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2024-03-12

你相信光吗?盘点10种光学行业新材料!每一种都不容小觑

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光学塑料

光学塑料是用来制造各种光学零件的塑料介质,智能手机和智能驾驶时代的到来,让光学塑料面临大批量生产的考验。


统治了光学行业上百年的玻璃,虽然各方面性能优异,但无论是采用打磨抛光式的冷加工,还是熔融模压式的热加工,在成本、一致性、可量产性上都难以符合手机厂商的要求。于此,光学塑料开始走入市场并被广泛应用于各领域。相对光学玻璃,光学塑料:


1.密度小,重量轻质,一般比玻璃轻一倍。
2.耐冲击性能好,不似玻璃易碎。
3.光学塑料透光性好,在紫外区和红外区的光谱吸收情况有别于玻璃,还可通过助剂调节。
4.可设计非常复杂的形状,易加工成型,成本低,能进行大批量生产。
5.抗温度骤变能力强。



01
PMMA

PMMA俗称有机玻璃,是光学性能最好的塑料。透光率约92%,加速老化后240H透光率仍能达到92%。在室外使用10年后只降到88%,能透过波长270nm以上紫外光。


PMMA有优良的耐气候性,在热带气候下曝晒多年,它的透明度和色泽变化小。从高温冷却时的光学记忆即组件恢复到它原来尺寸的性能要比玻璃好。力学和电学性能一般。热膨胀系数是无机玻璃的8~10倍,长期使用温度仅为80℃。吸湿性偏高,水中浸泡24h后吸水率达到0.1%~0.4%。


亚太地区和欧洲是主要市场,占全球约80%的市场份额。2020年,全球聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)市场规模达到了3742百万美元,预计2027年可以达到6212.4百万美元,年复合增长率(CAGR)为5.6%(2021-2027)。 


02
PC

聚碳酸酯(PC)是综合性能优良的热塑性塑料,PC光学性能仅低于PMMA。本色呈淡黄色,加点淡蓝色后得到无色透明制品,透光率为88%。


PC韧而刚,抗冲击强度在热塑性塑料中名列前茅。耐热耐寒,在-135~120℃范围内能保持力学性能稳定。


PC制品的硬度低,耐磨性差,双折射率高。但其溶体的黏度高,成型时对水敏感,成型后残余应力高。不易进行机械加工,注塑成型是最常用的方法。


伴随中国电子电器、汽车等行业需求提升,中国对于PC塑胶原料需求量大、增长速度快。2022年中国PC塑胶原料需求量达到279.3万吨。受需求总量以及产品价格变动的影响,近年来中国PC塑胶原料市场规模呈现出较大的波动性,2021年以来在产品价格回暖的推动下,国内PC塑胶原料规模逐步反弹,2022年中国PC塑胶原料市场规模达到550.7亿元。


03
PS

PS与PMMA和PC一起称为三大透明塑料。透光率为88%,双折射率较大。它的光学性能比PMMA差,但吸湿率低,只有0.02%。能自由着色,无嗅无味无毒。


PS的导热系数不随温度发生变化,可作良好的冷冻绝热材料。加工成光学制品时需注意,PS制品的双折射率大,易应力发白和开裂,制品抗冲性能差,低温脆性明显。而且PS制品的耐候性差,长期存放和受阳光照射会发黄变浊。


我国聚苯乙烯行业仍处于发展阶段,在技术水平、产品质量和产品结构方面与国外相比仍存在一定差距,但国内聚苯乙烯市场规模增长迅速,2016-2022年复合年增长率达到12.31%,2022年中国聚苯乙烯市场规模约为662.67亿元,同比上涨7.87%。聚苯乙烯(PS)是五大通用塑料之一,主要可分为通用级聚苯乙烯(GPPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)和可发性聚苯乙烯(EPS)。近年来,我国聚苯乙烯产量稳中有增,其中,2022年通用级聚苯乙烯(GPPS)产量占比最大,为41.16%。


目前,我国聚苯乙烯的产业中,外资企业、合资企业仍具备规模优势,主要系该等企业凭借着技术上的先发优势,进入行业较早,建立了一定的技术壁垒与品牌壁垒。而随着聚苯乙烯行业的持续发展,以及下游需求的持续旺盛,部分国有以及民营企业涌入,凭借技术研发、技术引进以及大量资本的投入,内资企业在行业中也逐渐开始占据一席之地。


04
PET


PET是乳白色或浅黄色、高结晶性聚合物,表面平滑有光泽。非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性,最常用途是透明饮料瓶。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能,长期使用温度可达120℃。电绝缘性优良,在高温高频下,其电性能仍较好。具有良好的刚性和强度,对非极性气体等物质具有良好的阻隔性能和耐蜕变性能,尺寸稳定性好。


PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等优点,因而受到了广泛的应用。


在国内市场需求方面,随着近年来我国食品饮料等行业的健康发展以及包装行业对包装材料在保鲜、美观、运输、环保等方面的需求升级,我国瓶级PET产品市场需求呈现出稳定增长趋势。2014年-2022年我国瓶级PET总需求量从583万吨增长至1171万吨,年复合增长率达9.11%。


05
SAN

SAN是丙烯腈-苯乙烯共聚物。透光率与PS相当,但折射率稍低。最高使用温度75~90℃,热变形温度82~105℃。刚性较高,抗划痕性较好,制品的尺寸稳定。主要用在工程塑料制品,光学上主要用作窗口。

SAN比聚苯乙烯有更高的冲击强度和优良的耐热性,耐油性,耐化学腐蚀性。如它能很好地耐某些使聚苯乙烯应力开裂的烃类。而弹性模量是现有热塑性塑料中较高的一种。

06
NAS


70%的苯乙烯和30%的丙烯酸脂的共聚物。透光率可达90%,折射率可达1.533~1.567。可以被用来作样正色差的第二种材料,但它一般只用来作薄透镜。


2022年全球消费者网络附加存储(NAS)市场规模达到648.48亿元(人民币),预计全球消费者网络附加存储(NAS)市场容量在预测期间将会以11.40%的年复合增长率增长并在2028年达到1272.59亿元。


07
TPX


TPX属于结晶型的透明塑料,透光率为90%-92%。密度仅为0.83g/cm³,最低的折射率1.465,紫外线透过率仅次于无机玻璃。耐药性好,又有较好的耐热性。大多应用于医疗器械,也用于家用电器、照明用具、食品容器和薄膜。


08
ADC


Allgl diglycol carbonate,简称ADC或CR-39。ADC光学性能好、化学稳定性强、耐高温(长期使用可耐100℃,短期可耐150℃)、表面硬度比PMMA高40倍,是现有光学塑料中硬度最大的。


它是目前在光学领域中最主要的一种热固性材料,因此这种材料通常用浇铸的方法成形,浇注在玻璃模具中,一般在140℃的温度下用17H的时间固化成型。


Nd=1.498,vd=53——57,白光透过率92%,耐磨性,抗冲击,化学腐蚀的能力强,能经受持续100℃的高温,短时间内能耐150℃,由于它的收缩率很大(在固化时收缩率达14%)因此它主要用于眼镜。


09
OZ-1000


聚三环癸甲基丙烯酸脂OZ—1000及1011,1012,1013等系列,是日本日立化工公司开发出一种新型脂环树脂。


OZ1000光学塑料色散低、透过率高、双折射小、饱和吸水率仅为PMMA的1/10,其光学性能可与PMMA相媲美,且耐热性优于PMMA,适用于高精度透镜的精密成型。


10
ARTON


ARTON由日本合成橡胶公司(JSR)开发。在热塑性树脂中它的比重最轻,吸水率很小,优于PMMA。有良好的透光,色差小,双折射率比PC的小,耐热性好于PMMA和PC,拉伸强度优于PMMA,弯曲弹性模量优于PC。适合作非球面透镜。


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