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CN104356626B - 增强型led灯罩的聚碳酸酯材料组合物、制备方法和led灯罩 - Google Patents

增强型led灯罩的聚碳酸酯材料组合物、制备方法和led灯罩 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，包括：聚碳酸酯100～120份、聚甲基丙烯酸甲酯10～15份、光散射母粒5～15份、界面增强相4～8份、无机纳米颗粒2～4份、甲氧基聚二醇乙酸2.0～2.5份、相容剂MAH‑g‑EPDM2～4份、其它功能助剂0.5～1.5份；其中，界面增强相为纳米氧化铝晶粒或晶须中的至少一种。采用本发明的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，材料本身具有更加优良的透光率和光扩散的性能；并且可以消除分散性产生的光晕或者暗斑等现象；同时还具有更加优异的机械性能。

Description

增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物、制备方法和LED灯罩
技术领域
本发明属于树脂复合材料技术领域，具体涉及一种增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物、制备方法和LED灯罩。
背景技术
表征光扩散材料性能的主要技术参数包括透光率和雾度。透光率表示光扩散材料对入射光的总体利用率，而雾度则表示入射光偏离原入射方向的程度，故可以用这两者来表征光扩散材料对入射光引入的使用效率和扩散程度。对于基于粒子散射的光扩散材料来讲，雾度的增加一般将引起透光率的减小。人们日常生活中使用的灯罩其透光率均不高，也就是说有比较多的一部分光能量被损失掉。因此，开发具有高透光率和高雾度的光扩散材料对于有效利用电能十分重要。
基于上述，CN102532857A号专利文件中通过以聚碳酸酯树脂为基材，同时在树脂机硅树脂球形微粉和无机纳米微粒如钠米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米滑石粉等，整体上使得到的光扩散材料具有较高的透过率及雾度，同时添加了少量纳米助剂改善了光学雾度。
但是上述材料在生产制备尤其是固化过程中，纳米颗粒材料本身具有非常容易团聚的特性易于使得助剂的分散性不足，而导致最终整体上材料的均一性不够，导致光扩散的出现光晕或者暗斑等现象；同时本身聚碳酸酯材料中添加有上述多种无机和有机的纳米成分，对于与聚碳酸酯基材的相容性和最终的韧性上有明显的降低。同时，从CN102532857A号专利文件中即使其有上述改进措施，但是最终整体材料的性能测试数据中其全光线透过率依然只有60％不到，光透过率上仍然有待进一步提高，且大多数光能被材料吸收后，容易进一步引起材料内部纳米成分的稳定性，也加快了树脂的老化。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种光扩散率、均一性和机械性能等均进一步提升的增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料组合物及材料制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：
一种增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料组合物，包括：
其中，所述界面增强相为纳米氧化铝晶粒或晶须中的至少一种。
采用本发明的增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料组合物，材料本身具有更加优良的透光率和光扩散的性能；并且可以消除分散性产生的光晕或者暗斑等现象；同时还具有更加优异的机械性能。
本发明进一步提出采用上述组合物制备增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料的方法，包括如下步骤：
按照上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物的配方获取各物料组分；
将所述获取的物料组分进行混料处理，得到混合物料；
将所述混合物料进行熔融挤出，即得到增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料。
本发明的制备方法只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，在熔融挤出过程中只需控制熔融挤出的温度和时间即可；因此其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。
本发明进一步还提出一种由上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料制备得到的LED灯罩。
采用本发明的LED灯罩，其材质中搭配PMMA树脂对聚碳酸酯进行改性，使材料的性能实现在光学性质上具有更好的基体性能，同时添加有界面增强相，提升了LED灯罩的透光性能，且通过相容剂、分散剂等功能助剂是整体性能更加均一稳定，同时进一步克服了团聚、光晕、暗斑等缺陷。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料组合物，包括各质量份的如下组分：
其中界面增强相为纳米氧化铝晶粒或晶须中的至少一种。
采用本发明的上述聚碳酸酯复合材料组合物，首先其中主料中辅助添加有聚甲基丙烯酸甲酯即PMMA，PMMA高性能光学级液晶材料，主要应用液晶显示器导光板、光纤材料，是树脂材料中高光亮度最优的，具有非常优良的光亮性能，通过与聚碳酸酯搭配使用，可以提升聚碳酸酯主料的光学性能。
在已经掺杂有光散射母粒和无机纳米粒子的基础上，本发明进一步采用添加界面增强相纳米氧化铝晶粒或晶须；其中，纳米氧化铝可以在后期树脂固化成型中可相变的，还能强化相变增韧作用；此外纳米氧化铝本身的热失配使氧化铝晶粒在复合材料中处于受压状态，晶粒界面处不易形成微裂纹，而是形成半共格和共掺杂结构，通过增加树脂材料内的晶结构，类似于光纤的位结构，降低光子传播过程中的能量损失，实现提升光扩散和穿透的程度。而极少量的晶须在掺杂添加之后，出于晶须本身具有的典型的量子限域效应，可以提升光子扩散能力；且晶须的微量填充还可以有利于提升复合树脂材料的机械性能，机械作用力一般很难穿过晶须，更容易绕过晶须并尽量贴近表面而扩展，即发生偏转，增强了树脂材料的力学性能，同时在晶须或纤维被拔出时，需要外力作功，也起到了增强作用。同时在复合树脂材料中添加上述界面增强相之后，当光扩散的过程中因为界面增强相的无规均匀分布，有利于增强光扩散的角度，使得发光面更加宽阔和均匀。
同时，在本发明上述树脂复合材料中添加甲氧基聚二醇乙酸，可以提升整体的分散性能；因为本身在树脂主料中添加有纳米无机颗粒如纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米滑石粉等等，光散射母粒，以及无机成分的界面增强相；这些添加料添加之后需要保证稳定的分散性能，因为纳米颗粒材料本身具有非常容易团聚的特性易于使得助剂的分散性不足，而导致最终整体上材料的均一性不够，导致光扩散的出现光晕或者暗斑等现象；所以基于上述目的，本发明中采用甲氧基聚二醇乙酸实现分散性能的提升。甲氧基聚二醇乙酸其结构中聚醚主链含有较多的C-O键，C-O键的离解能，比碳氢长链聚合物C-C键离解能低，并且进一步聚醚主链含有较多的丙氧基(PO)，丙氧基(PO)上的侧甲基使得主链上充满支化点，支化点上的次甲基氢更容易被夺去，并且侧甲基还会削弱聚醚主链上的C-C键和C-O键的键能，从而使聚醚主链的热稳定性进一步变差。在高于160℃的温度下便开始发生受热断裂，而对于复合树脂材料制备过程条件控制来讲，挤出造粒等过程的温度条件一般在250～270℃之间，会高于甲氧基聚二醇乙酸其的降解温度，因此使用这一物质在制备的过程中降解产生端基结构为酮、醛、醇和醚的热降解产物，会能够在降解的阶段大大提升添加的无机成分的扩散；同时甲氧基聚二醇乙酸的酸解离等等离子特性，能给金属纳米颗粒表面带上电荷，在金属纳米颗粒之间产生静电排斥的稳定作用，从而阻止金属纳米颗粒之间的团聚，也利于提升分散效果。进一步在本发明中优选，甲氧基聚二醇乙酸的重均分子量为800～2000；当其重均分子量低于800，空间位阻作用减小，不利于提高纳米颗粒的分散性；高于4000时，分子间的作用力增大，分子链变长，分子间的缠绕几率增加，从而降低热降解性。
而进一步在本发明上述实施方式之后，由于其中本身物料较为单一的聚碳酸酯的材料成分之中搭配有PMMA以及上述有机分散剂和无机添加剂之后，材料整体的相容稳定性必然会受到影响；所以本发明中进一步添加MAH-g-EPDM作为相容剂，提升各物料的界面相容性。原因在于，其一本身EPDM在所有橡胶当中具有最低的比重，它能吸收大量的填料和油而影响特性不大。因此在其填充效果最优良时，便可以有助于与其它功能成分助剂的结合，而降低聚碳酸酯材料大量添加剂失衡的影响；其二EPDM可以在整个体系中克服基础造粒、固化成型时的熔体破裂问题，避免在树脂的表面出现的“老虎斑”缺陷而造成表面波浪纹、银丝，流痕等。进一步EPDM采用马来酸酐接枝，形成嵌段结构，并且还增加了更多的活性结合基团，利于各物料之间的相容结合。
更进一步在本发明上述实施方式的过程中，将无机纳米颗粒采用不同的粒度类型进行搭配，采用粗粒度：中粒度：细粒度三种不同粒度的无机纳米颗粒比例为4～6:2～3:1；其中因为本身纳米无机颗粒大致处在10～100nm的粒径范围内，在本发明中实施的过程中可以大致选择100nm左右、50nm左右、10nm左右的三种不同粒径的类型进行复配使用，其原因在于可以进一步增强树脂内部光扩散定向进行无硅偏折，增强光扩散的均匀性；并且由于本身树脂材料作为LED灯罩的使用中，使用一段时间之后，材料内的一些成分本身之间会发生交聚、老化等等，容易导致出现之后的光扩散不均匀出现光晕等问题；本发明将纳米颗粒的粒径变换为三种不同粒径进行填充，可以增加内部光扩散的无规程度；当使用一段时间之后，材料本身发生了性质和结构退化之后，这些无机颗粒本身并不发生变化，可以稳定光扩散的无规方向性，减弱光晕等缺陷。
当然在本发明进一步地实施过程中，为了保证复合材料中能进一步具有非常良好的复合性能，其中其它功能助剂比如抗氧剂、在LED灯罩使用要求下添加抗紫外剂等等，这些本领域技术人员可以根据所需要的使用要求进行添加。
其中，在功能助剂中本发明中还可以添加香豆素类荧光增白剂，有利于使材料接收激发入射光线产生荧光，从而使材料本身产生激子辅助发光，提升光从复合材料中扩散透射出去的强度，增强透光率。
本发明进一步提出上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括下步骤：
S01.称取配方组分：按照上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料的配方称取各组分；
S02.制备混合物料：将步骤S01中称取各组分进行混料处理，得到混合物料；
S03.混合物料的熔融挤出：将步骤S02中的混合物料进行熔融挤出，得到增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料。
具体地，上述步骤S01中的增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
上述步骤S02中，各组分进行混料处理的时间可以根据实际生产条件进行灵活的调整，只要各组分预混充分即可，如混合的设备可以是混料筒等。在优选实施例中，混料处理是将各组分在高速(如转速大于300r/min)混合处理10～15分钟，使得各组分混合均匀。
上述步骤S03中，混合物料的熔融挤出可以采用本领域常规的工艺。为了使得各组分在熔融挤出中更好的协同作用，赋予上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料更加优异的性能，在优选实施例中，混合物料熔融挤出是采用双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺条件为：
一区温度为230～240℃，二区温度为240～250℃，三区温度为250～260℃，四区温度为245～255℃，五区240～250℃，所述混合料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力为10～20MPa。
上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料制备方法只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，在熔融挤出过程中只需控制熔融挤出的温度和时间即可。因此，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。
为使本发明上述方法过程的实施细节更加清楚完整、易于本领域技术人员的实施参考，以及使本发明的突出的进步性效果更加显著，以下通过实施例对上述过程的实施进行具体举例说明。
按照下表中各实施例中所对应的物料的量获取原料：
然后将上述各实施例中获取的物料用混料筒在400r/min混合处理15分钟，使得各组分混合均匀，然后用双螺杆挤出机进行熔融挤出，挤出过程中温度条件控制：
一区温度为240℃，二区温度为250℃，三区温度为260℃，四区温度为255℃，五区250℃，所述混合料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力设定15MPa。
然后将上述各实施例中获得的复合材料进行性能测试，见下表：
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度Mpa 40 45 42 48 48
弯曲强度MPa 75 72 60 68 70
全光线透过率％ 72％ 69％ 71％ 74％ 70％
雾度％ 92％ 94％ 90％ 93％ 90％
因此，从上述性能和数据测试的结果上也可以看出，本申请中材料的机械力学性能上有稍微的提升，提升幅度不大；但是整体全光线的透过率这一效果性能上有非常明显的提升，相比CN102532857A号专利文件中LED灯罩材料的光透过率相比提升了10％以上，其原因也是正在于本发明中通过物料成分和内部光透射光路的改进实现。相比CN102532857A号专利文件和现有的LED灯罩树脂材料的性能相比，具有非常显著的进步特点。
因此，在上述基础上本发明进一步还提出一种由上述增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料制备得到的LED灯罩。
采用本发明的LED灯罩，其材质中搭配PMMA树脂对聚碳酸酯进行改性，使材料的性能实现在光学性质上具有更好的基体性能，同时添加有界面增强相，提升了LED灯罩的透光性能，且通过相容剂、分散剂等功能助剂是整体性能更加均一稳定，同时进一步克服了团聚、光晕、暗斑等缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，其特征在于，包括：
其中，所述界面增强相为纳米氧化铝晶粒或晶须中的至少一种。
2.如权利要求1所述的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，其特征在于，所述甲氧基聚二醇乙酸的重均分子量为800～2000。
3.如权利要求1或2所述的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，其特征在于，所述无机纳米颗粒包括粒径依次降低的粗粒度、中粒度、细粒度；其中所述粗粒度：中粒度：细粒度的比例为4～6:2～3:1。
4.如权利要求1或2所述的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，其特征在于，所述其它功能助剂包括有香豆素类荧光增白剂。
5.如权利要求1或2所述的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物，其特征在于，所述无机纳米颗粒为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米滑石粉中的一种或多种。
6.一种制备权利要求1至5任一项所述的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照权利要求1至5所对应增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料组合物的配方获取各物料组分；
将所述获取的物料组分进行混料处理，得到混合物料；
将所述混合物料进行熔融挤出，即得到增强型LED灯罩的聚碳酸酯复合材料。
7.如权利要求6所述的制备增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料的方法，其特征在于，所述熔融挤出过程中采用双螺杆挤出机进行；其中，
一区温度为230～240℃，二区温度为240～250℃，三区温度为250～260℃，四区温度为245～255℃，五区240～250℃；所述混合料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力为10～20Mpa。
8.一种采用权利要求6或7的方法制备的增强型LED灯罩的聚碳酸酯材料制得的LED灯罩。
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