[發明專利]薄壁熱塑性樹脂制品及生產方法

有效

• 申請號: 201010200512.4
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101838453A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 唐慶華
• 申請（專利權）人: 北京中拓機械有限責任公司
• 主分類號: C08L69/00
• 分類號: C08L69/00;C08L55/02;C08K13/02;C08K5/42;C08K5/5415;C08K3/34;C08K3/22;C08J9/12;B29C45/76;B29B13/06
• 代理公司: 上海申蒙商標專利代理有限公司 31214
• 代理人: 周豐

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技術領域

本發明涉塑料制品，特別是一種熱塑性樹脂注塑制品和成型方法，更具體的將是一種用于薄壁熱塑性樹脂制品及生產方法。

技術背景

隨著LCD、LED等節能光源技術在消費電子領域的廣泛應用，顯示設備越來越輕薄化，以及樹脂原材料的價格越來越昂貴，這兩個因素促使內部結構件越來越薄。例如用于薄壁熱塑性樹脂制品制作固定安裝背光模組中的光學零件的膠框，目前的截面壁厚已經下降到了1.5毫米以下。由于這種膠框作為背光源中導光板、反射板、擴散板等光學零件的安裝固定，不但需要有較高的強度，還需要很高的尺寸精度高和熱穩定性等要求，以保證光源的穩定性。目前膠框大多采用昂貴的10%玻纖增強的聚碳酸酯等材料制造，其目的是通過玻纖一方面增強材料的剛度和提高尺寸穩定性，另一方面通過玻纖來分散聚碳酸酯材料注塑成型時收縮變形來減少制品的整體變形。但在實際生產的膠框時，由于壁薄，需要注射速度快，而且注射壓力大，聚碳酸酯分子鏈和玻纖在制品中有取向效應，制品的翹曲變形還是很大。采用這種材料即使氮氣來改善填充時的流動性后，聚碳酸酯分子鏈的取向效應有減少，但不能解除玻纖取向和減少翹曲變形，這種現象在本發明的研究、試驗過程中被驗證；而采用10%玻纖增強的聚碳酸酯材料的另一個問題是，制品表面有外露纖維，在組裝過程中易脫落和在模組中形成異物，導致報廢。為解決組裝過程中玻纖脫落或塑料顆粒脫落，2008年12月17日授權的ZL200510037230.6《背光模組》揭示了將膠框直接注塑到鐵框上，通過鐵框上的定位孔將膠框固定，避免了二次組裝過程中的塑料顆粒的刮傷脫落形成模組中的異物。這種結構和方法填充過程中的膠框的殘余應力和熱收縮引起的變形、尺寸精度和穩定性差等問題。聚碳酸酯材料作為廣泛應用的工程塑料，具有沖擊韌性好，使用溫度范圍寬，電絕緣性優良等優點，是薄壁熱塑性樹脂制品可應用于背光模組膠框的首選材料成分，但是該物質的熔體粘度較大，通常需要高的熔融溫度（300^oC以上)和模具溫度(80^oC以上)來完成薄壁制品的填充和分子鏈解取向，而這樣會導致熱收縮加大、尺寸精度和穩定性差、成型時間長、以及在塑化裝置中的熱分解風險。如果直接應用在生產背光模組的膠框時，這些問題特別突出。為提高聚碳酸酯的成型流動性，一種方法是將聚碳酸酯與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）材料進行共混改性；在PC料中加入適量的ABS使填充流動性有較大的改善，但是制品的熱變形溫度和沖擊強度下降了；因此為維持適合膠框所需的力學性能（強度和熱穩定性），不能大量采用ABS組分，同時由于ABS的熱分解溫度與聚碳酸酯的正常注塑溫度大致相當，添加少量的ABS反而引發ABS注射前分解造成性能下降，因而需要采用能夠提高PC/ABS合金材料熱穩定性及熱變形溫度的添加劑來提高ABS材料的耐溫性；而另一種方法是采用發泡注塑工藝，特別是采用超臨界的氮氣或二氧化碳做發泡劑時，也能夠提高熔體填充時的流動性，可以減少成型注射壓力或降低注射溫度、減少和消除內應力、以及吸收沖擊載荷等優勢；但常規發泡時，由于泡孔直徑一般大于50微米，這些泡孔在受力時常常作為泡體裂紋的發源地，降低了材料的強度。美國麻省理工學院在二十世紀八十年代提出和驗證了泡孔直徑為1.0-10微米的熱塑性樹脂微孔發泡材料，這種微孔材料由于泡孔尺寸小于材料內部的缺陷，泡孔的存在將不會降低材料的強度，而且會使材料中原有的裂紋尖端鈍化，有利于阻止裂紋在應力下擴展，從而改善塑料的力學性能。雖然微孔發泡材料有這些優點，但是在實際注塑成型制品中，由于受到多種邊界條件的影響，特別是泡孔成核和長大過程的不確定性，導致泡孔直徑常常超過100微米，而且泡孔大小分布不均勻。為了獲得微小的泡孔尺寸和提高泡孔均勻度，需要提高泡孔成核密度和限制填充過程中和填充后泡孔長大。提高泡孔成核密度通常采用兩種方法，其中一種方法是在填充時利用高壓降速度產生大量成核所需要的動力，這種方法對注塑成型機和成型模具提出了太高的要求，難以實現穩定的重復生產，而且帶來高昂的投資；而另一種的方法如2010年1月第一版發行的何繼敏編著《新型聚合物發泡材料及技術》中第10頁至第11頁所介紹的，通過適量添加劑在形成的均相溶液中提供足夠多的成核位置，降低泡孔成核所需的動能，從而在降低成型中所需要的壓力降速，獲得大量的微細泡孔，同時也降低了對注塑機和注塑模具的性能要求。在選用添加劑體系的均相體系成核時，添加劑體系有多種組合，但如何選用這種添加劑組合以及添加劑顆粒大小對制品的性能和泡孔結構有極大的影響。目前在聚丙烯等材料中常采用顆粒大小在大于1微米，更多為5--15微米之間的滑石粉或碳酸鈣來作為填充料來增強。由于顆粒較大，在塑膠中的加入量也很多，常在質量比10%以上，甚至達到30%；由于聚烯烴類材料的低粘度和高流動性，這樣的添加量還不影響成型的填充能力。但對于對于背光模具膠框制品以聚碳酸酯為主體材料的薄壁產品，添加這樣的比例會導致無法填充成型。而填充量低的話，由于滑石粉的顆粒較大，對制品強度沒有貢獻；反而在發泡注射成型時提供異質成核位置使泡孔不均，而且滑石粉顆粒會割裂泡孔之間的樹脂基體組織。因此也需要在制造膠框的原料上進行進一步完善，特別是要優選添加劑來同時滿足提高成核效率和增加樹脂耐溫性的要求。