Pourquoi le polycarbonate est le matériau préféré pour l'éclairage LED

William Marshall, Styron, Midland, MI

Le verre et les plastiques transparents, en particulier les résines acryliques, sont utilisés depuis longtemps dans l'industrie de l'éclairage à diverses fins esthétiques et fonctionnelles. À mesure que l'industrie a évolué, l'éclairage à diodes électroluminescentes (DEL) est passé d'applications de niche à un usage commercial et résidentiel plus courant, et les plastiques, en particulier le polycarbonate, ont suscité un intérêt croissant en raison des propriétés du matériau et de la polyvalence qu'il offre. Le polycarbonate est désormais présent dans une variété de domaines de l'éclairage LED, notamment les lentilles, les optiques, les couvercles, les lettres de canal, les panneaux de signalisation, les globes et les diffuseurs de lumière.

L'enseigne lumineuse et la lampe de poche représentent deux propriétés dont les fabricants et les mouleurs d'éclairage LED ont besoin lors du choix des matériaux :la clarté afin d'avoir une excellente transmission de la lumière et un matériau qui permet à la source de lumière d'être diffusée uniformément afin qu'il n'y ait aucune trace de « points chauds » sur la surface.

L'intégrité mécanique et la durabilité du produit sont les qualités qui ont amené l'industrie à se concentrer sur le polycarbonate. Certaines caractéristiques du polycarbonate, telles que la résistance à la chaleur et la transparence, sont importantes dans l'industrie de l'éclairage LED. Mais comme la source de lumière LED est relativement coûteuse à produire et peut durer jusqu'à dix ans, les fabricants et les concepteurs s'inquiètent principalement de ce que le matériau utilisé pour la lentille lumineuse, ou le couvercle, résiste pendant la même durée que la source de lumière LED, afin de protéger la source de lumière coûteuse.

Basé sur des tests Styron utilisant la norme ISO 180/A (éprouvettes de 2 mm d'épaisseur). Protocoles complets et résultats disponibles sur demande.

Cet article traite des considérations importantes lors de la sélection d'un matériau à utiliser avec les solutions d'éclairage LED. Il se concentre sur les avantages du polycarbonate et sur les raisons pour lesquelles les fabricants et les mouleurs considèrent le polycarbonate comme un choix idéal à utiliser avec l'éclairage LED.

Lors de la sélection du polycarbonate, il faut avant tout considérer l’application. Comment le polycarbonate sera-t-il utilisé ? Comment la source sera-t-elle hébergée ? Aujourd’hui, les utilisations des sources lumineuses LED sont presque infinies. Les lumières LED peuvent être vues dans les enseignes de vitrine et les lettres de canal, les feux de circulation, les éclairages encastrés, les lampes de travail, les présentoirs de vente au détail et réfrigérés, les éclairages publics et de zone, les écrans et moniteurs de télévision LCD, les appareils mobiles et de nombreuses autres applications. Lors de la conception de couvercles, de lentilles ou d'optiques pour ces applications variées, il faut prendre en compte les capacités des matériaux :durabilité, propriétés optiques, stabilité thermique, résistance à l'inflammation, flexibilité de conception et stabilité aux UV. Quel est l’environnement de la source LED ? À quels éléments doit-il résister ? Voici quelques autres considérations.

Durabilité

La durabilité est le point de départ de la protection des sources lumineuses, notamment en extérieur. Ce qu’il faut, c’est un matériau résistant. Étant donné que la source lumineuse LED elle-même, un semi-conducteur à semi-conducteur, est un produit beaucoup plus robuste que les sources lumineuses à incandescence traditionnelles, les matériaux utilisés pour recouvrir la source doivent être au moins aussi résistants.

Le polycarbonate est beaucoup plus résistant aux chocs et est moins sujet à la casse que les autres matériaux disponibles. Il présente une ténacité exceptionnelle, même sur une large plage de températures. Le polycarbonate, qui est utilisé pour des articles tels que des boucliers pare-balles et anti-émeutes, des auvents d'avion et des panneaux anti-ouragan, peut résister à des impacts considérables. En général, les résines polycarbonates sont dix fois plus résistantes aux chocs que les acryliques et jusqu'à 30 fois plus résistantes aux chocs que le verre.

En raison de cette ténacité exceptionnelle, le polycarbonate est plus facile à travailler et moins sujet à la casse ou à l’écaillage lors de la découpe du matériau en formes. Dans de nombreuses applications, il est possible de diminuer l'épaisseur d'une pièce fabriquée en utilisant du polycarbonate par rapport à un autre matériau. Cela entraîne une réduction du poids des pièces et du coût des matériaux, ce qui offre une solution plus respectueuse de l'environnement car moins de produit est utilisé et une quantité réduite d'énergie est nécessaire.

Propriétés optiques

Basé sur les tests Stryon utilisant ASTM D 1003. Protocoles complets et résultats disponibles sur demande.

Une LED peut être une source très lumineuse et unidirectionnelle, et les fabricants ont besoin de matériaux qui permettent soit à la lumière de briller directement à travers une surface pour une luminosité maximale, soit qui assurent une distribution uniforme de la lumière sans aucune trace de la source lumineuse, pour un effet plus diffus. L'ajustement des propriétés nécessite souvent un équilibre minutieux, car les additifs de matériaux pour la diffusion de la lumière peuvent avoir un impact sur la transmission de la lumière, et vice versa.

Basé sur des tests Stryon utilisant les méthodes suivantes :Vicat Softening Point, ISO 306B (B/50); Température de déflexion thermique (HDT), ISO 75 (1,82 MPa, non recuit) ; Débit massique de fusion (MFR), ISO 1133 (300°C/1,2 kg). Protocoles complets et résultats disponibles sur demande.

Le revêtement d'une source LED régule la quantité de lumière transmise ou diffusée. Les clients recherchent un matériau offrant une grande clarté et une très grande pureté pour garantir la transmission lumineuse optimale possible. Selon l'application, les fabricants se soucient également de l'uniformité de la répartition de la lumière.

Le polycarbonate peut être adapté aux besoins spécifiques d'une application grâce au processus de mélange. Une transmission lumineuse supérieure à 90 % peut être obtenue pour les résines polycarbonate transparentes. Pour les résines polycarbonate contenant un additif de diffusion de la lumière, une excellente uniformité de la lumière peut être obtenue sur toute la surface de la pièce tout en masquant la source de lumière LED brillante, éliminant ainsi les « points chauds ».

Stabilité thermique

Les applications d'éclairage génèrent de la chaleur et la proximité du matériau avec la source lumineuse détermine les propriétés thermiques nécessaires. Bien que les lampes LED soient très économes en énergie, elles génèrent néanmoins de la chaleur, en particulier pour les sources lumineuses LED de plus forte puissance où les températures de fonctionnement peuvent atteindre 80 à 110 °C. Pour les applications d'optique et de lentilles nécessitant un contact étroit avec la source LED, un matériau présentant une excellente stabilité thermique est requis.

Les résines polycarbonate offrent une stabilité thermique supérieure par rapport aux résines acryliques et peuvent être utilisées pour des températures d'utilisation continue jusqu'à 120 °C.

Résistance à l'allumage

L'exigence de résistance à l'inflammation, ou retardateur de flamme, dépend de la température de fonctionnement de l'appareil et de la distance entre le milieu diffusant, ou couvercle, et la source lumineuse. Les résines polycarbonate offrent une résistance à l'allumage supérieure pour les sources lumineuses LED haute puissance. Pour les applications à basse tension telles que les luminaires de classe 2 exigeant les exigences d'inflammabilité UL 94 HB et V-2, le polycarbonate, les acryliques et les résines à base de styrène telles que la résine styrène-acrylonitrile (SAN) peuvent être considérés comme matériaux pour les lentilles, les couvercles et les optiques. Pour les applications d'éclairage LED plus exigeantes telles que les luminaires de classe 1, les exigences en matière de matériaux pour les optiques et les lentilles sont UL V-0@1,5 – 2,0 mm d'épaisseur.

Le polycarbonate fait partie des seules résines plastiques transparentes qui offrent la transmission de la lumière, la stabilité thermique et la résistance à l'inflammation requises pour ces applications exigeantes à un coût raisonnable.

Flexibilité de conception

L’un des avantages de l’éclairage LED est la liberté qu’il offre aux fabricants de faire preuve de créativité dans la conception de leurs produits. Contrairement à l’éclairage à incandescence traditionnel, l’industrie de l’éclairage n’est plus limitée en termes de configuration esthétique. Les matériaux plastiques utilisés pour loger ou recouvrir la source LED peuvent être façonnés dans d'innombrables formes et tailles en façonnant des résines/matériaux via des processus de moulage par injection et d'extrusion/thermoformage de feuilles.

Le polycarbonate offre cette option de transformabilité avec une large gamme de produits disponibles pour des exigences de traitement spécifiques. De plus, en raison de la résistance relative du polycarbonate, les pièces peuvent être réduites en termes de poids, d'énergie et d'économies de coûts.

Stabilité aux UV

L'exposition à une source de lumière peut potentiellement compromettre les propriétés d'un matériau. Dans un environnement LED, cette exposition peut provenir de deux directions :la source LED elle-même et également la lumière naturelle du soleil. Cette exposition constante peut entraîner une dégradation des propriétés au fil du temps. Il est donc particulièrement important de sélectionner le bon matériau pour les applications LED et, lors de la formulation des matériaux, de stabiliser correctement le produit contre les UV afin de minimiser l'impact de ce phénomène.

Le polycarbonate propose un certain nombre de méthodes pour y parvenir, notamment des additifs et des films en couches dans le produit extrudé.

La sélection d'un matériau est complexe et un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte pour garantir la bonne solution pour les applications d'éclairage LED. Le polycarbonate est un choix de matériau de premier plan car il a permis de relever efficacement certains des défis les plus difficiles de l'industrie de l'éclairage LED. La polyvalence du matériau et la capacité de personnaliser les propriétés permettent de répondre parfaitement aux besoins du fabricant et du mouleur.

À propos de l'entreprise

Styron est une entreprise mondiale de matériaux dont le portefeuille de produits rassemble des entreprises de plastiques, de caoutchouc et de latex qui partagent des matières premières, des opérations, des clients et des utilisateurs finaux. L'entreprise propose des solutions durables dans des secteurs tels que l'électroménager, l'automobile, le bâtiment et la construction, la moquette, le transport commercial, l'électronique grand public, les biens de consommation, l'électricité et l'éclairage, le médical, l'emballage, le papier et le carton, les produits en caoutchouc et les pneus. La société a annoncé son intention de changer sa dénomination sociale en Trinseo, à compter de fin 2011.