CN114672146A - 一种随线喷码背光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及背光源技术领域，具体涉及一种随线喷码背光源，包括高强度胶框和光学组件，高强度胶框通过如下步骤制得：(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维混合，加入聚碳酸酯二醇以及催化剂进行反应，然后加入扩链剂继续反应，乳化、蒸发溶剂、加入玻璃纤维、过滤、洗涤、干燥；(2)造粒；(3)成型。本发明通过液相混合的方式将包覆改性的纳米碳纤维分散于玻璃纤维之间，包覆改性的纳米碳纤维的表层聚氨酯作为弹性体可以起到润滑的作用，提高玻璃纤维的流动性，从而提高玻璃纤维在聚碳酸酯内的分散性，从而发挥组合相乘的作用，相对直接共混加入可以更为显著改善共混物的机械性能，满足背光源胶框的使用需求。

Description

一种随线喷码背光源
技术领域
本发明涉及背光源技术领域，具体涉及一种随线喷码背光源。
背景技术
背光源主要由光源、导光板、光学用模片等光学组件以及结构件组成，结构件中有：背板(铁背板、铝背板、塑胶背板)、胶框、灯管架、铝型材、铝基条，其中背板和胶框为必用件，其它的结构件并非完全使用。因此背光源的生产线包括了导光板安装、PBC安装、功能膜压合、喷码等多个工序，若要实现连续的自动化生产，需要对胶框进行移送，移送过程根据工序的不同还需要对胶框进行翻转甩落，并且考虑到使用需求，这就要求背光源的胶框具有较高的强度。现有的胶框一般采用10％玻纤含量的聚碳酸酯，玻纤含量较低，强度较高，但是提高玻纤含量会降低聚碳酸酯的加工性能，不容易注塑成型。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种胶框强度高的随线喷码背光源。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种随线喷码背光源，包括高强度胶框和光学组件，所述高强度胶框通过如下步骤制得：
(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维按质量比10:1-2:0.5-1.5的比例进行搅拌混合，然后加入与二异氰酸酯摩尔比为0.7-0.9:1的聚碳酸酯二醇，并加入占有机溶剂质量百分比为0.01-0.1％的催化剂，升温至75-85℃，保温反应2-3h，然后加入占有机溶剂质量百分比为0.2-0.5％的小分子扩链剂，在50-80℃下反应20-40min，加入有机溶剂1-3倍质量的去离子水进行乳化，蒸发去除有机溶剂，加入纳米碳纤维9-11倍质量的玻璃纤维进行搅拌分散后，过滤、洗涤、干燥，即得到纤维组合体；
(2)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯73.5-82％、纤维组合体12.5-15.5％、增韧剂2-4％、阻燃剂3-6％、助剂0.5-1％，将聚碳酸酯、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将纤维组合体从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为260-265℃、265-270℃、270-275℃、275-280℃、280-290℃、280-285℃、275-280℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(3)成型：将步骤(2)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到高强度胶框。
在聚碳酸酯中加入玻璃纤维可以显著提升共混材料的刚性性能是行业共识，但是也会降低共混材料的韧性性能和流动性，而纳米材料基于纳米尺寸效应，加入少量碳纳米纤维不仅可以显著提升聚碳酸酯的拉伸强度、弯曲强度等刚性性能，对抗冲击性能等韧性性能也有明显的帮助，但是跟玻璃纤维一样，也会降低复合材料的流动性，加工性能下降。一般来说，玻璃纤维和纳米碳纤维会择一性添加，因为玻璃纤维和纳米碳纤维在刚性性能的帮助上是相重的，二者可以相互替代，纳米碳纤维虽然可以适当提高韧性性能，但是无法取代增韧剂的作用，二者的组合不具有相乘的作用，因此选择添加属于加减法的问题，择一添加能够节省梯度实验成本以及提高经济效益。本发明首先利用异氰酸酯对纳米碳纤维进行接枝改性，进而利用异氰酸酯与二元醇的反应形成聚氨酯的包埋结构，从而完成纳米碳纤维的表面改性，提高纳米碳纤维的相容分散性，更有利于机械性能的显著性提升，而选用聚碳酸酯二元醇也是为了提高纳米碳纤维与聚碳酸酯的相容性；同时，本发明也加入了玻璃纤维进行增强，但是由于玻璃纤维的含量相对碳纤维较多，所以并未对玻璃纤维进行硅烷偶联剂改性或者聚合物包覆改性等处理，本发明通过液相混合的方式将包覆改性的纳米碳纤维分散于玻璃纤维之间，液相混合相对固相混合可以减少对玻璃纤维的剪切作用，并且混合分散的效果也比较好，纤维组合体中，包覆改性的纳米碳纤维的表层聚氨酯作为弹性体可以起到润滑的作用，提高玻璃纤维的流动性，从而提高玻璃纤维在聚碳酸酯内的分散性，从而发挥组合相乘的作用，相对直接共混加入可以更为显著改善共混物的机械性能，满足背光源胶框的使用需求。此外，螺杆挤出的工作温度以及侧喂料口的位置也是至关重要，从主喂料口喂入容易对纤维组合体造成过度剪切，聚合物内纤维重新排列团聚，从而降低共混物的机械性能；侧喂料口设于过后段的位置，容易导致纤维组合体的分散时间不足，无法形成较好的分散结构，也会导致机械性能的降低。
其中，所述有机溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氢呋喃中的一种或多种。
其中，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
其中，所述聚碳酸酯二醇为聚六亚甲基碳酸酯二醇。
其中，所述纳米碳纤维的直径为150-200nm，长度为10-20μm。
其中，所述催化剂为有机锡类催化剂。
其中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇、三乙醇胺和二甘醇的一种或多种。
其中，所述玻璃纤维的单丝直径为8-10μm，长度为2-5mm。
其中，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，所述增韧剂为ABS、MBS和LCP中的一种或多种，所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或多种。
其中，所述助剂包括0.2-0.4％的润滑剂、0.1-0.3％的抗氧化剂和0.1-0.3％光稳定剂。
本发明的有益效果在于：本发明首先利用异氰酸酯对纳米碳纤维进行接枝改性，进而利用异氰酸酯与二元醇的反应形成聚氨酯的包埋结构，从而完成纳米碳纤维的表面改性，提高纳米碳纤维的相容分散性，更有利于机械性能的显著性提升，而选用聚碳酸酯二元醇也是为了提高纳米碳纤维与聚碳酸酯的相容性；同时，本发明也加入了玻璃纤维进行增强，但是由于玻璃纤维的含量相对碳纤维较多，所以并未对玻璃纤维进行硅烷偶联剂改性或者聚合物包覆改性等处理，本发明通过液相混合的方式将包覆改性的纳米碳纤维分散于玻璃纤维之间，液相混合相对固相混合可以减少对玻璃纤维的剪切作用，并且混合分散的效果也比较好，纤维组合体中，包覆改性的纳米碳纤维的表层聚氨酯作为弹性体可以起到润滑的作用，提高玻璃纤维的流动性，从而提高玻璃纤维在聚碳酸酯内的分散性，从而发挥组合相乘的作用，相对直接共混加入可以更为显著改善共混物的机械性能，满足背光源胶框的使用需求。此外，螺杆挤出的工作温度以及侧喂料口的位置也是至关重要，从主喂料口喂入容易对纤维组合体造成过度剪切，聚合物内纤维重新排列团聚，从而降低共混物的机械性能；侧喂料口设于过后段的位置，容易导致纤维组合体的分散时间不足，无法形成较好的分散结构，也会导致机械性能的降低。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种随线喷码背光源，包括高强度胶框和光学组件，所述高强度胶框通过如下步骤制得：
(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维按质量比10:1.5:1的比例进行搅拌混合，然后加入与二异氰酸酯摩尔比为0.8:1的聚碳酸酯二醇，并加入占有机溶剂质量百分比为0.05％的催化剂，升温至80℃，保温反应2.5h，然后加入占有机溶剂质量百分比为0.35％的小分子扩链剂，在65℃下反应30min，加入有机溶剂2倍质量的去离子水进行乳化，蒸发去除有机溶剂，加入纳米碳纤维10倍质量的玻璃纤维进行搅拌分散后，过滤、洗涤、干燥，即得到纤维组合体；
(2)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯76.8％、纤维组合体14％、增韧剂3％、阻燃剂4.5％、助剂0.7％，将聚碳酸酯、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将纤维组合体从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为263℃、267℃、272℃、278℃、285℃、283℃、276℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(3)成型：将步骤(2)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到高强度胶框。
其中，所述有机溶剂为丙酮。
其中，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
其中，所述聚碳酸酯二醇为聚六亚甲基碳酸酯二醇。
其中，所述纳米碳纤维的直径为175nm，长度为15μm。
其中，所述催化剂为有机锡类催化剂。
其中，所述小分子扩链剂为三乙醇胺。
其中，所述玻璃纤维的单丝直径为9μm，长度为3.5mm。
其中，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，所述增韧剂为ABS，所述阻燃剂为氢氧化镁。
其中，所述助剂包括0.3％的润滑剂、0.2％的抗氧化剂和0.2％光稳定剂。
实施例2
一种随线喷码背光源，包括高强度胶框和光学组件，所述高强度胶框通过如下步骤制得：
(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维按质量比10:1:0.5的比例进行搅拌混合，然后加入与二异氰酸酯摩尔比为0.7:1的聚碳酸酯二醇，并加入占有机溶剂质量百分比为0.01％的催化剂，升温至75℃，保温反应2h，然后加入占有机溶剂质量百分比为0.2％的小分子扩链剂，在50℃下反应20min，加入有机溶剂1倍质量的去离子水进行乳化，蒸发去除有机溶剂，加入纳米碳纤维9倍质量的玻璃纤维进行搅拌分散后，过滤、洗涤、干燥，即得到纤维组合体；
(2)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯73.5％、纤维组合体15.5％、增韧剂4％、阻燃剂6％、助剂1％，将聚碳酸酯、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将纤维组合体从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为265℃、270℃、275℃、280℃、290℃、285℃、280℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(3)成型：将步骤(2)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到高强度胶框。
其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
其中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
其中，所述聚碳酸酯二醇为聚六亚甲基碳酸酯二醇。
其中，所述纳米碳纤维的直径为150nm，长度为10μm。
其中，所述催化剂为有机锡类催化剂。
其中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
其中，所述玻璃纤维的单丝直径为8μm，长度为2mm。
其中，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，所述增韧剂为MBS，所述阻燃剂为氢氧化铝。
其中，所述助剂包括0.4％的润滑剂、0.3％的抗氧化剂和0.3％光稳定剂。
实施例3
一种随线喷码背光源，包括高强度胶框和光学组件，所述高强度胶框通过如下步骤制得：
(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维按质量比10:2:1.5的比例进行搅拌混合，然后加入与二异氰酸酯摩尔比为0.9:1的聚碳酸酯二醇，并加入占有机溶剂质量百分比为0.1％的催化剂，升温至85℃，保温反应3h，然后加入占有机溶剂质量百分比为0.5％的小分子扩链剂，在80℃下反应40min，加入有机溶剂3倍质量的去离子水进行乳化，蒸发去除有机溶剂，加入纳米碳纤维11倍质量的玻璃纤维进行搅拌分散后，过滤、洗涤、干燥，即得到纤维组合体；
(2)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯82％、纤维组合体12.5％、增韧剂2％、阻燃剂3％、助剂0.5％，将聚碳酸酯、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将纤维组合体从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、280℃、275℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(3)成型：将步骤(2)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到高强度胶框。
其中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
其中，所述聚碳酸酯二醇为聚六亚甲基碳酸酯二醇。
其中，所述纳米碳纤维的直径为200nm，长度为20μm。
其中，所述催化剂为有机锡类催化剂。
其中，所述小分子扩链剂为二甘醇。
其中，所述玻璃纤维的单丝直径为10μm，长度为5mm。
其中，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，所述增韧剂为LCP，所述阻燃剂为氢氧化镁。
其中，所述助剂包括0.4％的润滑剂、0.3％的抗氧化剂和0.3％光稳定剂。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
本对比例的胶框通过如下步骤制得：
(1)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯76.8％、玻璃纤维14％、增韧剂3％、阻燃剂4.5％、助剂0.7％，将聚碳酸酯、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为263℃、267℃、272℃、278℃、285℃、283℃、276℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(2)成型：将步骤(1)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到胶框。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：
本对比例的胶框通过如下步骤制得：
(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维按质量比10:1.5:1的比例进行搅拌混合，然后加入与二异氰酸酯摩尔比为0.8:1的聚碳酸酯二醇，并加入占有机溶剂质量百分比为0.05％的催化剂，升温至80℃，保温反应2.5h，然后加入占有机溶剂质量百分比为0.35％的小分子扩链剂，在65℃下反应30min，加入有机溶剂2倍质量的去离子水进行乳化，蒸发去除有机溶剂，过滤、洗涤、干燥，即得到改性碳纤维；
(2)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯76.8％、改性碳纤维2％、玻璃纤维12％、增韧剂3％、阻燃剂4.5％、助剂0.7％，将聚碳酸酯、改性碳纤维、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为263℃、267℃、272℃、278℃、285℃、283℃、276℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(3)成型：将步骤(2)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到高强度胶框。
将实施例1、对比例1和对比例2的共混物颗粒按照ASTM标准制得试样，按照ASTMD638、ASTM D790和ASTM D256测试拉伸强度、弯曲强度和悬臂梁缺口冲击强度，测试结果如下：
实施例1 对比例1 对比例2
拉伸强度(MPa) 89 81 86
弯曲强度(MPa) 125 112 120
悬臂梁缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 13.1 11.9 12.2
由对比例1和对比例2的对比可知，通过在增加玻璃纤维的基础上改用少量的纳米碳纤维，可以更显著地提升拉伸强度和弯曲强度等刚性性能，抗冲击强度也可以得到稍微的提升；但是从实施例1的测试结果可以看出，通过液相混合玻璃纤维和改性碳纤维的方式可以更为显著地提升抗冲击强度，这是因为这种方式改善了玻璃纤维的分散性，从而减少了玻璃纤维造成的韧性上的损失。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随线喷码背光源，包括高强度胶框和光学组件，其特征在于：所述高强度胶框通过如下步骤制得：
(1)纤维组合体的制备：取有机溶剂、二异氰酸酯和纳米碳纤维按质量比10:1-2:0.5-1.5的比例进行搅拌混合，然后加入与二异氰酸酯摩尔比为0.7-0.9:1的聚碳酸酯二醇，并加入占有机溶剂质量百分比为0.01-0.1％的催化剂，升温至75-85℃，保温反应2-3h，然后加入占有机溶剂质量百分比为0.2-0.5％的小分子扩链剂，在50-80℃下反应20-40min，加入有机溶剂1-3倍质量的去离子水进行乳化，蒸发去除有机溶剂，加入纳米碳纤维9-11倍质量的玻璃纤维进行搅拌分散后，过滤、洗涤、干燥，即得到纤维组合体；
(2)造粒：按如下质量百分比进行备料：聚碳酸酯73.5-82％、纤维组合体12.5-15.5％、增韧剂2-4％、阻燃剂3-6％、助剂0.5-1％，将聚碳酸酯、增韧剂、阻燃剂和助剂进行分散后从双螺杆挤出机的主喂料口投入，将纤维组合体从双螺杆挤出机的侧喂料口投入，挤出造粒，双螺杆挤出机设置七个温度区，温度依次为260-265℃、265-270℃、270-275℃、275-280℃、280-290℃、280-285℃、275-280℃，侧喂料口的投入位置为第二个温度区；
(3)成型：将步骤(2)造粒得到的共混物颗粒进行注塑成型，即得到高强度胶框。
2.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述有机溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氢呋喃中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述聚碳酸酯二醇为聚六亚甲基碳酸酯二醇。
5.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述纳米碳纤维的直径为150-200nm，长度为10-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述催化剂为有机锡类催化剂。
7.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇、三乙醇胺和二甘醇的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述玻璃纤维的单丝直径为8-10μm，长度为2-5mm。
9.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，所述增韧剂为ABS、MBS和LCP中的一种或多种，所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种随线喷码背光源，其特征在于：所述助剂包括0.2-0.4％的润滑剂、0.1-0.3％的抗氧化剂和0.1-0.3％光稳定剂。
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