[发明专利]薄壁热塑性树脂制品及生产方法

说明书

 

技术领域

本发明涉塑料制品，特别是一种热塑性树脂注塑制品和成型方法，更具体的将是一种用于薄壁热塑性树脂制品及生产方法。

技术背景

随着LCD、LED等节能光源技术在消费电子领域的广泛应用，显示设备越来越轻薄化，以及树脂原材料的价格越来越昂贵，这两个因素促使内部结构件越来越薄。例如用于薄壁热塑性树脂制品制作固定安装背光模组中的光学零件的胶框，目前的截面壁厚已经下降到了1.5毫米以下。由于这种胶框作为背光源中导光板、反射板、扩散板等光学零件的安装固定，不但需要有较高的强度，还需要很高的尺寸精度高和热稳定性等要求，以保证光源的稳定性。目前胶框大多采用昂贵的10%玻纤增强的聚碳酸酯等材料制造，其目的是通过玻纤一方面增强材料的刚度和提高尺寸稳定性，另一方面通过玻纤来分散聚碳酸酯材料注塑成型时收缩变形来减少制品的整体变形。但在实际生产的胶框时，由于壁薄，需要注射速度快，而且注射压力大，聚碳酸酯分子链和玻纤在制品中有取向效应，制品的翘曲变形还是很大。采用这种材料即使氮气来改善填充时的流动性后，聚碳酸酯分子链的取向效应有减少，但不能解除玻纤取向和减少翘曲变形，这种现象在本发明的研究、试验过程中被验证；而采用10%玻纤增强的聚碳酸酯材料的另一个问题是，制品表面有外露纤维，在组装过程中易脱落和在模组中形成异物，导致报废。为解决组装过程中玻纤脱落或塑料颗粒脱落，2008年12月17日授权的ZL200510037230.6《背光模组》揭示了将胶框直接注塑到铁框上，通过铁框上的定位孔将胶框固定，避免了二次组装过程中的塑料颗粒的刮伤脱落形成模组中的异物。这种结构和方法填充过程中的胶框的残余应力和热收缩引起的变形、尺寸精度和稳定性差等问题。聚碳酸酯材料作为广泛应用的工程塑料，具有冲击韧性好，使用温度范围宽，电绝缘性优良等优点，是薄壁热塑性树脂制品可应用于背光模组胶框的首选材料成分，但是该物质的熔体粘度较大，通常需要高的熔融温度（300^oC以上)和模具温度(80^oC以上)来完成薄壁制品的填充和分子链解取向，而这样会导致热收缩加大、尺寸精度和稳定性差、成型时间长、以及在塑化装置中的热分解风险。如果直接应用在生产背光模组的胶框时，这些问题特别突出。为提高聚碳酸酯的成型流动性，一种方法是将聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）材料进行共混改性；在PC料中加入适量的ABS使填充流动性有较大的改善，但是制品的热变形温度和冲击强度下降了；因此为维持适合胶框所需的力学性能（强度和热稳定性），不能大量采用ABS组分，同时由于ABS的热分解温度与聚碳酸酯的正常注塑温度大致相当，添加少量的ABS反而引发ABS注射前分解造成性能下降，因而需要采用能够提高PC/ABS合金材料热稳定性及热变形温度的添加剂来提高ABS材料的耐温性；而另一种方法是采用发泡注塑工艺，特别是采用超临界的氮气或二氧化碳做发泡剂时，也能够提高熔体填充时的流动性，可以减少成型注射压力或降低注射温度、减少和消除内应力、以及吸收冲击载荷等优势；但常规发泡时，由于泡孔直径一般大于50微米，这些泡孔在受力时常常作为泡体裂纹的发源地，降低了材料的强度。美国麻省理工学院在二十世纪八十年代提出和验证了泡孔直径为1.0-10微米的热塑性树脂微孔发泡材料，这种微孔材料由于泡孔尺寸小于材料内部的缺陷，泡孔的存在将不会降低材料的强度，而且会使材料中原有的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力下扩展，从而改善塑料的力学性能。虽然微孔发泡材料有这些优点，但是在实际注塑成型制品中，由于受到多种边界条件的影响，特别是泡孔成核和长大过程的不确定性，导致泡孔直径常常超过100微米，而且泡孔大小分布不均匀。为了获得微小的泡孔尺寸和提高泡孔均匀度，需要提高泡孔成核密度和限制填充过程中和填充后泡孔长大。提高泡孔成核密度通常采用两种方法，其中一种方法是在填充时利用高压降速度产生大量成核所需要的动力，这种方法对注塑成型机和成型模具提出了太高的要求，难以实现稳定的重复生产，而且带来高昂的投资；而另一种的方法如2010年1月第一版发行的何继敏编著《新型聚合物发泡材料及技术》中第10页至第11页所介绍的，通过适量添加剂在形成的均相溶液中提供足够多的成核位置，降低泡孔成核所需的动能，从而在降低成型中所需要的压力降速，获得大量的微细泡孔，同时也降低了对注塑机和注塑模具的性能要求。在选用添加剂体系的均相体系成核时，添加剂体系有多种组合，但如何选用这种添加剂组合以及添加剂颗粒大小对制品的性能和泡孔结构有极大的影响。目前在聚丙烯等材料中常采用颗粒大小在大于1微米，更多为5--15微米之间的滑石粉或碳酸钙来作为填充料来增强。由于颗粒较大，在塑胶中的加入量也很多，常在质量比10%以上，甚至达到30%；由于聚烯烃类材料的低粘度和高流动性，这样的添加量还不影响成型的填充能力。但对于对于背光模具胶框制品以聚碳酸酯为主体材料的薄壁产品，添加这样的比例会导致无法填充成型。而填充量低的话，由于滑石粉的颗粒较大，对制品强度没有贡献；反而在发泡注射成型时提供异质成核位置使泡孔不均，而且滑石粉颗粒会割裂泡孔之间的树脂基体组织。因此也需要在制造胶框的原料上进行进一步完善，特别是要优选添加剂来同时满足提高成核效率和增加树脂耐温性的要求。