積分球涂料原理和選用

本文根據Avian Technologies LLC 公司 CTO Art Springsteen Ph.D.在CORM 2009年的講座翻譯、整理。

CORM:Council for Optical Radiation Measurements

積分球公式

由積分球公式可知,如果積分球涂料的反射率較低,如80%左右的時候,測試結果對積分球反射率的變化最不敏感,也就是說,在80%反射率的涂料,當反涂層的反射率由于各種原因發生變化時,對測試結果的影響最小。這種涂料的缺點就是lower throughput,但是對于大多數的燈具、燈泡來講,這個不是問題。

80%反射率的涂料,相對于95%-99%的涂料只能說是“灰”涂料。

對于反射率涂料來講,需要經常更新涂層,以保持反射率。

理想的積分球涂料應該具備幾個性能:

  • 高朗伯特性(較好的漫反射特性)
  • 在波長較寬的范圍內具有高反射率
  • 高度穩定
  • 容易施工
  • 容易去除

積分球的發展歷史:

Principle of Optics 在1934年提到了積分球的原理以及對內壁涂料的配方說明:對于積分球體內部涂層最重要的是涂料應該具有完美的漫反射特性,而且是非選擇性的漫反射。使得在球體內部反復的反射下而不會改變光的顏色,這個涂料含有標準的氧化鋅顏料。如下:

成分               比重

變性酒精:        100

無色賽璐珞:      10

樟腦  :             15

先將樟腦溶解在酒精中然后添加賽璐珞直到10個小時后賽璐珞溶解為止,并且將酒精蒸發。

后來,涂料配方改進如下

成分           比重

纖維素漆      4

酒精            1

氧化鋅         1

攪拌這種混合物直到一個合適的粘度為止,這大概需要一個多小時。然后再加兩份的酒精和一到兩份的水,松節油。酒精加到里面主要是為了延緩松節油的干燥。

常用的在噴涂白涂料的工藝,一般會推薦使用氧化鎂工藝,并對噴涂的表面進行霧化處理。這種工藝主要使用金屬鎂,利用其與氧氣燃燒,凝聚在球壁上。在處理氧化鎂涂層時,要特別小心防止變為黃色的MgN3

以上工藝在積分球上已經很少使用了。

常用噴涂型積分球涂料

硫酸鋇積分球涂料(市場上最常見的積分球涂料):

這種可以商業使用的經典積分球涂料由柯達公司 (Eastman Kodak)在上世紀70年代由Grum and Luckey 開發的,正式的商品名是“ Eastman 6080 White Reflectance Coating”,目前市場上可售的積分球涂料都是以此涂料為基礎改進的。

這種涂料的優點是:

  • 高反射率
  • 噴涂容易
  • 容易清除
  • 無毒
  • 高朗伯特性(工藝正確)

缺點:

  • 水溶性的
  • 不夠牢固、容易損害(如掉粉)

Avian-B是該種涂料的經典產品,下圖是Avian-B的反射率曲線

牢固性積分球涂料

采用特殊配方的積分球涂料,具有一定的牢固性,環境適應性號

主要有:

Avian Technologies 公司的Avian-D (可對外出售)

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

優點:

  • 高反射率、防水(可水洗)
  • 高朗伯特性(工藝有關)

缺點:

  • 反射率略低
  • 不易去除
  • 紫外反射率低

基于特氟龍(PTFE)的積分球涂料:

壓制的PTFE粉末 :

使用硅酮真空膠,將PTFE粉末壓制在一起,比重大約 1.0 g cm‐3

優點:非常高的反射率和朗伯特性

缺點:較脆,易碎   對溫度敏感、熱穩定性差, 容易污染

燒結的PTFE

優點:非常高的反射率和朗伯特性,非常穩定

缺點:比重大、價格高

典型產品是Fluorilon™ (Avian Technologies),



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