CN112679917B - 适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性pbt复合材料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料及其制备和在制备全遮光灯具中的应用。按质量份数计，该材料原料组成包括：聚对苯二甲酸丁二醇酯45～55份，增强材料22～26份，复配增韧剂5～10份，阻燃剂8～15份，遮光填料5～10份，润滑剂0.5～1份，复配抗氧剂0.1～0.4份，抗滴落剂0.1～0.3份。该材料制备方法包括：采用双螺杆挤出机，按照配比，将除增强材料外的所有原料混匀后从主喂料口投料，增强材料从侧喂料口投料，熔融挤出得到适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料。

Description

适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料及其 制备和应用

技术领域

本发明涉及PBT复合材料技术领域，具体涉及一种适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料及其制备和应用。

背景技术

用于遮光灯具的PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)复合材料，一般需要加入适量的钛白粉(如公开号为CN101914270A、CN103819883A的专利技术等)；如果客户要求全遮光灯具结构件，那么PBT复合材料里需要添加高比例的钛白粉。

由于钛白粉是高硬度的材料，在加工过程中往往会把玻璃纤维弄折断并粉碎；过分粉碎化的玻璃纤维，对PBT复合材料的增强作用减弱，往往使得PBT复合材料的力学性能急剧下降。

此外，钛白粉本身是一种无机填料，添加的比例过多，也进一步导致PBT复合材料的力学性能下降。而这样的PBT复合材料，在注塑成LED灯具结构件过程中，往往就容易开裂；即便注塑过程不开裂，这样的灯具结构件由于材料机械性能低下，在做耐冷热冲击测试，也存在很大的开裂隐患。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，解决现今全遮光PBT复合材料因填充高比例钛白粉而导致其因机械性能低下而难过耐冷热冲击测试的技术问题。

一种适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，按质量份数计，原料组成包括：

所述增强材料为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的至少一种；

所述复配增韧剂为质量比为1:1～3的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物；

所述遮光填料为钛白粉。

试验发现，在本发明的PBT复合材料体系中，由于钛白粉加入量较多(5～10质量份)等原因，增强材料必须在上述加入量范围内，所得PBT复合材料才能兼顾刚性和韧性，同时具有较佳的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和冲击强度，并且具有更好的耐冷热冲击性能，加入量过少，所得PBT复合材料力学性能(包括弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和冲击强度等)较差，耐冷热冲击性能差，加入量过多，所得PBT复合材料冲击强度反而降低，且耐冷热冲击性能也有所降低。

本发明另一重要特征在于使用了特定质量比(1:1～3)的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的复配物作为复配增韧剂，加入量仅5～10质量份。虽然乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物均为PBT复合材料中较为常用的增韧剂，但通常都是单一组分单独使用。而发明人经过大量试验，意外发现将乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物按照1:1～3的质量比复配后应用于本发明的玻纤增强、钛白粉遮光的PBT复合材料中时具有明显的协同作用。相比于乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物单一组分加入，本发明采用上述特定质量比的复配增韧剂所得的PBT复合材料具有更为优异的综合力学性能，尤其是冲击强度更为优异，耐冷热冲击性能明显提高。

在上述配方基础上，为了更好地解决技术问题，使所得PBT复合材料能更好地适用于全遮光灯具，本发明进一步优化各组分的种类、性质以及它们的加入量、加入比例等特征，具体如下：

所述聚对苯二甲酸丁二醇酯的特征粘度优选为0.8-1.0dL/g。

所述复配增韧剂优选为质量比为1:1的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，所得PBT复合材料同时具有最佳的刚性、韧性以及耐冷热冲击性能。

所述阻燃剂优选为复配阻燃剂，进一步优选为阻燃剂和协效阻燃剂复配而成，其中，作为优选，阻燃剂为溴化聚苯乙烯、溴化环氧树脂中的至少一种，协效阻燃剂为三氧化二锑、硼酸锌中的至少一种。

所述润滑剂优选为硅酮母粒、乙撑双硬酯酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。

所述复配抗氧剂优选为主抗氧剂和辅抗氧剂复配而成，其中，作为优选，主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种，辅抗氧剂为抗氧剂626、抗氧剂168中的至少一种。

所述抗滴落剂优选为聚四氟乙烯。

本发明还提供了上述耐冷热高强度高韧性PBT复合材料的一种优选制备方法，包括：采用双螺杆挤出机，按照配比，将除增强材料外的所有原料混匀后从主喂料口投料，增强材料从侧喂料口投料，熔融挤出得到所述适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料。

作为优选，所述双螺杆挤出机螺筒各分区温度保持在180～230℃之间，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为350rpm。

上述配方的PBT复合材料采用该优选制备方法制备，可实现最佳的综合力学性能和耐冷热冲击性能。

本发明还提供了上述耐冷热高强度高韧性PBT复合材料在制备全遮光灯具中的应用。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明的PBT复合材料，为具有较高比例钛白粉的体系，通过加入特定量的玻璃纤维等增强材料和特定复配增韧剂等组分以及对复配增韧剂中乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的特定质量比控制，这些因素共同作用使得所得PBT复合材料同时具有高强度、高韧性和耐冷热冲击性能，注塑而成的全遮光灯具件可通过冷热冲击测试。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

对比例1

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：20份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物：8份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

对比例2

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：23份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物：8份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

对比例3

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：23份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物：6份，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物：2份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

实施例1

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：23份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物：4份，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物：4份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

实施例2

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：23份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物：2份，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物：6份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

对比例4

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：23份，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物：8份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

对比例5

(1)按质量份称取各组分：PBT：48份，玻璃纤维：30份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物：4份，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物：4份，钛白粉：8份，溴化环氧树脂：9份，三氧化二锑：2份，季戊四醇硬脂酸酯：0.3份，硅酮母粒：0.3份，抗氧剂1010：0.1份，抗氧剂168：0.1份，聚四氟乙烯：0.1份。

(2)将玻纤以外的原料在高混机中混合均匀后，玻璃纤维从侧喂料口喂入，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-230℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。

对比例1～5以及实施例1～2的产品的机械性能、遮光性、阻燃性能及耐冷热冲击性能的测试结果如下表1所示。

表1

^a各对比例、实施例为本色材料，注塑为2mm厚度色板，用整灯光源照射；2mm厚度色板的辐照度小于20LUX，则定义该材料为全遮光材料，相应注塑而成LED灯具结构件为全遮光产品。

^b将各个对比例、实施例材料注射成LED塑包铝灯具结构件(各5件)置于设定参数为-30℃放置30min和120℃放置30min冷热冲击烘箱中，如此500个循环后查看各个对比例、实施例的开裂情况。

由对比例1、2的比较以及实施例1与对比例5的比较可知，在本发明PBT复合材料体系中，只有加入足够量且合适量的玻璃纤维，才能使得PBT复合材料同时具有较佳的强度和韧性，整体机械性能较为优异，PBT复合材料具有较好的耐冷热冲击特性。

通过对比例2～4和实施例1、2对比可知，只有同时使用乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物且两者在合适配比下，才能使得PBT复合材料同时具有良好的刚性、韧性以及耐冷热冲击性能。

实施例1、2呈现出较好的综合力学性能，这两者材料的5件塑包铝散热外壳也均能通过冷热冲击测试。考虑到综合力学性能及成本，实施例1的PBT复合材料在市场中更具有竞争力。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，按质量份数计，原料组成包括：

所述增强材料为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的至少一种；

所述复配增韧剂为质量比为1:1～3的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物；

所述遮光填料为钛白粉。

2.根据权利要求1所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯的特征粘度为0.8-1.0dL/g。

3.根据权利要求1所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，所述复配增韧剂为质量比为1:1的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。

4.根据权利要求1所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为复配阻燃剂，为阻燃剂和协效阻燃剂复配而成，其中阻燃剂为溴化聚苯乙烯、溴化环氧树脂中的至少一种，协效阻燃剂为三氧化二锑、硼酸锌中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮母粒、乙撑双硬酯酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，所述复配抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂复配而成，其中主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种，辅抗氧剂为抗氧剂626、抗氧剂168中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。

8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用双螺杆挤出机，按照配比，将除增强材料外的所有原料混匀后从主喂料口投料，增强材料从侧喂料口投料，熔融挤出得到所述适用于全遮光灯具的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机螺筒各分区温度保持在180～230℃之间，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为350rpm。

10.根据权利要求1～7任一权利要求所述的耐冷热高强度高韧性PBT复合材料在制备全遮光灯具中的应用。