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水晶般清澈的特种有机硅光学元件

来源:荣格 发布时间:2017-05-03 611
化工塑料橡胶材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他涂料油墨其他 市场趋势
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引导和形成是光的照明技术的核心任务。光应被带到想要和需要的地方。执行此操作所需的光学组件现在可以透过瓦克的高度透明液体有机硅来制成。

引导和形成是光的照明技术的核心任务。光应被带到想要和需要的地方。执行此操作所需的光学组件现在可以透过瓦克的高度透明液体有机硅来制成。

照明技术目前正在进行着根本性的变化。通过结束传统白炽灯泡,欧盟立法者已经为照明设置能源效率的路径。这给业界更大的推动去开发新的照明概念。

在每种情况下,无论是为了工作,还是以方便和舒适放松、显示对象或增加安全性为目的,创建恰如所需的光照条件已成为目前照明系统的发展趋势。节能型光源,诸如越来越普及的发光二极管(Led),已经为此奠定了基础。透镜、反射镜及其它光学元件有助于引导光源以所期望的高质量光线到确切需要的地方。

图1、高度透明液体硅橡胶Lumisil LR 7600在使用过程中最高程度减少光损失

图1、高度透明液体硅橡胶Lumisil LR 7600在使用过程中最高程度减少光损失

当灯具或照明系统要大批量生产时,生产厂家必须在质量和成本方面找到理想的解决方案。一个决定因素是材料的选择。在许多情况下,透明的有机硅是替代传统的光学材料的有益选择。瓦克—来自慕尼黑的化学公司,专门为制造光学组件开发了其新的Lumisil LR 7600产品线,并于2013年的K展上首次推出。如今,使用这些高度透明的液体有机硅,使得低成本效率、大规模生产高质量光学元件成为可能。

自适应汽车照明灯

照明技术中发生的变化也影响汽车照明。例如,长期以来,车头灯安装在汽车前端不显眼的地方,而现在它被故意雕塑造型以吸引注意力。对于汽车制造商来说,这种车头灯是提高品牌识别度的设计元素。
作为一个整体,光源和照明系统也有着巨大的技术进步。氙气气体放电灯和高性能发光二极管产生强烈的光通量,与传统的卤素灯相比显著提高了道路照明,为车头灯辅助系统奠定了基础。大多数高档和中档车型已可装备具自动调光特点的自适应型前照灯、转弯灯和车头大灯系统。

现在,甚至借助一台相机也可以控制前照明系统。安装在车内挡风玻璃上的相机提供有关交通实况的信息控制单元;控制单元调整车头大灯,提供最佳的照明条件,也不会刺激反方向来车驾驶员的眼睛(不会造成炫目)。这些类型的自适应照明系统大大提高晚上的交通安全,更加方便司机驾车。

有机硅使经济高效的解决方案成为可能

自适应照明总是需要一个由几种光学元件组成的光学系统,这些光学元件给灯发出合适形状和通量的光到需要的地方。自适应照明系统仍然相对昂贵,因而只局限应用于中高档汽车。现在的汽车行业装备这种系统仅在可负担得起成本的紧凑型小型车上。因为由 Lumisil LR 7600制造的光学元件可以大规模生产,具有较佳的成本效益,因此,对于机动车自适应照明,新的液体硅橡胶可以有着重大的贡献。

汽车行业还关注车厢内照明。在现代汽车内,乘客车厢灯几乎是来自发光二极管的间接光, 在仪表板上的光带、照明范围和背光开关、手柄和踏板灯不仅有助于操作,也创造宜人的照明条件和氛围,有利于夜间驾驶。光学元件通过收集、引导、指向,加上由LED产生的指示灯形状,可为环境提供所需的光分布模式的光。这里,新颖高度透明的液体有机硅打开了完全新的可能性。

由高度透明特种有机硅制成的光学元件

最著名和最常用的光学元件是曲面透镜。透镜通过折射其表面射入和透出的光而影响光束路径。其几何设计确定它们是否集中光、分散光或平行光。只要有可能,透镜应传送所有的入射光。光被吸收,整个照明系统的效率就会受到影响。因此,高透明度是透镜材料的基本要求。

透明度也是光学元件依据全内反射原理工作的关键字。这些元件引导光线、变形光或分流光,或与其它元件实现光学结合。它们被设计以便从源头入射光线以某角度被完全反射回组件内壁,然后传到对面壁表面,再次反射回元件内壁。由于这种反复的全内反射,光被定向到该元件的其它区域上,并最终以所需要的光束形状射出。典型应用包括反射镜、导光板和耦合元件。

材料的折射率也是非常重要:它是决定光学元件如何设计去处理灯光的关键变量。例如,一辆汽车自适应前照明系统的前置摄像头要求提供无失真的图像,条件是它被光耦合到挡风玻璃与由高度透明材料制成的相配形状组件。理想情况下,材料需要有与挡风玻璃相同的折射率。

光学元件都是经常被暴露在非常高、非常低或者波动的温度环境,例如,当它们被应用在车头灯使用和/或被直接放置于高性能发光二极管前面。此外,它们还不断受到光源所发出的光的影响。为了光学系统在日常应用中功能可靠,光学材料的性能在实际遇到的各种情况下必须不发生任何改变。

有机硅是理想的光学材料

有机硅弹性体满足这些要求。它热稳定、极能耐受氧气和臭氧,而且在低温下也能永久保留弹性,且无需增塑剂。它们长期暴露于可见光和紫外线辐射下也不受影响。与有机塑料不同,它们不变黄。此外,有机硅弹性体不吸收水分且电绝缘。密度较低是其另一优势,因为与相同尺寸的玻璃产品相比,有机硅元件重量更轻。

图 2、 Lumisil LR 7600是为光学透镜和光耦合元件专门开发的高度透明LSR(图所示是LED 改装灯)

图 2、 Lumisil LR 7600是为光学透镜和光耦合元件专门开发的高度透明LSR(图所示是LED 改装灯)

新的Lumisil LR 7600产品线在这方面也不例外。除了典型的硅胶属性,它们的特点是极高的透明度:弹性体透明得似水晶,即使经过多年使用之后也保持不变。在不同的温度下,其基本的力学性能保持不变,其耐热性可达到150℃。因此,Lumisil LR 7600制成的元件可以永久承受普通有机塑料所能忍受的极限温度。此外,其折射率类似于石英玻璃。

因为它们都是液体,Lumisil LR 7600硅胶等级注塑成型没有任何问题。以这种方式,可以在一个完全自动化的过程而不需要额外的处理来生产非常精美结构与极为平坦表面的元件。这意味着即使复杂的光学元件也可以大规模生产。此外,注塑成型,硅树脂中不会产生内部应力。因此,硫化橡胶烦人的双重折射现象可以避免。

总结与展望

出于其优越的特性,对于光学组件的制造,瓦克的新液体有机硅是理想的。它们以高质量替代了诸如玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等传统的光学材料,并为照明行业开拓新的可能性。它们的特别优势是可长期使用,即使处在恶劣的条件下。对于Lumisil LR 7600,我们不必担心对光学材料耐热性能要求标准的进一步提高。

由Lumisil LR 7600制成的光学元件不仅适应人工光源,也适合准确地传送太阳光,例如,在光伏模块。在这里,高度透明的Lumisil LR 7600菲涅耳透镜可以集中太阳光到高效率的太阳能电池。

在将来,甚至有可能将自适应系统的技术用于弹性的硫化橡胶等级。一种可以想像的选择是由弹性元件组成的光学系统在使用中能够实现可逆的机械变形,以便它们可以总是根据当时的环境情况引导光向,例如在汽车自适应前照明系统。由于Lumisil LR 7600的特性,工程师和设计师的想象力几乎没有受到限制。


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