CN107141751A - 一种用于led套件的pc/gf复合材料其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于LED套件的PC/GF复合材料及其制备方法，特征在于：包括其以下质量份计组分组成：芳香族聚碳酸酯100份；光扩散性交联微粒0.1‑15份；光扩散剂0.1‑5份；聚己内酯0.1‑15份；玻璃纤维4‑12份；抗氧剂0.02‑0.5份；增韧剂2‑5份；润滑剂0.1‑0.8份；光扩散性交联微粒为包含苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和交联剂的共聚物；光扩散性交联微粒平均粒径为5‑30μm，折射率为1.54‑1.57。本发明所述聚碳酸酯玻璃纤维复合材料具有高透光率、高散射性、优异的防光源穿透能力，且不损害聚碳酸酯的高透明度。

Description

一种用于LED套件的PC/GF复合材料其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种应用于LED套件的PC/GF复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。PC工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。

玻璃纤维(GF)是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它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，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常可加至复合材料中以增强材料的物理机械性能。

通常而言，照明灯具，指示灯、荧光管等设备的照明罩，需要高度透明的材质，以减少光量的损失；同时，若光源直接由人的肉眼接受容易使人感到不适，即很容易产生眩光，需要高散射的材质，已在不降低透光率从的情况下分散光源。

在目前，磨砂玻璃和乳白色透明合成树脂常用于照明套件上，但磨砂玻璃存在容易碎裂、重量较重的问题。而乳白色透明合成树脂也存在寿命短、透光性差、散射性差的问题。近年来，随着高亮度白光LED等的出现，LED照明灯具发展迅速，LED照明具有亮度高，寿命长、节能减排的有益特点，正成为下一代主流照明灯具。

由于LED光源具有高度方向性，因此其套件必须防止眩光的产生，故LED套件必须同时具备高透光性，高散射性。

由于PC具有优异的透光性、耐冲击性和耐热性，所以在LED套件领域上已渐渐引起人们的关注。为了赋予PC高散射性，目前已经有将碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、氧化钛等无机材料作为散射剂与PC混合，但由于无机材料的基本化学特性，会引起PC树脂机械性能的下降，尤其是在塑膜热加工过程中会使PC树脂变黄、分子量下降等问题。

虽然使用碳酸钙或含氢聚硅氧烷可抑制成型时树脂分子量降低和黄化，但由于碳酸钙固有的晶体，因此无法得到较高的散射性。

此外，针对于使用玻璃纤维增强聚碳酸酯获得高透光性，高散射性材料的研究较少无法充分发挥聚碳酸酯的优势。

发明内容

.本发明目的在于提供一种用于LED套件的PC/GF复合材料及其制备方法，在保持良好的物理性能前提下，具有高透光率、高散射性、优异的防光源穿透能力的特点，尤其适用于LED光源套件，并提供这种复合材料的制作方法。

本发明通过如下方案实现此目的：

一种用于LED套件的PC/GF复合材料，特征在于：包括其以下质量份计组分组成：芳香族聚碳酸酯100份；光扩散性交联微粒0.1-15份；光扩散剂0.1-5份；聚己内酯0.1-15份；玻璃纤维4-12份；抗氧剂0.02-0.5份；增韧剂2-5份；润滑剂0.1-0.8份；

所述光扩散性交联微粒为包含苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和交联剂的共聚物；光扩散性交联微粒平均粒径为5-30μm，折射率为1.54-1.57。

优选的，所述光扩散剂为丙烯酸类光扩散剂和硅酮类光扩散剂。

优选的，聚己内酯粘均分子量为40000-80000。

其制备方法如下：

1)按比例称量所需原料；

2)将芳香族聚碳酸酯置于110℃烘箱内干燥24h,光扩散性交联微粒置于80℃烘箱内干燥4h，玻璃纤维置于110℃烘箱内干燥12h，干燥后置于真空密封箱内备用；

3)将经干燥后的芳香族聚碳酸酯、光扩散性交联微粒、光扩散剂、聚己内酯、抗氧剂、增韧剂、润滑剂放入高速混合机中混合3-4分钟，转速为800rpm,随后在高速混合机中加入玻璃纤维，转速为350rpm,混合1-2分钟；

4)混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在转速350rpm，温度240℃-270℃条件下熔融混炼；

5)混炼后经水温为65℃的水槽冷却；

6)冷却后将其引入切粒机，切粒机以600rpm转速切粒；

7)切粒后收集粒料，检测包装即得成品。

本发明具有以下有益效果：本发明所述聚碳酸酯玻璃纤维复合材料具有高透光率、高散射性、优异的防光源穿透能力，且不损害聚碳酸酯的高透明度，且用玻璃纤维增强其机械性能，特别适用于照明灯、指示灯、荧光灯管、街灯等的套件，特别适用于具有高亮度、高方向性的LED光源用LED套件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步地阐述，应当理解的是，具体实施例并不对本发明做任何限定。

本发明所述的芳香族聚碳酸酯是通过光气法将二羟基二芳基化合物与光气反应或二羟基二芳基化合物与碳酸酯反应生成的，如碳酸二苯酯使用酯交换法得到的聚合物，如由双酚A(二酚基丙烷)制备的芳香族聚碳酸酯树脂。

其中二羟基二芳基化合物包括2,2-双(4’-羟基苯基)丙烷，2，4-双(4-羟基苯基)甲烷，1,1-双(4-羟基苯基)乙烷，2，4-双(4-羟基苯基)苯基甲烷，2,2-双(4-羟苯基-3-甲基苯基)丙烷，2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷，,2-双(4-羟基-3,5-二溴苯基)丙烷，2,2-双(4-羟基-3,5-二氯苯基)丙烷，1,1-双(4-羟基苯基)环己烷，4,4'-二羟基二苯醚等，上述化合物可单独使用或两种以上组合使用，除上述化合物外，还可混合使用哌嗪、对苯二酚、间苯二酚、4,4'-二羟基二苯基甲烷等。

此外，还可使用三级或更高级酚化合物与二羟基芳基化合物混合，如间苯三酚等。

芳香族聚碳酸酯的粘均分子量通常为10000-100000，当粘均分子量为17000-28000时效果较好，在制备芳香族聚碳酸酯时可使用分子量调节剂以便获得所需分子量的产物。

本发明所述的光扩散性交联微粒是能够赋予PC树脂光扩散性的微粒，这些交联微粒是苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、交联剂微粒共聚等到的，通常的聚合方法有乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合、本体聚合、分散聚合、无皂乳液聚合、种子聚合等，从LED光源的物理性质出发，优选使用乳液聚合法或分散聚合法。

本发明所述的光扩散性交联微粒使用的交联剂是含2个以上乙烯基的自由基聚合单体，具体包括二乙烯基苯，乙二醇二丙烯酸酯，乙二醇二甲基丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，三羟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，以上交联剂可单独使用或两种以上组合使用。

本发明所述的光扩散性交联微粒的平均粒径为5-30μm，当平均粒径为8-20μm时效果较好，当平均粒径小于5μm，则照明罩的表面状态保持平滑性，不能充分获得光的散射，并且光扩散性差，而超过30μm时，表面状态照明灯光直线透过，因此光的散射减少，由于光扩散性和防光源透过性能差，因此不使用。

本发明所述的光扩散性交联微粒的折射率在1.54-1.57内，当折射率在1.55-1.57范围内效果较好，当折射率小于1.54时，可发生雾化现象，且透光率会降低；当折射率大于1.57时，光扩散性会降低；因此可调节苯乙烯单体和甲基丙烯酸甲酯单体的比例来调节折射率。

测试交联微粒的折射率的方法可用Becke法。将树脂颗粒放置在载玻片上，并放出折射液(标准折射溶液，由Cargille Laboratories,Inc.制造)。将树脂颗粒和折射液充分混合，从底部照射钠灯，从顶部观察颗粒的轮廓，如果轮廓不可见，则使折射液和树脂颗粒的折射率相等。

本发明所述的光扩散性交联微粒以质量份计，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.1-15份，添加量为3-6份时效果较佳。若添加量小于0.1份，则光扩散性差，若添加量大于15份则透光率低。

本发明所述的光扩散剂可以与光扩散性交联粒子组合使用，使得其透光率，光扩散性和防光源穿透能力有效地提高。

本发明所述的光扩散剂是能够在芳香族聚碳酸酯内散热光的球形光扩散剂即可，具体包括硅酮类光扩散剂和丙烯酸类光扩散剂。在要求高透光率、光扩散性的LED套件中，使用平均粒径为2-6μm，折射率在1.47-1.52的丙烯酸型光扩散剂或/和平均粒径为1-6μm，折射率在1.40-1.49的硅酮型光扩散剂效果较好。

本发明所述的丙烯酸型光扩散剂可使用由Aika Kogyo Co.公司制造的GanzPearl GM-0449S(平均粒径4.0μm，折射率1.49)，Chemisnow KMR-3TA(平均粒径由KagakuKaisha制造的粒径3.2μm，折射率1.49)，硅酮型光扩散剂可使用由Samsung公司制造的SL-200M(平均粒径1.8μm，折射率1.42)，也可使用任何符合本发明所需参数的光扩散剂。

本发明所述的光扩散剂以质量份计，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.1-5.0份，添加量为0.2-4份时效果较佳。若添加量小于0.1份，无法获得足够的光散射能力，若添加量大于5.0份，则透光率显著降低。

本发明所述的聚己内酯的粘均分子量为10000-100000，当粘均分子量为40000-90000时效果较好，本发明所述聚己内酯可使用由Solvay S.A.制造的的CAPA 6500(粘均分子量50000)，CAPA 6800(粘均分子量80000)或任何符合本发明所需参数的聚己内酯。也可使用改性过的聚己内酯。

本发明所述的聚己内酯以质量份计，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.1-15份，添加量为0.3-10份时效果较佳。若添加量小于0.1份，则无法获得光扩散效果，亮度不足，若添加量大于15份则急剧降低耐热性，在产品成型前的预干燥步骤中黏附颗粒，发生粘连。

本发明所述的玻璃纤维为短切玻璃纤维，玻璃纤维长度为3-4mm,直径为11-12μm。玻璃纤维以质量份计，每100份芳香族聚碳酸酯添加4-12份，添加量为8-12份是效果较佳，当添加量小于4份时，无法显著增加其机械强度，当添加量大于12份时，缺口冲击强度明显降低。

本发明所述的抗氧剂包括酚型抗氧剂、磷型抗氧剂、环状亚磷酸酯类抗氧剂等，以质量份计，每100份芳香族聚碳酸酯添加0.02-0.5份，添加量为0.05-0.2时效果较佳，当添加量小于0.02时热稳定性差，当添加量大于0.5时透明度差。

本发明所述的增韧剂包括可使用美国DOW公司制造的KM-355P,法国ATOCHEM公司制造的AX8900等。

本发明所述的润滑剂包括石蜡，硬脂酸正丁酯，合成蜂蜡，天然蜂蜡，甘油单酯，褐煤酸蜡，聚乙烯蜡，季戊四醇四硬脂酸酯等。

在本发明的聚碳酸酯玻璃纤维复合材料中，可根据实际使用中的光散射性以外的性能，可以根据需要添加各种已知的添加剂，聚合物。例如，为了在长时间曝光时抑制树脂成型体的变色，可以使用防止紫外线引起的树脂劣化的光稳定剂，紫外线吸收剂(UVA)，荧光增白剂等。

在聚碳酸酯玻璃纤维复合材料中，可以根据需要添加抗静电剂，染料，颜料，填料，填充剂，铺展剂等热塑性树脂等其它已知的添加剂。

实施例1：复合材料的制备

1)按比例称量所需原料；

2)将芳香族聚碳酸酯置于110℃烘箱内干燥24h,光扩散性交联微粒置于80℃烘箱内干燥4h，玻璃纤维置于110℃烘箱内干燥12h，干燥后置于真空密封箱内备用；

3)将经干燥后的芳香族聚碳酸酯、光扩散性交联微粒、光扩散剂、聚己内酯、抗氧剂、增韧剂、润滑剂放入高速混合机中混合3-4分钟，转速为800rpm,随后在高速混合机中加入玻璃纤维，转速为350rpm,混合1-2分钟；

4)混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在转速350rpm，温度240℃-270℃条件下熔融混炼；

5)混炼后经水温为65℃的水槽冷却；

6)冷却后将其引入切粒机，切粒机以600rpm转速切粒；

7)切粒后收集粒料，检测包装即得成品。

实施例1的原料配比表如表1所示，以质量份计：

表1

实施例2：光学性能测试

将实施例1中得到的粒料使用注射成型机制成长50mm,宽30mm,厚1mm的光学实验样品。

样品的评价方法：

总透光率：使用JIS K7361-1-1997标准对光学试验样品测试。

光扩散度：使用自动光度计对光学试验样品进行测试，使用MCRL公司制造的GonioGP-1R自动光度计进行测试。具体测试方法为：从测试片的法线方向施加来自自动可变角度光度计的直线光源，通过可动光接收器测量透射光的强度，透射率相对与法线方向确定获得50％直线透光率的透射率的角度(D50)，单位为°，D50数值＞25时光扩散性为良好。

防光源穿透能力：在Philips 20W直管式LED灯的中部钻长5cm宽3cm的矩形孔，将光学实验样品设置在矩形孔中。测试人员从距离矩形孔20CM处目视LED灯，当LED光源具有足够的光扩散性和LED光源的轮廓完全无法被认出时，认定防光源穿透能力极佳，标记为“+”，当LED光源具有足够的光扩散性和LED光源的轮廓较为模糊但能被认出时，认定防光源穿透能力良好，标记为“-”；当LED光源的光扩散性差且LED光源的轮廓被清楚的看清时，认为防光源穿透能力差，标记为“×”；

实验结果如表2所示：

表2

评价标准/组别	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5
						总透光率(％)	68	78	72	64	88
光扩散度(°)	52	44	39	48	18
						防光源穿透能力	-	+	+	-	×

实施例3：机械性能测试

对复合材料进行机械性能测试，结果如表3：

表3

材料性能	测试标准	单位	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5
								拉伸强度	ISO527	Mpa	75	89	102	76	68
断裂伸长率	ISO527	％	98	92	86	97	109
								弯曲强度	ISO178	Mpa	118	129	136	116	102
缺口冲击强度	ISO179-2	Kj/m2	38	28	21	38	62
								洛氏硬度	ISO2039-2	R-scale	126	128	129	124	122

本发明的聚碳酸酯玻璃纤维复合材料在不损害聚碳酸酯材料的透明性情况下，同时具有透光性好、光扩散度高、放光源穿透能力强的特点，此外加入了玻璃纤维增强其机械性能，适用于照明器具的套件上，特别适用于LED光源的照明器具。

Claims (4)

1.一种用于LED套件的PC/GF复合材料，特征在于：包括其以下质量份计组分组成：

所述光扩散性交联微粒为包含苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和交联剂的共聚物；光扩散性交联微粒平均粒径为5-30μm，折射率为1.54-1.57。

2.根据权利要求1所述的用于LED套件的PC/GF复合材料，其特征在于：所述光扩散剂为丙烯酸类光扩散剂和硅酮类光扩散剂。

3.根据权利要求1所述的用于LED套件的PC/GF复合材料，其特征在于：所述聚己内酯粘均分子量为40000-80000。

4.一种用于LED套件的PC/GF复合材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤：

1)按比例称量所需原料；

2)将芳香族聚碳酸酯置于110℃烘箱内干燥24h,光扩散性交联微粒置于80℃烘箱内干燥4h，玻璃纤维置于110℃烘箱内干燥12h，干燥后置于真空密封箱内备用；

3)将经干燥后的芳香族聚碳酸酯、光扩散性交联微粒、光扩散剂、聚己内酯、抗氧剂、增韧剂、润滑剂放入高速混合机中混合3-4分钟，转速为800rpm,随后在高速混合机中加入玻璃纤维，转速为350rpm,混合1-2分钟；

4)混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在转速350rpm，温度240℃-270℃条件下熔融混炼；

5)混炼后经水温为65℃的水槽冷却；

6)冷却后将其引入切粒机，切粒机以600rpm转速切粒；

7)切粒后收集粒料，检测包装即得成品。