高分子材料的光学性能

1、精选ppt第第9章章 高分子材料的光学性能高分子材料的光学性能精选ppt第一节第一节 光通过介质的现象光通过介质的现象一一.折射折射 1折射率的定义折射率的定义 1）定义）定义 光是具有一定波长的电磁波，光的折射可理解为光在介质光是具有一定波长的电磁波，光的折射可理解为光在介质中传播速度的降低而产生的（以真空中的光速为基础）。中传播速度的降低而产生的（以真空中的光速为基础）。 当光从真空进入较致密的材料时当光从真空进入较致密的材料时,其速度是降低的。折射率其速度是降低的。折射率定义为：光在真空和材料中的速度之比。定义为：光在真空和材料中的速度之比。 即：即： cn材料真空精选ppt2）绝对折射

2、率与相对折射率）绝对折射率与相对折射率 （1）绝对折射率）绝对折射率 材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。 一般将真空中的折射率定为一般将真空中的折射率定为1。 （2）相对折射率）相对折射率 由于在实际工作中使用绝对折射率不方便，因此使用相由于在实际工作中使用绝对折射率不方便，因此使用相对折射率的概念。对折射率的概念。 相对于空气的折射率称为相对折射率：材料相对于空气相对于空气的折射率称为相对折射率：材料相对于空气的折射率称为相对折射率：的折射率称为相对折射率：n=va/v材料材料 精选ppt2两种材料间的相对折射率两种材料间的相对折射率 如果光从材

3、料如果光从材料1，通过界面传入材料，通过界面传入材料2时，与界面法向所时，与界面法向所形成的入射角形成的入射角i1、折射角、折射角i2与两种材料的折射率与两种材料的折射率n1和和n2现有下现有下述关系述关系:21211221sinsinnnnii式中：式中：v1及及v2分别表示光在材料分别表示光在材料l及及2中的传播速度，中的传播速度，n21为材料为材料2相对于材料相对于材料l的相对折射率。的相对折射率。材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比，材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比，折射率较大者，光的传播速度较慢。材料的折射率永远是大于折射率较大者，

4、光的传播速度较慢。材料的折射率永远是大于l的正数。的正数。如空气的如空气的n =1.0003，固体氧化物，固体氧化物n=1.32.7，硅酸盐玻璃，硅酸盐玻璃n=1.51.9，树脂：树脂：1.3-1.7精选ppt（1）折射率与极化率的关系）折射率与极化率的关系 当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时，辐射的极化当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时，辐射的极化电场引起其中带电的结构单元周期性的位移，辐射导致该材料的宏观电场引起其中带电的结构单元周期性的位移，辐射导致该材料的宏观极化。在可见光的频率范围内仅出现电子极化。由于光的传播与介质极化。在可见光的频率范围内仅出现电子极化。由于光

5、的传播与介质的极化有关，因此介质对光波场的响应可用宏观物理量的极化有关，因此介质对光波场的响应可用宏观物理量-极化率或极化率或介电常数来描述。光波除了与材料中的电结构作用外，还与磁结构作介电常数来描述。光波除了与材料中的电结构作用外，还与磁结构作用。正是因为材料的极化和磁化作用，用。正是因为材料的极化和磁化作用，“拖住拖住”了电磁波的步伐，使了电磁波的步伐，使电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论，光在介质中的电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论，光在介质中的传播速度应为：传播速度应为：cv式中：式中：c为真空中的光速，为真空中的光速，为介质的介电常数，为介质的介电常数，为介

6、质的导磁率。对于非磁性为介质的导磁率。对于非磁性材料，材料， 1。在下面讨论中，介质材料一般都是非磁性材料。在下面讨论中，介质材料一般都是非磁性材料。 3影响折射率的因素影响折射率的因素精选pptccvcn材料n 该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观量介电常数来影响光在材料中的传播速度。量介电常数来影响光在材料中的传播速度。 精选ppt（2）折射率与离子

7、半径的关系）折射率与离子半径的关系 当离子半径增大时，其当离子半径增大时，其增大，因而增大，因而n也随之增也随之增大。因此，可以用大离子得到高折射率的材料，大。因此，可以用大离子得到高折射率的材料，如如PbS的的n=3.912，用小离子得到低折射率的材，用小离子得到低折射率的材料，如料，如SiCl4的的n=1.412。 精选ppt（3）折射率与摩尔折光度、分子体积的关系）折射率与摩尔折光度、分子体积的关系 折射率与材料介质摩尔折射度成正比，与分子体积成反比；而摩折射率与材料介质摩尔折射度成正比，与分子体积成反比；而摩尔折射度与介质极化率成正比，所以要提高折射率，要求材料具有大尔折射度与介质极化

8、率成正比，所以要提高折射率，要求材料具有大的极化率和小的分子体积。的极化率和小的分子体积。摩尔折射度摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分子中电子是由于在光的照射下分子中电子(主要是价电子主要是价电子)云相对于分子骨架的相对运动的云相对于分子骨架的相对运动的结果。这种把光学折射与化学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。文献中有多种定义。结果。这种把光学折射与化学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。文献中有多种定义。精选ppt精选ppt精选ppt精选ppt可以看出，具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率；含有相同碳数可以看出，具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率；含有相同

9、碳数的碳氢基团，折射率按支化链的碳氢基团，折射率按支化链直链直链脂环脂环均聚PP嵌段共聚PP。 b、对PE而言，三种不同品种的光泽度大小如下： LDPELLDPEHDPE c、对PVC而言，乳液法PVC树脂比悬浮法PVC树脂的光泽度高。 d、对于PS树脂而言，高抗冲聚笨乙烯（HIPS）的光泽度大于通用聚苯乙烯（GPPS）树脂的特性精选ppt 对同一种树脂而言，其具体特性不同，光泽度也不相对同一种树脂而言，其具体特性不同，光泽度也不相同，在树脂的特性中对光泽度有影响的特性主要有如下几同，在树脂的特性中对光泽度有影响的特性主要有如下几种。种。 a、熔体流动速率、熔体流动速率(MFR)一般越大，其相

10、应制品的光泽一般越大，其相应制品的光泽度越大。度越大。 b、分子量的影响、分子量的影响 分子量的影响主要体现在分子量分分子量的影响主要体现在分子量分布宽度上。分子量分布越宽，其相应制品的光泽度下降。布宽度上。分子量分布越宽，其相应制品的光泽度下降。 c、吸水率的影响、吸水率的影响 吸水率高的树脂，对其相应制品的吸水率高的树脂，对其相应制品的光泽度影响较大。如分子中含有酯基（光泽度影响较大。如分子中含有酯基（-COOR）及酞胺）及酞胺基（基（-CONH2）的）的PA、PI、PSF及及PC等，如不进行干燥等，如不进行干燥或干燥不彻底，会在制品表面产出水波纹、气泡、银丝、或干燥不彻底，会在制品表面产

11、出水波纹、气泡、银丝、斑纹、毛疵等，从而使衣面光泽度大大下降。斑纹、毛疵等，从而使衣面光泽度大大下降。精选ppt2）添加剂的选择）添加剂的选择 在所有的塑料用添加剂中，对光泽度影响最大的为填料；在所有的塑料用添加剂中，对光泽度影响最大的为填料；其次还有增塑剂、稳定剂及阻燃剂等，但影响较小。其次还有增塑剂、稳定剂及阻燃剂等，但影响较小。填料对光泽度的影响可分为如下几个方面填料对光泽度的影响可分为如下几个方面: a、填料的品种、填料的品种 不同填料品种对光泽度的影响不同。不同填料品种对光泽度的影响不同。除玻璃微珠外几乎所有的填料都会使填充制品的光泽度下除玻璃微珠外几乎所有的填料都会使填充制品的光泽

12、度下降，只是下降幅度不同而已。降，只是下降幅度不同而已。 几种填料对填充制品光泽几种填料对填充制品光泽度影响大小次序如下：金属盐度影响大小次序如下：金属盐玻璃纤维玻璃纤维滑石粉滑石粉云母云母 b、填料的形状、填料的形状 填料粒子的微观形状不同，对填充制填料粒子的微观形状不同，对填充制品光泽度的影响也不同，其影响大小的次序为：品光泽度的影响也不同，其影响大小的次序为： 球状球状粒粒状状针状针状片状片状精选pptc、填料的粒度、填料的粒度 填料的粒度越小，填抖制品的光泽度下降幅度填料的粒度越小，填抖制品的光泽度下降幅度小。另外，填料粒度的分布宽度大小不同，对填小。另外，填料粒度的分布宽度大小不同，

13、对填充制品的光泽度影响也不同。其影响规律为：填充制品的光泽度影响也不同。其影响规律为：填料粒度分布越宽，填充制品的表面光泽度越低。料粒度分布越宽，填充制品的表面光泽度越低。这主要是因为填料的粒度范围相差越大，填充制这主要是因为填料的粒度范围相差越大，填充制品的表面越凸凹不平，入射光越易产生漫反射现品的表面越凸凹不平，入射光越易产生漫反射现象。象。d、填料的填充量、填料的填充量 填料的填充增大，填充制品填料的填充增大，填充制品的表面光泽度降低。以的表面光泽度降低。以CaCO3填充填充PP 体系为例，体系为例，当当CaCO3填充量为填充量为5%时，填充制品的表面光泽度时，填充制品的表面光泽度为为5

14、0%。当。当CaCO3填充量为填充量为15%时，填充品的光时，填充品的光泽度则下降为泽度则下降为32%。 精选ppt 具体方法：除了原料的合理选取外，还有添加增亮的方法、共混增亮方法、形态控制增亮方法、成型设备光洁度的控制、二次加工增亮方法及表面涂层增亮方法等。精选ppt（2）塑料消光 塑料消光方法与增亮方法正好相反，其改性目的是降低塑料的表面光泽。一般要使其光泽度下降到15以下，才可称其为消光表面。 选择合适的树脂与填料；添加消光剂，如无定型二氧化硅；提高模具的表面粗糙度；塑料表面涂层固体微粒；塑料表面机械消光精选ppt第四节第四节 塑料的颜色塑料的颜色 一着色的原因一着色的原因 显色的原因

15、是由于着色剂对光的选择性吸显色的原因是由于着色剂对光的选择性吸收而引起选择性反射或选择性透射，从而显收而引起选择性反射或选择性透射，从而显现颜色。现颜色。 从本质上说，某种物质对光的选择性吸收，从本质上说，某种物质对光的选择性吸收，是吸收了连续光谱中特定波长的光量子，以是吸收了连续光谱中特定波长的光量子，以激发吸收物质本身原子的电子跃迁。激发吸收物质本身原子的电子跃迁。精选ppt 热塑性塑料原料大部分是透明或呈乳白色，而精密塑件常常对颜色提出各种要求，光学仪器中的零件需要黑色以防止漏光和消除杂散光，外观零件常根据设计需要而使用不同的颜色。所以在塑料制品的加工之前需要进行染色，即在塑料中配以不同

16、分量的染料进行比例混合。精选ppt二二. 色母粒色母粒 色母粒又名色种，色母（Color Master Batch）是一种新型高分子材料专用着色剂，亦称颜料制备物（Pigment Preparation）。它由颜料或染料、载体和添加剂三种基本要素所组成，是把超常量的颜料或染料均匀地载附于树脂之中而得到的聚集体，可称颜料浓缩物（Pigment Concentration），所以它的着色力高于颜料本身。简单一点说色母是一种把超常量的颜料或染料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体。精选ppt色母的基本成分为：色母的基本成分为： 1.颜料或染料颜料或染料 颜料又分为有机颜料与无机颜料颜料又分为有机颜料与无

17、机颜料 常用的有机颜料有：酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、耐晒大常用的有机颜料有：酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、耐晒大红、大分子红、大分子黄、永固黄、永固紫、偶氮红等红、大分子红、大分子黄、永固黄、永固紫、偶氮红等 常用的无机颜料有：镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化常用的无机颜料有：镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄等铁红、氧化铁黄等精选ppt2.载体载体 是色母粒的基体。专用色母一般选择与制品树脂相同的树脂作为载体，是色母粒的基体。专用色母一般选择与制品树脂相同的树脂作为载体，两者的相容性最好，但同时也要考虑载体的流动性。两者的相容性最好，但同时也要考虑载体的流动性。 3.分散剂分散剂 促使颜料均

18、匀分散并不再凝聚，分散剂的熔点应比树脂低，与树脂有良促使颜料均匀分散并不再凝聚，分散剂的熔点应比树脂低，与树脂有良好的相容性，和颜料有较好的亲和力。最常用的分散剂为：聚乙烯低好的相容性，和颜料有较好的亲和力。最常用的分散剂为：聚乙烯低分子蜡、硬脂酸盐。分子蜡、硬脂酸盐。 4.添加剂添加剂 如阻燃、增亮、抗菌、抗静电、抗氧化等品种，除非客户提出要求，如阻燃、增亮、抗菌、抗静电、抗氧化等品种，除非客户提出要求，一般情况下色母中并不含有上述添加剂。一般情况下色母中并不含有上述添加剂。精选ppt着色剂主要分颜料和染料两种。颜料是不能溶于普通溶剂的着色剂，故要获得理想的着色剂主要分颜料和染料两种。颜料是

19、不能溶于普通溶剂的着色剂，故要获得理想的着色性能，需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。按结构可分为有机颜料和无机着色性能，需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。按结构可分为有机颜料和无机颜料。无机颜料热稳定性、光稳定性优良，价格低，但着色力相对差，相对密度大；颜料。无机颜料热稳定性、光稳定性优良，价格低，但着色力相对差，相对密度大；有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小，缺点为耐热性、耐候性和遮有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小，缺点为耐热性、耐候性和遮盖力方面不如无机颜料。染料是可用于大多数溶剂和被染色塑料的有机化合物、优点盖力方面不如无机颜料。染料是可用于大多数溶

20、剂和被染色塑料的有机化合物、优点为密度小、着色力高、透明度好，但其一般分子结构小，着色时易发生迁移。为密度小、着色力高、透明度好，但其一般分子结构小，着色时易发生迁移。 白色颜料主要有钛白粉、氧化锌、锌钡白三种。钛白粉分金红石型和锐钛型两种白色颜料主要有钛白粉、氧化锌、锌钡白三种。钛白粉分金红石型和锐钛型两种结构，金红石型钛白粉折射率高、遮盖力高、稳定、耐候性好。结构，金红石型钛白粉折射率高、遮盖力高、稳定、耐候性好。 炭黑是常用黑色颜料，价格便宜，另外还具有对塑料的紫外线保护（抗老化）作炭黑是常用黑色颜料，价格便宜，另外还具有对塑料的紫外线保护（抗老化）作用和导电作用，不同生产工艺可以得到粒径范围极广的各种不同炭黑，性质差别也很用和导电作用，不同生产工艺可以得到粒径范围极广的各种不同炭黑，性质差别也很大。炭黑按用途分有色素炭黑和橡胶补强用炭黑，色素炭黑按其着色能力又分为高色大。炭黑按用途分有色素炭黑和橡胶补强用炭黑，色素炭黑按其着色能力又分为高色素炭黑、中