一种音视频设备外壳用复合材料及制备方法、音视频设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种音视频设备外壳用复合材料及制备方法、音视频设备，其组分及重量份为：高抗冲聚苯乙烯HIPS 80?95份，滑石粉2?10份，阻燃剂10?20份，金属氧化物消烟剂1?2份，抗氧化剂3?5份，润滑剂1?3份。制备方法是在高速混料机中依次加入滑石粉、HIPS及润滑剂搅拌均匀，再依次加入阻燃剂、抗氧化剂和金属氧化物消烟剂，搅拌均匀；由双螺杆挤出机挤出，经水冷、切粒、过筛、烘干，得到本发明的音视频设备外壳材料。本发明通过超细滑石粉与聚苯乙烯分子链的结合，有效抑制塑料外壳后收缩，提高了塑料外壳的性能。
【专利说明】
一种音视频设备外壳用复合材料及制备方法、音视频设备
技术领域
[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种适用于音视频设备外壳的复合材 料及其制备方法，以及使用该复合材料作为外壳材料的音视频设备。
【背景技术】
[0002] 音视频设备，包括各类载体形式的音视频录制、播放及处理设备，如电视、电脑、音 响等，音视频设备的外壳大多使用高分子复合材料，如PC(聚碳酸酯）、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、HIPS(聚苯乙烯)等，要求外壳材料具有一定的强度、阻燃性、耐候性及美观性等。
[0003] 随着家电行业进行国际业务拓展，中国的音视频设备远销欧洲、美国等全球绝大 数市场，某些家电公司选择在墨西哥、南非等地建立生产工厂，由于国外人力成本较高，如 外壳等关键部件由国内注塑完成，经1-2个月海上运输到达国外工厂。音视频设备的外壳在 中国注塑完成运往国外工厂时，会经历高温高湿长时间的海上运输，到达国外工厂时，塑料 外壳的尺寸通常会发生约0.1%的收缩。收缩后的外壳无法装配整机，若蛮力装配会出现闪 缝等降低设备品质的质量缺陷，造成极大的成本浪费。另外，音视频设备的外壳在注塑成型 时，因停机或异常问题，塑料粒子在螺杆中停滞时间过长，会发生高温分解，释放出大量烟 雾，危害生产环境，有害操作工人身体健康。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决音视频设备在运输过程中出现的尺寸收缩的技术问题。
[0005] 提供了一种音视频设备外壳用复合材料，其组分及重量份为：高抗冲聚苯乙烯 HIPS80-95份，滑石粉2-10份，阻燃剂10-20份，金属氧化物消烟剂1-2份，抗氧化剂3-5份，润 滑剂1-3份。
[0006] 还提供了一种音视频设备外壳用复合材料的制备方法，步骤为：1)按配比将滑石 粉、HIPS及润滑剂放入高速混料机中，搅拌均匀，再依次加入阻燃体系、抗氧化剂和金属氧 化物消烟剂，搅拌均匀;2)将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双 螺杆挤出机;3)将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，得到本发明的音 视频设备外壳材料。
[0007] 还提供了一种音视频设备，包括由所述复合材料制备的外壳。
[0008] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是:本发明采用滑石粉能有效抑制聚 苯乙烯刚性分子链由一种状态向另一状态的转变，通过超细滑石粉与高抗冲聚苯乙烯分子 链的结合，有效抑制塑料外壳后收缩，且外观优良。但滑石粉容易团聚，容易在聚苯乙烯分 子中分布不均，由此本发明采用具有消烟作用的金属氧化物消烟剂与滑石粉同时使用，先 将金属氧化物消烟剂与滑石粉在高速混炼机中混合均匀，再添加至聚苯乙烯中，同时解决 了塑料外壳高温分解时减少烟雾排放的技术问题，以及滑石粉在聚苯乙烯分子中分布不均 的技术问题，另外复合材料中加入滑石粉和金属氧化物还能提高聚苯乙烯材料的耐热性， 降低材料的线性膨胀系数。
[0009] 本发明的音视频设备，采用所述复合材料制备的外壳，有效克服了设备在运输过 程中出现的尺寸收缩的技术问题，避免了闪缝、变形等质量缺陷。
【附图说明】
[0010] 图1聚烯烃的氧化降解过程示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0012] 本实施例提出了一种适用于音视频设备外壳的超细滑石粉改性高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)材料，其组分及重量份为:高抗冲聚苯乙烯HIPS 80-95份，滑石粉2-10份，阻燃剂10-20份，金属氧化物消烟剂1-2份，抗氧化剂3-5份，润滑剂1-3份。
[0013] 其中所述高抗冲聚苯乙烯是通过接枝共聚法制备的，主链是由丁二烯、苯乙烯两 种单体相嵌形成的嵌段共聚物，注塑成塑料外壳之后容易产生后收缩，其原因是由于塑料 外壳内部存在应力的松弛作用，而HIPS的分子链呈刚性，因为刚性分子链运动速度慢，其分 子链从一种状态转变为另一种状态，需要一个较长时间的重新排列过程，后收缩时间比较 长，后收缩率比较大，导致整机无法装配或引起外观不良等质量缺陷，降低了用户体验水 平。
[0014] 所述滑石粉采用超细滑石粉，粒径在6-8WI1之间，滑石粉粒径太小，容易发生团聚， 但粒径过大，容易造成局部应力集中，降低材料的冲击强度。
[0015] 所述阻燃剂为双酚A-双（二苯基磷酸酯）（BDP)(后文标记为FR1)、十溴二苯乙烷 (DBDPE)(后文标记为FR2)、三氧化二锑(后文标记为FR3)、溴代三嗪（后文标记为FR4)中的 一种或者几种混合物。
[0016]所述双酚A-双（二苯基磷酸酯）（BDP)为一种新型磷系阻燃剂，呈无色或淡黄色透 明液体，相对密度1 .26(20°C)，磷含量8.9%，毒性LD50 = 5000mg/Kg，粘度（25°C) 17000mPa. s，属于无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂，它与HIPS等高聚物具有良好的相容性， 在对HIPS塑胶进行阻燃改性的过程中，既能够有效的提高阻燃性能，又不会对改性后的材 料物理机械性能造成很大的影响，获得具有良好的抗拉伸强度、抗弯曲强度、抗冲击强度、 抗热变形温度等性能的无卤阻燃HIPS塑胶改性材料，应用其制备的电视机外壳抗冲击性能 较强、使用寿命长。
[0017] 所述十溴二苯乙烷(DBDPE)为白色粉末，含水量低于0.1 %，总溴含量2 82.3%，游 离溴<20ppm，熔点在345°C以上，是一种使用范围广泛的广谱添加型阻燃剂，其溴含量高， 热稳定性好，抗紫外线性能佳，较其他溴系阻燃剂的渗出性低，特别适用于生产电脑、传真 机、电话机、复印机、家电等的高档材料的阻燃。
[0018] 所述三氧化二锑是一款性能优异的协效阻燃剂，同卤素阻燃物质共同作用在气体 状态下熄灭火焰，性能稳定、通用性强、无毒，抑烟，成本低。
[0019] 所述溴代三嗪外观洁白，分子量大，结构复杂，具有良好的热稳定性和电气性能， 优越的耐光性，溴代三嗪不同于传统的溴系阻燃剂，其起始分解温度高，同时由于其阻燃机 理去吸热分解热降型，不含游离溴。
[0020] 所述金属氧化物消烟剂采用Fe203、M〇0 3、Cu0或BiO中的一种或几种混合物。因滑石 粉容易团聚，容易在聚苯乙烯分子中分布不均。本实施例先将金属氧化物消烟剂与滑石粉 在高速混炼机中混合均匀，再添加至聚苯乙烯中，优选的滑石粉与金属氧化物消烟剂质量 比为2-5:1，解决了塑料外壳高温分解时减少烟雾排放的技术问题，以及滑石粉在聚苯乙烯 分子中分布不均的技术问题，另外滑石粉和金属氧化物同时使用能提高聚苯乙烯材料的耐 热性，将材料的线性膨胀系数降低至65wii/m°C左右。
[0021] 所述抗氧化剂为四[0-(3,5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂 1〇1〇)(后文标记为A01)、P-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076) (后文标记为A02)或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)(后文标记为403)中的一 种或几种混合物。本发明中抗氧化剂优选为受阻酚类抗氧化剂（如抗氧剂1010和抗氧剂 1076)与亚磷酸酯类化合物(如抗氧剂168)同时使用。这是因为材料在加工使用过程中存在 热氧老化现象，如图1所示为聚烯烃的氧化降解过程示意图，抗氧剂的使用可显著提高材料 的耐热老化。氧气存在情况下发生循环一，再发生循环二，受阻酚抗氧剂通过捕捉循环一中 聚合物过氧化自由基(R00 ?)后变成氢过氧化物(RC00H)，阻止循环一的进行。另外，氢过氧 化物对热氧化降解具有自动催化作用，会发生图1中的循环二，而受阻酚抗氧剂自身不能分 解氢过氧化物，所以单独使用受阻酚抗氧剂的聚合物中，仍有潜在的热氧老化的危险，难以 实现理想的抗氧化目的。亚磷酸酯类化合物(如抗氧剂168)虽然不具备捕捉过氧化自由基 的能力，但能够分解氢过氧化物，阻止循环二的进行，从而抑制了自动催化反应导致的聚合 物降解。其作用原理如下式:R00H+P(0R'）3-R0H+0=PP(0R'）3。
[0022] 本发明中阻燃剂与抗氧化剂的质量比控制在3-5:1，利用抗氧化剂对氧气的捕捉， 以及其较高的耐热性，与阻燃剂协同增效能够将材料的阻燃性能提高至5VB，甚至更高等 级。若抗氧剂含量低于本发明的含量，或者不添加抗氧化剂，材料的阻燃性能仅能达到V0， 无法满足重量在18kg以上的信息技术类电子设备对外壳的阻燃要求(5VB)，5VB阻燃外壳是 18kg以上信息技术类电子设备进入市场流通的安全前提，不满足5VB，则无法投入市场。但 若抗氧化剂含量过高，会降低材料的韧性，采用韧性较低材料制备电子设备外壳，无法满足 电子设备在储运环境中面临的气候环境和机械环境的考验，出现壳裂或变形等质量问题， 无法用于电子设备外壳。
[0023] 所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酮、石蜡、聚乙烯蜡或硬脂酸锌中的一种或几种混合 物。
[0024] 本实施例的音视频设备外壳材料的制备方法，步骤为：
[0025] 1)按配比将超细滑石粉和金属氧化物放入高速混料机中，搅拌均匀，再将其加入 HIPS中，后依次加入阻燃剂、抗氧化剂及润滑剂，搅拌均匀；
[0026] 2)将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机， 控制料筒的前部、中部、后部及机头温度分别为deS-nOtUSO-igOtUgSIOStdlO-SSCrC， 其中机头螺杆转速控制在 200-230rpm/min;
[0027] 3)将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，得到HIPS复合材料， 即为本发明的音视频设备外壳材料。
[0028] 本实施例还提供了一种音视频设备，包括外壳，所述外壳是采用所述复合材料注 塑而成的，有效克服了设备在运输过程中出现的尺寸收缩的技术问题，避免了闪缝、变形等 质量缺陷。
[0029] 实施例1-3
[0030] 按照表1所示的配方制备HIPS复合材料。
[0031] 实施例1中超细滑石粉的粒径为6wn，润滑剂为硬脂酸钙和硅酮的混合物，消烟剂 为Fe203与M〇0 3的混合物。
[0032] 实施例2中超细滑石粉的粒径为7wii，润滑剂为硬脂酸钙和石蜡的混合物，消烟剂 为M〇03与CuO的混合物。
[0033]实施例3中超细滑石粉的粒径为8wn，润滑剂为硬脂酸锌，消烟剂为CuO与BiO的混 合物。
[0034]制备方法为：
[0035] 1)按配方将超细滑石粉、HIPS及润滑剂放入高速混料机中，搅拌均匀，再依次加入 阻燃体系、抗氧化剂和金属氧化物消烟剂，搅拌均匀；
[0036] 2)将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机， 如表2所示的工艺参数控制料筒的前部、中部、后部及机头温度，其中机头螺杆转速控制在 220rpm/min；
[0037] 3)将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，即得HIPS复合材料。
[0038]表1实施例1-3的组分及重量份组成
[0040]表2实施例1-3制备复合材料的加工工艺参数
[0042]将实施例1-3制备的HIPS复合材料进行性能测试，结果数据见表3,材料的力学性 能符合电子设备外壳的性能要求，同时将所制备的外壳放置在40°C、60%湿度条件下静置 48h后，尺寸收缩率降至0.03%以下，有效改善外壳的后收缩问题，另外设备意外停机时，塑 料粒子因高温分解释放的烟雾量明显减小。
[0043]表3实施例1-3制备得到的复合材料的性能测试结果
[0046] 对比例1-6
[0047] 对比例1-6的配方组成、加工工艺参数及性能参数依次见表4、表5和表6。
[0048] 表4对比例1-6的组分及重量份组成
[0050] 表5对比例加工工艺参数
[0052] 表6对比例的性能参数
[0055]表6中各测试项目的依据标准及测试条件与表3相同。
[0056]由上述实施例和对比例可以看出：对比例1中将实施例1中HIPS含量降低10重量 份，因 HIPS含量降低，塑料粒子流动性下降，熔融指数较低，注塑加工工艺难度大，且材料的 冲击强度明显降低，在外壳的冲击试验中容易开裂。对比例2中将实施例1中的HIPS含量提 高10重量份，塑料粒子分子链柔性增强，耐温性下降，塑料粒子的线性膨胀系数较大，在环 境温度变化较大时，外壳尺寸变化较大。对比例3中将实施例2中滑石粉含量降低，原理上等 同于提高HIPS含量，塑料粒子的线性膨胀系数增加。对比例4中将实施例2中滑石粉含量增 加，等同于降低HIPS含量，塑料粒子冲击强度下降。对比例5中将实施例3中消烟剂含量降低 至0.8份，因含量降低，对滑石粉的分散作用减弱，滑石粉在塑料粒子中分布不均，材料的冲 击强度较低，且线性膨胀系数稍高。对比例6中将实施例3中消烟剂含量增加至6份，因无机 填充物含量增加，显著降低塑料粒子的冲击强度，不适合制作电子设备外壳。
[0057]以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于 上述实施例;对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案 进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换，并不使相应技术方 案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，组分及重量份为：高抗冲聚苯乙烯 HIPS 80-95份，滑石粉2-10份，阻燃剂10-20份，金属氧化物消烟剂1-2份，抗氧化剂3-5份， 润滑剂1-3份。2. 根据权利要求1所述的一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，所述滑石粉为 超细滑石粉，粒径为6_8μπι。3. 根据权利要求1所述的一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为 双酸Α-双(二苯基磷酸酯）、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、溴代三嗪中的一种或几种混合物。4. 根据权利要求1所述的一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，所述金属氧化 物消烟剂为Fe2〇 3、Mo03、CuO或BiO中的一种或几种混合物。5. 根据权利要求1所述的一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂 为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁 基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗 氧剂168)中的一种或几种混合物。6. 根据权利要求1所述的一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，所述阻燃剂与 抗氧化剂的质量比为3-5:1。7. 根据权利要求1-6任一项所述的一种音视频设备外壳用复合材料，其特征在于，所述 滑石粉与金属氧化物消烟剂的质量比为2-5:1。8. -种音视频设备外壳用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤为： 1) 按配比将超细滑石粉和金属氧化物放入高速混料机中，搅拌均匀，再将其加入HIPS 中，后依次加入阻燃剂、抗氧化剂及润滑剂，搅拌均匀； 2) 将上述混合均匀的物料传输至双螺杆挤出机的加料斗中，开启双螺杆挤出机； 3 )将双螺杆挤出机挤出的熔融物料经水冷、切粒、过筛、烘干，得到本发明的音视频设 备外壳材料。9. 根据权利要求8所述的一种改善音视频设备外壳尺寸收缩性的复合材料的制备方 法，其特征在于，所述双螺杆挤出机中料筒的前部温度、中部温度、后部温度及机头温度分 别为：165-170°C、180-190°C、195-205°C、210-230°C。10. -种音视频设备，其特征在于，包括由权利要求1-8任一所述复合材料制备的外壳。
【文档编号】C08K5/03GK105820487SQ201610213985
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】孙言丽
【申请人】青岛海信电器股份有限公司