CN113999513A - 一种led灯罩用pc/pmma合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料及其制备方法，按质量份数由以下材料组成：PC：55‑75份；PMMA：15‑35份；MBS：4‑8份；SMA：4‑8份；有机硅光扩散剂：1‑3份；抗氧剂：0.2‑0.4份；光稳定剂：0.1‑0.3份；润滑剂：0.3‑0.5份；其中，PC的折光指数为1.491‑1.498；PMMA的折光指数为1.490‑1.500；MBS的粒径为220nm‑320nm；SMA中MA的含量为10％‑20％；有机硅光扩散剂的粒径为2um‑10um；本方案基于传统双螺杆挤出工艺，通过特定直射率的PC、PMMA基材，采用复合相容剂、特定粒径的增韧剂，以及光扩散剂、抗氧剂、耐候剂、润滑剂等，制备出高透度、高表面硬度、高韧性、高刚性的光扩散PC/PMMA材料，能够应用到LED灯罩上。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料及其制备方法。
背景技术
LED灯因其使用寿命长，发热量小，亮度高等优点，广泛取代了普通照明节能灯，伴随着具有光扩散效果的LED灯外壳材料又受到广泛关注，其特点是使光线通过并且有效散射，将单一路径传播的光波转化为发散光源，提高LED灯的光照范围和光照效果，因此，大多数新型光扩散材料必须采用透明的基体聚合物，通过添加特殊的有机、无机聚合物粒子达到其光扩散效果；常用高透度聚合物基料选择聚碳酸酯(PC)、透明聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
聚碳酸酯(PC)因其优异的透光性能、良好的力学性能、绝缘性能，同时兼具一定的阻燃和抗老化性能，是LED光扩散材料的首选基材，但其表明硬度较低、耐刮擦性不好、表面残余应力较大，限制了其在光扩散板方面的应用范围；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有较高表面亮度、表面硬度和耐刮擦性，在光扩散板上具有较高的应用价值，但是其制件脆，韧性极低，在一些韧性要求高的制件上应用受到极大的限制；因此，制备PMMA/PC合金光扩散板即能保持PMMA高表面硬度和耐刮擦性，又能基于PC基材的高韧性、高刚性，提高材料的冲击强度，提高材料在高强度、高应力环境下正常使用；通过PC/PMMA复合制成的材料能够同时兼顾两者间优点，弥补两者缺点，但是PC溶度积参数为20.3，PMMA溶度积参数为19.0，理论上为两种热力学不相容体系，直接共混改性容易使其性能降低，不能形成连续相，导致外光上呈现出不透状态。
PC/PMMA复合材料工艺又分为双层共挤板材和共混合金两种主要手段，为保证PC/PMMA材料的透明性，通常使用双层共挤技术，但是双层共挤技术需要专门设备同时只能制备板材，最终制品应用范围受到很大的限制，而使用共混改性方式制备PC/PMMA如果相容剂或者基材选择不当，很容易出现分层、不透明现象，无法应用于光扩散材料使用，而传统共混改性要想实现PC/PMMA高透明性，必须通过特定的工艺手段进行前处理，这就极大的提高了加工工序复杂性、加工过程的不可控性及生产成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提出了一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料及其制备方法，基于传统双螺杆挤出工艺，通过特定直射率的PC、PMMA基材，采用复合相容剂、特定粒径的增韧剂，以及光扩散剂、抗氧剂、耐候剂、润滑剂等，制备出高透度、高表面硬度、高韧性、高刚性的光扩散PC/PMMA材料，能够应用到LED灯罩上。
本发明的技术方案是：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC：55-75份；
PMMA：15-35份；
MBS：4-8份；
SMA：4-8份；
有机硅光扩散剂：1-3份；
抗氧剂：0.2-0.4份；
光稳定剂：0.1-0.3份；
紫外线吸收剂：0.1-0.3份
润滑剂：0.3-0.5份。
优选的，所述一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料按质量份数由以下材料组成：
PC：51份；
PMMA：34份；
MBS：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
紫外线吸收剂：0.2份；
润滑剂：0.5份。
优选的，所述PC采用的折光指数为1.491-1.498；所述PMMA采用的折光指数为1.490-1.500；所述MBS的粒径为220nm-320nm；所述SMA中马来酸酐的含量为10％-20％，所述SMA的折光指数为1.51-1.52；所述有机硅光扩散剂的粒径为2um-10um。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或几种；所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯润滑剂和乙撑双硬脂酰胺润滑剂中的一种。
本发明还提供了一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将PC、PMMA、MBS、SMA和有机硅光扩散剂通过高混锅常温混合5-8分钟，随后加入抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂和润滑剂再次混合；
S2：将S1步骤中混合的材料通过双螺杆挤出机共混熔融，在共混熔融的过程中，双螺杆挤出机的各区温度为：一段200-230℃；二段240-250℃；三段250-255℃；机头255-260℃；
S3：通过S2步骤中的双螺杆挤出机生成挤出料条，挤出料条经过水槽冷却到室温，冷却后的挤出料条通过切粒机进行造粒处理。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料及其制备方法，通过将SMA(苯乙烯接枝马来酸酐)作为PC(聚碳酸酯)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的增容剂，能够显著提高两相相容性，但是SMA中马来酸酐基团空间位阻较大，基团刚性强，一定添加量的增容PMMA/PC效果最好，但对其冲击韧性影响也较大，通过添加增韧剂进行增韧改性；MBS作为一种核壳结构的增韧剂，核相为交联的聚丁二烯，壳相为PMMA，由于丁二烯为体系不相容相，会导致材料的透明度受影响，因此本发明优选小粒径MBS为增韧改性剂，其粒径为220nm-320nm，小于可见光波长的390nm-760nm，能够保持材料的透明度，同时能够有效的提高共混合金的韧性和相容性，此粒径范围下的MBS作为增韧剂能够同时保持PMMA的高硬度和PC的高韧性，同时其中的核相交联聚丁二烯橡胶相也能够显著提高PC/PMMA/SMA共混体系的冲击韧性；此外，通过选用马来酸酐含量为10％-20％的SMA，其折光指数为1.51-1.52，在不影响PC/PMMA/SMA透度的前提下极大的提高了共混体系的冲击强度；有机硅扩散剂为100％球型有机硅扩散剂，较低的添加量实现较好的光扩散效果，其余抗氧剂、润滑剂在生产中提供耐候及加工性。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下文中的英文缩写所指代的化学材料分别为：PC-聚碳酸酯；PMMA-聚甲基丙烯酸甲酯；MBS-甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；SMA-苯乙烯接枝马来酸酐。
还需说明的是，在本发明中，抗氧剂1010为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯，抗氧剂168为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯)，抗氧剂1076为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯。
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC：55-75份；
PMMA：15-35份；
MBS：4-8份；
SMA：4-8份；
有机硅光扩散剂：1-3份；
抗氧剂：0.2-0.4份；
光稳定剂：0.1-0.3份；
紫外线吸收剂：0.1-0.3份；
润滑剂：0.3-0.5份。
其中，通过使用阿贝折射仪测试透明塑料的折光指数，选用折光指数为1.491-1.498的PC和折光指数为1.490-1.500的PMMA；MBS的粒径为220nm-320nm；SMA中马来酸酐的含量为10％-20％，SMA的折光指数为1.51-1.52；有机硅光扩散剂的粒径为2um-10um。
进一步的，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或几种；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯润滑剂和乙撑双硬脂酰胺润滑剂中的一种。
本发明还提供了一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将透明PC、透明PMMA、MBS、SMA和有机硅光扩散剂通过高混锅在混合温度低于50℃的环境下进行混合5-8分钟，混合时间过低导致分散混合不均匀，混合时间过长或者混合温度过高，导致低熔点助剂熔化粘壁等缺陷；以上组分为主料，其添加量均高于1％，且均为固体颗粒状态，通过先将主料进行混合，使材料较容易混合均匀，并通过目测材料分散程度判断混合是否均匀，当各种组分材料充分在彼此间分散开后，混合完成；随后加入抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂和润滑剂再次混合，同样通过高混锅在混合温度低于50℃的环境下进行混合5-8分钟；后续加入的材料均为粉体装，且添加量较少，当主料等大颗粒料理混合均匀后，加入粉料能够加快粉体分散，使混合更加快速且均匀，当各种组分材料充分在彼此间分散开后，混合完成；
S2：将步骤S1中混合好的材料通过双螺杆挤出机共混熔融，双螺杆挤出机的螺杆转速为：350-400r/min，双螺杆挤出机的主喂料速度为：20-30Kg/h；在共混熔融的过程中，双螺杆挤出机各区温度为：一段200-230℃；二段240-250℃；三段250-255℃；机头255-260℃；由于PMMA熔点为160-180℃，PC熔点为240-260℃，因此加工温度高于其熔点，但是过高温度会导致材料分解或者小分子分解导致材料变黄，因此温度控度制在200-240℃之间，即能保证材料充分熔融塑化，又能确保材料不会发生分解导致材料变黄。
S3：通过S2步骤中的双螺杆挤出机生成挤出料条，挤出料条经过水槽冷却至21℃-25℃，使材料充分冷却固化，并能够结晶完全，冷却后的挤出料条通过切粒机进行造粒处理。
下面结合具体实施例对本发明的内容进行具体说明：
实施例1
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.491)：74份；
PMMA(折光指数为1.495)：9份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
本发明实施例提供该LED灯罩用PC/PMMA合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将透明PC、透明PMMA、MBS、SMA和有机硅光扩散剂通过高混锅常温混合5-8分钟，观察混合均匀后，加入抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂和润滑剂再次混合均匀；
S2：将步骤S1中混合好的材料通过双螺杆挤出机共混熔融，在共混熔融的过程中，双螺杆挤出机各区温度为：一段200-230℃；二段240-250℃；三段250-255℃；机头255-260℃；
S3：通过S2步骤中的双螺杆挤出机生成挤出料条，挤出料条经过水槽冷却到室温，冷却后的挤出料条通过切粒机进行造粒处理。
实施例2
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.496)：68份；
PMMA(折光指数为1.498)：17份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
实施例3
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.498)：60份；
PMMA(折光指数为1.494)：25份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
实施例4
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.494)：51份；
PMMA(折光指数为1.495)：34份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例1
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.491)：68份；
PMMA(折光指数为1.500)：17份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例2
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.497)：68份；
PMMA(折光指数为1.490)：17份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例3
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.494)：68份；
PMMA(折光指数为1.495)：17份；
MBS(粒径220nm-320nm)：4份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例4
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.494)：68份；
PMMA(折光指数为1.495)：17份；
MBS(粒径>450nm)：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例5
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.494)：70份；
PMMA(折光指数为1.495)：15份；
MBS(粒径220nm-320nm)：8份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例6
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.494)：70份；
PMMA(折光指数为1.495)：15份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：4份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
对比例7
制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于：
一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，按质量份数由以下材料组成：
PC(折光指数为1.494)：70份；
PMMA(折光指数为1.495)：15份；
MBS(粒径220nm-320nm)：6份；
SMA：8份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
润滑剂：0.5份；
紫外线吸收剂：0.2份。
以上11种实施方案中所测量的类型以及实验数据以表格的形式列出，如下表所示：
根据以上11种实施方案进行对比能够看出，实施例3中所得制品的整体性能最为优异，所测的数据为最优数据；本发明中的SMA作为PC和PMMA的增容剂，能够显著提高两者的相容性，控制SMA中马来酸酐的含量在10％-20％，能够显著提高PC和PMMA的相容性，同时选用折光指数在1.51-1.52的SMA，能够在提高PC、PMMA相容性的前提下，保证PC、PMMA体系的透明度；但是SMA中马来酸酐基团空间位阻较大，基团刚性强，一定添加量的增容效果最好，但对冲击韧性影响较大，必须另外添加增韧剂进行增韧改性；MBS作为一种核壳结构的增韧剂，核相为交联的聚丁二烯，壳相为PMMA，由于丁二烯为体系不相容相，会导致材料的透明度受影响，因此本发明优选小粒径MBS为增韧改性剂，其粒径为220nm-320nm，小于可见光波长390nm-760nm，能够保持材料的透明度，同时能够有效的提高共混合金的韧性和相容性；此粒径范围下的MBS作为增韧剂能够同时保持PMMA的高硬度和PC的高韧性，同时其中的核相交联聚丁二烯橡胶相也能够显著提高PC/PMMA/SMA共混体系的冲击韧性，最重要的是选用粒径为220nm-320nm的MBS，通过控制其本身粒径大小达到透明效果，在不影响PC、PMMA、SMA透明度的前提下极大的提高了共混体系的冲击强度。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。
Claims (5)
1.一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，其特征在于，按质量份数由以下材料组成：
PC：55-75份；
PMMA：15-35份；
MBS：4-8份；
SMA：4-8份；
有机硅光扩散剂：1-3份；
抗氧剂：0.2-0.4份；
光稳定剂：0.1-0.3份；
紫外线吸收剂：0.1-0.3份；
润滑剂：0.3-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，其特征在于，按质量份数由以下材料组成：
PC：51份；
PMMA：34份；
MBS：6份；
SMA：6份；
有机硅光扩散剂：3份；
抗氧剂：0.2份；
光稳定剂：0.2份；
紫外线吸收剂：0.2份
润滑剂：0.5份。
3.根据权利要求1所述的一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，其特征在于，所述PC采用的折光指数为1.491-1.498；所述PMMA采用的折光指数为1.490-1.500；所述MBS的粒径为220nm-320nm；所述SMA中马来酸酐的含量为10％-20％，所述SMA的折光指数为1.51-1.52；所述有机硅光扩散剂的粒径为2um-10um。
4.根据权利要求1所述的一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或几种；所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯润滑剂和乙撑双硬脂酰胺润滑剂中的一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种LED灯罩用PC/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先将PC、PMMA、MBS、SMA和有机硅光扩散剂通过高混锅常温混合5-8分钟，随后加入抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂和润滑剂再次混合；
S2：将S1步骤中混合的材料通过双螺杆挤出机共混熔融，在共混熔融的过程中，双螺杆挤出机的各区温度为：一段200-230℃；二段240-250℃；三段250-255℃；机头255-260℃；
S3：通过S2步骤中的双螺杆挤出机生成挤出料条，挤出料条经过水槽冷却到室温，冷却后的挤出料条通过切粒机进行造粒处理。
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