聚合物光学性能简介

本文主要对光的传递特性（包括光的透过、反射、散射及折光指数(折射率)等）做简要介绍，常用可表征光传递特性的指标有透光率、雾度、折光指数、双折射及色散等。透光率和雾度两个指标主要表征材料的透光性，而折光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材料的透光质量。一种好的透明性材料，要求上述性能指标优异且均衡。

1、透光率(Tt)

透光率是表征树脂透明程度的一个最重要性能指标，-种树脂的透光率越高，其透明性就越好。透光率的定义为透过材料的光通量与入射到材料表面上的光通量之比的百分数。理论上透明材料的透过率最高可以达到100%，但实际上任何一种透明材料的透光率都达不到100%，即使是透明性最好的光学玻璃的透光率一般也难以超过95%，造成入射光通量在媒体中损失而未能透过光通量的主要原因有如下几个方面。

1.1光的反射，反射即入射光未进入聚合物而在其表面返回的光通量，反射光通量占光在透过媒体时损失的大部分。衡量光的反射程度可用反射率(R) 表征，反射率可通过其折光指数(n)进行计算。例如，PMMA的折光指数n=1.492，则其R经计算为3.9%。这个数值说明PMMA的反射光比较小，透光率大，透明性好。

1.2光的吸收，入射到聚合物上的光通量既没有透过也没有反射部分的光通量即为光的吸收。一种优良的透明聚合物光的吸收很小，光线吸收的大小取决于聚合物本身的结构，主要指分子链上原子基团与化学键的性质，例如分子结构中含有双键的聚合物易于吸收可见光而产生能级的转移。还以PMMA为例，其透光率一般为93%，反射率为3.9%，则其余3.1%即为光的吸收与光的散射两者之和。

1.3光的散射，光的散射即光线入射到聚合物表面，既没有透过也没有反射和吸收的一部分光通量， 其占有比重比较小。造成光散射的原因有:制品表面粗糙不平，聚合物内部结构不均匀如相对分子质量分布不均匀、无序相与结晶相共存等。结晶聚合物的散射比较严重，只有结晶聚合物的晶体颗粒小于可见光波长时，才能像非晶聚合物那样不引起散射，光线全部透过，提高透明度。如PE、PP 等结晶聚合物只有用快速冷却的方法才可得到低结晶度、晶体颗粒细的制品，取得-定的透明性;但对有些结晶聚合物品种而言，要想控制太低的结晶度很困难，总有部分光被散射，造成薄膜的半透明。另外，通过拉伸的方法可使结晶颗粒变细，并使透明度迅速提高，如可使BOPP膜的透明性迅速提高。只有TPX塑料比较特殊，其结晶颗粒比较小，无论结晶度大小，制品都透明。

归纳起来聚合物制品透明的条件有两个:一为制品是非结晶体;二为虽部分结晶但颗粒细小，小于可见光波长范围，不妨碍太阳光光谱中可见光和近红外光的透过。

2、雾度

雾度又称为浊度，它是衡量透明或半透明材料不清晰或混浊的程度指标，具体是衡量材料散射程度的指标。雾度的产生是由于材料内部或外部表面光散射造成的云雾状或混浊的外观，因此雾度的定义为材料散射光通量与透过材料光通量之比的百分数。

透光率和雾度都是衡量材料透明性的重要指标。一般说来，透光率与雾度之间成反比关系，即透光率高的材料，其雾度低;反之亦然。但两者的关系并不总是如此，有时也有相反的结果。如毛玻璃的透光率较高，但其雾度也比较大。尤其是发光材料LED，将点光源变为面光源的光扩散材料就要求透过率和雾度双高，都要接近90%才可以使用。所以说透光率和雾度是既相互对立又相互联系的两个光学指标。

3、折光指数(折射率)

折射即入射光与透过光两者方向之差。衡量材料折射的大小，可用折射率表征。折射率越大，材料的折射越严重。折射率可用光在空气中和在聚合物中的传播速度之比来计算。作为透镜而使用的树脂，希望其折射率大一点，透镜的厚度可以减薄。

4、双折射

双折射即材料的平行方向与垂直方向折射率的差值。一个材料的双折射越大，越容易造成图像产生歪影等现象。所以说双折射降低了光学材料的透光质量，应尽力降低材料的双折射。材料之所以产生双折射现象，主要是由树脂的分子结构和分子的取向两方面决定的。

5、色散

材料中光的色散是指没有反射、散射、透过而被吸收的部分光，可用阿贝数表示，阿贝数V_d可用下式计算。

V_d=(n_d- 1)/(n_f-n_c)

其中，n_d、n_f、n_c分别为入射光波长为589.3nm、486.1nm及656.3nm时材料的折射率。从式中可以看出，材料的阿贝数与材料折射率有关。一般材料的折射率越大，阿贝数越小，色散越强。

衡量一种材料的光学性能好坏，有许多性能指标都需要考虑。常用的指标有透光率、雾度、折光指数、双折射及色散等。在上述指标中，透光率和雾度两个指标主要表征材料的透光性，而折光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材料的透光质量。一种好的透明性材料，要求上述性能指标优异且均衡。一个良好透明材料的条件为高透光率、低雾度、高折射率、小双折射及小色散。