PC，PS，PMMA……哪種透明塑料最透明?

前不久2021年紅點(diǎn)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)公布，有款獲獎(jiǎng)作品引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注：JBL TUNE225TWS Ghost 透明耳機(jī)。整個(gè)耳機(jī)外殼取材深藍(lán)色的透明PC塑料，有著獨(dú)特的通透質(zhì)感，讓內(nèi)部結(jié)構(gòu)一覽無余，展現(xiàn)了品牌方極強(qiáng)的設(shè)計(jì)自信。

好巧不巧，去年爆火的小米透明電視，也是采用了透明塑料。目測看，幾乎達(dá)到了拿塊透明玻璃板回家的效果。看看這種空間拓展感，在房價(jià)飛上天的年代，是不是頓時(shí)覺得多賺了幾平米？

而就在今年8月份，小米在手機(jī)界的對手—三星也申請了其透明手機(jī)的設(shè)計(jì)專利，預(yù)計(jì)最快將于年底進(jìn)行量產(chǎn)。

以上種種主打“透明風(fēng)”的產(chǎn)品，背后自然少不了透明塑料的影子，那么問題來了：

最透明的塑料是哪個(gè)？

決定塑料透明度因素究竟有哪些？

形形色色透明塑料，它們各自優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

好吧，今天小編就陪你，一口氣把以上問題統(tǒng)統(tǒng)搞清楚。

 幾大塑料 究竟哪款最透明？

從先天條件來看，常用的塑料備選項(xiàng)有PC，PS，PMMA等。它們之間究竟誰的透明度最高呢？

一塊塑料板的透明度由以下幾個(gè)因素決定：①材質(zhì)（分子結(jié)構(gòu)）；②光學(xué)雜質(zhì)含量；③表面粗糙度；④樣板厚度。

①材質(zhì)（分子結(jié)構(gòu)）：材料的透明度與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)在光照下會發(fā)生原子/分子間的相互反應(yīng)而吸收可見光。主要的光吸收形式有兩種：電子躍遷和振動(dòng)躍遷。按照烏爾巴克（Urbach）定律，αe是表征電子躍遷的吸收系數(shù)。大部分含苯環(huán)的聚合物在光照下具有明顯的電子躍遷， αe值較高；當(dāng)含有雙鍵的結(jié)構(gòu)中，由含氮或苯基定型而發(fā)生π→π*躍遷時(shí)，就會有明顯躍遷， αe值較高。在500nm波長下，PS的αe是98dB/km，PMMA在可見光范圍內(nèi)沒有吸光的分子結(jié)構(gòu)， 它的αe＜1dB/km。因此從分子結(jié)構(gòu)角度，PMMA的透明性會明顯優(yōu)于PC、PS、ABS等塑料。

②光學(xué)雜質(zhì)含量：光學(xué)雜質(zhì)有兩種：第一種是本身材料在制備過程中引入的折射率與基體材料不一致的雜質(zhì)，在光透過材料時(shí)，會發(fā)生明顯的吸收和散射，導(dǎo)致材料透明度下降；第二種是材料本身發(fā)生結(jié)晶，結(jié)晶區(qū)與非晶區(qū)的折射率不同，也被認(rèn)為是光學(xué)雜質(zhì)，會有明顯的散射，導(dǎo)致材料的透明度下降。PMMA是無定形的材料，更重要的是其聚合過程可以做到有效地雜質(zhì)去除，因此其比PC具有更為純凈的樹脂體系。

③表面粗糙度：一塊塑料板的透明度與表面粗糙度有關(guān)，粗糙的表面會使光產(chǎn)生明顯的表面散射，導(dǎo)致透明性下降，如圖為同一副畫表面覆蓋上了光滑玻璃和表面磨砂的玻璃之后的對比。簡直是古典派與印象派的區(qū)別！

④樣板的厚度：光線在透過樣板時(shí)，會和樣板中的吸光化學(xué)結(jié)構(gòu)和光學(xué)雜質(zhì)發(fā)生作用，因此材料的厚度越厚，透明性越差。根據(jù)朗伯特定律，光沿著入射方向的剩余強(qiáng)度隨厚度的變化符合指數(shù)衰減規(guī)律。

因?yàn)楹髢蓚€(gè)因素和材料本身無關(guān)，毫無疑問PMMA的確是最為透明的塑料！

 塑料的透過率極限是多少？

細(xì)心同學(xué)會發(fā)現(xiàn)，世界級企業(yè)的光學(xué)級PMMA的性能參數(shù)標(biāo)注一般為：2mm厚度，透過率≥92%。那么為什么大家不寫93%呢？如果把產(chǎn)品的厚度減小到2nm，透過率會不會變成95%？答案是不會的。

一個(gè)完整的透射過程是這樣的，如圖：首先，入射光遇到塑料板（第一界面），發(fā)生反射和折射，因反射會損失一部分光。折射光線在遇到第二個(gè)界面時(shí)，同樣會發(fā)射反射而損失部分光線。因此透射率應(yīng)當(dāng)?shù)扔?00%減去兩個(gè)界面的反射率。反射率（反射光通量占入射光通量的百分比）的計(jì)算可以按照Fresnel公式得到。

讓我們做道算術(shù)題：

PMMA的折射率為1.49，以入射角=0°，計(jì)算得到第一界面的反射率為3.85%，透過率為96.13%；第二界面的反射率同樣也是3.85%。假設(shè)光在在材料內(nèi)部傳播沒有任何損失，那么最終得到整體透過率為92.4%。也就是說，即便PMMA做到完全不吸收可見光，不管樣品的厚度多薄，兩個(gè)界面的反射損失始終存在，PMMA的極限透過率為92.4%。這也是塑料透過率的天花板！

難道PMMA就是最好的嗎？

既然PMMA是透明性最佳的塑料，有著極高的透過率，那么我們生活中看到形形色色的透明塑料制件都是由它制成的嗎？

當(dāng)然不是！

PMMA有個(gè)致命缺點(diǎn)，出了名的“脆”，隨便找個(gè)物性表和別的材料對比一下，人家就是你的幾十倍！

PMMA韌性和PC對比

同樣的，PS韌性也好不到哪里去。所以一般而言，除了精密的化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器會選擇PMMA，一般主流家電，汽車領(lǐng)域會選擇韌性更好的透明PC或者透明ABS。

（形形色色透明塑料應(yīng)用）

不過，透明PC和ABS也不是最優(yōu)解。它們各自比較明顯的硬傷。

● 透明PC

先來說說透明PC，雖然PC沖擊強(qiáng)度尚可，但是應(yīng)用在外觀殼體、汽車內(nèi)飾、包裝領(lǐng)域時(shí)有著致命的缺點(diǎn)—耐刮擦性低，表面容易被磨損，從而影響外觀甚至性能。

那么有沒有透明度較高，又能“硬抗”的材料？

● 透明ABS

再來看看透明ABS，最近大家都知道最近ABS價(jià)格漲上天了。而傳統(tǒng)的透明ABS，有著硬度低，耐刮擦性能差等弱點(diǎn)。此時(shí)，對不少“一分錢當(dāng)兩塊錢用”的客戶而言，找到性能更為全面的透明ABS在當(dāng)下尤為緊迫！

那么，以上兩款產(chǎn)品都已經(jīng)取得商業(yè)化應(yīng)用嗎？

當(dāng)然，都是你所知的大品牌！