CN102800518B - 一种工件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工件的制备方法，包括：a)将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；b)将第一混合物与第二材料注射成型得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，所述面层由所述第一混合物形成，所述基体部由所述第二材料形成；c)提供第一条件使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。本发明提供的工件的制备方法表面的图形清晰易辨认，耐磨、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及树脂组合物成型技术领域，具体涉及一种工件的制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯(TPU)类材料是一种能够应用注塑成型方式制备的弹性体材料，在常温下它可以保持形状不变。TPU的硬度范围很广，通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性和耐磨性。TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出，而且其玻璃化转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。TPU可采用常见的热塑性材料的加工方法进行加工，如注塑、挤出、压延等。同时，TPU的耐油、耐水、耐霉菌。再生利用性好，且与某些高分子材料共同加工能够得到性能互补的组合物。由于TPU的优异性能，所以TPU在汽车制造、服装、薄膜、管材、机械加工等领域中得到广泛应用。
在电子设备领域中，TPU常被用作一些工件的制备，如：手机键盘的按键的键帽、笔记本电脑键盘键帽、或台式计算机键盘的键帽，TPU制备的工件表面柔软而富有弹性，如手机键盘的按键的键帽、笔记本电脑键盘键帽、或台式计算机键盘的键帽，能够给用户带来与硬质塑料制备的工件不同的触感，提升产品的品质。
众所周知，为了在塑料工件上标注其工件的功能，常在其表面设置有字符或图形，所述字符或图形通常是印刷在塑料工件表面的，印刷常用的油墨大部分为极性油墨，而TPU为非极性材料，其制备成产品后，表面分子电荷分布均匀，极性油墨在TPU工件表面无法长时间保存。通过橡皮擦实验检测TPU表面字符印刷效果显示：在TPU工件表面处理字符后均无法满足3000周的不露底材的要求。(橡皮材质为#102，测试载荷为340g，测试频率为120周/分钟)目前，解决TPU工件表面字符印刷不耐磨的常用手段是在TPU工件成型时在磨具上蚀刻阴阳文的办法，但是这种方法制备的TPU工件表面字符与工件具有相同的颜色，而字符与工件颜色相同不易区分每个工件的功能，给工作带来了困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种工件的制备方法，与现有技术相比，该制备方法制备的工件表面的图形清晰易辨认，耐磨、使用寿命长。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种工件的制备方法，包括：
a)将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；
b)将第二材料注射成型形成基体部，在所述基体部上方将所述第一混合物注射成型形成面层，得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，其中，第一材料和第二材料不同；
c)在所述第一条件下使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。
优选的，步骤a)具体为：
a1)将所述第一材料与色母料混合干燥；
a2)将第一添加剂与干燥的第一材料和色母料混合得到第一混合物；所述第一添加剂在第一条件下能够显色。
优选的，步骤b)具体为：
b1)将第一混合物与第二材料分别熔融混炼，得到第一混炼物和第二混炼物；
b2)所述第一混炼物与第二混炼物注射成型，得到第一预制件；所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，所述面层由所述第一混炼物形成，所述基体部由所述第二混炼物形成。
优选的，步骤c)，具体为：
在所述第一条件下使所述第一预制件面层中的部分第一添加剂按照预定图形显色，得到所述预定图形的工件。所述预定图形与所述第一图形一致。
优选的，步骤c)中，在所述第一条件下使所述第一预制件面层中的部分第一添加剂按照预定图形显色之前还包括将所述第一预制件退火。
优选的，所述第一材料与所述第一添加剂按质量比为100∶0.5～1。
本发明还提供了一种电子设备，包括：
本体；
至少一个按键，设置在所述本体上，所述按键包括基体部和面层，其中，所述基体部由第二材料制成，所述面层由第一材料和第一添加剂混合的材料制成；
其中，在第一条件下使所述面层通过第一添加剂显色显示第一图形。
优选的，所述按键的制备方法包括：
a)将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；
b)将第二材料注射成型形成基体部，在所述基体部上方将所述第一混合物注射成型形成面层，得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，其中，第一材料和第二材料不同；
c)在所述第一条件下使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。
优选的，所述第一条件为激光照射。
优选的，所述电子设备为手机、笔记本电脑或台式机。
本发明提供了一种工件的制备方法，先将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；将第二材料注射成型形成基体部，在所述基体部上方将所述第一混合物注射成型形成面层，得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，其中，第一材料和第二材料不同；在所述第一条件下使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。与现有技术相比，由于所述第一添加剂在第一条件下能够显色，将所述第一添加剂添加在所述第一材料中，得到的第一混合物经过注射后形成了所述第一预制件的面层，所述第一添加剂均匀的分散于所述第一材料中，而不是在所述面层的表面，所以在第一条件下，部分第一添加剂显色得到的图形仍处于所述第一材料内部，提高了耐磨性，经常使用不会被磨损，从而增加了使用寿命；所述部分第一添加剂显色后得到的图形与所述第一材料具有不同的颜色，清晰而容易辨认。另外，本发明提供的制备方法简单易行，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1本发明提供的工件制备方法流程图；
图2本发明实施例5提供的键帽面层上得到的图形。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明提供了一种工件的制备方法，包括：a)将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；
b)将第二材料注射成型形成基体部，在所述基体部上方将所述第一混合物注射成型形成面层，得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，其中，第一材料和第二材料不同；
c)在所述第一条件下使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。
相比较现有技术，本发明将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；优选的，在与第一添加剂混合之前，还包括将所述第一材料与色母料混合干燥，然后将所述干燥后的第一材料与色母料的混合物与所述第一添加剂混合，得到第一混合物。所述干燥的温度为50～150℃，更优选为90～110℃。干燥时间优选为1～12h更优选为3～5h。所述第一材料与色母料混合干燥能够除去其中的水分，防止水在挤出时给工件带来如气泡、空洞等缺陷。
得到第一混合物后，将所述第一混合物与第二材料分别熔融混炼，得到第一混炼物和第二混炼物；将所述第一混炼物与第二混炼物注射成型，得到第一预制件；所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，所述面层由所述第一混炼物形成，所述基体部由所述第二混炼物形成。相比较现有技术，并发明优选将第一混合物和第二材料分开熔融混炼，得到第一混炼物和第二混炼物，然后所述第一混炼物和第二混炼物通过不同的喷嘴注射进不同的型腔，充满型腔，所述第一混炼物形成所述工件的面层，所述第二混炼物形成所述工件的机体部，所述面层覆盖于所述机体部。按照本发明，所述混炼是指在螺杆的剪切力和压力的作用下使第一混合物以及第二原料熔融塑化的过程，最终使第一混合物混合均匀，第二原料混合均匀，并具有一定的流动性，方便加工。按照本发明，所述注射使用本领域人员熟知的注射机械，优选使用螺杆注射机，所述螺杆注射剂优选含有两个料筒，用于分别对所述第一混合物与第二材料进行混炼。本发明对所述注射模具没有特殊限制。按照本发明，所述注射时，物料从喷嘴的射出速度和胶口设计以及材料壁厚有关，当交口设计以及材料壁厚确定后，注射机的螺杆应尽量满足较低的转速；另外注射压力分为3个阶段，塑化压为10～100bar，注射压力为10～100bar，脱模压力为5～10bar。塑化压力能够保证物料在料筒中得到良好的塑化，具有良好的流动性，注射进模具型腔中更流畅，而注射压力能够保证物料充满模具型腔后不收缩，工件形状均一，脱模压力能够保证工件顺利从注射模具的型腔中脱出。优选的在所述注射模具中涂覆有脱模剂。
按照本发明，优选将所述第一预制件退火，得到第二预制件；提供第一条件使所述第二预制件面层中的部分第一添加剂显色，得到含有第一图形的工件。所述退火就是将所述第一预制件加热至100～150℃，然后保温10～20h，目的是消除所述第一预制件的内应力，使最终得到的工件能够具有更好的韧性。提供所述第一条件使所述第二预制件面层中的部分第一添加剂显色，所述第一条件提供的图形与所述第一图形相匹配。优选的，所述第一条件为激光照射，更优选为红外激光照射，最优选为波长为1000～1200nm的Nd/YAG红外激光，且所述Nd/YAG红外激光为脉冲式单线激光，在照射所述面层时，由预设的照射轨迹或行进路线与所述第一图形相匹配，所以所述第一添加剂显色后得到的图形为第一图形。所述第一添加剂优选使用可以在激光照射下发生显色反应的添加剂，更优选在红外激光下发生显色反应的激光添加剂、最优选为DSM公司生产的micabs系列激光显色添加剂或德国默克公司生产的lazerflair系列激光显色添加剂。micabs能够在激光的激发下变黑，因此适于浅色底色字符的键帽设计；lazerflair能在激光的激发下产生大量的热能，在面层周围靠近面层表面产生类似白色气泡的结构因此较适用于黑色底材浅色字符，如乳白色，淡黄色的字符颜色设计。
按照本发明的实施例，所述工件包括本领域技术人员熟知的用于电子产品的注塑工件，如手机外壳、笔记本外壳、电脑显示器外壳、一体机外壳等、笔记本键盘键帽、台式机键盘键帽、手机键盘键帽但不限于此。注塑工件所需要的所述第一材料，可以采用具有弹性的树脂，优选使用具有一定韧性且耐磨的树脂，更优选热塑性聚氨酯(TPU)、软脂聚氯乙烯树脂(PVC)、热塑性聚烯烃(TPO)、热塑性聚酰胺(TPE-A)、热塑性苯乙烯类弹性体(SBS)、热塑性聚酯(TPE)、热塑性乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、热塑性1，2聚丁二烯、热塑性反式聚异戊二烯。使用具有韧性且耐磨的树脂能够在工件表面形成面层，既有弹性又有韧性，而且具有耐磨性，反复使用不会变形，能够给用户带来与硬质塑料制备的工件不同的触感，提升产品的品质。按照本发明，本发明最优选TPU作为第一材料，因为具有多种优良的性能，最主要的就是弹性与韧性兼备，耐磨能够长久使用而不变形，但是由于TPU为非极性材料，其表面与极性油墨的附着力很小，不能使用印刷的方法在所述TPU材料表面形成图形或字符。而将所述第一添加剂与TPU混合后，所述第一添加剂在激光照射下能够显色，显色后的第一添加剂还处于TPU内部，所以长时间使用字符或图形不会磨损，不会露出底材，解决了现有技术的问题。按照本发明，所述TPU的硬度优选为80～90A。
按照本发明，所述色母料优选使用本领域人员熟知的色母料制备方法进行制备或从市场购买。色母料制备方法优选将颜料与树脂混合后挤出造粒得到色母料，所述树脂与所述第一材料相同或不同，但应满足色母料与所述第一材料的相容性良好。按照本发明，所述第一材料与所述色母料按质量比为100∶(10～30)。
按照本发明，所述第二材料优选使用刚性材料，更优选既有刚性又有韧性的材料，既能够满足承载压力而不变形的要求，又能避免过高的压力或长时间使用而造成所述第二材料形成的工件的基体部出现裂痕或断裂，从而降低工件的使用寿命，因此，本发明优选使用苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、聚烯烃、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、氟树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、酚醛树脂、氨基树脂和不饱和树脂。更优选的，所述树脂组合物优选为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氨酯和聚氯乙烯中的一种或几种。按照本发明，所述第一材料与第二材料按质量比优选为1∶(1～5)，更优选为1∶(1～3)。
按照本发明实施例所述第一条件优选使用激光器提供，所述激光器的工作参数如表1所示：
表1、激光器工作参数
本发明还提供了一种电子设备，包括：本体；至少一个按键，设置在所述本体上，所述按键包括基体部和面层，其中，所述基体部由第二材料制成，所述面层由第一材料和第一添加剂混合的材料制成；其中，在第一条件下使所述面层通过第一添加剂显色显示第一图形。按照本发明，所述电子产品优选为手机、笔记本电脑或台式机。
本发明提供一种计算机的实施例，包括：
壳体，所述壳体上至少包括一个按键组成，其中，所述按键包括基体部和面层：面层由TPU与micabs激光显色添加剂成；基体部由ABS树脂制成。在激光照射下，所述面层中的micabs激光显色添加剂显色显示第一图形。
按照本发明，所述计算机壳体可以为台式机显示器、主机或键盘的外壳，所述按键可以为显示器、主机或键盘的按键。所述计算机壳体还可以笔记本电脑的外壳，对此，本发明并无限制。
以下以具体实施例和比较例说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不受以下实施例的限制。
实施例1
预处理：取TPU10份，色母料1份混合后，调整烘箱温度至100℃干燥3h。所述色母料为TPU与炭黑按质量比为100∶1混合后挤出造粒得到的色母料。
制备键帽：将混合好的原料与激光添加剂Lazerflair0.05份进行均匀混合并造粒。得到TPU原料颗粒。将所TPU原料颗粒与ABS树脂10份一起双料注塑成型，得到键帽；所述键帽包括基体部和面层；所述TPU原料颗粒形成所述面层；所述ABS树脂形成所述基体部。注射时注意隔绝水蒸气。将制备好的键帽经退火，冷却形成结合性良好的弹性键帽表面。
表2 实施例1制备键帽时双料注射时的性能参数
制备图形：将键帽样品移至治具之上，经对位，使用波长为1064nm的Nd/YAG红外激光按程序预设英文字母图形“A”在键帽表面照射，在黑色键帽面层表面形成白色英文字母图形“A”。所述激光器工作参数如表1所示。
使用本实施例制备的键帽组装键盘。
通过橡皮擦实验检测本发明制备的TPU键帽表面字符使用寿命，橡皮材质为#102，测试载荷为340g，测试频率为120周/分钟，检测结果为100000周不露底材，满足要求。
实施例2
预处理：取TPU10份，色母料2份混合后，调整烘箱温度至70℃干燥2h。所述色母料为TPU与炭黑按质量比为100∶2混合后挤出造粒得到的色母料。
制备键帽：将混合好的原料与激光添加剂Lazerflair0.05份进行均匀混合并造粒。得到TPU原料颗粒。将所TPU原料颗粒与ABS树脂10份一起双料注塑成型，得到键帽；所述键帽包括基体部和面层；所述TPU原料颗粒形成所述面层；所述ABS树脂形成所述基体部。注射时注意隔绝水蒸气。将制备好的键帽经退火，冷却形成结合性良好的弹性键帽表面。
表3 实施例2制备键帽时双料注射时的性能参数
制备图形：将键帽样品移至治具之上，经对位，使用波长为1064nm的Nd/YAG红外激光按程序预设数字图形“3”在键帽表面照射，在黑色键帽面层表面形成白色数字图形“3”。所述激光器工作参数如表1所示。
使用本实施例制备的键帽组装键盘。
通过橡皮擦实验检测本发明制备的TPU键帽表面字符使用寿命，橡皮材质为#102，测试载荷为340g，测试频率为120周/分钟，检测结果为70000周不露底材，满足要求。
实施例3
预处理：取TPU15份，色母料1份混合后，调整烘箱温度至100℃干燥3h。所述色母料为TPU与白炭黑按质量比为100∶1混合后挤出造粒得到的色母料。
制备键帽：将混合好的原料与激光添加剂micabs 1份进行均匀混合并造粒。得到TPU原料颗粒。将所TPU原料颗粒与ABS树脂10份一起双料注塑成型，得到键帽；所述键帽包括基体部和面层；所述TPU原料颗粒形成所述面层；所述ABS树脂形成所述基体部。注射时注意隔绝水蒸气。将制备好的键帽经退火，冷却形成结合性良好的弹性键帽表面。
表4 实施例3制备键帽时双料注射时的性能参数
制备图形：将键帽样品移至治具之上，经对位，使用波长为1064nm的Nd/YAG红外激光按程序预设的“{”图形在键帽表面照射，在键帽白色面层表面形成黑色“{”图形。所述激光器工作参数如表1所示。
使用本实施例制备的键帽组装键盘。
通过橡皮擦实验检测本发明制备的TPU键帽表面字符使用寿命，橡皮材质为#102，测试载荷为340g，测试频率为120周/分钟，检测结果为80000周不露底材，满足要求。
实施例4
预处理：取TPU15份，色母料2份混合后，调整烘箱温度至100℃干燥3h。所述色母料为TPU与白炭黑按质量比为100∶2混合后挤出造粒得到的色母料。
制备键帽：将混合好的原料与激光添加剂micabs 0.05份进行均匀混合并造粒。得到TPU原料颗粒。将所TPU原料颗粒与ABS树脂10份一起双料注塑成型，得到键帽；所述键帽包括基体部和面层；所述TPU原料颗粒形成所述面层；所述ABS树脂形成所述基体部。注射时注意隔绝水蒸气。将制备好的键帽经退火，冷却形成结合性良好的弹性键帽表面。
表5 实施例4制备键帽时双料注射时的性能参数
制备图形：将键帽样品移至治具之上，经对位，使用波长为1064nm的Nd/YAG红外激光按程序预设“↑”图形在键帽表面照射，在键帽白色面层表面形成黑色“↑”图形。所述激光器工作参数如表1所示。
使用本实施例制备的键帽组装键盘。
通过橡皮擦实验检测本发明制备的TPU键帽表面字符使用寿命，橡皮材质为#102，测试载荷为340g，测试频率为120周/分钟，检测结果为100000周不露底材，满足要求。
实施例5
预处理：取TPU10份，色母料1份混合后，调整烘箱温度至100℃干燥3h。所述色母料为TPU与硅酸铅按质量比为100∶1混合后挤出造粒得到的色母料。
制备键帽：将混合好的原料与激光添加剂micabs1份进行均匀混合并造粒。得到TPU原料颗粒。将所TPU原料颗粒与ABS树脂10份一起双料注塑成型，得到键帽；所述键帽包括基体部和面层；所述TPU原料颗粒形成所述面层；所述ABS树脂形成所述基体部。注射时注意隔绝水蒸气。将制备好的键帽经退火，冷却形成结合性良好的弹性键帽表面。
表6 实施例5制备键帽时双料注射时的性能参数
制备图形：将键帽样品移至治具之上，经对位，使用波长为1064nm的Nd/YAG红外激光按程序预设的如图2所示的图形在键帽表面照射，在键帽黄色面层表面形成黑色图2所示的图形。所述激光器工作参数如表1所示。
使用本实施例制备的键帽组装键盘。
通过橡皮擦实验检测本发明制备的TPU键帽表面字符使用寿命，橡皮材质为#102，测试载荷为340g，测试频率为120周/分钟，检测结果为100000周不露底材，满足要求。
以上对本发明提供的一种工件的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种工件的制备方法，其特征在于，包括：
a1)将第一材料与色母料混合干燥；所述第一材料为热塑性聚氨酯；
a2)将第一添加剂与干燥的第一材料和色母料混合得到第一混合物；所述第一添加剂在第一条件下能够显色；
b)将第二材料注射成型形成基体部，在所述基体部上方将所述第一混合物注射成型形成面层，得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，其中，第一材料和第二材料不同；
c)在所述第一条件下使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。
2.根据权利要求1所述的工件的制备方法，其特征在于，步骤b)具体为：
b1)将第一混合物与第二材料分别熔融混炼，得到第一混炼物和第二混炼物；
b2)所述第一混炼物与第二混炼物注射成型，得到第一预制件；所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，所述面层由所述第一混炼物形成，所述基体部由所述第二混炼物形成。
3.根据权利要求1所述的工件的制备方法，其特征在于，步骤c)，具体为：
在所述第一条件下使所述第一预制件面层中的部分第一添加剂按照预定图形显色，得到所述预定图形的工件，所述预定图形与所述第一图形一致。
4.根据权利要求3所述的工件的制备方法，其特征在于，步骤c)中，在所述第一条件下使所述第一预制件面层中的部分第一添加剂按照预定图形显色之前还包括将所述第一预制件退火。
5.根据权利要求1～3任意一条所述的工件的制备方法，其特征在于，所述第一材料与所述第一添加剂按质量比为100:(0.5～1)。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
本体；
至少一个按键，设置在所述本体上，所述按键包括基体部和面层，其中，所述基体部由第二材料制成，所述面层由第一材料和第一添加剂混合的材料制成；所述第一材料为热塑性聚氨酯；
其中，在第一条件下使所述面层通过第一添加剂显色显示第一图形。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述按键的制备方法包括：
a)将第一材料与第一添加剂混合得到第一混合物，所述第一添加剂在第一条件下能够显色；
b)将第二材料注射成型形成基体部，在所述基体部上方将所述第一混合物注射成型形成面层，得到第一预制件，所述第一预制件具有基体部和覆盖在所述基体部上的面层，其中，第一材料和第二材料不同；
c)在所述第一条件下使所述面层中的部分第一添加剂显色，得到具有第一图形的工件。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述第一条件为激光照射。
9.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为手机、笔记本电脑或台式机。
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