Imperdibili soluzioni in plastica per sistemi LED.

Il mercato dei LED (Light Emitting Diodes) è previsto che cresca fino a 42 miliardi di dollari entro il 2020, entro il 2022 è previsto che raggiunga il 52% del settore lampadine ed il 69% di quello degli apparecchi di illuminazione. Sono parecchi i fattori che fanno crescere velocemente questi settori, tra i più importanti troviamo:

domanda crescente nel settore illuminotecnico;
richiesta di maggiore durata dell’apparecchio;
migliori performance associata ad una migliore efficienza energetica;
penetrazione di nuovi settori applicativi;
diminuzione del costo delle lampade LED;

oltre ad altri mercati interessanti come la telefonia mobile o la segnaletica e le insegne. L’illuminotecnica è senza dubbio il mercato più ampio: la conversione a lampade LED nel residenziale e nel commerciale giustificherebbe di per sé la quota maggiore, senza tener conto dell’innovazione e del design. La segnaletica luminosa e l’auto sono quasi alla pari per la seconda posizione. La Cina guiderà l’utilizzo di LED nel mercato della segnaletica e delle insegne, le luci esterne delle auto di fascia economica saranno il main driver per il consumo di LED nel settore auto. La tecnologia LED, di suo, ha costi iniziali più elevati rispetto alle altre, ma si può abbattere il costo totale del manufatto scegliendo materiali intelligenti per le parti dei sistemi di illuminazione. Le materie plastiche possono aiutare nella riduzione dei costi perché permettono:

flessibilità nel design;
riduzione di peso;
consolidamento delle parti;
processi produttivi più “verdi”.

Questi vantaggi hanno portato alla sostituzione di metalli, come l’alluminio con compound termo-conduttivi per la dissipazione del calore e vetro, come nelle ottiche, con materiale plastico. Una lampada LED è costituita da parecchi componenti e molti di questi componenti possono essere in materiale plastico. La tabella sottostante riporta il tipo di materie plastiche comunemente più utilizzate per componente:

Applicazione nel LED	Requisiti	Polimeri suggeriti
Dissipazione del calore	Sostituzione metallo, buona conducibilità termica, isolamento elettrico, ritardo di fiamma	PC, PA 6, PA 66, PPS (con filler termo-conduttivi)
Riflettori	Alto indice di rifrazione, alta fluidità, buona resistenza alla luce ed al calore	Poliesteri, PC e PA
Ottiche	Sostituzione del vetro, trasmissione luce ottimale, resistenza al graffio ed al calore.	PC, PMMA
Alloggiamenti	Flessibilità di design, facilità di produzione, ritardo alla fiamma	PC, PC/ABS, PA, PBT

Dissipazione del calore.

I LED sono molto più efficienti delle altre tecnologie, sia le attuali che le vecchie. Tuttavia nel loro funzionamento parte dell’energia viene trasformata in calore. Diventa cruciale allora, per mantenere la longevità e la performance delle luci al LED, dissipare questo calore. Le materie plastiche non sono termo-conduttrici per natura, è necessario allora modificarle con dei filler idonei. Ecco alcune soluzioni:

Grado/serie	Polimero	Fornitore	Conducibilità termica	Rating FR	Altre caratteristiche
Makrolon® TC8030 PC	PC	Covestro	Non specificata	UL94 V-0 a 2 mm	Resistente alla corrosione e al calore; Bassa densità
Therma-Tech™ Compounds	Varia da PBT, PPS a PA6 e PA66	PolyOne	20 W/mK (in plane)	Conformi a UL94 V-0	Resistente alla corrosione; basso peso; basso costo
Stanyl TC	PA 46	DSM	14 W/mK	Conformi a UL94 V-0	Eccellente fluidità; 50% di peso in meno rispetto al metallo; alte caratteristiche metalliche.
CoolPoly® seria LED TC- E3607, E3603, D3610, D3612	PA6, PPA, PA66/6	Cool Polymers (Celanese)	14W/mK; 20 W/mK; 2 W/mK; 6 W/mK rispettivamente	Soddisfa UL94 V-0	50% di peso in meno rispetto al metallo; colorabilità; riciclabilità
KONDUIT™ PX13012 e PX11311U	PPS e PA6	Sabic	Fino a 18 W/mK	UL94 V-0 a 0,8 e 1,0 mm rispettivamente	30% di peso in meno rispetto al metallo; colorabili; PX11311U: alta riflessione (~92%), buona resistenza all’urto da -40 a 85 °C
LUVOCOM® compounds	PET, PA 6 and PC	Lehmann & Voss & Co.	Da 0.6 a 1.5 W/mK	Conformi a UL94 V-0	buone caratteristiche meccaniche; anche in colore bianco; ritardo alla fiamma opzionale
Durethan LED – Durethan BTC 65, BTC 75 TP 723-620	PA 6	Lanxess	4,5 W/mK max	UL 94 V-0 a 0.75 mm (Durethan TP 723-620)	–
LATICONTHER	PUR, PC, PP, PBT, PA, PPA, PPS, PEEK	Lati	Da 2 a 15 W/mK	Conformi a UL94 V-0	Resistente alla corrosione e al calore; bassa densità; buona fluidità; alcuni gradi anche elettricamente conduttivi

Riflettori. I riflettori sono la parte dell’apparato che regola la luce della sorgente tramite riflessione. La loro progettazione è fondamentale per la qualità della raccolta e collimazione della luce. Parametri chiave per la selezione del materiale sono la riflessione totale o riflettività, la resistenza alla luce ed al calore, il grado di ritardo alla fiamma e la possibilità di ottenere spessori sottili.

Grado/serie	Polimero	Fornitore	Riflessione	Rating FR	Altre caratteristiche
Makrolon® RW or Apec® RW – Makrolon® RW2405, RW 2407, RW6265X, RW6267X, Apec® RW1697	PC	Covestro	Fino la 96%	UL 94 V-0 a 1,5 mm	Bassa viscosità; alta brillantezza i gradi bianchi
EMERGE™ PC 4350-7, 8130-10, 4350-15, CELEX™ 3600-10	PC e PC blend	Trinseo	96 %	UL 94 V-0 a 0.85-1.5 mm e V-2 a 0.5-3 mm	Uso in continuo a T>100 °C; buona resistenza UV.
Genestar^TM TA112 e TA104	PA 9T	Kurarai	>97%	UL 94-HB a 3 mm	Buon bilanciamento tra proprietà ottiche, resistenza meccanica e stampabilità; Buona fluiudità; saldabilità SMT; riflettività TA104 > TA112

Ottiche.

Gli attuali LED ad alta potenza devono resistere a severe radiazioni UV e contemporaneamente a temperature che raggiungono anche i 150 °C per tempi prolungati. I requisiti chiave sono la trasparenza, la buona distribuzione della luce, resistenza al graffio ed alla rottura, peso ridotto, resistenza UV ed efficienza energetica.

Soluzioni che utilizzano materie plastiche limpide e trasparenti stanno velocemente sostituendo il vetro grazie a caratteristiche come il peso ridotto, la libertà di design e la resistenza alla frantumazione.

Grado / serie	Polimero	Produttore	Caratteristiche principali
Makrolon® LED – LED2245 e LED2643	PC	Covestro	Ridotti indice di ingiallimento e opacità; alta resistenza all’impatto; bassa viscosità del melt; possibilità di produrre parti miniaturizzate con molta precisione; eccellenti qualità di stampa; resistente alla rottura; alta stabilità dimensionale in un ampio intervallo di temperature.
PLEXIGLAS® LED (truLED)	PMMA	Evonik	Elevata purezza ottica; nessun ingiallimento o infragilimento; resistenza all’urto 11 volte maggiore del vetro; buona colorabilità; resistente agli UV; massima trasmissione della luce senza disturbo alle zone critiche.
Silopren LSR Serie 7000	Gomma siliconica liquida	Momentive	Eccellente limpidezza; peso minore sia del vetro che delle plastiche tradizionali; buone proprietà di trasmissione ottica, opacità e dispersione; resistenza termica e UV nel tempo.
Lexan LUX PC	PC	Sabic	Eccellenti proprietà ottiche; Ottima resistenza all’impatto; buone termiche; ritardato alla fiamma fino a 1,0 mm sia trasparente che opalino con additivi non alogenati.
CALIBRE™ e EMERGE™	PC e blend	Trinseo	Alta trasmissione della luce (il Calibre 301-58 LT ha valori molto simili al PMMA); Resistenza UV duratura.

Chip e alloggiamenti. I materiali per gli alloggiamenti dei LED devono possedere caratteristiche particolari come la riflessione della luce, la resistenza all’invecchiamento termico, stabilità alla luce, resistenza meccanica, ritardo alla fiamma, saldabilità e buona processabilità.

Grado / serie	Polimero	Produttore	Caratteristiche principali
Stanyl® ForTii™ – LED LX, LED4U (NC1103Q)	PA 4T	DSM	Ottima fluidità con spessori sottili; Alta riflettività iniziale; basso invecchiamento termico; bouna adesione alle resine epossidiche e ai siliconi.
Vestamid HT Plus M8000	PPA	Evonik	Buona resistenza alla temperatura (fino a 280 °C); stabile alla luce, parzialmente da fonte naturale; ingiallimento ridotto.
Pocan LED	PCT* e PBT	Lanxess	PCT – alta riflettività (96%); resiste a temperature comprese tra 240 – 280 °C; idoneo per saldatura senza piombo; ingiallimento trascurabile.PBT – fino al 90% di riflessione a 450 nm; buone caratterische meccaniche; ritardato alla fiamma.

* PCT = policicloesilendimetilentereftalato.

Inoltre, per garantire protezione meccanica ai LED è necessario incapsularli. L’incapsulamento, inoltre, riduce la perdita di carico luminoso. Sono generalmente usati siliconi, epossidiche ed ibridi.