《高分子材料的光学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分子材料的光学性能（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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第一第一节节光通光通过过介介质质的的现现象象一一.折射折射1折射率的定折射率的定义义1）定）定义义光是具有一定波光是具有一定波长长的的电电磁波，光的折射可理解磁波，光的折射可理解为为光在介光在介质质中中传传播速度的降低而播速度的降低而产产生的（以真空中的光速生的（以真空中的光速为为基基础础）。）。当光从真空当光从真空进进入入较较致密的材料致密的材料时时,其速度是降低的。折射率其速度是降低的。折射率定定义为义为：光在真空和材料中的速度之比。：光在真空和材料中的速度之比。即：即：精选ppt2）绝对绝对折射率与相折射率与相对对折射率折射率（
2、1）绝对绝对折射率折射率材料相材料相对对于真空中的折射率称于真空中的折射率称为绝对为绝对折射率。折射率。一般将真空中的折射率定一般将真空中的折射率定为为1。（2）相）相对对折射率折射率由于在由于在实际实际工作中使用工作中使用绝对绝对折射率不方便，因此使用相折射率不方便，因此使用相对对折射率的概念。折射率的概念。相相对对于空气的折射率称于空气的折射率称为为相相对对折射率：材料相折射率：材料相对对于空气于空气的折射率称的折射率称为为相相对对折射率：折射率：n=va/v材料材料精选ppt2两种材料两种材料间间的相的相对对折射率折射率如果光从材料如果光从材料1，通，通过过界面界面传传入材料入材料2时时
3、，与界面法向所，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现现有下有下述关系述关系:式中：式中：v1及及v2分分别别表示光在材料表示光在材料l及及2中的中的传传播速度，播速度，n21为为材料材料2相相对对于材料于材料l的相的相对对折射率。折射率。材料的折射率反映了光在材料的折射率反映了光在该该材料中材料中传传播速度的快慢。两种折射率相比，播速度的快慢。两种折射率相比，折射率折射率较较大者，光的大者，光的传传播速度播速度较较慢。材料的折射率永慢。材料的折射率永远远是大于是大于l的正数。的正数。如空气的如空气的n=1.0003，固体
4、氧化物，固体氧化物n=1.32.7，硅酸，硅酸盐盐玻璃玻璃n=1.51.9，树树脂：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当一种介质质材料置于可材料置于可见见光范光范围围的的电电磁磁辐辐射射场场中中时时，辐辐射的极化射的极化电场电场引起其中引起其中带电带电的的结结构构单单元周期性的位移，元周期性的位移，辐辐射射导导致致该该材料的宏材料的宏观观极化。在可极化。在可见见光的光的频频率范率范围围内内仅仅出出现电现电子极化。由于光的子极化。由于光的传传播与介播与介质质的极化有关，因此介的极化有关，因此介质对质对光波光波场场的响的响应应可用宏可用宏观观物理量
5、物理量-极化率或极化率或介介电电常数来描述。光波除了与材料中的常数来描述。光波除了与材料中的电结电结构作用外，构作用外，还还与磁与磁结结构作构作用。正是因用。正是因为为材料的极化和磁化作用，材料的极化和磁化作用，“拖住拖住”了了电电磁波的步伐，使磁波的步伐，使电电磁波的磁波的传传播速度播速度变变慢。根据麦克斯威慢。根据麦克斯威尔尔电电磁波理磁波理论论，光在介，光在介质质中的中的传传播速度播速度应为应为：式中：式中：c为为真空中的光速，真空中的光速，为为介介质质的介的介电电常数，常数，为为介介质质的的导导磁率。磁率。对对于非磁性于非磁性材料，材料， 1。在下面。在下面讨论讨论中，介中，介质质材料
6、一般都是非磁性材料。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ppt该该式反映了光的折射率和材料的介式反映了光的折射率和材料的介电电常数的关系。材料的极化性常数的关系。材料的极化性质质与构成材料原与构成材料原子的原子量、子的原子量、电电子分布情况、化学性子分布情况、化学性质质等微等微观观因素有关。因素有关。这这些微些微观观因素通因素通过过宏宏观观量介量介电电常数来影响光在材料中的常数来影响光在材料中的传传播速度。播速度。精选ppt（2）折射率与离子半径的关系）折射率与离子半径的关系当离子半径增大当离子半径增大时时，其，其增大，因而增大，因而n也随之增也随之增大。因此，可以用
7、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料，用小离子得到低折射率的材料，如如SiCl4的的n=1.412。精选ppt（3）折射率与摩）折射率与摩尔尔折光度、分子体折光度、分子体积积的关系的关系折射率与材料介折射率与材料介质质摩摩尔尔折射度成正比，与分子体折射度成正比，与分子体积积成反比；而摩成反比；而摩尔尔折射度与介折射度与介质质极化率成正比，所以要提高折射率，要求材料具有大极化率成正比，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的极化率和小的分子体积积。摩摩尔尔折射度折射度(R)是由于在光的照射下分子
8、中是由于在光的照射下分子中电电子子(主要是价主要是价电电子子)云相云相对对于分子骨架的相于分子骨架的相对对运运动动的的结结果。果。这这种把光学折射与化学种把光学折射与化学结结构构联联系起来的可加量叫做摩系起来的可加量叫做摩尔尔折射度。文献中有多种定折射度。文献中有多种定义义。精选ppt精选ppt精选ppt精选ppt可以看出，具有可以看出，具有较较大极化率和大极化率和较较小分子体小分子体积积的苯的苯环环具有具有较较高的折射率；含有相同碳数高的折射率；含有相同碳数的碳的碳氢氢基基团团，折射率按支化，折射率按支化链链直直链链脂脂环环均聚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：
9、LDPELLDPEHDPEc、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对对同一种同一种树树脂而言，其具体特性不同，光脂而言，其具体特性不同，光泽泽度也不相度也不相同，在同，在树树脂的特性中脂的特性中对对光光泽泽度有影响的特性主要有如下几度有影响的特性主要有如下几种。种。a、熔体流、熔体流动动速率速率(MFR)一般越大，其相一般越大，其相应应制品的光制品的光泽泽度越大。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分子量的影响主要体现现在分子量分在分子量分布布宽宽
10、度上。分子量分布越度上。分子量分布越宽宽，其相，其相应应制品的光制品的光泽泽度下降。度下降。c、吸水率的影响、吸水率的影响吸水率高的吸水率高的树树脂，脂，对对其相其相应应制品的制品的光光泽泽度影响度影响较较大。如分子中含有大。如分子中含有酯酯基（基（-COOR）及）及酞酞胺胺基（基（-CONH2）的）的PA、PI、PSF及及PC等，如不等，如不进进行干燥行干燥或干燥不或干燥不彻彻底，会在制品表面底，会在制品表面产产出水波出水波纹纹、气泡、气泡、银丝银丝、斑斑纹纹、毛疵等，从而使衣面光、毛疵等，从而使衣面光泽泽度大大下降。度大大下降。精选ppt2）添加）添加剂剂的的选择选择在所有的塑料用添加在所
11、有的塑料用添加剂剂中，中，对对光光泽泽度影响最大的度影响最大的为为填料；填料；其次其次还还有增塑有增塑剂剂、稳稳定定剂剂及阻燃及阻燃剂剂等，但影响等，但影响较较小。小。填料填料对对光光泽泽度的影响可分度的影响可分为为如下几个方面如下几个方面:a、填料的品种、填料的品种不同填料品种不同填料品种对对光光泽泽度的影响不同。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除玻璃微珠外几乎所有的填料都会使填充制品的光泽泽度下度下降，只是下降幅度不同而已。降，只是下降幅度不同而已。几种填料几种填料对对填充制品光填充制品光泽泽度度影响大小次序如下：金属影响大小次序如下：金属盐盐玻璃玻璃纤维纤维滑石
12、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填料粒子的微观观形状不同，形状不同，对对填充制品填充制品光光泽泽度的影响也不同，其影响大小的次序度的影响也不同，其影响大小的次序为为：球状球状粒状粒状针针状状片状片状精选pptc、填料的粒度、填料的粒度填料的粒度越小，填抖制品的光填料的粒度越小，填抖制品的光泽泽度下降幅度度下降幅度小。另外，填料粒度的分布小。另外，填料粒度的分布宽宽度大小不同，度大小不同，对对填填充制品的光充制品的光泽泽度影响也不同。其影响度影响也不同。其影响规规律律为为：填：填料粒度分布越料粒度分布越宽宽，填充制品的表面光，填充制品的表面光泽泽度越低。度越低。这这主要是因
13、主要是因为为填料的粒度范填料的粒度范围围相差越大，填充制相差越大，填充制品的表面越凸凹不平，入射光越易品的表面越凸凹不平，入射光越易产产生漫反射生漫反射现现象。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，填充制品的表面光的表面光泽泽度降低。以度降低。以CaCO3填充填充PP体系体系为为例，例，当当CaCO3填充量填充量为为5%时时，填充制品的表面光，填充制品的表面光泽泽度度为为50%。当。当CaCO3填充量填充量为为15%时时，填充品的光，填充品的光泽泽度度则则下降下降为为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
14、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第四第四节节塑料的塑料的颜颜色色一着色的原因一着色的原因显显色的原因是由于着色色的原因是由于着色剂对剂对光的光的选择选择性吸性吸收而引起收而引起选择选择性反射或性反射或选择选择性透射，从而性透射，从而显显现颜现颜色。色。从本从本质质上上说说，某种物，某种物质对质对光的
15、光的选择选择性吸收，性吸收，是吸收了是吸收了连续连续光光谱谱中特定波中特定波长长的光量子，以的光量子，以激激发发吸收物吸收物质质本身原子的本身原子的电电子子跃跃迁。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（ColorMasterBatch）是一种新型高分子材料专用着色剂，亦称颜料制备物（PigmentPreparation）。它由颜料或
16、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（PigmentConcentration），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色母的基本成分色母的基本成分为为：1.颜颜料或染料料或染料颜颜料又分料又分为为有机有机颜颜料与无机料与无机颜颜料料常用的有机常用的有机颜颜料有：料有：酞酞菁菁红红、酞酞菁菁蓝蓝、酞酞菁菁绿绿、耐晒大、耐晒大红红、大分子、大分子红红、大分子黄、永固黄、永固紫、偶氮、大分子黄、永固黄、永固紫、偶氮红红等等常用的无机常用的无机颜颜料有：
17、料有：镉红镉红、镉镉黄、黄、钛钛白粉、炭黑、氧化白粉、炭黑、氧化铁红铁红、氧化、氧化铁铁黄等黄等精选ppt2.载载体体是色母粒的基体。是色母粒的基体。专专用色母一般用色母一般选择选择与制品与制品树树脂相同的脂相同的树树脂作脂作为载为载体，体，两者的相容性最好，但同两者的相容性最好，但同时时也要考也要考虑载虑载体的流体的流动动性。性。3.分散分散剂剂促使促使颜颜料均匀分散并不再凝聚，分散料均匀分散并不再凝聚，分散剂剂的熔点的熔点应应比比树树脂低，与脂低，与树树脂有良脂有良好的相容性，和好的相容性，和颜颜料有料有较较好的好的亲亲和力。最常用的分散和力。最常用的分散剂为剂为：聚乙：聚乙烯烯低低分子蜡
18、、硬脂酸分子蜡、硬脂酸盐盐。4.添加添加剂剂如阻燃、增亮、抗菌、抗静如阻燃、增亮、抗菌、抗静电电、抗氧化等品种，除非客、抗氧化等品种，除非客户户提出要求，提出要求，一般情况下色母中并不含有上述添加一般情况下色母中并不含有上述添加剂剂。精选ppt着色着色剂剂主要分主要分颜颜料和染料两种。料和染料两种。颜颜料是不能溶于普通溶料是不能溶于普通溶剂剂的着色的着色剂剂，故要，故要获获得理想的得理想的着色性能，需要用机械方法将着色性能，需要用机械方法将颜颜料均匀分散于塑料中。按料均匀分散于塑料中。按结结构可分构可分为为有机有机颜颜料和无机料和无机颜颜料。无机料。无机颜颜料料热稳热稳定性、光定性、光稳稳定性
19、定性优优良，价格低，但着色力相良，价格低，但着色力相对对差，相差，相对对密度大；密度大；有机有机颜颜料着色力高、色料着色力高、色泽鲜艳泽鲜艳、色、色谱齐谱齐全、相全、相对对密度小，缺点密度小，缺点为为耐耐热热性、耐候性和遮性、耐候性和遮盖力方面不如无机盖力方面不如无机颜颜料。染料是可用于大多数溶料。染料是可用于大多数溶剂剂和被染色塑料的有机化合物、和被染色塑料的有机化合物、优优点点为为密度小、着色力高、透明度好，但其一般分子密度小、着色力高、透明度好，但其一般分子结结构小，着色构小，着色时时易易发发生迁移。生迁移。白色白色颜颜料主要有料主要有钛钛白粉、氧化白粉、氧化锌锌、锌钡锌钡白三种。白三种
20、。钛钛白粉分金白粉分金红红石型和石型和锐钛锐钛型两种型两种结结构，金构，金红红石型石型钛钛白粉折射率高、遮盖力高、白粉折射率高、遮盖力高、稳稳定、耐候性好。定、耐候性好。炭黑是常用黑色炭黑是常用黑色颜颜料，价格便宜，另外料，价格便宜，另外还还具有具有对对塑料的紫外塑料的紫外线线保保护护（抗老化）作（抗老化）作用和用和导电导电作用，不同生作用，不同生产产工工艺艺可以得到粒径范可以得到粒径范围围极广的各种不同炭黑，性极广的各种不同炭黑，性质质差差别别也很也很大。炭黑按用途分有色素炭黑和橡胶大。炭黑按用途分有色素炭黑和橡胶补补强强用炭黑，色素炭黑按其着色能力又分用炭黑，色素炭黑按其着色能力又分为为高
21、色高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。炭黑粒子易素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。炭黑粒子易发发生聚集，要提高炭黑的着色力，要生聚集，要提高炭黑的着色力，要解决炭黑的分散性。解决炭黑的分散性。珠光珠光颜颜料又叫云母料又叫云母钛钛珠光珠光颜颜料，是一种二氧化料，是一种二氧化钛钛涂覆的云母晶片。根据色相不同，涂覆的云母晶片。根据色相不同，可分可分为银为银白白类类珠光珠光颜颜料、彩虹料、彩虹类类珠光珠光颜颜料、彩色料、彩色类类珠光珠光颜颜料三料三类类。精选ppt精选pptF原子的范德原子的范德华华半径与半径与H原子的相近原子的相近.(0.139nm和和0.120nm)F原子的原子的电负电负性最大，能与
22、性最大，能与许许多元素生成多元素生成稳稳定的化合物；定的化合物；F原子的外原子的外层电层电子排布是子排布是2s22p5,故其与原子核的作用故其与原子核的作用强强而不易极化；而不易极化；F原子的外原子的外层层有有3对对孤孤电电子子对对，因此，因此对电对电子有子有强强的排斥作的排斥作用。用。C-F键键的的键键能大，不易极化。能大，不易极化。C-X(KJ/mol):415.3(C-H),485.3(C-F),338.9(C-Cl),274.4(C-Br)极化率极化率(C-X):0.660.682.58精选ppt饱饱和的全氟有机物的和的全氟有机物的热稳热稳定性和抗氧化性定性和抗氧化性极好；极好；极化率低极化率低导导致分子致分子间间的相互作用小，表面的相互作用小，表面自由能自由能显显著降低，著降低，对对固体、液体均不湿固体、液体均不湿润润等。等。精选ppt
