Por qué el policarbonato es el material preferido para la iluminación LED

William Marshall, Styron, Midland, MI

El vidrio y los plásticos transparentes, especialmente las resinas acrílicas, se utilizan desde hace mucho tiempo en la industria de la iluminación con diversos fines estéticos y funcionales. A medida que la industria ha evolucionado, la iluminación con diodos emisores de luz (LED) ha pasado de aplicaciones específicas a un uso comercial y residencial más generalizado, y ha habido un interés creciente en los plásticos, especialmente el policarbonato, debido a las propiedades del material y la versatilidad que proporciona. El policarbonato ahora se ve en una variedad de áreas de la iluminación LED, incluidas lentes, ópticas, cubiertas, letras de canal, revestimientos de letreros, globos y difusores de luz.

El letrero iluminado y la linterna representan dos propiedades que los fabricantes y moldeadores de iluminación LED necesitan al elegir materiales:claridad para tener una excelente transmisión de luz y material que permita que la fuente de luz se difunda uniformemente para que no haya evidencia de "puntos calientes" en la superficie.

La integridad mecánica y la durabilidad del producto son las cualidades que han hecho que la industria se centre en el policarbonato. Ciertas características del policarbonato, como la resistencia al calor y la transparencia, son importantes en la industria de la iluminación LED. Pero debido a que la fuente de luz LED es relativamente costosa de producir y puede durar hasta diez años, a los fabricantes y diseñadores les preocupa principalmente que el material utilizado para la lente de luz, o cubierta, aguante la misma cantidad de tiempo que dura la fuente de luz LED, para poder proteger la costosa fuente de luz.

Basado en pruebas de Styron utilizando ISO 180/A (muestras de prueba de 2 mm de espesor). Protocolos completos y resultados disponibles a pedido.

Este artículo analiza consideraciones importantes al seleccionar un material para usar con soluciones de iluminación LED. Se centra en los beneficios del policarbonato y en por qué tanto los fabricantes como los moldeadores consideran que el policarbonato es una opción ideal para usar con iluminación LED.

Al seleccionar policarbonato, lo primero que hay que tener en cuenta es la aplicación. ¿Cómo se utilizará el policarbonato? ¿Cómo se alojará la fuente? Hoy en día, los usos de las fuentes de luz LED son casi infinitos. Las luces LED se pueden ver en letreros de escaparates y letras de canal, señales de tráfico, luces empotradas, luces de trabajo, exhibidores minoristas y refrigerados, luces de calles y áreas, pantallas y monitores de TV LCD, electrodomésticos móviles y muchas otras aplicaciones. Al diseñar cubiertas, lentes u ópticas para estas diversas aplicaciones, se deben considerar las capacidades de los materiales:la durabilidad, las propiedades ópticas, la estabilidad térmica, la resistencia a la ignición, la flexibilidad del diseño y la estabilidad a los rayos UV. ¿Cuál es el entorno de la fuente LED? ¿Qué elementos necesita soportar? Estas son algunas otras consideraciones.

Durabilidad

La durabilidad es el punto de partida para la protección de fuentes de luz, especialmente en exteriores. Lo que se necesita es un material que sea resistente. Dado que la propia fuente de luz LED, un semiconductor de estado sólido, es un producto mucho más robusto que las fuentes de luz incandescentes tradicionales, los materiales utilizados para cubrir la fuente deben ser al menos igual de resistentes.

El policarbonato es mucho más resistente a los impactos y menos propenso a romperse que otros materiales disponibles. Tiene una tenacidad excepcional, incluso en un amplio rango de temperaturas. El policarbonato, que se utiliza para elementos como escudos antibalas y antidisturbios, marquesinas para aviones y paneles contra huracanes, puede resistir impactos tremendos. En general, las resinas de policarbonato son diez veces más resistentes a los impactos que las acrílicas y hasta 30 veces más resistentes a los impactos que el vidrio.

Debido a esta extraordinaria dureza, es más fácil trabajar con policarbonato y menos propenso a romperse o astillarse al cortar el material en formas. En muchas aplicaciones, es posible reducir el espesor de una pieza fabricada cuando se utiliza policarbonato en comparación con otro material. Esto da como resultado reducciones en el peso de las piezas y en el coste de los materiales, lo que ofrece una solución más respetuosa con el medio ambiente debido a que se utiliza menos producto y se necesita una cantidad reducida de energía.

Propiedades ópticas

Basado en pruebas de Stryon utilizando ASTM D 1003. Protocolos completos y resultados disponibles a pedido.

Un LED puede ser una fuente unidireccional muy brillante, y los fabricantes necesitan materiales que permitan que la luz brille directamente a través de una superficie para obtener el máximo brillo o que proporcionen una distribución uniforme de la luz sin evidencia de la fuente de luz, para un efecto más difuso. A menudo es necesario un equilibrio cuidadoso para ajustar las propiedades, porque los aditivos materiales para la difusión de la luz pueden afectar la transmisión de la luz y viceversa.

Basado en pruebas de Stryon utilizando los siguientes métodos:Punto de reblandecimiento Vicat, ISO 306B (B/50); Temperatura de deflexión del calor (HDT), ISO 75 (1,82 MPa, sin recocer); Tasa de flujo másico en estado fundido (MFR), ISO 1133 (300 °C/1,2 kg). Protocolos completos y resultados disponibles a pedido.

El cubrimiento de una fuente LED regula la cantidad de luz que se transmite o difunde. Los clientes buscan un material que ofrezca alta claridad y muy alta pureza para garantizar la óptima transmisión de luz posible. Dependiendo de la aplicación, los fabricantes también se preocupan por la uniformidad de la distribución de la luz.

El policarbonato se puede adaptar a las necesidades específicas de una aplicación mediante el proceso de composición. Se puede lograr una transmisión de luz superior al 90 por ciento para resinas de policarbonato transparentes. Para las resinas de policarbonato que contienen un aditivo de difusión de luz, se puede lograr una excelente uniformidad de la luz en toda la superficie de la pieza mientras se oculta la fuente de luz LED brillante, eliminando los "puntos calientes".

Estabilidad térmica

Las aplicaciones de iluminación generan calor y la proximidad del material a la fuente de luz determina las propiedades térmicas necesarias. Si bien las luces LED son muy eficientes energéticamente, aún generan calor, particularmente para las fuentes de luz LED de mayor potencia, donde las temperaturas de funcionamiento pueden alcanzar los 80 – 110 °C. Para aplicaciones de óptica y lentes que requieren un contacto cercano con la fuente LED, se requiere un material con excelente estabilidad térmica.

Las resinas de policarbonato ofrecen una estabilidad térmica superior en comparación con las resinas acrílicas y pueden usarse para temperaturas de uso continuo de hasta 120 °C.

Resistencia de encendido

El requisito de resistencia a la ignición, o retardo de llama, depende de la temperatura de funcionamiento del aparato y de la distancia del medio difusor, o cubierta, desde la fuente de luz. Las resinas de policarbonato ofrecen una resistencia superior a la ignición para fuentes de luz LED de alta potencia. Para aplicaciones de voltaje más bajo, como luminarias de Clase 2 que requieren requisitos de inflamabilidad UL 94 HB y V-2, se pueden considerar materiales para lentes, cubiertas y ópticas el policarbonato, los acrílicos y las resinas a base de estireno, como la resina de estireno-acrilonitrilo (SAN). Para aplicaciones de iluminación LED más exigentes, como luminarias de Clase 1, el requisito de materiales para ópticas y lentes es UL V-0@1,5 – 2,0 mm de espesor.

El policarbonato se encuentra entre las únicas resinas plásticas transparentes que ofrecen la transmisión de luz, la estabilidad térmica y la resistencia a la ignición necesarias para estas aplicaciones exigentes a un costo razonable.

Flexibilidad de diseño

Una de las ventajas de la iluminación LED es la libertad que ofrece a los fabricantes para ser creativos en el diseño de sus productos. A diferencia de la iluminación incandescente tradicional, la industria de la iluminación ya no está restringida en cuanto a la configuración estética. Los materiales plásticos utilizados para alojar o cubrir la fuente LED se pueden moldear en innumerables formas y tamaños dando forma a resinas/materiales mediante moldeo por inyección y procesos de extrusión de láminas/termoformado.

El policarbonato ofrece esta opción de procesabilidad con una amplia gama de productos disponibles para requisitos de procesamiento específicos. Además, debido a la relativa resistencia del policarbonato, las piezas pueden reducirse para ahorrar peso, energía y costos.

Estabilidad UV

La exposición a una fuente de luz tiene el potencial de comprometer las propiedades de un material. En un entorno LED, esta exposición puede provenir de dos direcciones:la propia fuente LED y también la luz natural del sol. Esta exposición constante puede resultar en la degradación de las propiedades con el tiempo. Esto hace que sea especialmente importante seleccionar el material adecuado para aplicaciones LED y, al formular materiales, estabilizar adecuadamente el producto contra los rayos UV para minimizar el impacto de este fenómeno.

El policarbonato ofrece varios métodos para hacer esto, incluidos aditivos y películas en capas en productos extruidos.

La selección de un material es compleja y se deben considerar una serie de factores para garantizar la solución adecuada para aplicaciones de iluminación LED. El policarbonato es una elección de material líder porque ha abordado eficazmente algunos de los desafíos más difíciles de la industria de la iluminación LED. La versatilidad del material y la capacidad de personalizar las propiedades dan como resultado una excelente combinación para las necesidades del fabricante y del moldeador.

Acerca de la empresa

Styron es una empresa global de materiales con una cartera de productos que reúne negocios de plásticos, caucho y látex que comparten materias primas, operaciones, clientes y usuarios finales. La empresa ofrece soluciones sostenibles en industrias como electrodomésticos, automoción, edificación y construcción, alfombras, transporte comercial, electrónica de consumo, bienes de consumo, electricidad e iluminación, medicina, embalaje, papel y cartón, productos de caucho y neumáticos. La compañía ha anunciado planes para cambiar su nombre a Trinseo, a partir de finales de 2011.