在當今資源匱乏的大背景下，LED光源因其節能、發熱量小、光照強度高等優勢，如雨后春筍般迅速發展起來，現已廣泛應用于照明、顯示、背光等行業。但LED光源主要以點光源的形式發光，容易產生聚光、眩光，最終形成光的不均勻現象。為了消除LED光源的眩光以及讓光均勻分布，光材料應運而生。光擴散材料是指具有一定霧度和透光率，可以將點光源轉換成線光源和面光源，使入射光束光強均勻分布的光學材料。
光擴散劑是制備光擴散材料的關鍵原料之一。早期的光擴散劑以碳酸鈣、、鈦白粉等無機粉末為主，雖然也能把點光源變成均勻的面光源，但光線在通過燈罩時無法進入或穿透無機分子，導致光能損耗很大，影響亮度。相對無機光擴散劑，有機光擴散劑可增加透明基體塑料的光散射性和透射性，在遮住發光源以及刺眼光源的同時，使整個透明發出更加柔和、美觀、高雅的光，達到透光不透明的舒適效果。將有機光擴散劑添加到樹脂基體中，復合材料的透光率遠遠高于添加無機光擴散劑的材料，因此有機光擴散劑是綜合性能更加優異的光擴散劑。光擴散劑是目前應用的光擴散劑，相比于傳統的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)類、聚苯乙烯(PS) 類有機光擴散劑，它具有如下優勢:
1)有機硅光擴散劑光擴散效果佳、耐候性佳、抗紫外、不黃變、耐熱性優異(在基體材料的加工溫度范圍內，不變形，球形度保持完整，而其他類型的有機光擴散劑由于耐熱溫度低則容易受熱變形，致使光擴散效果不理想);
2)有機硅光擴散劑材料微觀上為透明的球形體，提供了的光透過性。極低的折光率1.43 ( 相比于丙烯酸類1.50 左有機硅微球粒徑對PC光擴散板性能的影響右，苯乙烯乙烯類1.55 左右)在賦予光擴散材料高光透過率的同時，賦予材料高的霧度。本實驗采用自制的有機硅微球作為光擴散劑，首先制備含有光擴散劑的母粒，隨后將母粒添加到聚碳酸酯(PC) 中，進而制備LED光源用聚碳酸酯光擴散板。通過對光擴散板的性能表征，探究了有機硅微球粒徑大小對光擴散板性能的影響。
1實驗部分
1.1 實驗原料
PC:01-11，折射率1.585，魯西石化;有機硅微球光擴散劑:粒徑分別為1、2、5、10μm，型號分別為ZY-100、ZY-200、ZY-500、ZY-1000，折射率為1.43，自制。
1.2 設備及儀器
電熱恒溫鼓風干燥箱:DHG 101-3，上虞市滬越儀器設備廠;同向雙螺桿擠出機:CTE35，南京科倍隆機械有限公司;注塑機:98F1V，東華機械;透光率/霧度測試:EEL68D，上海精密儀器有限公司;箱式電阻爐:SXL-1600，上海光學精密機械研究所;材料試驗機:AGS-J，日本島津公司;沖擊實驗機:XJU 系列，承德市金建檢測有限公司。
1.3 試樣制備
將純PC在120℃下干燥4h，利用雙螺桿擠出機，將不同粒徑的有機硅光擴散劑與PC熔融共混，制備光擴散劑質量分數為10%的光擴散母粒。再將制得的母粒與PC樹脂按一定比例混合后，加入注塑機，制備光擴散劑質量分數為2%的光擴散板。
1.4 性能測試
(1) 灼燒殘余測試
準確稱取一定量的光擴散母粒放入箱式電阻爐中，在600℃下灼燒4h 后取出稱量，從而確定灼燒殘余，其公式如下:實際含量=灼燒后的質量/灼燒前的質量×99%( 1)
(2) 透光率霧度測試
根據GB/T 2410—2008測得可見光波段下的光透率(T1) 以及光線偏離入射光線的光透過率(T2) ，并由此計算霧度，公式為:霧度=T2 /T1×99%( 2)
(3) 力學性能測試
拉伸測試按照GB/T 1040. 1—2006標準進行;缺口沖擊強度測試按照GB/T 1043—1993標準進行測試。
2結果與討論
2.1 光擴散母粒灼燒殘余試驗分析
表1為不同粒徑光擴散母粒灼燒殘余實驗數據。四種母粒ZY-100、ZY-200、ZY-500、ZY-1000中光擴散劑的含量分別為9.85%、9.73%、9.76%、9.58%，誤差范圍小于0.5%，實際含量均接近理論含量，這表明粒徑對母粒中光擴散劑的實際含量幾乎沒有影響。同時，該實驗還說明有機硅光擴散劑穩定性較好，在擠出加工過程中幾乎沒有損失。用這樣的光擴散母粒制備光擴散板，可確保PC光擴散板中的光擴散劑的實際含量接近理論含量，使實驗具有準確性。
表1不同粒徑光擴散母粒灼燒殘余試驗結果
2.2 有機硅光擴散劑粒徑對光擴散板光學性能的影響
2.2. 1 對透光率的影響
圖1為不同粒徑有機硅光擴散劑對PC光擴散板透光率的影響。由圖可知，隨著光擴散劑粒徑的增加，光擴散板的透光率不斷增大。使用粒徑為2μm的光擴散劑制備的光擴散板的透光率相較于1μm光散劑制備的光擴散板，透光率顯著提升。同時，隨著光擴散劑粒徑進一步增大時，光擴散板的透光率的提
升幅度有所放緩。
圖1不同粒徑有機硅光擴散劑對PC光擴散板透光率的影響 |
圖2不同粒徑有機硅光擴散劑對PC光擴散板霧度的影響 |
對于光擴散板的透光率隨著光擴散劑粒徑的增加而增大的現象，可以由如下理論做出解釋:實驗中所用的有機硅光擴散劑的粒徑為1～10μm，均大于可見光波長(380～780nm) ，因此可用Mie散射理論來解釋其對光的散射效應。根據Mie射理論［3，6］，當球形粒子均勻分散在樹脂基體中時，體系的散射光強
(即總透光率)與粒子粒徑以及粒子相對周圍介質折射率密切相關。在一定范圍內，粒徑越大，折射率差值越大，則試樣的散射光強越大。本實驗中均采用有
機硅光擴散劑，粒子相對周圍介質折射率相同，故透光率隨著粒徑的增大而逐漸增加。
2.2. 2 對霧度的影響
圖2為不同粒徑有機硅光擴散劑對PC光擴散板霧度的影響，隨著光擴散劑粒徑的增大，PC光擴散板的霧度逐漸減小，下降趨勢表現為先慢后快。當光擴散劑粒徑在2μm 及以下時，隨著粒徑的增加，光擴散板的霧度緩慢下降，當光擴散劑大于2μm 時，隨著粒徑的增加，光擴散板的霧度迅速下降。
圖3光線入射光擴散板折射示意圖 a有孔隙時折射示意圖b無孔隙時示意圖 |
圖4不同粒徑有機硅光擴散劑對PC光擴散板力學性能的影響 |
可由示意圖3解釋光擴散板霧度隨著光擴散劑粒徑的增大而減小的現象。根據圖3，光線入射PC光擴散板時，有兩種折射模式:當光擴散劑粒子與基體
之間存在孔隙時，以a模式進行折射;當孔隙減小直至消失時，以b模式進行折射。入射光線以a模式進行折射時，會發生3次折射:1) 進入PC基體時發
生折射;2) 在孔隙處發生折射;3) 與光擴散劑發生折射。入射光線以b模式進行折射時，會發生2次折射:1) 進入PC基體時發生折射;2) 與光擴散劑
發生折射。由霧度的定義，光線偏離入射光線的光透過率與透過材料的光通量之比的百分率可知，光線在光擴散板中折射的次數越多，則霧度越大。光擴散劑粒徑越大，其與基體之間的孔隙則越小，當粒徑增大時，折射模式由模式a向模式b轉變，折射次數隨之減少，于是霧度隨著粒徑的增大而減小。
2.3 有機硅光擴散劑粒徑對光擴散板力學性能的影響
圖4為不同粒徑有機硅光擴散劑對PC光擴散板力學性能的影響。由圖可知，隨著光擴散劑粒徑的增加，光擴散板的拉伸強度逐漸增大，但增長幅度較平緩。試樣的缺口沖擊強度在光擴散劑粒徑為2μm及以下時，幾乎保持不變，當粒徑繼續增加時，缺口沖擊強度快速降低。實際使用過程中要求光擴散板的拉
伸強度為50MPa 以上，缺口沖擊強度為60kJ /m2 以上，如圖4所示，由力學性能隨著粒徑增加的變化趨勢可知，使用粒徑為1μm和2μm的擴散劑制備的光擴散板能夠滿足力學性能的使用要求。
2.4 有機硅光擴散劑粒徑選取
在實際應用中，光擴散板不僅需要同時具有高透過率、高霧度，還需要具有一定的力學性能。結合前文結論，隨著有機硅光擴散劑粒徑的增大，光擴散板的透光率逐漸升高，而霧度逐漸降低，因此光擴散劑存在一粒徑可同時滿足高透過率、高霧度的要求。對于光擴散劑粒徑為2μm的試樣，其透光率相較于粒徑為1μm的試樣顯著提高，繼續增大粒徑，試樣透光率提升不明顯;同樣地，就霧度而言，粒徑為2μm的試樣，其霧度略微低于粒徑為1μm的試樣，繼續增大粒徑則試樣的霧度顯著下降，即使用粒徑為2μm填充光擴散劑填充光擴散板可以滿足既有高透光率又有高霧度的要求。同時，根據力學性能的結果，利用2μm的光擴散劑制備的光擴散板也能夠滿足力學性能的要求，故本實驗中光擴散劑的粒徑為2μm。
3結論
1)不同粒徑有機硅光擴散劑母粒的實際含量均接近理論含量，誤差范圍小于0.5%，粒徑對母粒中光擴散劑的實際含量幾乎沒有影響。
2)對于光擴散板的光學性能，隨著有機硅光擴散劑粒徑的增大，光擴散板的透光率逐漸升高，而霧度逐漸降低。
3)對于光擴散板的力學性能，隨著有機硅光擴散劑粒徑的增大，光擴散板的拉伸強度逐漸升高，而缺口沖擊強度逐漸降低。
4)本實驗中有機硅光擴散劑的粒徑為2μm，將此光擴散劑填充到光擴散板中，可使光擴散板同時具備高透光率、高霧度以及一定的力學性能，滿足實際使用的需要。
