塑料的透光率、霧度、折射率、雙折射和色散測量方法

塑料的光學(xué)特征包括兩類：一類為傳遞特性，包括光的透過、反射、散射及折射等；另一類為光的轉(zhuǎn)換特性，包括光的吸收、光熱、光化、光電及光致變色等。
常用可表征光的傳遞特性指標(biāo)有透光率、霧度、折射率、雙折射及色散等。在上述指標(biāo)中，透光率和霧度兩個指標(biāo)主要表征材料的透光性，而折射率、雙折射及色散三個指標(biāo)主要用于表征材料的透光質(zhì)量。一種好的透明性材料，要求上述性能指標(biāo)優(yōu)異且均衡。
1．塑料透光率（Tt）
透光率是表征樹脂透明程度的一個最重要性能指標(biāo)。一種樹脂的透光率越高，其透明性就越好，可以用透過率測試儀測量塑料的透光率。

塑料制品透明的條件有兩個：一為制品是非結(jié)晶體；二為雖部分結(jié)晶但顆粒細(xì)小，小于可見光波長范圍，不妨礙太陽光光譜中可見光和近紅外光的透過，透光率和紅外線透光率都可以用透過率測試儀LS183測量。
任何一種透明材料的透光率都達(dá)不到100%，即使是透明性最好的光學(xué)玻璃的透光率一般也難以超過95%。
造成人射光通量在媒體中損失的主要原因有如下幾個方面。
(1)光的反射 反射即入射光進(jìn)入聚合物表面而返回的光通量。反射光通量占光在透過媒體時損失的大部分。
衡量光的反射程度可用反射率?表征，反射率可通過其折射率(n)進(jìn)行計算，兩者關(guān)系如下。
例如，PMMA的折射率n=1.492，則其R經(jīng)計算為3.9%說明PMMA的反射光比較小，透光率大，透明性好。
(2)光的吸收 入射到聚合物上的光通量既沒有透過也沒有反射部分的光通量即為光的吸收。優(yōu)良的透明塑料光的吸收很小。
光線吸收的大小取決于聚合物本身的結(jié)構(gòu)，主要指分子鏈上原子基團(tuán)與化學(xué)鍵的性質(zhì)。
例如，含有雙鍵（冗鍵）的聚合物易于吸收可見光而產(chǎn)生能級的轉(zhuǎn)移。
還以PMMA為例，其透光率一般為93%，反射率為3.9%，則其余3.1%即為光的吸收與光的散射兩者之和。
(3)光的散射 光的散射即光線入射到聚合物表面，既沒有透過也沒有反射和吸收的一部分光通量，其占有比重比較小。
造成光散射的原因有：制品表面粗糙不平，聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻如分子量分布不均勻、無序相與結(jié)晶相共存等。
結(jié)晶聚合物的散射比較嚴(yán)重，只有結(jié)晶聚合物的晶體顆粒小于可見光波長時，才能像非晶聚合物那樣不引起散射，光線全部透過，提高透明度。如PE、PP等結(jié)晶聚合物只有用快速冷卻的方法才可得到低結(jié)晶度、晶體顆粒細(xì)的制品，取得一定的透明性；但對有些結(jié)晶塑料品種而言，要想控制太低的結(jié)晶度很困難，總有部分光被散射，造成薄膜的半透明。另外，通過拉伸的方法可使結(jié)去晶顆粒變細(xì)，并使透明度迅速提高，如可使BOPP膜的透明性迅迅速提高。只有TPX塑料比較特殊，其結(jié)晶顆粒比較小，無論結(jié)晶度大小，制品都透明。
2．塑料霧度
霧度又稱為濁度，它可衡量透明或半透明材料不清晰或混濁的程度，是表征散射的指標(biāo)。霧度的產(chǎn)生是由于材料內(nèi)部或外部表面光散射造成的云霧狀或混濁的外觀。霧度的定義為材料散射光通量與透過材料光通量之比的百分?jǐn)?shù)。
上面介紹的透光率和霧度都是衡量材料透明性的重要指標(biāo)，兩者的關(guān)系如下。
一般說來，透光率與霧度之間成反比關(guān)系，即透光率高的材料，其霧度低；反之亦然。
但兩者的關(guān)系并不總是如此，有時也有相反的結(jié)果。如毛玻璃的透光率較高，但其霧度也比較大。所以說透光率和霧度是既相互立又相互聯(lián)系的兩個光學(xué)指標(biāo)。
3．塑料折射率
折射即入射光與透過光兩者方向之差。衡量材料折射的大小，可用折射率表征。折射率越大，材料的折射越嚴(yán)重。折射率可用光在空氣中和在塑料中的傳播速度之比來計算。
作為透鏡蓋而使用的樹脂，希望其折射率大一點。折射率越大，其厚度可相應(yīng)減小。
4．塑料雙折射
雙折射即材料的平行方向與垂直方向折射率的差值。雙折射越大，越容易造成圖像產(chǎn)生歪影等現(xiàn)象。所以說雙折射降低了光學(xué)材料的透光質(zhì)量，應(yīng)盡力降低材料的雙折射。
材料之所以產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，主要是由樹脂的分子結(jié)構(gòu)和分子的取向兩方面決定的。
(1)樹脂的大分子鏈中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生雙折射比較大 如PMMA、PC及PS都有比較嚴(yán)重的雙折射現(xiàn)象。其中PMMA的雙折射率為0.006%；而PC、PS的雙折射更為嚴(yán)重，尤其是PS，其雙折射率高達(dá)0.8%，是PMMA的130多倍之多。而CR-39的分子鏈中無苯環(huán)結(jié)構(gòu)，基本上無雙折射現(xiàn)象，因而常用于光學(xué)鏡類材料。
(2)樹脂大分子鏈上含有共聚單元，容易產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象 這是因為不同共聚單元的折射率不同而造成的。如J．D光學(xué)樹脂，其大分子由雙烯苯醚砜／苯乙烯／甲基丙烯酸甲酯三種共聚單元組成；由于存在三種不同折射率，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整共聚組分的比例，否則雙折射會比較大。
(3)樹脂中添加其他助劑，由于助劑與樹脂之間的折射率不同而容易產(chǎn)生雙折射，所以選擇助劑時要注意，特別是光學(xué)制品，要盡可能少加或不加助劑。
(4)樹脂在加工過程中，物料流動的垂直方向與平行方向的取向度相差越大，其雙折射也越大，為此光學(xué)制品大都采用澆鑄方法成型，以防產(chǎn)生取向。
(5)塑料在加工過程中產(chǎn)生結(jié)；，造成在晶區(qū)和非晶區(qū)之間產(chǎn)生折射率差，從而產(chǎn)生雙折射，因此，優(yōu)異的光學(xué)塑料大邰為非晶塑料制品。
5．塑料色散
材料的色散可用阿貝數(shù)表示，阿貝數(shù)Vd可用下式計算。
其中，nd、nf、nc分別為人射光波長589. 3nm、486.1nm及、656. 3nm時材料的折射率。
從式中可以看出，材料的阿貝數(shù)與材料折射率有關(guān)。一般材料的折射率越大，阿貝數(shù)越小，色散越強(qiáng)。
綜合上述五種性能，一個良好透明材料的條件為高透光率、低霧度、高折射率、小雙折射及小色散。