CN106947199B - 一种电视用高耐热透明增强材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电视用高耐热透明增强材料及其制备方法和应用，本发明使用聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、脂环族聚酰亚胺、玻璃纤维、抗氧剂和加工助剂在配方用量配合下制备得到耐热透明增强材料，本发明使用聚甲基丙烯酸酯与聚碳酸酯配合来提高材料的基本透明度，并且在其中加入脂环族聚酰亚胺，其与聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯配合，协同增强材料的透明度以及光学性能，并且环族聚酰亚胺又能够与玻璃纤维协同作用，增强材料的强度以及耐热性，各组分相互配合，使材料在电性能上也显著提升，用于家电材料尤其是电视用材料时，具有很大的优势，满足这些行业对材料的技术要求。

Description

一种电视用高耐热透明增强材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种耐热透明增强材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种电视用高耐热透明增强材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会的发展，人们对于材料性能要求越来越多样化，如对透明、半透明、以及光学性能等方面的要求越来越高。例如在电视机以及手机等电子产品领域，对许多材料均具有较高的要求，例如对于可应用于电视、手机的材料很多时候要求具有高强度、良好的耐热性、良好的电性能以及良好的光学性能和高的透明度等要求，然而目前的材料很少能够同时满足多种要求，例如强度高的材料可能损失了透明性以及光学性能，而透明性、光学性能好的材料又可能在耐热、强度以及电性能方面具有损失，因此，这些电子领域需要更多具有良好综合性能的材料。
CN 104072923A公开了一种高耐热透明增强材料，该材料包含以下质量分数的组分：聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐共聚物共混物59～93％、玻璃纤维5～30％、增韧剂1～30％、抗氧剂0.1～1％和加工助剂0.5～5％，该材料具有透明度可达87％，耐热性好，强度也可达到较好的级别，然而在本领域期望得到更高透明度以及耐热性和强度的材料，尤其还要追求具有良好的电学以及光学性能。
CN 102786664A公开了低介电高耐热环氧树脂组合物，该发明通过使用聚苯醚接枝马来酸酐和活性稀释剂降低体系的粘度以解决两者相容性问题，从而改善体系的介电及力学性能，通过适量TGIC的加入改善树脂体系的耐热性能，制备出一种低介电高耐热的高性能环氧树脂组合物，然而其在强度以及透明度上的表现却非常一般。
因此，在本领域，期望开发一种具有良好耐热性、透明度、良好的电性能以及良好的光学性能的高强度材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐热透明增强材料及其制备方法，特别是提供一种电视用高耐热透明增强材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明的目的之一在于提供一种耐热透明增强材料，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
在本发明的材料中，使用聚甲基丙烯酸酯与聚碳酸酯配合来提高材料的基本透明度，并且在其中加入脂环族聚酰亚胺，一方面脂环族聚酰亚胺能够与聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯配合，协同增强材料的透明度以及光学性能，此外，环族聚酰亚胺又能够与玻璃纤维协同作用，增强材料的强度以及耐热性，并且环族聚酰亚胺的加入，在所有组分的共同配合下，也能够使材料在电性能上显著提升。
在本发明中，所述聚甲基丙烯酸酯的含量可以为40％、42％、44％、46％、48％、50％、52％、54％、56％、58％或60％。
在本发明中，所述聚碳酸酯的含量可以为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％。
在本发明中，所述脂环族聚酰亚胺的含量可以为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
在本发明中，所述玻璃纤维的含量可以为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％。
在本发明中，所述抗氧剂的含量可以为0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％或3％。
在本发明中，所述加工助剂的含量可以为0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％或2％。
优选地，所述聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为10000-50000，例如10000、12000、15000、18000、20000、22000、25000、28000、30000、33000、35000、38000、40000、43000、45000、48000或50000。通过将重均分子量控制在合适的范围内可以使得即具有较高的透明性又能够具有较高的可加工性能。
优选地，所述聚碳酸酯的重均分子量为30000-80000，例如30000、35000、38000、40000、45000、48000、5000、55000、58000、60000、63000、65000、68000、70000、75000、78000或80000。通过控制聚碳酸酯的重均分子量可以提高聚碳酸酯的加工性能。
优选地，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：
其中Ar为：n为5-20的整数，例如5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。
优选地，所述脂环族聚酰亚胺的重均分子量为5000-10000，例如5000、6000、7000、8000、9000或10000。
在本发明中，通过对聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯以及脂环族聚酰亚胺三者的重均分子量进行选择，可以使得各自在发挥其透明度、光学性能以及加工性能方面具有更大的优势，此外，对于三者重均分子量的选择可以使得三者在折光率方面相互匹配，能够协同作用增强材料的光学性能，保证其在电视机等电器上应用的性能优化。
此外，对于脂环族聚酰亚胺重均分子量的选择也可以使其在与玻璃纤维相互作用时，更加优化其材料的强度以及耐热性，并且更加有利于材料电性能的发挥。
在本发明中，通过对聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯以及脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维的匹配用量的控制以及对其重均分子量的控制，可以使得材料相互配合作用优化，使最终的复合增强材料达到良好的韧性，而无需额外添加增韧剂。
优选地，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维。
优选地，所述玻璃纤维的纤维直径为5-15μm，例如5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm，长度为2-8mm，例如2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm或8mm。
优选地，所述抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，优选地，所述受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:(1-3)，例如1:1、1:1.3、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8或1:3。
优选地，所述加工助剂为酰胺类润滑剂、硅油和白矿油中的任意一种或至少两种的组合，优选N,N-亚乙基双硬脂酰胺或N,N-亚乙基双棕榈酸酰胺。
本发明的目的之二在于提供如上所述的耐热透明增强材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，得到所述耐热透明增强材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的喂料转速为300-500rpm，例如300rpm、330rpm、350rpm、380rpm、400rpm、420rpm、450rpm、480rpm或500rpm。
优选地，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120-230℃(例如120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃或230℃)，混合段温度为120-240℃(例如120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃或240℃)，挤出段温度为130-260℃(例如130℃、150℃、180℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃或260℃)，机头温度为120-250℃(例如120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、230℃或250℃)。
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400-600rpm，例如400rpm、420rpm、450rpm、480rpm、500rpm、520rpm、550rpm、580rpm或600rpm。
本发明的目的之三载体提供如上所述的耐热透明增强材料在家电材料制备中的应用。优选地，所述家电材料为电视用材料。
本发明的耐热透明增强材料适用于作为家电材料，其良好的透明性以及高强度、高耐热性、良好的光学和电学性能，使其用于家电材料尤其是电视用材料时，具有很大的优势，满足这些行业对材料的技术要求。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的耐热透明增强材料使用聚甲基丙烯酸酯与聚碳酸酯配合来提高材料的基本透明度，并且在其中加入脂环族聚酰亚胺，其与聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯配合，协同作用，使得材料具有高达88-95％的透明度，光学性能良好，并且脂环族聚酰亚胺又能够与玻璃纤维协同作用，增强材料的强度以及耐热性，使得最终材料的拉伸强度在108mPa以上，弯曲强度在110mPa以上，弯曲模量在5000mPa以上，缺口冲击强度在5.8kJ/m2以上，线性热膨胀系数在23μm/(m.℃)以下，热变形温度在150℃以上，并且在各组分的相互配合下，材料的电性能也显著提升，介电常数在2.8以下，本发明制备的材料具有良好的综合性能，用于家电材料尤其是电视用材料时，具有很大的优势，满足这些行业对材料的技术要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
其中聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为20000，聚碳酸酯的重均分子量为50000，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：其中Ar为：其重均分子量为8000，玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维，其纤维直径为5-10μm，长度为2-5mm，抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:2，所述加工助剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺。
制备方法如下：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，其中所述双螺杆挤出机的喂料转速为450rpm，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为180℃，机头温度为200℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为400rpm，得到所述耐热透明增强材料。
实施例2
在本实施例中，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
其中聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为30000，聚碳酸酯的重均分子量为40000，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：其中Ar为：其重均分子量为9000，玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维，其纤维直径为5-8μm，长度为2-6mm，抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:1，所述加工助剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺。
制备方法如下：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，其中所述双螺杆挤出机的喂料转速为300rpm，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为180℃，挤出段温度为260℃，机头温度为250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为500rpm，得到所述耐热透明增强材料。
实施例3
在本实施例中，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
其中聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为50000，聚碳酸酯的重均分子量为30000，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：其中Ar为：其重均分子量为10000，玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维，其纤维直径为5-15μm，长度为2-8mm，抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:3，所述加工助剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺。
制备方法如下：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，其中所述双螺杆挤出机的喂料转速为500rpm，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为150℃，混合段温度为120℃，挤出段温度为130℃，机头温度为120℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为600rpm，得到所述耐热透明增强材料。
实施例4
在本实施例中，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
其中聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为10000，聚碳酸酯的重均分子量为70000，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：其中Ar为：其重均分子量为7000，玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维，其纤维直径为5-12μm，长度为2-8mm，抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:2，所述加工助剂为N,N-亚乙基双棕榈酸酰胺。
制备方法如下：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，其中所述双螺杆挤出机的喂料转速为300-500rpm，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为230℃，混合段温度为240℃，挤出段温度为190℃，机头温度为200℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为450rpm，得到所述耐热透明增强材料。
实施例5
在本实施例中，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
其中聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为40000，聚碳酸酯的重均分子量为80000，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：其中Ar为：其重均分子量为5000，玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维，其纤维直径为5-10μm，长度为2-6mm，抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:3，所述加工助剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺。
制备方法如下：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，其中所述双螺杆挤出机的喂料转速为400rpm，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为200℃，混合段温度为220℃，挤出段温度为240℃，机头温度为150℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为550rpm，得到所述耐热透明增强材料。
实施例6
与实施例1不同之处仅在于聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为7000。
实施例7
与实施例1不同之处仅在于聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为70000。
实施例8
与实施例1不同之处仅在于聚碳酸酯的重均分子量为10000。
实施例9
与实施例1不同之处仅在于聚碳酸酯的重均分子量为100000。
实施例10
与实施例1不同之处仅在于脂环族聚酰亚胺的重均分子量为3000。
实施例11
与实施例1不同之处仅在于脂环族聚酰亚胺的重均分子量为20000。
对比例1
该对比例与实施例1不同之处仅在于，所述材料的组分中不包括脂环族聚酰亚胺，聚碳酸酯用量为40％，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例2
该对比例与实施例1不同之处仅在于，所述材料的组分中不包括脂环族聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸酯用量为55％，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例3
该对比例与实施例1不同之处仅在于，所述材料的组分中不包括聚甲基丙烯酸酯，聚碳酸酯用量为85％，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例4
该对比例与实施例1不同之处仅在于，所述材料的组分中不包括聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸酯用量为85％，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例5
该对比例与实施例1不同之处仅在于，所述材料的组分中不包括脂环族聚酰亚胺，玻璃纤维的用量为12％，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例6
该对比例与实施例1不同之处仅在于，所述材料的组分中不包括脂玻璃纤维，脂环族聚酰亚胺的用量为12％，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例7
该对比例与实施例1不同之处仅在于，将所述脂环族聚酰亚胺替换为具有如下结构的聚酰亚胺：其重均分子量也约为8000，其余原料和原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
对比例8
该对比例与实施例1不同之处仅在于，脂环族聚酰亚胺的含量为1％，聚碳酸酯含量为39％。
对比例9
该对比例与实施例1不同之处仅在于，脂环族聚酰亚胺的含量为13％，聚甲基丙烯酸酯含量为42％。
对比例10
该对比例与实施例1不同之处仅在于，玻璃纤维的含量为0.5％，聚碳酸酯含量为40％。
对比例11
该对比例与实施例5不同之处仅在于，玻璃纤维的含量为18％，聚甲基丙烯酸酯含量为42％。
对实施例1-11以及对比例1-11制备得到的材料的性能进行测定，结果如表1和表2所示。
测试项目及标准：
拉伸强度按ISO527标准进行测试，试样为Ⅰ型试样，测试设备为德国Zwick公司的拉伸试验机Z020。
弯曲强度和弯曲模量按ISO178标准进行测试，试样尺寸为4mm×10mm×80mm，测试设备为德国Zwick Roell公司的弯曲试验机Z005。
IZOD缺口冲击强度按照ISO180标准进行测试，试样尺寸为4mm×10mm×80mm，缺口深度为2mm，测试设备为德国Zwick Roell公司的冲击试验机HIT5.5P。
熔体流动指数MFR按ISO1133标准在220℃和10kg载荷下进行测试，测试设备为德国Zwick Roell公司的BMF-003熔指仪。
线性热膨胀系数测试温度范围-40～40℃，测试设备为热机械分析仪TMAQ400。
热变形温度按照ASTM D648标准进行测试，试样尺寸为127mm×12.7mm×6.35mm，载荷为1.82mPa，测试设备为德国COESFELD热变形/维卡试验机。
透光率按ISO13468标准进行测试，试样的厚度为2.0mm，测试设备为上海精科的透光率/雾度仪WGT-S。
介电常数：按照IPC-TM-650 2.5.5.9的方法进行测试，测试频率为1GHz。
表1
表2
由表1和表2的对比可以看出，本发明制备得到的材料在聚甲基丙烯酸酯与聚碳酸酯和脂环族聚酰亚胺的相互配合，协同作用下，使得本发明具有高达88-95％的透明度，光学性能良好，脂环族聚酰亚胺又能够与玻璃纤维协同作用，增强材料的强度以及耐热性，使得最终材料的拉伸强度在108mPa以上，弯曲强度在110mPa以上，弯曲模量在5000mPa以上，缺口冲击强度在5.8kJ/m2以上，线性热膨胀系数在23μm/(m.℃)以下，热变形温度在150℃以上，并且在各组分的相互配合下，材料的电性能也显著提高，介电常数在2.8以下，具有良好的综合性能，可以满足电视机等家电材料行业对材料的技术要求。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的耐热透明增强材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (17)

1.一种耐热透明增强材料，其特征在于，所述耐热透明增强材料包括如下质量百分含量的组分：
2.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸酯的重均分子量为10000-50000。
3.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的重均分子量为30000-80000。
4.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述脂环族聚酰亚胺具有如下结构：
其中Ar为：n为5-20的整数。
5.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述脂环族聚酰亚胺的重均分子量为5000-10000。
6.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂处理的无碱短切纤维。
7.根据权利要求6所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述玻璃纤维的纤维直径为5-15μm，长度为2-8mm。
8.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成。
9.根据权利要求8所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的质量比为1:(1-3)。
10.根据权利要求1所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述加工助剂为酰胺类润滑剂、硅油和白矿油中的任意一种或至少两种的组合。
11.根据权利要求10所述的耐热透明增强材料，其特征在于，所述加工助剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺或N,N-亚乙基双棕榈酸酰胺。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的耐热透明增强材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯和抗氧剂以及加工助剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，将脂环族聚酰亚胺和玻璃纤维混合均匀，通过侧喂系统加入，熔融挤出，造粒，得到所述耐热透明增强材料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的喂料转速为300-500rpm。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120-230℃，混合段温度为120-240℃，挤出段温度为130-260℃，机头温度为120-250℃。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400-600rpm。
16.根据权利要求1-11中任一项所述的耐热透明增强材料在家电材料制备中的应用。
17.根据权利要求16所述的应用，其特征在于，所述家电材料为电视用材料。
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