Варфоломеев Л.П. Светотехника. Краткое справочное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
6. ÑÂÅÒÎÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ
Все применяемые при изотовлении осветительных приборов
(ОП)материалыможноразбитьнатрирппы:светопропсающие,
светоотражающиеионстрционные.
6.1. Ñâåòîïðîïóñêàþùèå ìàòåðèàëû
Светопропсающиематериалыиспользютсядляизотовления
линз,рассеивателей,защитныхстеол,олпаовит.п.
Потиписходноосырьясветопропсающиематериалыделятся
насилиатныеиораничесие.Силиатныематериалы—этообыч-
ноестеловсехсортов,хрсталь,варц,основнойсоставляющейо-
торыхслжитдвоисьремнияSiO
2
,тоестьобычныйчистыйпесо.
К ораничесим светопропсающим материалам относятся свето-
техничесиебмаиитани,атажеполиметилметарилат,полисти-
рол,полиэтилен,полиарбонат,поливинилхлорид,полиэтилентере-
фталатидрие,полчаемые,аправило,синтетичесимптем.
Основнымпараметромсветопропсающихматериаловявляется
оэффициентпропсанияτ—отношениесветовоопотоа,прошед-
шеосвозьматериал,световомпото,павшемнанео.Коэф-
фициентпропсаниядлябесцветныхматериаловазываетсяобыч-
новвидеинтеральнойвеличины(соотношениясветовыхпотоовво
всемвидимомчастеспетра400 – 700нм).Дляцветныхматериа-
ловприводятсяспетральныеоэффициентыпропсанияввидери-
выхзависимостиτ отдлиныволны.
Важнымпараметромсветопропсающихматериаловявляется
оэффициентпреломления,поазывающий,аизменяетсянаправ-
лениелчасветанараницевоздхаиматериала.Чембольшеоэф-
фициентпреломления,темболееблестящимажетсяматериалитем
большевозможностейонпредоставляетдляправленияраспреде-
лениемсвета.
Кабылосазановразделе2,пропсаниеможетбытьнаправ-
ленным,рассеянным,направленно-рассеяннымилисмешанным.Рас-
пределение оэффициента пропсания в пространстве харатери-
зетсяспециальнымиривыми—индиатрисами.
Кдримпараметрамсветопропсающихматериаловотносят-
сяих плотность(дельныйвес),пожароопасность,технолоичность
82
(температраиспособпереработиидр.),твердость,стойчивость
воздействиюхимичесиативныхвеществирастворителей.
Силиатныематериалыхаратеризются,преждевсео,аб-
солютной неорючестью, поэтом они мот применяться в ОП
слюбымиисточниамисвета.Ихоэффициентпреломлениямо-
жетизменятьсявдостаточношироихпределахзасчетвведения
всоставстеласолейразличныхметаллов,преждевсеосвинца.
Стелосвысоимсодержаниемсвинцаибольшимоэффициен-
том преломления полчило название хрсталя или хрстальноо
стелаиширооиспользетсявпроизводстведороихдеоратив-
ных ОП для представительсих помещений и быта (хрстальные
люстрыит.п.).
Силиатныематериалыоченьтверды(нестпаютбольшинств
сортов стали и значительно превосходят алюминий и ео сплавы).
Стела достаточно лео орашиваются в самые различные цвета,
иорасаихоченьстойчивавоздействиюсвета,теплаивремени.
Похимичесойстойостисилиатныематериалыпревосходятболь-
шинствоизвестныхвеществипоэтомОПснимимотприменяться
впроизводственныхпомещенияхссамойарессивнойсредой.Та-
жестойчивыэтиматериалыиовсемрастворителям.Потеплос-
тойчивостисилиатныематериалызначительнопревосходятвсеора-
ничесие.
Кнедостатамсилиатныхсветопропсающихматериаловот-
носятся,преждевсео,ихнестойчивостьдарнымнарзам(хрп-
ость).Дляповышениядаростойчивостиприменяютспециальный
методобработи—зааливаниестела.Каправило,вОПсалоен-
нымилинейнымилампаминааливанияимощнымиразряднымилам-
памиприменяютсятольозааленныестела.Дриенедостати—
довольнобольшаяплотность(неменее2,5/см
3
),делающаяизде-
лия из этих материалов тяжелыми; сложность механичесой обра-
боти;оченьвысоаястоимостьмноихцветныхихрстальныхсте-
оличистооварца.
Силиатныесветопропсающиематериалыдостаточнотехно-
лоичны.Температраразмячениябольшинствастеолнепревыша-
ет1000
о
C,варца—1500
о
С.Вразмяченномилирасплавленном
видесилиатныематериалыподдаютсяштампове,проате,выд-
ванию,литью,прессованию.
Стелависходномвидепрозрачныибесцветныипоэтоммо-
тиспользоватьсявОПвачествелинз,призматичесихрассеива-
телейилипростодлязащитыисточниовсветаиэлементовонст-
рцииотвоздействияводы,арессивныхпаровит.п.
Однаочастобываетнжнонепростоперераспределитьсвето-
войпото,ноипонизитьяростьвидимыхчастейисточниовсвета,а
83Ãëàâà 6. ÑÂÅÒÎÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ
этовозможнотольозасчетпримененияма-
териаловсненаправленнымхаратеромпро-
псания.
Для полчения таих стеол в них при
варевводятсолиразличныхметаллов.Сте-
ло,оставаясьбесцветным,становитсянепро-
зрачным,асветорассеивающимматериалом.
Светорассеивающиестелаполчилиназва-
ние «лшеных». В зависимости от степени
рассеяниясветалшеныестеладелятсяна
опалиновые (слабое рассеяние, заметная
долянаправленноопропсания),опаловые
(средняястепеньрассеяния;принаблюдении
черезтаоестелолампынааливанияслабо
виднатольонитьнаала)имолочные—пол-
ноерассеяниесвета(рис.40).
Достоинства и недостати силиатных
материаловопределяютобластиихпримене-
ния.Плосиезааленныепрозрачныестела
использются в ачестве защитных элемен-
товвовсехОПпрожеторноотипаслиней-
ными алоенными лампами нааливания и
мощными разрядными лампами. Призмати-
чесиерассеивателиширооприменяютсяв
личныхсветильниахафнциональноо,
таидеоративнооназначения.Стелянные
линзы(сплошныеилинаборные,таназыва-
емыелинзыФренеля)—неотъемлемаячасть
всехпроеторов,световыхмаяов,неоторых
переносныхсветильниов.Элементыизхр-
сталя,ажебылосазано,—основамно-
ихдеоративныхОПдлябытовых,предста-
вительсих,зрелищныхидрихпомещений.
Цветные стела широо использются в ОП
проеторноотипадлясозданиядеоратив-
ныхэффетоввшо-прораммахит.п.Гл-
шеное(чащевсеомолочное)стело—осно-
вабольшинствабытовыхсветильниов.Чис-
тыйварцблаодаряеовысоойпрозрач-
ностивльтрафиолетовойобластиспетра
использетсяприсозданииоблчательных
становодляобеззараживанияводыивоз-
дха.
à) íàïðàâëåííîå
â) äèôôóçíîå
(ðàññåÿííîå)
ã) ñìåøàííîå
á) íàïðàâëåííî-
ðàññåÿííîå
Ðèñ. 40. Èíäèêàòðèñû
ïðîïóñêàíèÿ
84
Вомноихслчаяхсилиатныематериалыявляютсябезальтер-
нативнымивсозданииОП.ОднаоврядеОП,вчастности,всветиль-
ниахслюминесцентнымилампами,впоследниедесятилетияширо-
оприменяютсяиораничесиесветопропсающиематериалы.
Кдостоинствамораничесихсветопропсающихматериалов
необходимоотнестиихбольшюстойчивостьдарнымнарзам,
меньшюплотность,возможностьмеханичесойобработи,часто—
меньшюстоимость.Кораничесимотносятсяполимерные(синте-
тичесие)светопропсающиематериалы,атажесветотехничесие
бмаиитани.Таабмаиитанииспользютсявпроизводстве
тольобытовыхсветильниов,далееониховоритьнебдем.
Всеполимерныематериалыделятсянатермореативныеитер-
мопластичные. Термореативные материалы — это таие, оторые
принареваниипереходятвнеплавоеинерастворимоесостояниеи
неподлежатповторнойпереработе.Ктаимматериаламотносятся,
например, арболит, эпосидные смолы, стелопласты, использе-
мыевсветотехничесойпромышленностиаонстрционные.Тер-
мопластичныематериалынетеряютспособностиплавитьсяилира-
створятьсяпослеихнареванияипоэтомдопсаютвторичнюпе-
реработ.Кэтомлассотносятсяпратичесивсесветопропса-
ющиематериалы.
Втаблице22приведеныфизичесиепараметрынаиболеерас-
пространенныхсветопропсающихполимерныхматериаловисте-
ла(данныевзятыизниВ.И.Долополова«Светотехничесиемате-
риалы»,Энерия,1972;Ю.Ф.Мельниова«Светотехничесиемате-
риалы»,Высшаяшола,1976иА.Г.Гальчено«Современныеполи-
мерныесветотехничесиематериалы»,ДомСвета,Мосва,2000).
Таблица22
Основныехаратеристиисветопропсающих
материалов
ПММА—полиметилметарилат;
ПС—полистирол;
85Ãëàâà 6. ÑÂÅÒÎÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ
СПС-УФ—светостабилизированныйполистирол;
ПК—полиарбонат;
ПЭ—полиэтилен;
ПП—полипропилен;
ПЭТФ—полиэтилентерефталат.
Всеполимерныематериалызначительнолечестела—плот-
ностьбольшинстваизнихблиза1/см
3
.Рядматериалов(поли-
арбонат,полипропилен)значительнопревосходятстелопостой-
чивостидарнымнарзам.
Общимнедостатомвсехполимерныхматериаловявляетсяих
низаястойчивостьсвети,особенно,льтрафиолетовомизл-
чению.Поддействиемсветабольшинствоматериаловжелтеетиста-
новитсяболеехрпими.Дляповышениястойчивостисветвпо-
лимерывводятразличныесветостабилизирющиедобави,оторые
повышают стоимость материалов, а инода снижают оэффициент
пропсания.Внастоящеевремяприизотовлениисветильниовпри-
меняются почти ислючительно светостабилизированные полимер-
ныематериалы.
Дримобщимсвойствомдлявсехсинтетичесихматериалов
слжитихстарение,тоестьпостепенноехдшениесветотехничес-
ихимеханичесихпараметров.Еслистеломожетсохранятьсвои
параметрывтечениестолетий,тосрослжбыполимерныхматери-
алов редо превышает 10 лет. Еще одним неприятным свойством
полимеров является их орючесть. Кроме полиарбоната, все про-
зрачныеполимерыявляютсяорючимиматериалами.Полиарбонат
относитсятрдновоспламеняемымисамозатхающимматериалам;
оноритдотехпор,поанаходитсявпламенидрихвеществ,апри
выносеизпламени—аснет.
Достоинствомполимерныхматериаловявляется их более вы-
соаятехнолоичностьпосравнениюсостелом.Всеэтиматериалы
перерабатываютсяпризначительноменьшихтемператрах,чемстело
иособенноварц.
Наиболеераспространеннымспособомпереработиполимеров
является эстрзия — продавливание расплавленных материалов
свозьщелиразличнойформы.Таимметодомизотавливаютсярас-
сеиватели для светильниов с люминесцентными лампами самоо
разноопрофиляилюбойдлины.Широораспространенытажеме-
тодывамнооформованияиштамповиизлистов.Изделияслож-
нойформыитолстостенныеизделияделаютсялитьемподдавлени-
емиливыдвом.
Всеполимерныематериалыхорошосвариваютсяилислеива-
ются,поддаютсяразличнымвидаммеханичесойобработи.
86
Низаятеплостойчивостьполимерныхматериаловделаетне-
возможнымиспользованиеихвОПсалоеннымилампаминаали-
ванияимощнымиразряднымилампами.Основнаяобластьпримене-
ниятаихматериалов—светильниислюминесцентнымилампамии
неоторые бытовые светильнии с лампами нааливания. В произ-
водствесветильниовслюминесцентнымилампамиполимерныесве-
топропсающиематериалывнастоящеевремяявляютсяпратичес-
и единственным типом материалов для изотовления рассеивате-
лей.Наиболеераспространенздесьполиметилметарилат,извес-
тныйтажеподназваниями«ораничесоестело»,«плесилас»,«а-
рил».Кромеэтоо,дляизотовлениярассеивателейиспользетсяпо-
листирол (стабилизированный), реже — полипропилен. Поливи-
нилхлорид использется для изотовления штампованных рассеи-
вателей,эранирющихрешето.
Особоеместосредиполимерныхсветопропсающихматериа-
ловзанимаетполиарбонат(иностранныеназваниямаролон,ле-
сан).Онимеетбольшютеплостойчивость,чемдриепрозрачные
полимеры(до150
о
С),менеепожароопасен(самозатхает),алав-
ное—значительнопревосходитвседриематериалыпостойчиво-
стидарнымнарзам.Поэтомполиарбонатприменяютприиз-
отовлениитаназываемых«антивандальных»светильниов,оторые
использютсядляосвещенияподъездов,лестничныхлетоилиф-
товвжилыхдомах,вподземныхпешеходныхпереходах,длясадово-
паровооосвещения—тоестьвместах,десветильниимотпод-
вератьсянарочитом разршению. Кромеэтоо, полиарбонат ис-
пользетсядляизотовлениярассеивателейизащитныхолпаоввОП
свысоойстепеньюзащиты(IP54,IP65),применяемыхдляосвеще-
нияпроизводственныхпомещений.Широомвнедрениюэтоома-
териаламешаетеовысоаястоимость(в3 – 4разадорожеполисти-
рола),атажебольшаятрдоемостьизотовленияизделийизнео.
Полимерныесветопропсающиематериалы,аистело,мо-
т иметь различный харатер светопропсания. Из материалов
снаправленнымпропсаниемделаютпризматичесиерассеивате-
ли;сдиффзныминаправленно-диффзнымпропсанием—опа-
ловыеилимолочныерассеиватели.
При оцене применимости типов рассеивателей необходимо
иметьввид,чтопризматичесиерассеивателиобеспечиваютболь-
шиеКПДсветильниов,нопратичесинеменьшаютяростьисточ-
ниовсвета.
6.2. Ñâåòîîòðàæàþùèå ìàòåðèàëû
Светоотражающиематериалы использются дляизотовления
отражателейиперераспределениясветовоопотоаисточниовсве-
87Ãëàâà 6. ÑÂÅÒÎÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ
таптемотражения ео в нжныхнаправлениях.По харатер рас-
пределенияотраженноосветаразличаютзеральное(направленное),
направленно-рассеянное,рассеянное(диффзное)исмешанноеот-
ражение(рис.5).
Важнейшимипараметрамисветоотражающихматериаловявля-
ютсяоэффициентотражения
ρ
,риваяпространственноораспре-
деленияотраженноосвета(индиатриса),адляцветныхматериалов
ещеиспетральноераспределениеоэффициентаотражения.Цвет-
ныематериалыприизотовленииОПнеиспользются,поэтомда-
лееониховоритьнебдем.
Материалы с зеральным и направленно-рассеянным отраже-
нием—этометаллысразличнойобработойповерхностиилиме-
талличесиепорытиянанеметалличесихповерхностях(вонечном
счете,тажеметаллы).Диффзнымхаратеромотраженияобладают
тани,бмаанелянцевыхсортов,мноиеэмалиираси.Смешан-
ныйхаратеротраженияприсщстелоэмалям(силиатнымэмалям)
ибелым материаламсблестящейповерхностью(лшеное стело,
лшеныеполимерныематериалы,лянцеваябмааидрие).
Зеральноеотражениепозволяетнаиболееибоиточнопере-
распределять световой пото источниов света, формиря, таим
образом, требемю ривю сил света (КСС). Из чистых металлов
наибольшийоэффициентотраженияимеетсеребро—до0,92.Од-
наоиз-задороовизныеоприменяюттольодляпорытиястелян-
ныхотражателейнеоторыхтиповпрожеторовиоптичесихприбо-
ров.
Всветотехничесойпромышленностифатичесиединственным
материаломсзеральнымотражениемявляетсяалюминий.Коэффи-
циентотражениячистооалюминияприоченьтщательнойполирове
поверхностиможетбытьвыше0,8;однаочистыйалюминийнавоз-
дхебыстрооисляетсяитснеет.Поэтомнеобходимазащитаалю-
минияотпрямооонтатасвоздхом.Способовзащитыалюминия
отоислениядостаточномноо.
Наиболеераспространеннымиизтаихспособовявляютсяаль-
заирование и анодирование или элетрохимичесое полирование
(иноданазываемоеобъярчением).Альзаирование—этонанесе-
ниетонойпленидвоисиремниянаалюминиевюповерхность.
Тааяплена,немнооснижаяоэффициентотражения,надежноза-
щищаеталюминий от воздействия воздхаи одновременно делает
еоповерхностьболеетвердой.Анодированиеилиэлетрохими-
чесоеполирование—этообработаалюминиевойповерхностив
растворах ортофосфорной ислоты, хромовоо анидрида и дрих
химичесихвеществприодновременномвоздействииэлетричесо-
отоа.Врезльтатетаойобработиповерхностьалюминиядела-
88
етсяладой(отполированной)иблестящей.Поддействиемэлет-
ричесоотоанаповерхностиалюминияобразетсятончайшийслой
оисиалюминия,предотвращающийеедальнейшееоислениеипо-
тснение.
Чемчищеалюминий,темвышееооэффициентотражения.Но
чистыйалюминий—этооченьмяийидостаточнодороойматери-
ал.Поэтомчащедляизотовления отражателей использются бо-
лее твердые и дешевые материалы (алюминиевые сплавы, сталь,
пластмассы,дляособоточных—стело),наоторыенаноситсятон-
ийслойособочистооалюминияспоследющейеозащитой.Чаще
всеоалюминийнаноситсяптемраспылениявваме,адлянане-
сениязащитноослояиспользютдвоисьремния,распыляемю
натойжестановепослесозданияслояалюминия.
Дляполчениячистозеральнооотраженияповерхность,нао-
торюнаноситсяслойалюминия,должнабытьхорошоотполирована.
Еслиповерхностьподложишероховата,тохаратеротраженияб-
дет направленно-рассеянным, причем, чем больше шероховатость,
темболеерассеяннымбдетотражение.
Внастоящеевремярядфирмзарбежом(AlanodвГермании,
SaccalвИталии)освоилпромышленноепроизводстволистовооалю-
минияс«отовой»поверхностьюсженапыленнымслоемалюминия
ислючительновысоойчистоты(99,95%),защищеннымтончайши-
мислоямидвоисейремнияититана.Приэтомтолщиназащитных
слоевподбираетсята,чтобысвет,отраженныйотпередней(обра-
щеннойвоздх)изадней(обращеннойалюминию)поверхностей
пленинаходилсявпротивофазеиабыасилсязасчетинтерфе-
ренции.Подобнаятехнолоия(просветлениеоптии)жемноолет
применяетсявоптичесойпромышленности—хорошоизвестныфо-
тоаппаратыстаназываемыми«олбымиобъетивами»,имеющими
значительно больший оэффициент пропсания, чем аналоичные
объетивысчистыми(непросветленными)линзами.Применениета-
ихинтерференционныхпорытийичистейшеоалюминияпозволи-
лодовести оэффициент отражениядо 0,95 (листымари Miro не-
мецойфирмыAlanod).
Тааосновойтаихлистовыхматериаловслжитнечистый
алюминий,аалюминиевыйсплавсхорошимимеханичесимисвой-
ствами,изнихможнонтьоченьточныеотражателисдостаточной
формостойчивостью.
Листысветотехничесооалюминиявыпсаютсянетольосзер-
альным,ноиснаправленно-рассеяннымотражениемсразличной
степеньюрассеяния,атажетонированныеврозовыйилизолотис-
тыйцвета.Длязащитыотражающейповерхностиотповрежденияво
времятранспортировииобработилицеваястороналистовпоры-
89Ãëàâà 6. ÑÂÅÒÎÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ
ваетсяполимернойпленой,отораялеоснимаетсясжеотовых
отражателей.
Недостатами листовоо светотехничесоо алюминия типа
Alanodявляютсяневозможностьиспользованияеодляизотовления
отражателейсложнойформыиз-занеизбежнооповреждениязащит-
ноо слоя при лбоой вытяже и достаточно высоая стоимость.
Однаовпроизводствесветильниовслинейнымилюминесцентны-
ми лампами этот материал находит все большее распространение
дляизотовленияотражателейиэлементовзеральныхэранирю-
щихрешето.
Дляполченияматериаловсдиффзным(рассеянным)отраже-
ниемиспользютсяразличныеэмалиирасинаосновебелыхпи-
ментов— оисицина,двоисититана,серноислообария идр.
Эмалиилирасинаносятсянаповерхностьотражателейраспыле-
ниемстрейсжатоовоздхаилиэлетростатичесимполем.Коэф-
фициентотраженияхорошихэмалей—нениже0,85.
Всветильниахсмощнымилампамичастоприменяютсясте-
лоэмали,имеющиесмешанныйхаратеротражения,—сзеральной
идиффзнойсоставляющими.Втаихматериалахпрималыхлах
падениясветапреобладаетдиффзныйхаратеротражения(
ρ
зер
≤
7%,
ρ
диф
≥50 – 65%).Прибольшихлахпадениязеральноеотра-
жениевеличивается,адиффзное—меньшается.Приэтомсм-
марныйоэффициентотражениявозрастаетпримернос60до85%.
Этособенностьматериаловсосмешаннымотражениемнеобходи-
мочитыватьприразработесветильниов.
Стелоэмалинаносятсячащевсеонаповерхностьстальныхот-
ражателей,оторыеодновременноявляютсяиорпсамисветильни-
ов.Стелоэмалевыепорытияхаратеризютсявысоойтеплостой-
чивостью,химичесойстойостью,механичесойпрочностью(допс-
ают мнооратню протир и мой). Поэтом основная область
применениясветильниовсотражателями,порытымистелоэмалью,
—освещениепроизводственныхпомещений.
6.3. Êîíñòðóêöèîííûå ìàòåðèàëû
Этиматериалыневыполняютаие-тосветотехничесиефн-
ции,аслжатлишьдлясозданияонстрцийОП.Поэтомласс
онстрционныхмотбытьотнесеныпратичесивсеметаллы,тер-
мореативныеполимеры,неоторыетермопластичныеполимеры.
Наиболеераспространеннымионстрционнымиматериалами
всветотехничесой промышленностиявляютсяалюминиевыеспла-
вы,листоваясталь,полиарбонат,полиамид(апрон).Дляизотов-
ления элетростановочных изделий (патронов, леммных олодо,
90
розето,вылючателейи т.п.) широо использетсяерамиа,аиз
полимерныхматериалов — термореативныесмолы на основефе-
нолформальдеидныхсоединений;полибтилентерефталат;полиар-
бонат;полиамид.
Впоследниеодывсеболееширооераспространениеваче-
ствеонстрционныхматериаловполчаютполиэфирныесмолыи
полиарбонат.
Полиэфирные смолы, в иностранной доментации обычно на-
зываемые«полиэстер», чаще использютсядляизотовления орп-
совсветильниовслюминесцентнымилампами.Этотматериалда-
ропрочен,химичесистое,можеторашиватьсявмассевразличные
цвета.Дляповышениямеханичесойпрочностиитеплостойчивости
вполиэфирныесмолычастодобавляютстеловолоно.Изделияизпо-
лиэфирныхсмолделаютсяметодомлитьяподдавлением.Поверхность
таих изделий имеет вполне эстетичный вид и не требет дополни-
тельнойдеоративнойораси.
Полиарбонат, орашенный в массе, использется в ачестве
онстрционнооматериалаивсветильниахсразряднымилампа-
мимощностьюдо400Вт.