从战场到仪表盘:解决现代激光安全挑战——采访Epolin 全球业务总监Donald Tibbitt

  问:请您介绍Epolin 公司,以及产品与激光制造有何关联?

  答:Epolin 创立于约40 年前,最初研发的是膨胀单体技术,与光吸收完全无关。这种超强附着的航空涂料曾让公司大获成功。但成也萧何败也萧何——航空公司因无法去除机身涂层转售飞机而停用该产品。加之Sun Chemical 公司同期推出半价竞品,Epolin 的上市资金很快消耗殆尽。当公司只剩一名化学师和会计时,American Optical 公司找上门来:我们不懂膨胀单体,但你们或许能解决海湾战争中坦克测距仪激光致盲的问题。于是,这家濒临倒闭的公司起死回生,就此踏上了激光护目镜的研发之路。

  此后,我们将染料技术延伸至焊接和油墨领域。另外,我们创新性地将染料复合挤出成聚碳酸酯颗粒。这种颗粒可通过注塑成型任意构件,从透镜到微型滤光片皆可制作。我们还进军了汽车领域——比如仪表盘上的硅探测器穹顶。当光线传感器感知夜幕降临,电子信号便会自动开启车灯,这正是自动大灯的技术雏形。但若红外信号过强,车灯将完全无法启动。为此,我们在传感器中加入了红外吸收剂以消除阳光中的红外干扰,同时配备紫外线吸收剂过滤紫外效应,确保系统仅感应可见光波段。

  问:公司生产的材料既能吸收近红外光,又能提供防护?

  答:没错。我们合成的染料可融入聚碳酸酯等聚合物,比如眼镜镜片。这些染料不仅能吸收特定功率的激光,还适用于多种场景。例如同款染料可用于钨极惰性气体保护焊(TIG焊),也能用于激光焊接,后者直接用激光替代TIG 焊枪来熔接金属。

  针对不同焊接工艺,我们会调配专用红外吸收染料。更巧妙的是,我们将两种染料复合到同一副护目镜中,既能防护焊接强光又能阻断激光反射,实现焊接防护与激光防护的双重保障。

  问:您提到公司最初从事国防应用,但公司的塑料和染料也用于工业防护眼镜。针对不同市场,材料设计有哪些差异化考量?

  答:确实如此。国防类客户往往不会直接透露需求细节,我们需要主动提供可供选择的方案。而工商业及医疗客户则截然不同——他们会明确告知需求参数。我们会询问:需要阻断哪些波长?需要透射哪些波段?要求达到多少光密度?或者直接索要激光损伤阈值数据。

  即便通过视频会议,我也可以实时调取光谱曲线向客户展示护目镜的效果。假设某款产品光密度为5 时可见光透射率为50%,客户可能会反馈:能否提供非绿色的替代方案?这时我们调整配方,在保持相同波长光密度的前提下,将可见光透射率提升至60%。

  我们能够与客户协同构建定制化光谱曲线,这种合作贯穿项目全周期。有些客户甚至会寄来镜片样本,我们会通过注塑成型前的分析确保其符合规格,这也属于我们的增值服务范畴。

  问:除护目镜外,这些染色材料还能应用于哪些更大规模的激光安全产品?

  答:是的,这种材料的一个应用方向是亚克力窗。你可以将我们生产的近红外染料送到亚克力浇铸厂,他们会加工这些染料并制作出约2.4 米×1.2 米的浇铸板材。浇铸亚克力的好处是,哪怕你只需要一块板材也可以单独生产。

  问:开发这种既能阻挡特定波长,又能保持材料透明度、柔韧性和耐用性的聚合物有多复杂?

  答:最大的挑战在于使用染料。染料的吸收特性像山坡一样平缓,而不像气相沉积或介质堆叠技术那样呈现直角或方波形。假设你需要一种材料:在可见光至900nm 波段完全阻隔,900-1000nm 波段开放,1000-1100nm 波段再次阻隔。用染料处理较低波长部分没问题,但在另一端由于染料的斜坡效应,你无法获得理想窗口。要实现这种效果,可以考虑混合方案:一侧使用染料阻隔可见光至900nm,另一侧则采用气相沉积或介质堆叠技术处理1000-1100nm 波段。

  问:能否分享Eoplin 近期解决独特近红外吸收挑战的具体案例?

  答:大约20 年前,我们接到美国国家森林局的求助。他们在森林安装的红外监控相机存在严重问题——这些相机在夜间使用红外光照明,但人眼在弱光下其实能感知红外光,导致偷猎者能发现并破坏相机。

  当时我们尝试开发能完全阻隔可见光的不透明材料,但需要将阻隔范围进一步延伸至红外波段。受限于当时技术,这个方案未能成功。然而最近,一家汽车制造商遇到了类似难题。高级驾驶辅助系统(ADAS)使用红外传感器监测驾驶员状态,比如确保手握方向盘或集中注意力,并在检测到异常时发出警报,或当检测到儿童座椅时关闭乘客安全气囊。

  但这些红外传感器会在夜间驾驶时在仪表盘产生令人分心的红光——这与20 年前监控相机的问题如出一辙。不同的是,如今我们的技术已能精确阻隔干扰红光,同时确保传感器在所需信号波段正常工作。

  问:您认为未来五年哪些趋势将主导市场?

  答:近期出台的ISO 16321焊接新标准将带来重大变革。该标准要求染料的红外吸收范围从传统的780-2000nm 扩展至3000nm(3μm)。为此我们开发了全新染料系列,目前虽处于测试阶段,但市场前景可观。

  另一重点是将染料分子级融入环氧树脂和硅胶。关键挑战在于确保染料长期稳定不渗出——就像常规染料那样完全溶解于基材。

  问:新标准对新兴应用领域意味着什么?

  答:芯片级滤光片将成为重要增长点。硅探测器需要染料提供精确的吸收特性,这必将成为我们的战略发展方向。

关注读览天下微信, 100万篇深度好文, 等你来看……