ポリカーボネートが LED 照明に好ましい素材である理由

ウィリアム・マーシャル、ミシガン州ミッドランド、スタイロン

ガラスと透明なプラスチック、特にアクリル樹脂は、照明業界でさまざまな美的および機能的な目的で長い間使用されてきました。業界の進化に伴い、発光ダイオード (LED) 照明はニッチな用途からより主流の商業用および住宅用へと移行しており、材料の特性とそれが提供する多用途性のため、プラスチック、特にポリカーボネートへの関心が高まっています。ポリカーボネートは現在、レンズ、光学部品、カバー、チャンネル レター、看板、グローブ、光拡散器など、LED 照明のさまざまな分野で使用されています。

点灯サインと懐中電灯は、LED 照明メーカーや成形業者が材料を選択する際に必要とする 2 つの特性を表しています。それは、優れた光透過率を実現する透明性と、表面に「ホット スポット」の痕跡が残らないように光源を均一に拡散できる材料です。

製品の機械的完全性と耐久性は、業界がポリカーボネートに注目するきっかけとなった品質です。耐熱性や透明性などのポリカーボネートの特定の機能は、LED 照明業界において重要です。しかし、LED 光源は製造コストが比較的高く、寿命が最大 10 年であるため、メーカーや設計者は、高価な光源を保護するために、ライト レンズまたはカバーに使用される材料が LED 光源の寿命と同じ期間耐えられるかどうかを主に懸念しています。

ISO 180/A (厚さ 2mm の試験片) を使用した Styron 試験に基づいています。完全なプロトコルと結果はリクエストに応じて入手可能です。

この記事では、LED 照明ソリューションで使用する材料を選択する際の重要な考慮事項について説明します。ポリカーボネートの利点と、メーカーや成形業者が同様にポリカーボネートが LED 照明で使用するのに理想的な選択肢であると考える理由に焦点を当てています。

ポリカーボネートを選択するときは、何よりもまず用途を考慮する必要があります。ポリカーボネートはどのように使われるのでしょうか？ソースはどのように保管されますか?今日、LED 光源の用途はほぼ無限にあります。 LED ライトは、店頭の看板やチャンネル文字、交通信号機、埋め込み型ダウンライト、タスクライト、小売店や冷蔵ディスプレイ、街路灯やエリアライト、LCD TV ディスプレイやモニター、モバイル機器、その他多くの用途で見られます。これらのさまざまな用途向けにカバー、レンズ、または光学部品を設計するときは、耐久性、光学特性、熱安定性、耐発火性、設計の柔軟性、UV 安定性といった材料の機能を考慮する必要があります。 LED光源の環境は何ですか?どのような要素に耐える必要がありますか?これらはその他の考慮事項です。

耐久性

耐久性は、特に屋外での光源保護の出発点です。必要なのは丈夫な素材です。固体半導体である LED 光源自体は、従来の白熱光源よりもはるかに堅牢な製品であるため、光源をカバーするために使用される材料は、少なくとも同等の弾力性を備えている必要があります。

ポリカーボネートは他の素材に比べて耐衝撃性に優れ、破損しにくい素材です。広い温度範囲においても優れた靭性を発揮します。ポリカーボネートは防弾盾や暴動盾、航空機のキャノピー、ハリケーンパネルなどに使用されており、多大な衝撃に耐えることができます。一般に、ポリカーボネート樹脂はアクリルの 10 倍、ガラスの最大 30 倍の耐衝撃性があります。

ポリカーボネートはこの優れた靭性により、材料を形状に切断する際に割れたり欠けたりしにくく、加工が容易です。多くの用途では、ポリカーボネートを使用すると、他の材料と比較して製造部品の厚さをダウンゲージしたり、薄くしたりすることができます。これにより、部品重量と材料コストが削減され、使用される製品と必要なエネルギー量が削減されるため、より環境に優しいソリューションが提供されます。

光学特性

ASTM D 1003 を使用した Stryon 試験に基づいています。完全なプロトコルと結果はご要望に応じて入手可能です。

LED は非常に明るい単一方向の光源となる可能性があり、メーカーは最大の明るさのために光が表面を通して直接輝くことを可能にする材料、またはより拡散効果を得るために光源の痕跡がなく均一な配光を提供する材料を必要としています。光拡散のための材料添加剤は光透過に影響を与える可能性があり、またその逆も同様であるため、特性を調整するには慎重なバランスが必要となることがよくあります。

次の方法を使用した Stryon テストに基づく:Vicat 軟化点、ISO 306B (B/50)。熱たわみ温度 (HDT)、ISO 75 (1.82 MPa、焼きなましなし)。メルトマスフローレート (MFR)、ISO 1133 (300°C/1.2 kg)。完全なプロトコルと結果はリクエストに応じて入手可能です。

LED 光源を覆うことで、透過または拡散される光の量が調整されます。お客様は、可能な限り最適な光透過を確保するために、高い透明度と非常に高純度の材料を求めています。用途によっては、メーカーは配光の均一性にも関心を持っています。

ポリカーボネートは、配合プロセスを通じて用途の特定のニーズに合わせて調整できます。透明なポリカーボネート樹脂では、90 パーセントを超える光透過率を達成できます。光拡散添加剤を含むポリカーボネート樹脂の場合、明るい LED 光源を隠しながら部品の表面全体で優れた光の均一性を実現でき、「ホットスポット」を排除できます。

熱安定性

照明用途では熱が発生するため、材料と光源の近さによって必要な熱特性が決まります。 LED ライトはエネルギー効率が非常に高いですが、特に高出力 LED 光源の場合、動作温度が 80 ～ 110 °C に達する可能性があるため、依然として熱を発生します。 LED 光源に密着させる必要がある光学およびレンズの用途には、優れた熱安定性を備えた材料が必要です。

ポリカーボネート樹脂はアクリル樹脂に比べて優れた熱安定性を備えており、最大 120 °C の連続使用温度で使用できます。

発火耐性

耐発火性または難燃性の要件は、器具の動作温度と、光源からの拡散媒体またはカバーの距離によって異なります。ポリカーボネート樹脂は、高出力LED光源に優れた耐発火性を提供します。 UL 94 HB および V-2 可燃性要件を必要とするクラス 2 照明器具などの低電圧用途の場合、レンズ、カバー、および光学部品の材料として、ポリカーボネート、アクリル、およびスチレン-アクリロニトリル樹脂 (SAN) などのスチレン系樹脂を検討できます。クラス 1 照明器具など、より要求の厳しい LED 照明用途の場合、光学部品とレンズの材料要件は UL V-0@1.5 ～ 2.0 mm の厚さです。

ポリカーボネートは、これらの要求の厳しい用途に必要な光透過性、熱安定性、耐発火性を手頃な価格で提供する唯一の透明プラスチック樹脂の 1 つです。

設計の柔軟性

LED 照明の利点の 1 つは、メーカーが製品設計において創造性を発揮できる自由度を提供することです。従来の白熱照明とは異なり、照明業界はもはや美的構成に制限されません。 LED 光源のハウジングまたはカバーに使用されるプラスチック材料は、射出成形およびシート押出/熱成形プロセスを通じて樹脂/材料を成形することにより、無数の形状とサイズに成形できます。

ポリカーボネートは、特定の加工要件に合わせて利用できる幅広い製品でこの加工性オプションを提供します。さらに、ポリカーボネートは相対的に強度が高いため、部品の軽量化により重量、エネルギー、コストを削減できます。

紫外線安定性

光源にさらされると、材料の特性が損なわれる可能性があります。 LED 環境では、この暴露は LED 光源自体と太陽の自然光の 2 つの方向から発生する可能性があります。この継続的な暴露により、時間の経過とともに特性が劣化する可能性があります。このため、LED アプリケーションに適切な材料を選択すること、および材料を配合する際に製品を適切に UV 安定化してこの現象の影響を最小限に抑えることが特に重要になります。

ポリカーボネートは、押出製品の添加剤や層状フィルムなど、これを実現するための多くの方法を提供します。

材料の選択は複雑であり、LED 照明アプリケーションに適切なソリューションを確実に提供するには、多くの要素を考慮する必要があります。ポリカーボネートは、LED 照明業界の最も困難な課題のいくつかに効果的に対処しているため、主要な材料の選択肢です。材料の多用途性と特性をカスタム調整できるため、メーカーや成形業者のニーズに非常によく適合します。

会社について

Styron は、原料、事業、顧客、エンドユーザーを共有するプラスチック、ゴム、ラテックス事業を統合した製品ポートフォリオを持つ世界的な材料会社です。同社は、家電製品、自動車、建築および建設、カーペット、商業輸送、家庭用電化製品、消費財、電気および照明、医療、包装、紙および板紙、ゴム製品、タイヤなどの業界に持続可能なソリューションを提供しています。同社は、2011 年後半に社名を Trinseo に変更する計画を発表しました。