Por que o policarbonato é o material preferido para iluminação LED

William Marshall, Styron, Midland, MI

O vidro e os plásticos transparentes, especialmente as resinas acrílicas, são utilizados há muito tempo na indústria de iluminação para diversos fins estéticos e funcionais. À medida que a indústria evoluiu, a iluminação com díodos emissores de luz (LED) passou de aplicações de nicho para uma utilização comercial e residencial mais convencional, e tem havido um interesse crescente nos plásticos - especialmente o policarbonato - devido às propriedades do material e à versatilidade que proporciona. O policarbonato agora é visto em uma variedade de áreas de iluminação LED, incluindo lentes, ópticas, tampas, letras de canal, sinalização, globos e difusores de luz.
O letreiro luminoso e a lanterna retratam duas propriedades que são necessárias aos fabricantes e moldadores de iluminação LED ao escolherem os materiais:clareza para ter uma ótima transmissão de luz e material que permite que a fonte de luz seja difundida uniformemente para que não haja evidência de “pontos quentes” na superfície.
A integridade mecânica e a durabilidade do produto são as qualidades que fizeram com que a indústria se concentrasse no policarbonato. Certas características do policarbonato, como resistência ao calor e transparência, são importantes na indústria de iluminação LED. Mas como a produção da fonte de luz LED é relativamente cara e pode durar até dez anos, os fabricantes e designers estão principalmente preocupados com que o material usado para a lente de luz, ou cobertura, dure o mesmo tempo que a fonte de luz LED dura - a fim de proteger a fonte de luz cara.
Baseado em testes Styron usando ISO 180/A (amostras de teste de 2 mm de espessura). Protocolos completos e resultados disponíveis mediante solicitação.
Este artigo discute considerações importantes ao selecionar um material para uso com soluções de iluminação LED. Ele se concentra nos benefícios do policarbonato e por que fabricantes e moldadores consideram o policarbonato uma escolha ideal para uso com iluminação LED.

Ao selecionar o policarbonato, em primeiro lugar, é preciso considerar a aplicação. Como será utilizado o policarbonato? Como a fonte será alojada? Hoje, os usos de fontes de luz LED são quase infinitos. As luzes LED podem ser vistas em letreiros de lojas e letras de canais, sinais de trânsito, luzes embutidas, luzes de tarefas, displays refrigerados e de varejo, luzes de rua e áreas, telas e monitores de TV LCD, aparelhos móveis e muitas outras aplicações. Ao projetar tampas, lentes ou ópticas para essas diversas aplicações, deve-se considerar as capacidades dos materiais – durabilidade, propriedades ópticas, estabilidade térmica, resistência à ignição, flexibilidade de design e estabilidade UV. Qual é o ambiente da fonte de LED? Que elementos ele precisa suportar? Estas são algumas outras considerações.

Durabilidade

A durabilidade é o ponto de partida para a proteção de fontes de luz, especialmente em ambientes externos. O que é necessário é um material resistente. Dado que a própria fonte de luz LED, um semicondutor de estado sólido, é um produto muito mais robusto do que as fontes de luz incandescentes tradicionais, os materiais utilizados para cobrir a fonte devem ser pelo menos igualmente resilientes.

O policarbonato é muito mais resistente a impactos e menos sujeito a quebras do que outros materiais disponíveis. Possui excelente resistência, mesmo em uma ampla faixa de temperatura. O policarbonato, que é usado em itens como escudos à prova de balas e anti-motim, coberturas de aeronaves e painéis contra furacões, pode suportar impactos tremendos. Em geral, as resinas de policarbonato são dez vezes mais resistentes ao impacto que as acrílicas e até 30 vezes mais resistentes ao impacto que o vidro.

Devido a esta excelente resistência, o policarbonato é mais fácil de trabalhar e menos sujeito a quebras ou lascas ao cortar o material em formatos. Em muitas aplicações, é possível reduzir ou diminuir a espessura de uma peça fabricada ao usar policarbonato em vez de outro material. Isto resulta em reduções no peso das peças e nos custos dos materiais, o que oferece uma solução mais ecológica devido ao facto de se utilizar menos produto e de ser necessária uma quantidade reduzida de energia.

Propriedades ópticas

Baseado em testes Stryon usando ASTM D 1003. Protocolos e resultados completos disponíveis mediante solicitação.
Um LED pode ser uma fonte unidirecional muito brilhante, e os fabricantes precisam de materiais que possibilitem que a luz brilhe diretamente através de uma superfície para obter brilho máximo ou forneçam distribuição uniforme de luz sem evidência da fonte de luz, para um efeito mais difuso. Muitas vezes é necessário um equilíbrio cuidadoso para ajustar as propriedades, porque os aditivos materiais para a difusão da luz podem impactar a transmissão da luz e vice-versa.
Com base em testes Stryon utilizando os seguintes métodos:Ponto de Amolecimento Vicat, ISO 306B (B/50); Temperatura de Deflexão de Calor (HDT), ISO 75 (1,82 MPa, não recozido); Taxa de fluxo de massa fundida (MFR), ISO 1133 (300°C/1,2 kg). Protocolos completos e resultados disponíveis mediante solicitação.
A cobertura de uma fonte LED regula a quantidade de luz que é transmitida ou difundida. Os clientes procuram um material que ofereça alta clareza e pureza muito alta para garantir a melhor transmissão de luz possível. Dependendo da aplicação, os fabricantes também se preocupam com a uniformidade da distribuição da luz.

O policarbonato pode ser adaptado às necessidades específicas de uma aplicação através do processo de composição. A transmissão de luz superior a 90% pode ser alcançada para resinas de policarbonato transparentes. Para resinas de policarbonato contendo um aditivo de difusão de luz, uma excelente uniformidade de luz pode ser alcançada em toda a superfície da peça, ao mesmo tempo que oculta a fonte de luz LED brilhante, eliminando “pontos quentes”.

Estabilidade Térmica

As aplicações de iluminação geram calor e a proximidade do material à fonte de luz determina as propriedades térmicas necessárias. Embora as luzes LED sejam muito eficientes em termos energéticos, ainda geram calor, especialmente para fontes de luz LED de maior potência, onde as temperaturas de funcionamento podem atingir 80 – 110 °C. Para aplicações ópticas e de lentes que exigem contato próximo com a fonte de LED, é necessário um material com excelente estabilidade térmica.

As resinas de policarbonato oferecem estabilidade térmica superior em comparação às resinas acrílicas e podem ser usadas para temperaturas de uso contínuo de até 120 °C.

Resistência à ignição

O requisito de resistência à ignição, ou retardamento de chama, depende da temperatura operacional do aparelho e da distância do meio difusor, ou cobertura, da fonte de luz. As resinas de policarbonato oferecem resistência superior à ignição para fontes de luz LED de alta potência. Para aplicações de baixa tensão, como luminárias Classe 2 que exigem requisitos de inflamabilidade UL 94 HB e V-2, policarbonato, acrílicos e resinas à base de estireno, como resina de estireno-acrilonitrila (SAN), podem ser considerados materiais para lentes, tampas e ópticas. Para aplicações de iluminação LED mais exigentes, como em luminárias Classe 1, o requisito de materiais para ópticas e lentes é UL V-0@1,5 – 2,0 mm de espessura.

O policarbonato está entre as únicas resinas plásticas transparentes que oferecem a transmissão de luz, estabilidade térmica e resistência à ignição necessárias para essas aplicações exigentes a um custo razoável.

Flexibilidade de projeto

Uma das vantagens da iluminação LED é a liberdade que ela oferece aos fabricantes para serem criativos no design de seus produtos. Ao contrário da iluminação incandescente tradicional, a indústria da iluminação não está mais restrita na configuração estética. Os materiais plásticos usados ​​para abrigar ou cobrir a fonte de LED podem ser moldados em inúmeras formas e tamanhos, moldando resinas/materiais por meio de moldagem por injeção e processos de extrusão/termoformação de folhas.

O policarbonato oferece esta opção de processabilidade com uma ampla gama de produtos disponíveis para requisitos específicos de processamento. Além disso, devido à resistência relativa do policarbonato, as peças podem ser reduzidas em termos de peso, energia e economia de custos.

Estabilidade UV

A exposição a uma fonte de luz tem o potencial de comprometer as propriedades de um material. Num ambiente LED esta exposição pode vir de duas direções – da própria fonte de LED e também da luz natural do sol. Esta exposição constante pode resultar na degradação das propriedades ao longo do tempo. Isto torna especialmente importante selecionar o material certo para aplicações de LED e, ao formular materiais, estabilizar adequadamente o produto aos raios UV para minimizar o impacto deste fenômeno.

O policarbonato oferece vários métodos para fazer isso, incluindo aditivos e filmes em camadas em produtos extrudados.

A seleção de um material é complexa e vários fatores devem ser considerados para garantir a solução certa para aplicações de iluminação LED. O policarbonato é uma escolha de material líder porque abordou com eficácia alguns dos desafios mais difíceis da indústria de iluminação LED. A versatilidade do material e a capacidade de personalizar propriedades resultam em uma excelente combinação entre as necessidades do fabricante e do moldador.

Sobre a Empresa

A Styron é uma empresa global de materiais com um portfólio de produtos que reúne negócios de plásticos, borracha e látex que compartilham matérias-primas, operações, clientes e usuários finais. A empresa fornece soluções sustentáveis ​​em setores como eletrodomésticos, automotivo, construção civil, carpetes, transporte comercial, eletrônicos de consumo, bens de consumo, eletricidade e iluminação, médico, embalagens, papel e papelão, produtos de borracha e pneus. A empresa anunciou planos de mudar o nome da empresa para Trinseo, a partir do final de 2011.