CN105295281A - 一种电子设备的外壳材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子设备的外壳材料及制备方法，其组分及重量份为：聚苯乙烯70-95份，玻璃纤维10-25份，阻燃剂5-16份，抗氧化剂4-7份，润滑剂1-3份。制备方法的步骤为：将玻璃纤维、聚苯乙烯及润滑剂搅拌均匀，再依次加入阻燃剂、抗氧化剂搅拌均匀；将上述物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，挤出得到熔融物料；将上述熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得本发明的HIPS复合外壳材料。本发明有效提高了外壳阻燃等级和刚性，满足信息设备安全规范要求，提高电子电器设备防火系数。

Description

一种电子设备的外壳材料及制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种满足电子设备技术要求的耐热且尺寸稳定的低成本外壳。

背景技术

现在的电子设备，以智能电视为例，智能电视正在走向厚度变薄、屏幕变大的趋势，因此智能电视在使用过程中的发热量越来越大，对外壳材料的刚性和耐热性要求也逐步提高。发热量提高，外壳温升上升，会引起外壳变形，用户外观体验度下降，严重的会造成安全规范问题；另一方面超薄超窄的设计理念要求外壳和相关部件的装配间隙需要进一步压缩(从0.8mm甚至更大压缩到0.4mm以内)，传统不加纤材料后壳随温度变化收缩量更大，且减薄后强度进一步降低，双重因素导致外壳在经历环境实验后频繁出现开裂等不良现象。为了解决开裂带来的成本问题，音视频类电子设备普遍采用PC+ABS+GF方案的后壳，PC+ABS+GF(是在聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合塑料中添加玻璃纤维的复合材料)是一种刚性较高、低线性膨胀系数的材料，可以有效解决壳裂问题，这样使得成本约18.95元/kg，但是阻燃等级仅能达到UL94V0，无法满足信息技术类电子设备外壳的阻燃要求。现有技术中的信息技术类电子设备通常采用金属后壳，成本约100元/个，成本较高。

发明内容

本发明涉及一种能够满足电子设备要求的耐热且尺寸稳定的低成本外壳，有效提高了外壳阻燃等级和刚性，满足电子设备安全规范要求，提高电子电器设备防火系数。

一种电子设备的外壳材料，其组分及重量份为：

一种电子设备的外壳材料的制备方法，步骤为：

1)将玻璃纤维、聚苯乙烯及润滑剂搅拌均匀，再依次加入阻燃剂、抗氧化剂搅拌均匀；

2)将上述物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，挤出得到熔融物料；

3)将上述熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得本发明的HIPS复合外壳材料。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明将玻璃纤维添加至HIPS(高抗冲聚苯乙烯)材料中，并通过阻燃剂及抗氧化剂的复配作用，提高外壳材料的阻燃性、耐热性和刚性，降低材料的热膨胀系数，提高外壳的环境适应性，解决壳裂及变形等质量问题。

附图说明

图1聚烯烃的氧化降解过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

针对目前的问题，本发明提出了一种电子设备的外壳材料，是用玻璃纤维增强高抗冲聚苯乙烯(HIPS)材料，其组分及重量份为：

所述高抗冲聚苯乙烯(HIPS)主要是通过接枝共聚法制备，主链由丁二烯、苯乙烯两种单体相嵌形成的嵌段共聚物，但又含有苯乙烯短侧支链，弯曲模量仅能达到2.0GPa，线性膨胀系数高达90μm/m℃，无法作为发热量较高及超薄超窄边框的智能电视后壳材料。

所述玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高；是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，将玻璃纤维用于增强塑胶材料，可以改善塑胶材料的刚性和尺寸的环境稳定性，即提高其弯曲模量，降低其线性膨胀系数。本发明采用的玻璃纤维直径在8-16μm之间，分子链的刚性大，分子链间作用力强，尺寸稳定，因此弯曲模量可提高至3.0GPa以上，线性膨胀系数降至55μm/m℃左右。

本发明添加70-95重量份HIPS(高抗冲聚苯乙烯)与10-25重量份玻璃纤维，二者能够充分熔合，显著改善了材料刚性和尺寸稳定性。

所述阻燃剂为双酚A-双(二苯基磷酸酯)(BDP)、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、溴代三嗪中的一种或者几种混合物。

所述双酚A-双(二苯基磷酸酯)(BDP)为一种新型磷系阻燃剂，呈无色或淡黄色透明液体，相对密度1.26(20℃)，磷含量8.9％，毒性LD50＝5000mg/Kg，粘度(25℃)17000mPa.s，属于无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂，它与HIPS具有良好的相容性，在对HIPS塑胶进行阻燃改性的过程中，既能够有效的提高阻燃性能，又不会对改性后的材料物理机械性能造成很大的影响，获得具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度、抗冲击强度、抗热变形温度等性能的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，应用其制备的电视机外壳抗冲击性能较强、使用寿命长。

所述十溴二苯乙烷(DBDPE)为白色粉末，含水量低于0.1％，总溴含量≥82.3％，游离溴≤20ppm，熔点在345℃以上，是一种使用范围广泛的广谱添加型阻燃剂，其溴含量高，热稳定性好，抗紫外线性能佳，较其他溴系阻燃剂的渗出性低，特别适用于生产电脑、传真机、电话机、复印机、家电等的高档材料的阻燃。

所述三氧化二锑是一款性能优异的协效阻燃剂，同卤素阻燃物质共同作用在气体状态下熄灭火焰，性能稳定、通用性强、无毒，抑烟，成本低。

所述溴代三嗪的外观洁白，分子量大，结构复杂，具有良好的热稳定性和电气性能，优越的耐光性，溴代三嗪不同于传统的溴系阻燃剂，其起始分解温度高，同时由于其阻燃机理去吸热分解热降型，不含游离溴。

所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)中的一种或几种混合物。

本发明中抗氧化剂优选为受阻酚类抗氧化剂(如抗氧剂1010和抗氧剂1076)与亚磷酸酯类化合物(如抗氧剂168)同时使用。这是因为材料在加工使用过程中存在热氧老化现象，如图1所示为聚烯烃的氧化降解过程示意图，抗氧剂的使用可显著提高材料的耐热老化。氧气存在情况下发生循环一，再发生循环二，受阻酚抗氧剂通过捕捉循环一中聚合物过氧化自由基(ROO·)后变成氢过氧化物(RCOOH)，阻止循环一的进行。另外，氢过氧化物对热氧化降解具有自动催化作用，会发生图1中的循环二，而受阻酚抗氧剂自身不能分解氢过氧化物，所以单独使用受阻酚抗氧剂的聚合物中，仍有潜在的热氧老化的危险，难以实现理想的抗氧化目的。亚磷酸酯类化合物(如抗氧剂168)虽然不具备捕捉过氧化自由基的能力，但能够分解氢过氧化物，阻止循环二的进行，从而抑制了自动催化反应导致的聚合物降解。其作用原理如下式：ROOH+P(OR’)₃→ROH+O＝PP(OR’)₃。

本发明中阻燃剂与抗氧化剂的质量比控制在1-4:1，利用抗氧化剂对氧气的捕捉，以及其较高的耐热性，与阻燃剂协同增效能够将材料的阻燃性能提高至5VB，甚至更高等级。若抗氧剂含量低于本发明的含量，或者不添加抗氧化剂，材料的阻燃性能仅能达到V0，无法满足重量在18kg以上的信息技术类电子设备对外壳的阻燃要求(5VB)，5VB阻燃外壳是18kg以上信息技术类电子设备进入市场流通的安全前提，不满足5VB，则无法投入市场。但若抗氧化剂含量过高，会降低材料的韧性，采用韧性较低材料制备电子设备外壳，无法满足电子设备在储运环境中面临的气候环境和机械环境的考验，出现壳裂或变形等质量问题。

所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酮、石蜡、聚乙烯蜡或硬脂酸锌中的一种或几种混合。

为了提高改性材料的黑亮光泽度，本发明中还可以添加1-2重量份的炭黑色粉，采用炭黑色粉进行染色，主要成分是元素碳，表面上含有少量氧、氢、硫等，颗料近似于球形，耐光、耐候、耐化学品的性能极佳，有极高的遮盖力和着色力，能够显著提高改性材料的黑亮光泽度。

所述外壳材料的制备方法是：

1)将玻璃纤维、HIPS及润滑剂放入高速混料机中，搅拌均匀，再依次加入阻燃剂、抗氧化剂和炭黑色粉，搅拌均匀；

2)将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，控制料筒的前部、中部、后部及机头温度分别为：165-170℃、180-190℃、195-205℃、210-230℃，其中机头螺杆转速控制在200-230rpm/min，挤出得到熔融物料；

3)将上述熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得本发明的HIPS复合外壳材料。

所述阻燃剂为双酚A-双(二苯基磷酸酯)(BDP)、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、溴代三嗪中的一种或者几种混合物。

所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)中的一种或几种混合物

实施例1

本发明的一种电子设备的外壳材料，其组分及重量份为：聚苯乙烯70份，玻璃纤维20份，阻燃剂5份，抗氧化剂5份，润滑剂为石蜡1份。所述阻燃剂包括BDP1份，三氧化二锑2份和溴代三嗪2份；所述抗氧化剂包括(抗氧剂1010)2份、(抗氧剂1076)1份和(抗氧剂168)2份。

制备方法是将玻璃纤维、HIPS及润滑剂放入高速混料机中，搅拌均匀，再依次加入阻燃体系、抗氧化剂，搅拌均匀。将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，控制料筒的前部、中部、后部及机头温度分别为：168℃、185℃、200℃、220℃，其中机头螺杆转速控制在220rpm/min；将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得HIPS复合材料。

实施例2

本发明的一种电子设备的外壳材料，其组分及重量份为：聚苯乙烯80份，玻璃纤维10份，阻燃剂8份，抗氧化剂4份，润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌的混合物共2份，炭黑色粉1份。所述阻燃剂包括BDP5份和溴代三嗪3份；所述抗氧化剂包括(抗氧剂1010)0.5份、(抗氧剂1076)2份和(抗氧剂168)1.5份。

制备方法是将玻璃纤维、HIPS及润滑剂放入高速混料机中，搅拌均匀，再依次加入阻燃体系、抗氧化剂和炭黑色粉，搅拌均匀。将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，控制料筒的前部、中部、后部及机头温度分别为：165℃、180℃、195℃、210℃，其中机头螺杆转速控制在200rpm/min；将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得HIPS复合材料。

实施例3

本发明的一种电子设备的外壳材料，其组分及重量份为：聚苯乙烯85份，玻璃纤维25份，阻燃剂10份，抗氧化剂7份，润滑剂为硬脂酸钙3份，炭黑色粉2份。所述阻燃剂包括BDP4份、十溴二苯乙烷4份和三氧化二锑2份；所述抗氧化剂包括(抗氧剂1076)4份和(抗氧剂168)3份。

制备方法是将玻璃纤维、HIPS及润滑剂放入高速混料机中，搅拌均匀，再依次加入阻燃体系、抗氧化剂和炭黑色粉，搅拌均匀。将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，控制料筒的前部、中部、后部及机头温度分别为：170℃、190℃、205℃、230℃，其中机头螺杆转速控制在230rpm/min；将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得HIPS复合材料。

实施例4-6及对比例1、2的配方组成如表1所示，均为重量份数，制备方法同实施例1，其中对比例1中不添加抗氧化剂，对比例2中阻燃剂与抗氧化剂的质量比为6:7。表1中阻燃体系FR1、FR2、FR3、FR4分别指双酚A-双(二苯基磷酸酯)(BDP)、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、溴代三嗪；抗氧化剂AO1、AO2、AO3分别指抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168。

表1实施例及对比例中外壳材料的配方组成

按照本发明的实施例和对比例中制备的HIPS复合材料性能参数测试数据见表2，测试结果表明：1)实施例1-6制备的材料力学性能、阻燃性能优异，2)与实施例1-6相比，对比例1中没有添加抗氧化剂，对比例1制备的材料阻燃性能仅能达到V0等级，阻燃性相比实施例1-6的较差；3)与实施例1-6相比，对比例2中阻燃剂与抗氧化剂的质量比为6:7，对比例2制备的材料阻燃性能可以达到5VB等级，但是因为抗氧化剂含量增加，导致材料较脆，力学性能相比实施例1-6的较差，由对比例2材料制备的外壳无法满足音视频设备和信息设备的机械试验和冲击锤、撞击等安全防触电和机械稳定性试验。由此可以说明本发明制备的外壳材料，符合高发热量的音视频设备及信息设备对外壳的可靠性、环境适应性及安全规范性能要求。

表2实施例及对比例中外壳材料的性能参数

以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的两种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电子设备的外壳材料，其特征在于，其组分及重量份为：

HIPS70-95份，

玻璃纤维10-25份，

阻燃剂5-16份，

抗氧化剂4-7份，

润滑剂1-3份。

2.根据权利要求1所述的一种电子设备的外壳材料，其特征在于，所述阻燃剂与抗氧化剂的质量比为1-4:1。

3.根据权利要求1所述的一种电子设备的外壳材料，其特征在于，所述玻璃纤维直径在8-16μm。

4.根据权利要求1所述的一种电子设备的外壳材料，其特征在于，所述阻燃剂为双酚A-双(二苯基磷酸酯)、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、溴代三嗪中的一种或者几种混合物。

5.根据权利要求1所述的一种电子设备的外壳材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂168中的一种或几种混合物。

6.根据权利要求1所述的一种电子设备的外壳材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酮、石蜡、聚乙烯蜡或硬脂酸锌中的一种或几种混合。

7.根据权利要求1所述的一种电子设备的外壳材料，其特征在于，还包括1-2重量份的炭黑色粉。

8.一种电子设备的外壳材料的制备方法，其特征在于，步骤为：

1）将玻璃纤维、聚苯乙烯及润滑剂搅拌均匀，再依次加入阻燃剂、抗氧化剂搅拌均匀；

2）将上述物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机，挤出得到熔融物料；

3）将上述熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得本发明的HIPS复合外壳材料。

9.根据权利要求8所述的一种电子设备的外壳材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机料筒的前部、中部、后部及机头温度分别为：165-170℃、180-190℃、195-205℃、210-230℃。

10.根据权利要求8所述的一种电子设备的外壳材料的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机的机头螺杆转速为200-230rpm/min。