Команды покупают “оптический силикон” так же, как и показатель прозрачности по техническим характеристикам. Пропускание света выше 91%, прозрачность как у воды, — готово. Первая отлитая партия выглядит идеально под светом верстака.
Затем появляется мутность. Партия, сошедшая с конвейера, оказывается слегка мутной в одной из полостей. Светодиодный компаунд, который при входном контроле был прозрачным, после 2000 часов работы при температуре перехода приобретает легкий желтоватый оттенок. В сертификате на материал ничего не изменилось. Прозрачность никогда не была фиксированным свойством смолы — она являлась результатом процесса отверждения, поддержания чистоты и старения детали.
Силикон оптического качества обеспечивает светопропускание >91% и регулируемый показатель преломления в диапазоне 1,40–1,55, а его главное преимущество — фототермическая стабильность: он устойчив к пожелтению, которое разрушает эпоксидную смолу и поликарбонат под воздействием тепла и синего/УФ-излучения. Но эта прозрачность — результат технологического процесса. Загрязнение, полнота отверждения, качество поверхности формы и наличие воздуха определяют, получите ли вы фактически указанный в техническом описании номер, а термическое старение — сохраните ли вы его. Именно здесь в ходе обсуждения в зале заседаний достигается и теряется ясность.
Управляющее резюме
- Ясность — это результат процесса, а не оценка, которую можно купить. Один и тот же оптический LSR-материал позволяет получать детали как прозрачные, так и мутные в зависимости от степени окисления, дегазации и качества обработки инструмента — смола задает верхний предел, а технологический процесс определяет результат.
- Настоящее оптическое преимущество силикона заключается во времени, а не в максимальной прозрачности. Пропускающая способность в нулевой день одинакова для всех герметизирующих материалов; расхождение проявляется после тысяч часов воздействия тепла и синего света, при этом силикон сохраняет свои свойства, а эпоксидная смола/поликарбонат желтеют.
- Показатель преломления — это не просто технический параметр, а инструмент проектирования. Содержание фенила повышает показатель преломления с ~1,41 до 1,55+; подбор его в соответствии с характеристиками светодиодного чипа и люминофора позволяет восстановить эффективность извлечения света, которая в противном случае была бы потеряна.
Более подробную информацию о взаимосвязи свойств материалов и оптических характеристик, лежащих в основе этих компромиссов, см. в разделе... Полное руководство по свойствам силикона.
Что на самом деле дает вам “оптическое качество”?
Оптический сорт — это совокупность свойств, каждое из которых измеряется по-разному и теряется по-разному в процессе производства. Он находится в более широком контексте. физические свойства силикона Обсуждение, но в случае оптических деталей мелкие технологические ошибки проявляются более заметно, чем в случае большинства формованных компонентов.
| Свойство | Диапазон оптического качества | Метод тестирования | Почему это важно |
|---|---|---|---|
| Светопропускание | >91% (видимый диапазон) | ASTM D1003 | Полное прохождение света через эту часть |
| Туман | <1–2% | ASTM D1003 | Рассейтесь; загрязнение территории убивает первым. |
| Показатель преломления | 1,40–1,55 | ASTM D542 | Извлечение света / Согласование показателя преломления |
| Индекс пожелтения | Низкий, стабильный уровень старения | ASTM E313 / D1925 | Изменение цвета под воздействием тепла и ультрафиолетового излучения с течением времени. |
Коэффициент пропускания и показатель преломления определяются химическими процессами: диметилсиликоны находятся вблизи низких значений показателя преломления, а фенильные группы повышают как показатель преломления, так и — в оптических составах — сохраняют прозрачность при высоких температурах. Помутнение и пожелтение, с другой стороны, — это показатели, которые определяются технологическим процессом и сроком службы.
Показатель преломления — это фактор, влияющий на формулу.
Показатель преломления — это тот параметр оптических свойств, который покупатели чаще всего считают фиксированным, хотя на самом деле он является инструментом. Стандартный показатель преломления диметилсиликона составляет около 1,41. Добавление фенильных групп увеличивает его до 1,50, 1,54 и выше.
Этот диапазон существует не просто так. При инкапсуляции светодиодов свет, выходящий из полупроводникового чипа с высоким показателем преломления, теряет эффективность на каждом интерфейсе, где показатель преломления резко падает; исследования оптического моделирования также рассматривают этот вопрос. показатель преломления инкапсулированного материала как прямая переменная, определяющая светоизвлечение.. Фенилсиликон с более высоким показателем преломления уменьшает это несоответствие и извлекает больше света из корпуса. Компромисс заключается в стоимости и сложности рецептуры, а высокофенильные марки ведут себя по-разному при отверждении и старении, поэтому показатель преломления не является легко регулируемым параметром. Что касается рецептуры, см., как добавки и технологические процессы могут повлиять на этот компромисс. модифицировать свойства силикона. Однако указание “прозрачного силикона” без целевого показателя преломления означает потерю светоотдачи, за которую и платили в процессе эксплуатации.
Где достигается или теряется ясность: процесс
Это та часть, которую невозможно описать в технических характеристиках, поскольку она возникает в процессе формования. Оптический силикон чрезвычайно чувствителен, и большинство дефектов прозрачности связаны с четырьмя этапами технологического процесса.
Отравление платиновым лекарством
Оптический силикон отверждается платиной — это необходимо, поскольку пероксидные системы оставляют побочные продукты и окрашивают материал. Платиновые катализаторы отравляются аминами, серой, оловом (включая остатки силикона, отверждаемого конденсацией), а также некоторыми пластмассами и клеями. Отравление приводит к образованию липкой, мутной поверхности или незатвердевшей пленки. Это наиболее распространенный оптический дефект, и обычно он возникает из-за загрязнения на предыдущем этапе производства — перчатки, разделительного агента, предыдущего цикла обработки на том же инструменте — а не из-за самой смолы. Также его сложнее всего диагностировать постфактум, поскольку сертификат на поступающий материал является чистым.
Захват воздуха и дегазация
Пузырьки и микропустоты рассеивают свет и воспринимаются непосредственно как дымка или видимые дефекты. Для оптического формования требуется вакуумная дегазация материала, а часто и использование вакуумной формы; профиль впрыска и вентиляция определяют, будет ли захваченный воздух виден в толстом участке линзы.
Отделка поверхности формы
Качество оптической детали зависит от прозрачности полости, из которой она изготовлена. Инструмент должен иметь полированную поверхность оптического качества (уровень SPI A или выше), а любые царапины, следы от инструмента или износ переносятся на поверхность детали в виде рассеянного света. Техническое обслуживание инструмента – это не просто косметический вопрос, а критическая характеристика.
Полнота отверждения и история термической обработки.
Недостаточное отверждение оставляет остаточную мутность и липкость поверхности; чрезмерное отверждение или неравномерный нагрев в толстых секциях могут привести к напряжению и изменению цвета. Толстые оптические секции отверждаются нелинейно — внешняя поверхность вулканизируется раньше сердцевины, и точкой обнаружения является проверка светопропускания/мутности на срезе детали, а не осмотр поверхности. Если терминология непонятна, в этом руководстве даются пояснения. отверждение против вулканизации в силиконе.
Практический контур управления работает последовательно: пропускание и дымка (ASTM D1003) на образцах деталей при контролируемом освещении, а также проверка отверждения. Изменение прозрачности в одной из полостей является ранним признаком загрязнения или износа инструмента, а не проблемой материала.
Пожелтение и термическое старение с течением времени
Именно здесь силикон проявляет свои лучшие качества, и это свойство зависит от времени, поэтому сравнение с нулевым днем его не учитывает.
Кремний-кислородная связь в основной цепи не поглощает видимый или ближний ультрафиолетовый свет, в отличие от ароматических и карбонильных групп в эпоксидных смолах и поликарбонате. Эта стабильность обусловлена теми же химическими процессами, которые рассматривались ранее. химические свойства силикона. Под воздействием мощного синего светодиода — высокой температуры перехода плюс высокого потока коротковолнового излучения — эпоксидные компаунды желтеют в течение сотен или нескольких тысяч часов, а поликарбонатная оптика мутнеет и желтеет под воздействием длительного УФ-излучения. Оптический силикон сохраняет свою светопропускаемость гораздо дольше при той же нагрузке; одно из исследований, находящихся в открытом доступе, посвящено этому вопросу. оптический силикон, подвергающийся воздействию агрессивных сред Была обнаружена высокая стабильность при воздействии УФ-излучения и синего света, в то время как воздействие тепла и солей приводило к более сильной деградации. К этому следует добавить более широкое применение полимера в условиях воздействия УФ-излучения и атмосферных явлений.
Важно отметить один нюанс: силикон тоже не застрахован от этого. При экстремально высоких температурах в месте соединения, в зависимости от содержания фенильных групп и добавок, пропускание света медленно снижается, и именно кривая имеет значение — два инкапсулятора, которые показывают одинаковые значения в нулевой час, могут отличаться на несколько процентов по пропусканию света и заметному индексу пожелтения к 3000 часу. Температурные исследования оптически прозрачных силиконовых инкапсуляторов показывают, что Воздействие тепла все еще может ухудшить оптическую пропускаемость., Поэтому указание сохраненной светопропускаемости после определенного протокола термического старения, а не исходной светопропускаемости, является единственным честным способом сравнения. Термическая составляющая напрямую связана с характеристиками материала при нагревании.
Границы приложений
Где сочетание оптики и стабилизации действительно приносит свои плоды:
- Мощные светодиоды в корпусе и линзах — Соответствие показателя преломления плюс устойчивость к пожелтению при температуре перехода
- Автомобильная светооптика — устойчивость к ультрафиолетовому излучению и высоким температурам с требованием сохранения прозрачности на протяжении всего срока службы автомобиля.
- Медицинские световоды и эндоскопическая оптика — Прозрачность, биосовместимость и возможность многократной стерилизации
Силикон не подходит в тех случаях, когда он не подходит: при необходимости требуется очень высокий показатель преломления, выходящий за пределы диапазона фенильных групп, или для создания жестких, высокоточных линз с высокой точностью фокусировки. Силикон — это эластомер, он гнется, и это исключает его использование в прецизионной жесткой оптике независимо от прозрачности; механические свойства силикона Объясните этот компромисс подробнее. В таких случаях в качестве основного материала используется стекло или твердый полимер, иногда с силиконовой вторичной оптикой.
Почему команды недооценивают это
Проблема возникает постоянно. Прозрачность рассматривается как число в технической документации на смолу, поэтому технологические параметры, которые фактически её обеспечивают — отравление отверждения, дегазация, качество обработки инструмента — никогда не попадают в спецификацию детали или в обсуждение с поставщиком. Когда появляется мутная или липкая партия, инстинктивно винят материал, хотя причина почти всегда кроется в загрязнении или обработке инструмента.
Вторая ошибка — это оценка герметизирующего материала по коэффициенту пропускания в нулевой день. Главная причина, по которой стоит платить за оптический силикон вместо эпоксидной смолы, — это кривая старения, и это преимущество незаметно при сравнении со свежей деталью. Команды, которые не указывают критерии приемлемости термического или УФ-старения, покупают долговечность силикона, не убедившись в этом на практике.
Третий недостаток — игнорирование показателя преломления и последующее недоумение по поводу того, почему световой поток оказался ниже, чем у оптической модели. Ни один из этих недостатков не является пробелом в компетенции — это разница между чтением спецификации полимерной смолы и контролем качества литой оптики.
Что мне нужно знать перед подтверждением оценки
Прежде чем я определюсь с оптическим сортом, системой отверждения и процессом формования, пришлите, пожалуйста:
- Целевое пропускание и важный диапазон длин волн
- Мишень с определенным показателем преломления или соответствующая система чип/люминофор
- Рабочая и пиковая/переходная температура, а также ожидаемое время работы.
- Воздействие УФ-излучения и любые критерии приемлемости старения/сохранения свойств.
- Геометрия детали, толщина самой толстой оптической секции и требования к поверхности/допуску.
- Любые вторичные материалы, клеи или разделительные составы, контактирующие с платиносодержащим отверждением, должны быть устранены до первого выстрела.
Имея эти данные, я могу сказать вам, подходит ли оптический материал диметилового или фенилового сплава, какие требования к чистоте и оснастке предъявляет деталь, и какой протокол старения должен предшествовать приемке. Без информации о температуре, количестве часов работы и контактирующих материалах, начальное значение коэффициента пропускания описывает новый образец, а не оптику, которую вы будете использовать.
