一種用於LED套件的PC/GF複合材料其製備方法與流程

2023-12-12 21:34:42 2

本發明涉及高分子材料領域，具體涉及一種應用於led套件的pc/gf複合材料及其製備方法。
背景技術：
：聚碳酸酯(pc)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由於脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲得了工業化生產。由於聚碳酸酯結構上的特殊性，現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。pc工程塑料的三大應用領域是玻璃裝配業、汽車工業和電子、電器工業，其次還有工業機械零件、光碟、包裝、計算機等辦公室設備、醫療及保健、薄膜、休閒和防護器材等。玻璃纖維(gf)是一種性能優異的無機非金屬材料，種類繁多，優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高，但缺點是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝製造成的，其單絲的直徑為幾個微米到二十幾個微米，相當於一根頭髮絲的1/20-1/5，每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常可加至複合材料中以增強材料的物理機械性能。通常而言，照明燈具，指示燈、螢光管等設備的照明罩，需要高度透明的材質，以減少光量的損失；同時，若光源直接由人的肉眼接受容易使人感到不適，即很容易產生眩光，需要高散射的材質，已在不降低透光率從的情況下分散光源。在目前，磨砂玻璃和乳白色透明合成樹脂常用於照明套件上，但磨砂玻璃存在容易碎裂、重量較重的問題。而乳白色透明合成樹脂也存在壽命短、透光性差、散射性差的問題。近年來，隨著高亮度白光led等的出現，led照明燈具發展迅速，led照明具有亮度高，壽命長、節能減排的有益特點，正成為下一代主流照明燈具。由於led光源具有高度方向性，因此其套件必須防止眩光的產生，故led套件必須同時具備高透光性，高散射性。由於pc具有優異的透光性、耐衝擊性和耐熱性，所以在led套件領域上已漸漸引起人們的關注。為了賦予pc高散射性，目前已經有將碳酸鈣、硫酸鋇、氧化矽、氧化鈦等無機材料作為散射劑與pc混合，但由於無機材料的基本化學特性，會引起pc樹脂機械性能的下降，尤其是在塑膜熱加工過程中會使pc樹脂變黃、分子量下降等問題。雖然使用碳酸鈣或含氫聚矽氧烷可抑制成型時樹脂分子量降低和黃化，但由於碳酸鈣固有的晶體，因此無法得到較高的散射性。此外，針對於使用玻璃纖維增強聚碳酸酯獲得高透光性，高散射性材料的研究較少無法充分發揮聚碳酸酯的優勢。技術實現要素：.本發明目的在於提供一種用於led套件的pc/gf複合材料及其製備方法，在保持良好的物理性能前提下，具有高透光率、高散射性、優異的防光源穿透能力的特點，尤其適用於led光源套件，並提供這種複合材料的製作方法。本發明通過如下方案實現此目的：一種用於led套件的pc/gf複合材料，特徵在於：包括其以下質量份計組分組成：芳香族聚碳酸酯100份；光擴散性交聯微粒0.1-15份；光擴散劑0.1-5份；聚己內酯0.1-15份；玻璃纖維4-12份；抗氧劑0.02-0.5份；增韌劑2-5份；潤滑劑0.1-0.8份；所述光擴散性交聯微粒為包含苯乙烯單體、甲基丙烯酸甲酯單體和交聯劑的共聚物；光擴散性交聯微粒平均粒徑為5-30μm，折射率為1.54-1.57。優選的，所述光擴散劑為丙烯酸類光擴散劑和矽酮類光擴散劑。優選的，聚己內酯粘均分子量為40000-80000。其製備方法如下：1)按比例稱量所需原料；2)將芳香族聚碳酸酯置於110℃烘箱內乾燥24h,光擴散性交聯微粒置於80℃烘箱內乾燥4h，玻璃纖維置於110℃烘箱內乾燥12h，乾燥後置於真空密封箱內備用；3)將經乾燥後的芳香族聚碳酸酯、光擴散性交聯微粒、光擴散劑、聚己內酯、抗氧劑、增韌劑、潤滑劑放入高速混合機中混合3-4分鐘，轉速為800rpm,隨後在高速混合機中加入玻璃纖維，轉速為350rpm,混合1-2分鐘；4)混合均勻後送入雙螺杆擠出機中，在轉速350rpm，溫度240℃-270℃條件下熔融混煉；5)混煉後經水溫為65℃的水槽冷卻；6)冷卻後將其引入切粒機，切粒機以600rpm轉速切粒；7)切粒後收集粒料，檢測包裝即得成品。本發明具有以下有益效果：本發明所述聚碳酸酯玻璃纖維複合材料具有高透光率、高散射性、優異的防光源穿透能力，且不損害聚碳酸酯的高透明度，且用玻璃纖維增強其機械性能，特別適用於照明燈、指示燈、螢光燈管、街燈等的套件，特別適用於具有高亮度、高方向性的led光源用led套件。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明做進一步地闡述，應當理解的是，具體實施例並不對本發明做任何限定。本發明所述的芳香族聚碳酸酯是通過光氣法將二羥基二芳基化合物與光氣反應或二羥基二芳基化合物與碳酸酯反應生成的，如碳酸二苯酯使用酯交換法得到的聚合物，如由雙酚a(二酚基丙烷)製備的芳香族聚碳酸酯樹脂。其中二羥基二芳基化合物包括2,2-雙(4』-羥基苯基)丙烷，2，4-雙(4-羥基苯基)甲烷，1,1-雙(4-羥基苯基)乙烷，2，4-雙(4-羥基苯基)苯基甲烷，2,2-雙(4-羥苯基-3-甲基苯基)丙烷，2,2-雙(4-羥基-3-溴苯基)丙烷，,2-雙(4-羥基-3,5-二溴苯基)丙烷，2,2-雙(4-羥基-3,5-二氯苯基)丙烷，1,1-雙(4-羥基苯基)環己烷，4,4'-二羥基二苯醚等，上述化合物可單獨使用或兩種以上組合使用，除上述化合物外，還可混合使用哌嗪、對苯二酚、間苯二酚、4,4'-二羥基二苯基甲烷等。此外，還可使用三級或更高級酚化合物與二羥基芳基化合物混合，如間苯三酚等。芳香族聚碳酸酯的粘均分子量通常為10000-100000，當粘均分子量為17000-28000時效果較好，在製備芳香族聚碳酸酯時可使用分子量調節劑以便獲得所需分子量的產物。本發明所述的光擴散性交聯微粒是能夠賦予pc樹脂光擴散性的微粒，這些交聯微粒是苯乙烯單體、甲基丙烯酸甲酯單體、交聯劑微粒共聚等到的，通常的聚合方法有乳液聚合、溶液聚合、懸浮聚合、本體聚合、分散聚合、無皂乳液聚合、種子聚合等，從led光源的物理性質出發，優選使用乳液聚合法或分散聚合法。本發明所述的光擴散性交聯微粒使用的交聯劑是含2個以上乙烯基的自由基聚合單體，具體包括二乙烯基苯，乙二醇二丙烯酸酯，乙二醇二甲基丙烯酸酯，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，季戊四醇四甲基丙烯酸酯，以上交聯劑可單獨使用或兩種以上組合使用。本發明所述的光擴散性交聯微粒的平均粒徑為5-30μm，當平均粒徑為8-20μm時效果較好，當平均粒徑小於5μm，則照明罩的表面狀態保持平滑性，不能充分獲得光的散射，並且光擴散性差，而超過30μm時，表面狀態照明燈光直線透過，因此光的散射減少，由於光擴散性和防光源透過性能差，因此不使用。本發明所述的光擴散性交聯微粒的折射率在1.54-1.57內，當折射率在1.55-1.57範圍內效果較好，當折射率小於1.54時，可發生霧化現象，且透光率會降低；當折射率大於1.57時，光擴散性會降低；因此可調節苯乙烯單體和甲基丙烯酸甲酯單體的比例來調節折射率。測試交聯微粒的折射率的方法可用becke法。將樹脂顆粒放置在載玻片上，並放出折射液(標準折射溶液，由cargillelaboratories,inc.製造)。將樹脂顆粒和折射液充分混合，從底部照射鈉燈，從頂部觀察顆粒的輪廓，如果輪廓不可見，則使折射液和樹脂顆粒的折射率相等。本發明所述的光擴散性交聯微粒以質量份計，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.1-15份，添加量為3-6份時效果較佳。若添加量小於0.1份，則光擴散性差，若添加量大於15份則透光率低。本發明所述的光擴散劑可以與光擴散性交聯粒子組合使用，使得其透光率，光擴散性和防光源穿透能力有效地提高。本發明所述的光擴散劑是能夠在芳香族聚碳酸酯內散熱光的球形光擴散劑即可，具體包括矽酮類光擴散劑和丙烯酸類光擴散劑。在要求高透光率、光擴散性的led套件中，使用平均粒徑為2-6μm，折射率在1.47-1.52的丙烯酸型光擴散劑或/和平均粒徑為1-6μm，折射率在1.40-1.49的矽酮型光擴散劑效果較好。本發明所述的丙烯酸型光擴散劑可使用由aikakogyoco.公司製造的ganzpearlgm-0449s(平均粒徑4.0μm，折射率1.49)，chemisnowkmr-3ta(平均粒徑由kagakukaisha製造的粒徑3.2μm，折射率1.49)，矽酮型光擴散劑可使用由samsung公司製造的sl-200m(平均粒徑1.8μm，折射率1.42)，也可使用任何符合本發明所需參數的光擴散劑。本發明所述的光擴散劑以質量份計，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.1-5.0份，添加量為0.2-4份時效果較佳。若添加量小於0.1份，無法獲得足夠的光散射能力，若添加量大於5.0份，則透光率顯著降低。本發明所述的聚己內酯的粘均分子量為10000-100000，當粘均分子量為40000-90000時效果較好，本發明所述聚己內酯可使用由solvays.a.製造的的capa6500(粘均分子量50000)，capa6800(粘均分子量80000)或任何符合本發明所需參數的聚己內酯。也可使用改性過的聚己內酯。本發明所述的聚己內酯以質量份計，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.1-15份，添加量為0.3-10份時效果較佳。若添加量小於0.1份，則無法獲得光擴散效果，亮度不足，若添加量大於15份則急劇降低耐熱性，在產品成型前的預乾燥步驟中黏附顆粒，發生粘連。本發明所述的玻璃纖維為短切玻璃纖維，玻璃纖維長度為3-4mm,直徑為11-12μm。玻璃纖維以質量份計，每100份芳香族聚碳酸酯添加4-12份，添加量為8-12份是效果較佳，當添加量小於4份時，無法顯著增加其機械強度，當添加量大於12份時，缺口衝擊強度明顯降低。本發明所述的抗氧劑包括酚型抗氧劑、磷型抗氧劑、環狀亞磷酸酯類抗氧劑等，以質量份計，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.02-0.5份，添加量為0.05-0.2時效果較佳，當添加量小於0.02時熱穩定性差，當添加量大於0.5時透明度差。本發明所述的增韌劑包括可使用美國dow公司製造的km-355p,法國atochem公司製造的ax8900等。本發明所述的潤滑劑包括石蠟，硬脂酸正丁酯，合成蜂蠟，天然蜂蠟，甘油單酯，褐煤酸蠟，聚乙烯蠟，季戊四醇四硬脂酸酯等。在本發明的聚碳酸酯玻璃纖維複合材料中，可根據實際使用中的光散射性以外的性能，可以根據需要添加各種已知的添加劑，聚合物。例如，為了在長時間曝光時抑制樹脂成型體的變色，可以使用防止紫外線引起的樹脂劣化的光穩定劑，紫外線吸收劑(uva)，螢光增白劑等。在聚碳酸酯玻璃纖維複合材料中，可以根據需要添加抗靜電劑，染料，顏料，填料，填充劑，鋪展劑等熱塑性樹脂等其它已知的添加劑。實施例1：複合材料的製備1)按比例稱量所需原料；2)將芳香族聚碳酸酯置於110℃烘箱內乾燥24h,光擴散性交聯微粒置於80℃烘箱內乾燥4h，玻璃纖維置於110℃烘箱內乾燥12h，乾燥後置於真空密封箱內備用；3)將經乾燥後的芳香族聚碳酸酯、光擴散性交聯微粒、光擴散劑、聚己內酯、抗氧劑、增韌劑、潤滑劑放入高速混合機中混合3-4分鐘，轉速為800rpm,隨後在高速混合機中加入玻璃纖維，轉速為350rpm,混合1-2分鐘；4)混合均勻後送入雙螺杆擠出機中，在轉速350rpm，溫度240℃-270℃條件下熔融混煉；5)混煉後經水溫為65℃的水槽冷卻；6)冷卻後將其引入切粒機，切粒機以600rpm轉速切粒；7)切粒後收集粒料，檢測包裝即得成品。實施例1的原料配比表如表1所示，以質量份計：表1實施例2：光學性能測試將實施例1中得到的粒料使用注射成型機製成長50mm,寬30mm,厚1mm的光學實驗樣品。樣品的評價方法：總透光率：使用jisk7361-1-1997標準對光學試驗樣品測試。光擴散度：使用自動光度計對光學試驗樣品進行測試，使用mcrl公司製造的goniogp-1r自動光度計進行測試。具體測試方法為：從測試片的法線方向施加來自自動可變角度光度計的直線光源，通過可動光接收器測量透射光的強度，透射率相對與法線方向確定獲得50％直線透光率的透射率的角度(d50)，單位為°，d50數值＞25時光擴散性為良好。防光源穿透能力：在philips20w直管式led燈的中部鑽長5cm寬3cm的矩形孔，將光學實驗樣品設置在矩形孔中。測試人員從距離矩形孔20cm處目視led燈，當led光源具有足夠的光擴散性和led光源的輪廓完全無法被認出時，認定防光源穿透能力極佳，標記為「+」，當led光源具有足夠的光擴散性和led光源的輪廓較為模糊但能被認出時，認定防光源穿透能力良好，標記為「-」；當led光源的光擴散性差且led光源的輪廓被清楚的看清時，認為防光源穿透能力差，標記為「×」；實驗結果如表2所示：表2評價標準/組別配方1配方2配方3配方4配方5總透光率(％)6878726488光擴散度(°)5244394818防光源穿透能力-++-×實施例3：機械性能測試對複合材料進行機械性能測試，結果如表3：表3材料性能測試標準單位配方1配方2配方3配方4配方5拉伸強度iso527mpa75891027668斷裂伸長率iso527％98928697109彎曲強度iso178mpa118129136116102缺口衝擊強度iso179-2kj/m23828213862洛氏硬度iso2039-2r-scale126128129124122本發明的聚碳酸酯玻璃纖維複合材料在不損害聚碳酸酯材料的透明性情況下，同時具有透光性好、光擴散度高、放光源穿透能力強的特點，此外加入了玻璃纖維增強其機械性能，適用於照明器具的套件上，特別適用於led光源的照明器具。當前第1頁12