Определение свойств инженерных пластиков. Часть 3

Световые трубки используются для передачи света от источника света к выходному отверстию, соединенному с прозрачной средой, обычно воздухом или водой. Легкие трубы обычно представляют собой прозрачные, сплошные, изогнутые пластиковые стержни. Целью конструкции световой трубки является передача максимального количества света. Расстояние x между световодом и падающим светом основано на конструкции. Изогнутые световые трубки спроектированы с максимальным углом изгиба (радиусом кривизны), чтобы избежать или минимизировать потерю света. Максимальный радиус кривизны, например, для поликарбоната марки Lexan составляет 51 °. На углах ниже максимального радиуса кривизны происходит потеря света. Чтобы вычислить минимальный радиус кривизны, используются такие параметры, как t – диаметр или толщина световода (мм)? np – показатель преломления световода (например, 1,585 для поликарбоната Lexan) и na – показатель преломления воздуха (равен единице).

Когда радиус кривизны выпуклой поверхности, такой как световод или линза, слишком мал, критический угол подвергается риску. Внутреннее отражение на границе с воздухом или водой удерживает световые лучи внутри световода. Однако, поскольку потеря мощности важна для определения конструкции силового кабеля, минимальные потери светового луча при прохождении света через световод важны для эффективного проектирования световода. Показатель преломления n — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде. Это степень, в которой прозрачный материал излучает свет. Чем выше показатель преломления данной среды, тем медленнее лучи света проходят через среду. Более медленные световые лучи движутся ближе к нормальной линии, и, соответственно, угол преломления меньше. Соотношение показателя преломления двух прозрачных веществ, таких как полимер и воздух, на их границе раздела связано с углом преломления (изгиба) в соответствии с законом Снелла (Снеллиуса).

Закон Снелла приравнивает синус угла падения к синусу угла преломления. «Угол преломления луча при прохождении границы между двумя средами зависит от соотношения коэффициентов преломления этих сред». Когда свет проходит через прозрачный пластик к границе с воздухом, он преломляется, если угол падения не превышает критический угол. Под критическим углом угол преломления составляет 90 ° от линии, нормальной к поверхности раздела. Нормальная линия — это перпендикулярная линия (ось y) к поверхности раздела (границе) в точке, где падающие световые лучи проходят через поверхность. Это контрольная линия для угла падения и угла преломления. Световые лучи преломляются в направлении нормальной линии, когда скорость световых лучей меньше скорости падающих световых лучей. Световые лучи преломляются от нормальной линии, когда скорость световых лучей выше, чем у падающих световых лучей, то есть чем быстрее, тем дальше.

Чем больше преломляются световые лучи, тем больше разница между углом падения и углом преломления. Критический угол — это угол падения, который создает угол преломления, который составляет 90 ° от нормальной линии. Под критическим углом свет не передается. Согласно закону Снелла (Снеллиуса или Снелля), угол падения равен углу отражения. Угол преломления при прохождении границы между двумя средами зависит от соотношения факторов преломления этих сред. При измерениях используются следующие значения: n1 — показатель преломления среды 1, θ1 — угол преломления 1, n2 — показатель преломления среды 2, θ2 — угол преломления 2. Также используется уравнение Френеля используется для оценки количества отраженного света в идеальных условиях. Параметры уравления следующие: Rf — количество отраженного света, а также уже известные углы и показатели преломления одной и другой среды. Поскольку свет проходит через прозрачный пластик, дефекты и примеси значительно уменьшают интенсивность света, которая рассеивается и экспоненциально ослабляется при поглощении света.

Уменьшение интенсивности света может быть оценено с использованием таких параметров, как Ix — интенсивность светового луча, I0 — плотность свободного воздуха, μ — коэффициент ослабления пластика, х — расстояние, пройденное светом через пластмассу. При этом учитывается, что 1 кандела = 10,74 люкс. Общий коэффициент затухания αt используется для расчета количества света, потерянного, когда свет проходит через пластиковую трубку, при условии, что свет не теряется при преломлении от критического угла. Коэффициент αt представляет собой сумму преломления на входе и выходе (пластиковой световой трубки), поглощения материала на единицу длины световой трубки, потерь при каждом отражении и количества отражений на единицу длины. Несовершенство поверхности и примеси рассеивают свет, который отражается от границы раздела пластика и воздуха (или другой среды). Количество света, рассеянного при каждом отражении, оценивается как потери на отражение.

Потеря света при отражении рассчитывается с использованием таких величин, как Λ — потери света на отражение, σ — шероховатость поверхности (мм), представляющая собой высоту поверхностных дефектов, измеренную от среднего значения, r — толщина пластика (см), θ — угол падения световых лучей, попадающих на поверхность пластмассы из воздуха, λn — длина волны источника света в пластике. Методы испытания показателя преломления прозрачного пластика описаны в ASTM D0542 (ISO 489), «Показатель преломления прозрачных органических пластиков». Методы испытаний на светопропускание через прозрачный пластиковый лист описаны в ASTM D1746, «Регулярная прозрачность листа с использованием отношения нерассеянного потока передачи к падающему потоку». Зеркальная передача — это свойство прозрачного пластикового листа отражать относительно отдаленный объект с определенной степенью четкости. Также при оценке прозрачности рекомендуется руководствоваться стандартом ASTM D1044, «Устойчивость прозрачных пластиков к поверхностному истиранию».