CN108749236A - 一种高硬度复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚碳酸酯层、聚甲基丙烯酸甲酯层和第二聚碳酸酯层，第一聚碳酸酯层的上表面印有纳米透明薄膜；其制备方法为：第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜印在主体材料的其中一个表面上。相对于现有技术，苯酚通过PMMA和PC的巧妙复合，并采用巧妙的生产工艺，使得整个材料具有如下优点；轻、高透明度、高光透过率、高硬度、高穿透率、雾度适宜、柔软性适宜、不弯曲、不龟裂。

Description

一种高硬度复合材料
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种高硬度复合材料。
背景技术
传统的手机或平板电脑的触摸屏盖板均采用玻璃材质，但是玻璃材质的触摸屏盖板至少存在如下缺陷：
一是玻璃易破碎，存在潜在危险，而且玻璃比较重，不利于手机或平板的轻薄化发展；
二是现有技术中的玻璃材质触摸屏盖板雾度小，导致在太阳光下看手机时无法看清楚手机上显示的内容，其中，所谓雾度，是指偏离入射光2.5°角以上的透射光强占总透射光强的百分数，雾度越大意味着薄膜光泽以及透明度尤其成像度下降。
针对第一项缺陷，目前已有采用PMMA制成的触摸屏盖板，但是PMMA的柔韧度或者说抗弯强度不足，用于触摸屏极易造成变形。
针对第二项缺陷，目前的主要解决方案是在玻璃盖板上进行化学涂层操作，利用涂层中的颗粒造成的凹凸不平来提高其雾度，但是这种方法形成的涂层容易脱落，而且容易导致颗粒分布不均匀，影响使用效果。
有鉴于此，本发明旨在提供一种高硬度复合材料，其通过PMMA和PC的巧妙复合，并采用巧妙的生产工艺，使得整个材料具有如下优点；轻、高透明度、高光透过率、高硬度、高穿透率、雾度适宜、柔软性适宜、不弯曲、不龟裂。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，而提供一种高硬度复合材料，其通过PMMA和PC的巧妙复合，并采用巧妙的生产工艺，使得整个材料具有如下优点；轻、高透明度、高光透过率、高硬度、高穿透率、雾度适宜、柔软性适宜、不弯曲、不龟裂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高硬度复合材料，从上至下，所述复合材料依次包括第一聚碳酸酯层、聚甲基丙烯酸甲酯层和第二聚碳酸酯层，所述第一聚碳酸酯层的上表面印有纳米透明薄膜；
所述复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜印在主体材料的其中一个表面上。
其中，PMMA和PC透明度高、质轻，且PC柔软性好，不容易龟裂，而且通过上述工艺制备得到的复合材料两边的厚度均匀，因此不会弯曲；通过印纳米透明薄膜，可以使得该复合材料获得合适的雾度，使得将该复合材料作为手机或平板电脑的触摸屏盖板使用时，使用者能够在太阳光下看见手机上显示的内容，并且通过上述工艺形成的材料中，纳米透明薄膜连接牢固，不容易脱落。
总之，本发明通过PMMA和PC的巧妙复合，并采用巧妙的生产工艺，使得整个材料具有如下优点；轻、高透明度、高光透过率、高硬度、高穿透率、雾度适宜、柔软性适宜、不弯曲、不龟裂。
相较于PMMA/PC/PMMA的结构，PC/PMMA/PC的结构还具有如下优点：平整度高，加工特性好，而且具有较强的可设计性。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，第一聚碳酸酯层、聚甲基丙烯酸甲酯层和第二聚碳酸酯层的厚度比为(0.5-1.5)：(7-9)：(0.5-1.5)。选择该厚度比的原因是该厚度比可以获得高刚强性与韧性。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为230℃-300℃。聚碳酸酯在350℃时会分解。通过控制射出温度，可以撕裂表面空气薄膜，使得三层结构均匀，表面连接可靠。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为250℃～320℃，PMMA在400℃时会分解。通过控制射出温度，可以撕裂表面空气薄膜，使得三层结构均匀，表面连接可靠。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为30～100mm/S，螺杆转速为20～40rpm。通过控制射出速度，可以控制三层结构中各层的厚度、硬度、均匀度和平整度，不会有色差。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，冷却辊的温度为35～80℃。通过控制冷却辊的温度，可以控制三层结构的固化速度和固化时间，从而控制三层结构中各层的厚度、硬度、均匀度和平整度，不会有色差。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，所述纳米透明薄膜是通过微凹涂布、导电涂布或纳米线涂布工艺制造而成，所述纳米透明薄膜是通过微凹印刷或卷对卷印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为50nm-2μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜的过程中提供UV灯光照，滚轮施加500～1500kg/cm2的压力。通过UV树脂的交联固化作用，使得纳米透明薄膜与聚碳酸酯层之间能够形成牢固的连接，不容易脱落。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，所述纳米透明薄膜的厚度为10μm-0.1mm，并且所述纳米透明薄膜的粗糙度小于5μm。该组成的纳米透明薄膜可以具有合适的雾度。
作为本发明高硬度复合材料的一种改进，所述纳米透明薄膜的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈60°-70°。该结构的纳米透明薄膜的透光率高，而且使用者在太阳光下使用该材料时，能够更好的看清楚手机上显示的内容。其中，纳米透明薄膜的主要成分为PC。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中纳米透明薄膜的微观结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明及其有益效果进行详细说明，但是本发明的具体实施方式并不局限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3，第一聚碳酸酯层1的上表面印有纳米透明薄膜4；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜印在主体材料的其中一个表面上。
其中，第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3的厚度比为1：8：1，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为250℃，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为280℃。
熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为50mm/S，螺杆转速为30rpm；熔融的聚甲基丙烯酸甲酯的射出速度为80mm/S，螺杆转速为35rpm。冷却辊的温度为40℃。
纳米透明薄膜是通过微凹涂布工艺制造而成，纳米透明薄膜是通过微凹印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为1μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜的过程中提供UV灯光照，滚轮施加1000kg/cm2的压力，得到的纳米透明薄膜的厚度为50μm，并且纳米透明薄膜的粗糙度小于5μm。
如图2所示，纳米透明薄膜4的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈68°。
实施例2
如图1所示，本实施例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3，第一聚碳酸酯层1的上表面印有纳米透明薄膜4；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜4印在主体材料的其中一个表面上。
其中，第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3的厚度比为1.2：7.6：1.2，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为270℃，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为300℃。
熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为60mm/S，螺杆转速为25rpm；熔融的聚甲基丙烯酸甲酯的射出速度为90mm/S，螺杆转速为38rpm。冷却辊的温度为50℃。
纳米透明薄膜4是通过微凹涂布工艺制造而成，纳米透明薄膜4是通过微凹印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜4之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为0.5μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜4的过程中提供UV灯光照，滚轮施加800kg/cm2的压力，得到的纳米透明薄膜4的厚度为100μm，并且纳米透明薄膜的粗糙度小于5μm。
纳米透明薄膜4的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈65°。
实施例3
如图1所示，本实施例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3，第一聚碳酸酯层1的上表面印有纳米透明薄膜4；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜4印在主体材料的其中一个表面上。
其中，第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3的厚度比为0.8：8.4：0.8，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为240℃，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为270℃。
熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为70mm/S，螺杆转速为28rpm；熔融的聚甲基丙烯酸甲酯的射出速度为90mm/S，螺杆转速为32rpm。冷却辊的温度为60℃。
纳米透明薄膜4是通过微凹涂布工艺制造而成，纳米透明薄膜4是通过微凹印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜4之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为0.2μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜4的过程中提供UV灯光照，滚轮施加600kg/cm2的压力，得到的纳米透明薄膜4的厚度为30μm，并且纳米透明薄膜4的粗糙度小于5μm。
纳米透明薄膜4的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈62°。
实施例4
如图1所示，本实施例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3，第一聚碳酸酯层1的上表面印有纳米透明薄膜4；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜4印在主体材料的其中一个表面上。
其中，第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3的厚度比为1.4：7.2：1.4，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为255℃，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为305℃。
熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为85mm/S，螺杆转速为37rpm；熔融的聚甲基丙烯酸甲酯的射出速度为95mm/S，螺杆转速为36rpm。冷却辊的温度为65℃。
纳米透明薄膜4是通过微凹涂布工艺制造而成，纳米透明薄膜4是通过微凹印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜4之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为0.8μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜4的过程中提供UV灯光照，滚轮施加750kg/cm2的压力，得到的纳米透明薄膜4的厚度为120μm，并且纳米透明薄膜的粗糙度小于5μm。
纳米透明薄膜4的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈67°。
实施例5
如图1所示，本实施例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3，第一聚碳酸酯层1的上表面印有纳米透明薄膜4；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜4印在主体材料的其中一个表面上。
其中，第一聚碳酸酯层1、聚甲基丙烯酸甲酯层2和第二聚碳酸酯层3的厚度比为1.1：7.8：1.1，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为265℃，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为315℃。
熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为75mm/S，螺杆转速为34rpm；熔融的聚甲基丙烯酸甲酯的射出速度为98mm/S，螺杆转速为39rpm。冷却辊的温度为55℃。
纳米透明薄膜4是通过微凹涂布工艺制造而成，纳米透明薄膜4是通过微凹印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜4之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为1.6μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜4的过程中提供UV灯光照，滚轮施加950kg/cm2的压力，得到的纳米透明薄膜4的厚度为250μm，并且纳米透明薄膜4的粗糙度小于5μm。
纳米透明薄膜4的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈64°。
对比例1
本对比例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料依次包括第一聚甲基丙烯酸甲酯层、聚碳酸酯层和第二聚甲基丙烯酸甲酯层，第一聚甲基丙烯酸甲酯层的上表面涂有纳米透明薄膜；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：将熔融的第一聚甲基丙烯酸甲酯、熔融的聚碳酸酯和熔融的第二聚甲基丙烯酸甲酯分别挤出后，进入同一挤压通道，进行挤压复合，冷却即得。
其中，第一聚甲基丙烯酸甲酯层、聚碳酸酯层和第二聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度比为1：8：1。
在第一聚甲基丙烯酸甲酯层的上表面涂布含有纳米颗粒的纳米透明浆料，干燥后即得。
对比例2
本对比例提供的高硬度复合材料，从上至下，复合材料包括聚甲基丙烯酸甲酯层、聚碳酸酯层，聚甲基丙烯酸甲酯层的上表面涂有纳米透明薄膜；
复合材料的制备方法至少包括如下步骤：将熔融的聚甲基丙烯酸甲酯、熔融的聚碳酸酯和熔融的聚甲基丙烯酸甲酯分别挤出后，进入同一挤压通道，进行挤压复合，冷却即得。
其中，聚甲基丙烯酸甲酯层、聚碳酸酯层的厚度比为2：8。
在第一聚甲基丙烯酸甲酯层的上表面涂布含有纳米颗粒的纳米透明浆料，干燥后即得。
测试实施例1至5和对比例1、2的复合材料的透明度、硬度、雾度和弯曲模量，所使用的方法标准和所得结果见表1。
表1：实施例1至5和对比例1、2的复合材料的透明度、硬度、雾度和弯曲模量测试结果。
组别 透光率 硬度 雾度 弯曲模量
实施例1 93.5％ 9H 0.45％ 5000Mpa
实施例2 93.8％ 9H 0.41％ 5200Mpa
实施例3 94.2％ 9H 0.46％ 5500Mpa
实施例4 93.1％ 9H 0.39％ 5400Mpa
实施例5 94.0％ 9H 0.44％ 5350Mpa
对比例1 83.3％ 7H 1.2％ 3680Mpa
对比例2 84.5％ 6H 1.02％ 3560Mpa
由表1可知：本发明通过PMMA和PC的巧妙复合，并采用巧妙的生产工艺，使得整个材料具有如下优点；轻、高透明度、高光透过率、高硬度、高穿透率、雾度适宜、柔软性适宜、不弯曲、不龟裂。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种高硬度复合材料，其特征在于，从上至下，所述复合材料依次包括第一聚碳酸酯层、聚甲基丙烯酸甲酯层和第二聚碳酸酯层，所述第一聚碳酸酯层的上表面印有纳米透明薄膜；
所述复合材料的制备方法至少包括如下步骤：
第一步，在多狭缝式涂布设备中，使熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯分别同时从三个相邻的狭缝中射出至冷却辊中，使得三层熔融层一次固化成型，得到主体材料；
第二步，通过滚轮将纳米透明薄膜印在主体材料的其中一个表面上。
2.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，第一聚碳酸酯层、聚甲基丙烯酸甲酯层和第二聚碳酸酯层的厚度比为(0.5-1.5)：(7-9)：(0.5-1.5)。
3.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，熔融的第一聚碳酸酯和熔融的第二聚碳酸酯射出时的温度为230℃-300℃。
4.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，聚甲基丙烯酸甲酯射出时的温度为250℃-320℃。
5.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，熔融的第一聚碳酸酯、熔融的聚甲基丙烯酸甲酯和熔融的第二聚碳酸酯的射出速度为30～100mm/S，螺杆转速为20～40rpm。
6.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，冷却辊的温度为35～80℃。
7.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，所述纳米透明薄膜是通过微凹涂布、导电涂布或纳米线涂布工艺制造而成，所述纳米透明薄膜是通过微凹印刷或卷对卷印刷的工艺印在主体材料上，并且在印纳米透明薄膜之前，先在主体材料的一个表面上涂覆厚度为50nm-2μm的UV树脂，在印纳米透明薄膜的过程中提供UV灯光照，滚轮施加500-1500kg/cm2的压力。
8.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，所述纳米透明薄膜的厚度为10μm-0.1mm，并且所述纳米透明薄膜的粗糙度小于5μm。
9.根据权利要求1所述的高硬度复合材料，其特征在于，所述纳米透明薄膜的表面呈波浪形，并且相邻的波峰和波谷的连线之间呈60°-70°。
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