积分球涂料原理和选用

本文根据Avian Technologies LLC 公司 CTO Art Springsteen Ph.D.在CORM 2009年的讲座翻译、整理。

CORM:Council for Optical Radiation Measurements

积分球公式

由积分球公式可知,如果积分球涂料的反射率较低,如80%左右的时候,测试结果对积分球反射率的变化最不敏感,也就是说,在80%反射率的涂料,当反涂层的反射率由于各种原因发生变化时,对测试结果的影响最小。这种涂料的缺点就是lower throughput,但是对于大多数的灯具、灯泡来讲,这个不是问题。

80%反射率的涂料,相对于95%-99%的涂料只能说是“灰”涂料。

对于反射率涂料来讲,需要经常更新涂层,以保持反射率。

理想的积分球涂料应该具备几个性能:

  • 高朗伯特性(较好的漫反射特性)
  • 在波长较宽的范围内具有高反射率
  • 高度稳定
  • 容易施工
  • 容易去除

积分球的发展历史:

Principle of Optics 在1934年提到了积分球的原理以及对内壁涂料的配方说明:对于积分球体内部涂层最重要的是涂料应该具有完美的漫反射特性,而且是非选择性的漫反射。使得在球体内部反复的反射下而不会改变光的颜色,这个涂料含有标准的氧化锌颜料。如下:

成分               比重

变性酒精:        100

无色赛璐珞:      10

樟脑  :             15

先将樟脑溶解在酒精中然后添加赛璐珞直到10个小时后赛璐珞溶解为止,并且将酒精蒸发。

后来,涂料配方改进如下

成分           比重

纤维素漆      4

酒精            1

氧化锌         1

搅拌这种混合物直到一个合适的粘度为止,这大概需要一个多小时。然后再加两份的酒精和一到两份的水,松节油。酒精加到里面主要是为了延缓松节油的干燥。

常用的在喷涂白涂料的工艺,一般会推荐使用氧化镁工艺,并对喷涂的表面进行雾化处理。这种工艺主要使用金属镁,利用其与氧气燃烧,凝聚在球壁上。在处理氧化镁涂层时,要特别小心防止变为黄色的MgN3

以上工艺在积分球上已经很少使用了。

常用喷涂型积分球涂料

硫酸钡积分球涂料(市场上最常见的积分球涂料):

这种可以商业使用的经典积分球涂料由柯达公司 (Eastman Kodak)在上世纪70年代由Grum and Luckey 开发的,正式的商品名是“ Eastman 6080 White Reflectance Coating”,目前市场上可售的积分球涂料都是以此涂料为基础改进的。

这种涂料的优点是:

  • 高反射率
  • 喷涂容易
  • 容易清除
  • 无毒
  • 高朗伯特性(工艺正确)

缺点:

  • 水溶性的
  • 不够牢固、容易损害(如掉粉)

Avian-B是该种涂料的经典产品,下图是Avian-B的反射率曲线

牢固性积分球涂料

采用特殊配方的积分球涂料,具有一定的牢固性,环境适应性号

主要有:

Avian Technologies 公司的Avian-D (可对外出售)

Optronic Laboratory公司的Optolon 1 / Optolon 2 (不出售)

优点:

  • 高反射率、防水(可水洗)
  • 高朗伯特性(工艺有关)

缺点:

  • 反射率略低
  • 不易去除
  • 紫外反射率低

基于特氟龙(PTFE)的积分球涂料:

压制的PTFE粉末 :

使用硅酮真空胶,将PTFE粉末压制在一起,比重大约 1.0 g cm‐3

优点:非常高的反射率和朗伯特性

缺点:较脆,易碎   对温度敏感、热稳定性差, 容易污染

烧结的PTFE

优点:非常高的反射率和朗伯特性,非常稳定

缺点:比重大、价格高

典型产品是Fluorilon™ (Avian Technologies),



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