CN103148438A

CN103148438A - 一种发光透光的塑料灯罩及其制造方法

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Publication number: CN103148438A
Application number: CN2013100310056A
Authority: CN
Inventors: 张海峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明涉及一种能够发光透光的塑料灯罩。以一种或几种透明或半透明的热塑性树脂做基材树脂，含有重量百分比10％～30％的、粒径在30μm～120μm的、稀土铕离子和镝离子激发的铝酸锶盐发光颜料。该发光颜料的化学式可以表示为SrAl₂0₄:Eu²⁺，Dy³⁺或Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺。该发光颜料在与基材树脂复合前，先经厚度在0.1～1μm聚甲基丙烯酸甲酯包覆处理。灯罩的成型方法为挤出、注塑和吹塑，灯罩的厚度在1mm至3mm之间。该灯罩兼具良好的透光性和发光亮度，透光率在65％以上，10分钟亮度超过80mcd/m²，60分钟的亮度超过10mcd/m²。不仅能保证日常照明功能又能在黑暗情况下提供应急照明和疏散指示功能，结构简单，加工方便，成本优势明显。

Description

一种发光透光的塑料灯罩及其制造方法

所属技术领域

本发明涉及一种塑料灯罩，更具体地说，本发明涉及一种发光透光的塑料灯罩，属于应急照明或疏散指示领域。

背景技术

发光颜料及发光产品具有亮处吸光暗处发光的功能，这种功能可多次重复使用。

20世纪60年代，硫化锌发光材料开始应用在钟表、玩具等领域。90年代开始，稀土激发的铝酸锶盐发光产品因其亮度高余辉长，而被越来越的多应用在应急照明或疏散指示领域。国际海事组织IMO Resolution A.752(18)规定乘坐25人以上的船只必须安装发光产品，发光产品的最低亮度要求为10分钟15mcd/m²，60分钟2.8mcd/m²；美国公共交通协会APTA SS-PS-004-99规定载人的火车必须装备发光产品，最低的亮度要求为90分钟7.5mcd/m²；国际标准化组织ISO16069-2004规定，建筑物中的发光产品的最低亮度要求是10分钟20mcd/m²，60分钟2.8mcd/m²，余辉时间340分钟。

作为一款发光产品，发光亮度是一个很重要的指标。对高亮度的追求始终是发光行业不懈的目标。一般而言，发光颜料的粒径越大，添加量越高，其制成品的发光亮度越高。

日本NEC公司申请的欧洲专利EP1580251，提供了一种荧光灯，将发光颜料和荧光粉分别涂在荧光灯管的内壁，在断电的情况下，该荧光灯会发出淡淡的残光，因此也叫残光灯。在照明时，残光灯内的发光颜料吸光，在非照明时，残光灯内的发光颜料发光。该残光灯很好地将照明功能和发光功能融合在一起。该发明采用的发光颜料为稀土激发的铝酸锶盐，粒径为2～12μm，添加量为20～60克/平方米。

OSRAM SYLVANIA INC申请的欧洲专利EP1783191，提供了一种长余辉电致发光灯，是将发光颜料和电致荧光粉混合在一起涂在灯管的内壁，在断电后该灯具也具有残光(发光)效果。该灯具同样选用了稀土激发的铝酸锶盐发光颜料，而且明确了发光颜料的化学式为SrAl₂O₄:Eu，Dy或Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu，Dy.该专利进一步指出了10分钟的发光亮度不低于3mcd/m²，60分钟的发光亮度不低于0.5mcd/m²。

无论是将发光颜料和荧光粉分开涂于灯管内壁，还是将发光颜料与电致荧光粉混合涂在灯管内壁，因为发光颜料是不透光的无机颜料，所以发光颜料的添加量不能太多，这直接导致了残光灯的残光(发光)效果不好。如何才能够获得较好的发光效果呢？发光灯罩是一个简单又实用的解决方案。

美国专利US7,312,566提供一种长余辉灯罩及灯具，它将发光颜料添加到灯罩基体中，该长余辉灯罩及灯具将残光灯的发光功能和照明功能分开，灯罩执行的是发光功能，灯具执行的仅仅是照明功能。将发光颜料涂在灯管表面上受工艺影响不能涂的太多，涂多了就会降低灯管的透光性并降低照度，而将发光颜料添加到灯罩基体中就可以加的多一些。该方案为提高发光灯罩的亮度提供了可能。

美国专利US2005/0110387A1，提供了一种光致发光灯罩，选用透明或半透明的热塑性塑料和发光颜料。该专利要求灯罩的透光率不低于60％，但是该专利没有对灯罩的亮度提出要求。

对于一款灯罩，透光性是一个很重要的指标。对于一款发光灯罩，因添加了发光颜料具有发光性，但是发光颜料是不透明的，添加的发光颜料反过来又导致透光性降低，因此发光灯罩即要有透光性又要有发光性。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的问题，旨在通过选用有机包覆的、平均粒径30～120μm、添加量10～30％、稀土激发的铝酸锶盐发光颜料和透明或半透明的热塑性基材树脂，经挤出、注塑、吹塑加工方法，制成1～3mm厚度的灯罩。该发光灯罩即具有较好的透光性，又具有较高的发光亮度。

稀土激发的铝酸锶盐发光颜料为不透光的、不规则的、硬度高的无机颜料，为了改善发光颜料在有机塑料中的加工性，通常选用平均粒径较小的发光颜料。本发明选用平均粒径较大的发光颜料，因为在添加量相同的前提下，发光颜料的粒径越大，发光颜料之间的间隙越大，灯罩的透光性越好：发光颜料的粒径越大，发光颜料的亮度越高，灯罩的发光亮度也越高。但是随着发光颜料的粒径变大，发光颜料在塑料中的加工性越差，摩擦和剪切作用更加强烈，发光晶格更容易被破坏，使灯罩变黑，又降低了发光亮度和透光性。进一步的实验表明，平均粒径为30～120μm的发光颜料能够兼顾发光亮度和透光性，进一步优选平均粒径为60～90μm的发光颜料。

为了改善发光颜料在有机树脂中的加工性，发光颜料先要经过有机包覆。发光颜料的有机包覆的方法很多，表面活性剂包覆法、聚合物直接包覆法、表面聚合包覆、界面配位化学反应法等，本发明优选表面聚合包覆法。所用聚合物可以是丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚苯乙烯树脂等，本发明优选聚甲基丙烯酸甲酯树脂。表面聚合包覆可以参考文献：应用化学，2005，22卷(第6期)：638-641页。聚合物层为致密的透明膜，厚度为容易获得的0.1～1μm。发光颜料经过有机包覆，改善了在热塑性树脂中的加工性，摩擦和剪切作用减轻，发光晶格的破坏减少，相当于变相的提高了灯罩的发光亮度；同时发光颜料包覆了有机透明膜，当可见光照射到发光颜料表面时，产生了更多的反射和折射，提高了灯罩的透光性。

稀土激发的铝酸锶盐发光颜料的添加量越多，灯罩的发光亮度越高，但是灯罩的透光性就会越低而不能用于日常照明。添加量越低，透光性越高，但是发光亮度越低，又不适合应急照明。进一步的实验表明，10～30％的添加量的能够保证良好的发光亮度和透光性。即发光颜料占灯罩的重量百分比为10～30％。进一步优选15～25％的发光颜料添加量。

本发明选用的发光颜料为稀土铕离子和镝离子激发的铝酸锶盐，其化学式为SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺或Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺，在现有技术下，这类发光颜料有着较高的发光亮度。

本发明选用的是透明或半透明的热塑性基材树脂，只要透明性较好又可以熔融共混的热塑性基材树脂即可。优先选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯晴-苯乙烯、聚酰胺树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种热塑性基材树脂。

本发明的发光透光灯罩可以含有树脂加工过程中常用的一些助剂，如阻燃剂、润滑剂、增塑剂、稳定剂、偶联剂、抗静电剂、抗氧剂、光稳定剂、分散剂、溶剂、填料、着色剂、色母等，根据需要使用其中的一种或多种，其用量为常规用量或根据实际情况进行调整。

灯罩的厚度越厚，透光性越低，发光亮度越高。灯罩的厚度越薄，透光性越高，发光亮度也越低。进一步的实验表明，厚度为1～3mm的灯罩能够兼顾透光性和发光亮度。

本发明的制造方法包括灯罩的制造方法和各种配件的制造方法，其中灯罩的制造方法是本发明的关键技术。下面详细说明灯罩的制造方法。

灯罩的制造方法的配方如下(重量百分比％)：

发光颜料 10～30

基材树脂 89～58

助剂 1～12

如果选用发光塑料母粒来代替发光颜料，配方如下(重量百分比％)：

发光塑料母粒 M

基材树脂 (88-M)～(99-M)

助剂 12～1

发光塑料母粒添加量M，发光塑料母粒中发光颜料含量N％，其中N≥10，M≤88，30≥M×N％≥10。

制造方法如下：

a.称量

将透明或半透明的基材树脂、助剂、发光颜料(或发光塑料母粒)等原料按需要的比例称量。

b.干燥

有些热塑性基材树脂，在加工前还要进行干燥，如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯树脂等，按照通常干燥方式加工即可。

如果添加的是发光塑料母粒，发光塑料母粒也要干燥，干燥方法与基材树脂的干燥方法相同。

c.混合

如果添加发光颜料，混料时先混基材树脂和助剂，采用高速混合机分散，转速860r/min，分散时间在10分钟以内。

在与发光颜料混合时，混料设备的转速不易太快，混料时间要稍短，混匀即可，转速30～120r/min，分散时间30～60min。

在与发光颜料混合时，尽量选择内衬陶瓷材料或塑料材料的混料设备，以减少剪切和摩擦作用。

在与发光颜料混合时，助剂中尽量含有液态高粘度的分散剂，如液体石蜡、二甲基硅油等，使发光颜料粘附在基材树脂的表面。

如果添加的是发光塑料母粒，发光塑料母粒可以和树脂、助剂一起高速混合。

d.成型

本发明的灯罩的成型方法有三类，第一类是用挤出成型制成一定厚度的发光灯罩型材；第二类是用注射成型制成一定厚度的发光灯罩；第三类是用吹塑成型制成一定厚度的发光灯罩。

d1.第一类，挤出工艺加工灯罩。

双螺杆和多螺杆的剪切和摩擦作用更加强烈，本发明采用35型单螺杆挤出机。

螺杆的转速不要太快，10～30转/min为宜。

发光物料的熔融共混温度要高于热塑性塑料通常加工温度10～20℃，有利于改善熔融发光物料的流动性。

熔融物料依据不同的模具，经挤出、真空、冷却，最后裁切成一定长度的灯罩。如图1，2。

d2.第二类，注射工艺加工灯罩。

柱塞式注射机容易引起物料滞留，本发明采用45型螺杆式注射机。

熔融发光物料的加工温度通常要高于热塑性塑料加工温度10～20℃，注射压力也要加大，一般为100～140MPa。

熔融物料经喷嘴注射到模具内，经保压、冷却成型，即得灯罩。

d3.第三类，吹塑工艺加工灯罩。

物料中添加了10～30％的发光颜料，物料的拉伸性能下降，不适合拉伸吹塑。本发明采用挤出吹塑和注塑吹塑，下面分别说明挤出吹塑和注塑吹塑制造工艺。

挤出吹塑机的吹胀压力能在0.2MPa～1.0MPa范围内调节。

熔融物料经机头口模挤出形成型坯，型坯趁热放入模具内，通入一定压力的空气吹胀，与模具型腔内表面紧密接触，经冷却定型后获得灯罩。

注射吹塑机要严格控制熔融物料、型坯、型芯和型坯模具的温度，其中型坯的温度是关键因数，过高壁厚不均，过低灯罩的内应力大。对于非晶型树脂，吹塑模温在30℃以下；而结晶型树脂则应在20～60℃。冷却水的温度要尽量低一些，通常为5～10℃。

吹胀比一般为1.5～3。

塑化压力应在保证制品优质条件下越低越好，大约不超过2MPa。注射压力可控制在60～120MPa。吹胀压力一般控制在0.8～1MPa范围。另外还需要维持足够的保压压力。

熔融物料从注塑机注入，由分瓣式钢制型坯模具生产型坯，然后调节温度，并在吹塑模具中吹塑成型灯罩。

有些灯罩可以通过承插、螺纹、链接、粘合等方式直接使用，有些需要通过配件固定在灯具上。

灯罩配件的制造可以采用公知的技术，如塑料加工、机械加工等。

本发明的灯罩可以通过如下方式使用在各式灯具上，

发光透光灯罩可以直接插入灯座内，成为灯体的一部分。如图1，T8LED灯罩。上部分是塑料灯罩，下部分是铝制型材。

发光透光灯罩也可以通过塑料配件，固定在荧光灯管的外部。如图2，T5荧光灯罩。灯罩通过塑料支架固定在T5荧光灯灯管外部。

发光透光灯罩也可以通过螺栓配件，固定在节能灯的外部。如图3。

发光透光灯罩也可以通过螺栓配件，固定在节能灯的外部。如图4。

发光透光灯罩也可以通过螺纹配合，固定在白炽灯的外部。如图5。

发光透光灯罩可以直接插入灯座内，固定在节能灯的外部。如图6。

本发明的发光透光灯罩可以根据的灯具外观形状，采用与灯具匹配的外形，并不限于上述的几种外观形状。

本发明因选用了较大粒径的发光颜料并进行了有机包覆，合理的确定了发光颜料的添加量和灯罩的厚度，从而制造出了兼具透光性和发光性的灯罩。该灯罩的透光率在65％以上，10分钟亮度超过80mcd/m²，60分钟的亮度超过10mcd/m²。该灯罩既能保证日常照明功能又能在黑暗情况下提供应急照明和疏散指示功能，结构简单，成本优势明显。

具体实施方式

以下以实例进一步说明发光透光灯罩的制造方法

实例一：本实例是应用挤出成型制造发光灯罩。

其中PC-30发光塑料母粒含有30％的SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺发光颜料，发光颜料平均粒径30μm，10分钟亮度340mcd/m2。

取10kg发光塑料母粒PC-30和8.34kg的PC2805树脂在80度下干燥8小时。将树脂与其它材料加入高速混合机中搅拌8min，转速860转/min，高速分布均匀。将混合好的原材料在240～270℃经挤出成型制成厚度为1.35mm厚的发光灯罩。

加工温度如下：

位置	加料段	压缩段	塑化段	机头	口模
						温度/℃	240～270	250～270	260～270	260～270	250～270

该灯罩可以直接插入LED灯内，成为灯体的一部分。如图1所示。

其发光性能和透光性能如下：

因为添加了约7％的阻燃剂Kroitex PB-460，该灯罩型材的氧指数大于35，阻燃性能达到UL94，1.6MM，V-0级。

实例二：本实例是应用挤出成型制造发光透光灯罩。

其中发光颜料的平均粒径90μm，10分钟亮度600mcd/m2。

将发光颜料除外的其他材料放入高速混合机中搅拌10min，转速860转/min，高速分布均匀。再将混合料与发光颜料在滚筒式塑料混料机中搅拌1.5小时，转速30转/分钟。将混合好的原材料按照如下各段的加工温度挤出为1.8mm厚的发光灯罩型材。

各段加工温度：

位置	加料段	压缩段	塑化段	机头	口模
						温度/℃	150～160	180～190	195～205	195～205	205～210

牵引速度约5.7米/min。熔融混合料经过口模、真空定型套、水冷却成1.8mm厚的半圆管材。圆盘锯切割为1.178m长的灯罩。该灯罩经塑料配件固定在T5荧光灯管上，如图2。

其发光性能和透光性能如下：

实例三：本实例是应用注射成型制造发光透光灯罩。

其中发光颜料的平均粒径90μm，10分钟亮度660mcd/m2。

取PMMA树脂在85℃下干燥6小时。与其它材料加入高速混合机中(不含发光颜料)，高速分散均匀，再加入发光材料搅拌均匀，分散时间要短。将混合好的原材料经注塑工艺制成厚度为3mm厚的发光灯罩，如图3。该灯罩还要在80℃热处理6个小时，以消除内应力。

注射加工参数如下：

其发光性能和透光性能如下：

该灯罩可以按照图3所示，用螺栓固定在节能灯的外部。

实例四：本实例是应用注射成型制造发光透光灯罩。

其中发光颜料的平均粒径90μm，10分钟亮度600mcd/m2。

取PS树脂与其它材料加入高速搅拌机中(不含发光颜料)，高速分速均匀，再加入发光材料搅拌均匀，分散时间要短，转速要低。将混合好的原材料在140～210℃经注塑成型制成厚度为2mm厚的发光灯罩。该灯罩还要在70℃热处理3个小时，以消除内应力。

注射加工参数如下：

其发光性能和透光性能如下：

该灯罩可以用螺栓固定在灯具上，如图4.

实例五：本实例是应用挤出吹塑方法制造发光透光灯罩。

其中发光颜料的平均粒径60um，10分钟亮度450mcd/m2。

挤出吹塑工艺参数如下：

将混合好的原材料在140～200℃经吹塑成型制成厚度为2mm厚的发光灯罩，其发光性能和透光性能如下：

该灯罩可以直接插入灯体内，如图5.

实例六：本实例是应用注射吹塑方法制造发光透光灯罩。

其中发光颜料的平均粒径120μm，10分钟亮度570mcd/m2。

取PETG树脂在170℃下干燥4小时，与其它材料加入高速混合机中(不含发光颜料)，高速分散5min，再加入发光材料搅拌均匀，分散时间要短，转速要低。由于发光颜料和PETG对剪切极为敏感，因而螺杆转速尽可能的低。本实例中螺杆转速6～10r/min。

型坯的质量决定灯罩的产品质量，型坯生产中的加工参数如下：

将混合好的原材料在160～240℃经吹塑成型制成厚度为lmm厚的发光灯罩，其发光性能和透光性能如下：

该灯罩可以通过螺纹固定在灯体上。如图6.

以上六个实例，灯罩的透光率都高于65％，10分钟发光亮度高于80mcd/m²、60分钟的亮度高于10mcd/m²。

Claims

1.一种发光透光的塑料灯罩，含有平均粒径为30μm～120μm、重量百分比为10％～30％、稀土激发的铝酸锶盐发光颜料和至少一种透明或半透明的热塑性基材树脂，该发光颜料在与基材树脂复合前，先经厚度在0.1～1μm聚合物层包覆处理。

2.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，发光颜料的平均粒径在30μm至120μm之间。

3.根据权利要求2所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，发光颜料的平均粒径在60μm至90μm之间。

4.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，发光颜料占整个灯罩的重量百分比在10％至30％之间。

5.根据权利要求4所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，发光颜料占整个灯罩的重量百分比在15％至25％之间。

6.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，发光颜料为稀土铕离子和镝离子激发的铝酸锶盐发光颜料，其化学式可以表示为SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺或Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺。

7.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，聚合物层为聚甲基丙烯酸甲酯，聚合物层厚度为0.1～1μm，聚合物是通过表面聚合包覆法包覆在发光颜料表面。

8.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，至少含有透明或半透明的聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯晴-苯乙烯、聚酰胺树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中一种热塑性基材树脂。

9.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，灯罩的制造方法包括称量，干燥，混合和成型，其中成型方法为挤出，注塑，挤出吹塑和注塑吹塑。10.根据权利要求1所述的发光透光塑料灯罩，其特征在于，灯罩的厚度在1mm～3mm之间。