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CN118165315A - 一种玻纤增强型手机后盖材料及其制备方法 - Google Patents

一种玻纤增强型手机后盖材料及其制备方法 Download PDF

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CN118165315A CN202410409192.5A CN202410409192A CN118165315A CN 118165315 A CN118165315 A CN 118165315A CN 202410409192 A CN202410409192 A CN 202410409192A CN 118165315 A CN118165315 A CN 118165315A
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Abstract

本发明涉及一种玻纤增强型手机后盖材料及其制备方法,制备方法包括以下步骤:步骤1,制备改性玻璃纤维:S1、表面刻蚀;S2、环氧硅烷处理;S3、表面改性;步骤2,制备改性玻纤‑PC材料;步骤3,与PMMA复合。本发明制备了一种手机后盖材料,该材料为改性的玻纤增强型材料,该材料能够使复合板的厚度达到0.5mm及以下,在更加轻薄的基础上,还能够具备较好的金属材质强度和刚性,质感较佳,手感较好,不易刮花,基本能够满足大多数手机材料厂商对于后盖材料的性能要求。

Description

一种玻纤增强型手机后盖材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及手机材料领域,具体涉及一种玻纤增强型手机后盖材料及其制备方法。
背景技术
随着时代的发展,智能手机在人们的生活中越来越重要,手机的种类也越来越多,而手机的颜值在购买选择时尤为重要,手机外壳的材质、工艺以及色彩的不同,影响着人们的选择。目前的收集多数都是采用的大规模MIMO技术,需要在手机中新增专用天线,而金属对信号会产生屏蔽及干扰,所以手机后盖去金属化将是大势所趋,目前手机后盖材质正在从金属转向玻璃、陶瓷和塑料,其中塑料又是其中最受青睐的材料之一,但普通注塑+喷涂的后盖和保护套是无法满足要求的,未来的趋势是质感上和体验上都向金属或玻璃靠近。
随着金属手机后壳淘汰速率进一步加快,玻璃/陶瓷/塑料将成为三大主要原材料。PMMA/PC复合板材原材料成本低、易于加工;通过纹理设计和3D高压成型可以实现3D玻璃效果,表面视觉质感大大增强;背板兼具良好的耐磨性和韧性。然而目前PMMA/PC复合板塑胶手机后盖因为模量低,材料的刚性不够,非常容易变形。随着技术发展和消费者对便携式电子产品更高的需求,对后盖等结构件提出更轻、薄的要求,因此开发具备金属材质强度和刚性,具备板材装饰效果的新材料成为热点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种玻纤增强型手机后盖材料及其制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现:
第一方面,本发明提供一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,制备改性玻璃纤维:
S1、表面刻蚀:
将玻璃纤维在氢氧化钠溶液中升温处理,处理结束后,水洗并干燥,得到碱处理玻璃纤维;
S2、环氧硅烷处理:
将碱处理玻璃纤维在含有环氧硅烷偶联剂的水溶液内回流处理,处理结束后,水洗并干燥,得到环氧化玻璃纤维;
S3、表面改性:
将2,5-二(氨基甲基)呋喃和环氧化玻璃纤维混合在溶剂内,升温处理,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维;
步骤2,制备改性玻纤-PC材料:
取聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维混合在混合搅拌机内,经过熔融后混合均匀,得到改性玻纤-PC材料;
步骤3,与PMMA复合:
取聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂混合在螺杆挤出机内,依次经过熔融、挤出和造粒,最终制备得到玻纤增强型手机后盖材料。
优选地,所述步骤1的S1过程具体包括:
将玻璃纤维混合于氢氧化钠溶液中,升温至40-50℃,保温处理2-3h,处理结束后,过滤除去液体,使用纯水洗涤至洗涤液呈中性,真空干燥,得到碱处理玻璃纤维。
更优选地,所述S1过程中,玻璃纤维的长度为4-10mm,截面为圆形,直径为10-15μm,型号为E玻璃纤维、C玻璃纤维、E-CR玻璃纤维中的任意一种。
更优选地,所述S1过程中,氢氧化钠溶液的浓度为1-3mol/L,玻璃纤维和氢氧化钠溶液的质量比例是1:10-20。
优选地,所述步骤1的S2过程具体包括:
取偶联剂KH-560溶解至去离子水中,然后加入碱处理玻璃纤维,升温至50-80℃,搅拌处理4-8h,处理结束后,过滤除去液体,水洗至少三次,真空干燥,得到环氧化玻璃纤维。
更优选地,所述S2过程中,环氧硅烷偶联剂为偶联剂KH-560,碱处理玻璃纤维、偶联剂KH-560和去离子水的质量比例是1:0.12-0.24:10-20。
优选地,所述步骤1的S3过程具体包括:
取2,5-二(氨基甲基)呋喃溶解至N,N-二甲基甲酰胺内,加入环氧化玻璃纤维,升温至50-60℃,保温处理5-15h,处理结束后,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维。
更优选地,所述S3过程中,环氧化玻璃纤维、2,5-二(氨基甲基)呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的质量比例是1:0.37-0.55:8-16。
优选地,所述步骤2中,聚碳酸酯树脂的密度为1.19-1.21g/cm3,熔融指数为8±0.3g/10min(300℃,1.2kg)。
优选地,所述步骤2中,聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维的质量比例是100:20-40。
优选地,所述步骤2中,熔融的温度是220-280℃,混合的时间是3-8min。
优选地,所述步骤3中,聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂的质量比例是18-30:45-65:2.6-4.8:0.5-1。
优选地,所述步骤3中,聚甲基丙烯酸甲酯树脂的密度为1.18-1.19g/cm3,熔融指数为3.4±0.2g/10min(230℃,3.8kg)。
优选地,所述步骤3中,相容剂为苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物,型号为SMA-700,马来酸酐含量为18%,熔融指数为5±0.5g/10min(190℃,2.16kg)。
优选地,所述步骤3中,抗氧剂为受阻酚抗氧剂,型号为巴斯夫抗氧剂Irganox 245或巴斯夫抗氧剂Irganox 1076。
优选地,所述步骤3中,螺杆挤出机的转速为300-500r/min,螺杆的长径比(L/D)为50-60,温度区间为235-295℃。
第二方面,本发明提供一种玻纤增强型手机后盖材料,采用上述制备方法制备得到。
本发明的有益效果为:
1、本发明制备了一种手机后盖材料,该材料为改性的玻纤增强型材料,该材料能够使复合板的厚度达到0.5mm及以下,在更加轻薄的基础上,还能够具备较好的金属材质强度和刚性,质感较佳,手感较好,不易刮花,基本能够满足大多数手机材料厂商对于后盖材料的性能要求。
2、与传统的玻纤增强PMMA/PC复合材料不同的是,本发明所制备的改性的玻纤增强型材料对于玻纤进行了一系列的改性,然后再依次与PC材料和PMMA材料进行复合,经过制备得到的材料即使厚度较薄,也能够具有高强度和高耐磨性,具有较好的耐用性和抗划痕性。
3、本发明所制备的改性的玻纤增强型材料,对于玻璃纤维的改性处理过程包括:先对玻璃纤维进行碱性轻刻蚀处理,目的是增强玻纤表面的活性基团;然后对于玻纤的表面使用环氧基的硅烷偶联剂处理,使玻纤的表面富含大量的环氧基团;之后采用2,5-二(氨基甲基)呋喃对环氧化的玻纤进行表面改性处理。2,5-二(氨基甲基)呋喃因含有双氨基以及呋喃基,其中氨基能够与玻纤上的环氧基结合,一方面使大量的呋喃基团固定在玻纤的表面,增强了玻纤表面的性能;另一方面环氧基和氨基的反应产物还使玻纤表面活性增强,与PC树脂的界面结合性能也得到了较好的改善,最终使得复合材料的综合性能得到了改进。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解,本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤;还应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。
为了更好的理解上述技术方案,下面更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明实施例和对比例中,所使用的部分原料如下:
聚碳酸酯树脂的密度为1.19-1.21g/cm3,熔融指数为8±0.3g/10min(300℃,1.2kg)。
聚甲基丙烯酸甲酯树脂的密度为1.18-1.19g/cm3,熔融指数为3.4±0.2g/10min(230℃,3.8kg)。
玻璃纤维的长度为4-10mm,截面为圆形,直径为10-15μm。
相容剂为苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物,型号为SMA-700,马来酸酐含量为18%,熔融指数为5±0.5g/10min(190℃,2.16kg)。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种玻纤增强型手机后盖材料,制备方法包括以下步骤:
步骤1,制备改性玻璃纤维:
S1、表面刻蚀:
将C玻璃纤维混合于2mol/L氢氧化钠溶液中,玻璃纤维和氢氧化钠溶液的质量比例是1:15,升温至45℃,保温处理2h,处理结束后,过滤除去液体,使用纯水洗涤至洗涤液呈中性,真空干燥,得到碱处理玻璃纤维;
S2、环氧硅烷处理:
取偶联剂KH-560溶解至去离子水中,然后加入碱处理玻璃纤维,碱处理玻璃纤维、偶联剂KH-560和去离子水的质量比例是1:0.18:15,升温至60℃,搅拌处理6h,处理结束后,过滤除去液体,水洗至少三次,真空干燥,得到环氧化玻璃纤维;
S3、表面改性:
取2,5-二(氨基甲基)呋喃溶解至N,N-二甲基甲酰胺内,加入环氧化玻璃纤维,环氧化玻璃纤维、2,5-二(氨基甲基)呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的质量比例是1:0.46:12,升温至55℃,保温处理10h,处理结束后,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维。
步骤2,制备改性玻纤-PC材料:
取聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维混合在混合搅拌机内,聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维的质量比例是100:30,经过熔融后混合均匀,熔融的温度是250℃,混合的时间是5min,得到改性玻纤-PC材料;
步骤3,与PMMA复合:
取聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂SMA-700和巴斯夫抗氧剂Irganox1076混合在螺杆挤出机内,聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂的质量比例是24:55:3.7:0.6,依次经过熔融、挤出和造粒,螺杆挤出机的转速为400r/min,螺杆的长径比(L/D)为55,温度区间为235-295℃,最终制备得到玻纤增强型手机后盖材料。
实施例2
一种玻纤增强型手机后盖材料,制备方法包括以下步骤:
步骤1,制备改性玻璃纤维:
S1、表面刻蚀:
将E玻璃纤维混合于1mol/L氢氧化钠溶液中,玻璃纤维和氢氧化钠溶液的质量比例是1:10,升温至40℃,保温处理3h,处理结束后,过滤除去液体,使用纯水洗涤至洗涤液呈中性,真空干燥,得到碱处理玻璃纤维;
S2、环氧硅烷处理:
取偶联剂KH-560溶解至去离子水中,然后加入碱处理玻璃纤维,碱处理玻璃纤维、偶联剂KH-560和去离子水的质量比例是1:0.12:10,升温至50℃,搅拌处理8h,处理结束后,过滤除去液体,水洗至少三次,真空干燥,得到环氧化玻璃纤维;
S3、表面改性:
取2,5-二(氨基甲基)呋喃溶解至N,N-二甲基甲酰胺内,加入环氧化玻璃纤维,环氧化玻璃纤维、2,5-二(氨基甲基)呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的质量比例是1:0.37:8,升温至50℃,保温处理5h,处理结束后,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维。
步骤2,制备改性玻纤-PC材料:
取聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维混合在混合搅拌机内,聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维的质量比例是100:20,经过熔融后混合均匀,熔融的温度是220℃,混合的时间是8min,得到改性玻纤-PC材料;
步骤3,与PMMA复合:
取聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂SMA-700和巴斯夫抗氧剂Irganox245混合在螺杆挤出机内,聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂的质量比例是18:45:2.6:0.5,依次经过熔融、挤出和造粒,螺杆挤出机的转速为300r/min,螺杆的长径比(L/D)为55,温度区间为235-295℃,最终制备得到玻纤增强型手机后盖材料。
实施例3
一种玻纤增强型手机后盖材料,制备方法包括以下步骤:
步骤1,制备改性玻璃纤维:
S1、表面刻蚀:
将E-CR玻璃纤维混合于3mol/L氢氧化钠溶液中,玻璃纤维和氢氧化钠溶液的质量比例是1:20,升温至50℃,保温处理2h,处理结束后,过滤除去液体,使用纯水洗涤至洗涤液呈中性,真空干燥,得到碱处理玻璃纤维;
S2、环氧硅烷处理:
取偶联剂KH-560溶解至去离子水中,然后加入碱处理玻璃纤维,碱处理玻璃纤维、偶联剂KH-560和去离子水的质量比例是1:0.24:20,升温至80℃,搅拌处理4h,处理结束后,过滤除去液体,水洗至少三次,真空干燥,得到环氧化玻璃纤维;
S3、表面改性:
取2,5-二(氨基甲基)呋喃溶解至N,N-二甲基甲酰胺内,加入环氧化玻璃纤维,环氧化玻璃纤维、2,5-二(氨基甲基)呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的质量比例是1:0.55:16,升温至60℃,保温处理5h,处理结束后,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维。
步骤2,制备改性玻纤-PC材料:
取聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维混合在混合搅拌机内,聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维的质量比例是100:40,经过熔融后混合均匀,熔融的温度是280℃,混合的时间是3min,得到改性玻纤-PC材料;
步骤3,与PMMA复合:
取聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂SMA-700和巴斯夫抗氧剂Irganox245混合在螺杆挤出机内,聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂的质量比例是30:65:4.8:1,依次经过熔融、挤出和造粒,螺杆挤出机的转速为500r/min,螺杆的长径比(L/D)为55,温度区间为235-295℃,最终制备得到玻纤增强型手机后盖材料。
对比例1
一种玻纤增强型手机后盖材料,制备方法与实施例1的区别是:不进行步骤1的玻璃纤维的改性,将步骤2中的改性玻璃纤维替换为普通的玻璃纤维,步骤2中聚碳酸酯树脂和普通的玻璃纤维进行复合得到改性玻纤-PC材料,聚碳酸酯树脂和玻璃纤维的质量比例是100:30。其余成分与制备方法不变。
对比例2
一种玻纤增强型手机后盖材料,制备方法与实施例1的区别是:将步骤1中的改性玻璃纤维替换为环氧化玻璃纤维(制备参考实施例1的S1和S2),步骤2中聚碳酸酯树脂和环氧化玻璃纤维进行复合得到改性玻纤-PC材料,聚碳酸酯树脂和环氧化玻璃纤维的质量比例是100:30。其余成分与制备方法不变。
对比例3
一种玻纤增强型手机后盖材料,制备方法与实施例1的区别是:步骤1中,改性玻璃纤维替换为环氧化玻璃纤维(制备参考实施例1的S1和S2);步骤2中,聚碳酸酯树脂、2,5-二(氨基甲基)呋喃、环氧化玻璃纤维进行复合得到改性玻纤-PC材料,聚碳酸酯树脂、2,5-二(氨基甲基)呋喃、环氧化玻璃纤维的质量比例是100:10.65:19.35。其余成分与制备方法不变。
为了能够进一步地证明本发明的内容,对于本发明实施例1和对比例1-3制备的手机后盖材料的性能分别进行了检测,检测内容包括:拉伸强度(参考标准ASTM D638),弯曲强度(参考标准ASTM D790),悬臂梁缺口冲击强度(参考标准ASTM D256),硬度(参考ASTMD3363),将检测结果总结如下表1。
表1不同手机后盖材料的性能的检测结果
实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
拉伸强度(MPa) 86.3 67.6 73.5 71.7
弯曲强度(MPa) 117.9 97.2 105.2 102.6
缺口冲击强度(J/m) 792.6 695.3 731.0 712.8
硬度(铅笔) 3H H 2H 2H
从表1的检测结果能够看出,实施例1制备的玻纤增强型手机后盖材料能够兼顾强度、硬度以及韧性三方面的表现。对比例1由于玻璃纤维与聚碳酸酯的相容性差,导致后续制备的后盖材料的各方面性能均表现不足;对比例3的性能表现稍弱于对比例2,可能的原因是玻纤的使用量降低后,单独的2,5-二(氨基甲基)呋喃的性能无法完全填补那部分强度和韧性,从而其性能表现落后于对比例2。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,制备改性玻璃纤维:
S1、表面刻蚀:
将玻璃纤维在氢氧化钠溶液中升温处理,处理结束后,水洗并干燥,得到碱处理玻璃纤维;
S2、环氧硅烷处理:
将碱处理玻璃纤维在含有环氧硅烷偶联剂的水溶液内回流处理,处理结束后,水洗并干燥,得到环氧化玻璃纤维;
S3、表面改性:
将2,5-二(氨基甲基)呋喃和环氧化玻璃纤维混合在溶剂内,升温处理,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维;
步骤2,制备改性玻纤-PC材料:
取聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维混合在混合搅拌机内,经过熔融后混合均匀,得到改性玻纤-PC材料;
步骤3,与PMMA复合:
取聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂混合在螺杆挤出机内,依次经过熔融、挤出和造粒,最终制备得到玻纤增强型手机后盖材料。
2.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1的S1过程具体包括:
将玻璃纤维混合于氢氧化钠溶液中,升温至40-50℃,保温处理2-3h,处理结束后,过滤除去液体,使用纯水洗涤至洗涤液呈中性,真空干燥,得到碱处理玻璃纤维;
其中,氢氧化钠溶液的浓度为1-3mol/L,玻璃纤维和氢氧化钠溶液的质量比例是1:10-20。
3.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1的S2过程具体包括:
取偶联剂KH-560溶解至去离子水中,然后加入碱处理玻璃纤维,升温至50-80℃,搅拌处理4-8h,处理结束后,过滤除去液体,水洗至少三次,真空干燥,得到环氧化玻璃纤维;
其中,环氧硅烷偶联剂为偶联剂KH-560,碱处理玻璃纤维、偶联剂KH-560和去离子水的质量比例是1:0.12-0.24:10-20。
4.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1的S3过程具体包括:
取2,5-二(氨基甲基)呋喃溶解至N,N-二甲基甲酰胺内,加入环氧化玻璃纤维,升温至50-60℃,保温处理5-15h,处理结束后,过滤出固体,醇洗至少三次,真空干燥,得到改性玻璃纤维;
其中,环氧化玻璃纤维、2,5-二(氨基甲基)呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的质量比例是1:0.37-0.55:8-16。
5.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2中,聚碳酸酯树脂的密度为1.19-1.21g/cm3,熔融指数在300℃、1.2kg的条件下为8±0.3g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2中,聚碳酸酯树脂和改性玻璃纤维的质量比例是100:20-40;熔融的温度是220-280℃,混合的时间是3-8min。
7.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤3中,聚甲基丙烯酸甲酯树脂、改性玻纤-PC材料、相容剂和抗氧剂的质量比例是18-30:45-65:2.6-4.8:0.5-1。
8.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤3中,聚甲基丙烯酸甲酯树脂的密度为1.18-1.19g/cm3,熔融指数在230℃、3.8kg的条件下为3.4±0.2g/10min;相容剂为苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物,型号为SMA-700,马来酸酐含量为18%,熔融指数在190℃、2.16kg的条件下为5±0.5g/10min。
9.根据权利要求1所述的一种玻纤增强型手机后盖材料的制备方法,其特征在于,所述步骤3中,抗氧剂为受阻酚抗氧剂,型号为巴斯夫抗氧剂Irganox 245或巴斯夫抗氧剂Irganox1076。
10.一种玻纤增强型手机后盖材料,其特征在于,采用权利要求1所述的制备方法制备得到。
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