV □—0.6 GV ▲—0.4 DV ●—0.4 GV

從表面不同微觀結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，3種成型方法下，相同厚度的點(diǎn)槽制品透光率總是大于溝槽制品，其霧度也略小于溝槽制品。對(duì)于透光率，0.6 mm注壓成型制品相差最大，達(dá)1.93 %。0.4 mm感應(yīng)加熱制品相差最大，達(dá)2.5 %。對(duì)于霧度，0.6 mm常規(guī)注塑制品相差最大，達(dá)1.52 %，0.4 mm注壓成型制品相差最大，達(dá)0.72 %。

從制品壁厚角度來(lái)看，3種制程方法下點(diǎn)槽微觀結(jié)構(gòu)制品的透光率，薄壁制品的透光率總是大于厚壁制品，感應(yīng)加熱制品相差最大，達(dá)0.46 %。對(duì)于溝槽微觀結(jié)構(gòu)制品，也發(fā)現(xiàn)同樣的規(guī)律，注壓成型制品相差最大，達(dá)0.77 %。霧度未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。

2.2 模具溫度對(duì)制品透光率和霧度的影響

如圖5(a)所示，表面微觀結(jié)構(gòu)為點(diǎn)槽的制品透光率較高，隨著模具溫度由40 ℃上升到60 ℃，0.6 mm制品透光率先上升后下降，模具溫度為50 ℃時(shí)，透光率最高，點(diǎn)槽制品為94.12 %，溝槽制品92.23 %。0.4 mm制品透光率先下降后上升，模具溫度為60 ℃時(shí)，點(diǎn)槽制品的透光率最高，達(dá)到93.87 %，模具溫度為40 ℃時(shí)，溝槽制品的透光率最高，達(dá)到92.5 %。

如圖5(b)所示，隨著模具溫度由40 ℃上升到60 ℃，制品的霧度基本上處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，模具溫度為40 ℃時(shí)，制品的霧度最低，0.6 mm和0.4 mm點(diǎn)槽制品最低，為92.96 %。0.6 mm溝槽制品為93.15 %，0.4 mm溝槽制品為93.17 %。

2.3 熔體溫度對(duì)制品透光率和霧度的影響

如圖6(a)所示，表面微觀結(jié)構(gòu)為點(diǎn)槽的制品透光率較高，隨著熔體溫度由220 ℃上升到250 ℃，除了0.6 mm點(diǎn)槽制品外，其它制品透光率基本上變化平穩(wěn)，受熔體溫度影響不大。0.6 mm點(diǎn)槽制品的透光率在熔體溫度為235 ℃時(shí)最大，達(dá)到94.11 %，熔體溫度為250 ℃時(shí)最低，低至92.53 %。

○—0.6 DV □—0.6 GV ▲—0.4 DV ●—0.4 GV

如圖6(b)所示，隨著熔體溫度由220 ℃上升到250 ℃，0.4 mm制品的霧度基本上呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，0.6 mm制品的霧度在235 ℃時(shí)緩慢下降，然后也開始增長(zhǎng)。0.6 mm制品的霧度在熔體溫度為235 ℃時(shí)最低，點(diǎn)槽制品低至92.89 %，溝槽制品低至93.18 %。0.4 mm制品的霧度在熔體溫度為220 ℃最低，點(diǎn)槽制品低至92.64 %，溝槽制品低至93.03 %。

3 結(jié)論

(1)3種成型方法中，注壓成型制品的透光率普遍要高于其他2種方法成型制品，霧度也要低于其他方法成型制品，這與注壓成型的殘余應(yīng)力分布和大小相對(duì)應(yīng);

(2)隨著熔體溫度的升高，制品的透光率變化不明顯，不同厚度的制品霧度變化規(guī)律不一樣；最高透光率94.11 %出現(xiàn)在熔體溫度為235 ℃時(shí)0.6 mm點(diǎn)槽制品，最低霧度92.64 %出現(xiàn)在熔體溫度為220 ℃時(shí)0.4 mm點(diǎn)槽制品；隨著模具溫度的升高，所有制品的霧度基本上呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在40 ℃時(shí)霧度最低；而不同厚度制品的透光率呈現(xiàn)不同的規(guī)律;

(3)相同表面結(jié)構(gòu)下，薄壁制品的透光率要高于厚壁制品；相同厚度下，點(diǎn)槽制品透光率高于溝槽結(jié)構(gòu)制品，霧度要低于溝槽結(jié)構(gòu)制品；從影響制品透光率程度大小來(lái)說(shuō)，表面微觀結(jié)構(gòu)要大于厚度的影響。