一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 18:37:28
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料。
背景技术
超声波指纹识别是利用超声波良好的穿透性，通过指纹模组发出的特定频率的超声波扫描手指，利用指纹的形状差异对超声波反射的不同，能够建立虚拟3D指纹图形，因此对手指表面是否有油污汗渍并不会有太多影响，识别反应也更加灵敏。由于超声波可以穿透一些金属、玻璃等常用手机材质，因此对手机外观方面也不会有太多限制。但是由于现有技术的不成熟，超声波虽然具有穿透性，但在超声发生器大小、频率和手机屏幕背板的材质、厚度的影响下，其穿透能力也非常有限。尤其是使用柔性屏和金属背板的折叠屏手机无法使用屏下指纹识别功能，实际用户体验效果不理想。
针对现有智能手机背板的材料，公开号为CN110256825A的专利公开了一种一种高灼热丝高强度增强阻燃PET材料及其制备方法，按重量份计，本发明的高灼热丝高强度增强阻燃PET材料包含PET树脂45～55重量份，表面改性玻璃纤维20～30重量份，阻燃剂9～14重量份，协效阻燃剂3～6重量份，灼热丝增强剂4～6重量份，相容增韧剂4～7重量份，抗氧剂0.2～0.7重量份，润滑剂0.3～0.8重量份，成核剂0.2～0.5重量份。本发明制备的材料具有较高的灼热丝起燃温度、优异的力学性能和绿色环保的阻燃效果，相较于普通玻纤增强产品有了极大的提高，相较于现有技术的阻燃PET复合材料，具有绿色环保的优点。该专利中使用氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂，成核剂为无机凹凸棒土成核剂与的硬脂酸钠复合体系。其配方体系中案例1为30％玻纤填充，案例2为40％玻纤填充，案例3为20％玻纤填充，对比例中为20％玻纤填充，其阻燃为UL94，V0级别，但其并未说明具体的厚度，且耐热性、冲击性能比较低。
公开号为CN107163521A的专利公开了一种增强阻燃PET工程塑料的制备方法，包括以下步骤：1)按照下列配比准备原料：PET切片70-80重量份，阻燃剂5-10重量份，抗氧化剂0.5-1.5重量份，结晶成核剂0.5-1.5重量份，加入高速混合机中混合均匀，再加入玻璃纤维作为增强剂；所述的阻燃剂为溴化环氧树脂和三氧化二锑的混合物；所述的PET切片在混合前经过干燥处理；处理方法为125℃下干燥6小时；2)熔融挤出：将混合料送入双螺杆挤出机进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，即得成品。本发明的增强阻燃PET工程塑料的制备方法，能够制备出增强阻燃的PET工程塑料。该专利中使用溴化环氧树脂和三氧化二锑的混合物阻燃剂，并添加成核剂得到增强阻燃PET。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料，具有高耐热、超导电、超稳定、低干扰、阻燃增强的特点，使用本发明材料制备的背板对超声波的干扰、阻隔产生的损耗降至最低。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料，按质量份数由以下材料组成：
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)：35-55份；
高光聚苯乙烯(HIPS)：10-20份；
马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)：2-5份；
碳纳米管:3-5份；
红磷阻燃剂：8-15份；
可膨胀石墨：0.5-1份；
氢氧化铝：20-30份；
聚四氟乙烯：0.1-0.2份；
酯交换抑制剂：0.4-0.5份；
润滑剂：0.3-0.5份；
抗氧剂A：0.2-0.4份；
辅助抗氧剂B：0.2-0.4份。
优选的，一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料，按质量份数由以下材料组成：
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)：55份；
高光聚苯乙烯(HIPS)：15份；
马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)：5份；
碳纳米管:4份；
红磷阻燃剂：10份；
可膨胀石墨：0.5份；
氢氧化铝：25份；
聚四氟乙烯：0.15份；
酯交换抑制剂：0.5份；
润滑剂：0.3份；
抗氧剂A：0.2份；
辅助抗氧剂B：0.3份。
优选的，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺、硬质酸钙、硬脂酸锌、PE蜡和季戊四醇硬脂酸脂中的一种或几种。
优选的，所述抗氧剂A和所述辅助抗氧剂B选自：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或几种。
优选的，所述碳纳米管为单壁直管金属型碳纳米管。
优选的，所述聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为非纤维级聚酯。
优选的，所述酯交换抑制剂为磷酸二氢钠、亚磷酸三苯酯、六偏磷酸钠等磷酸酯类中的一种或几种。
本发明提供一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将聚对苯二甲酸乙二酯(PET)在恒温150℃的环境中干燥4小时，将可膨胀石墨和氢氧化铝进行研磨处理，研磨0.5小时至粒径≤5μm；
S2：将干燥后的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和高光聚苯乙烯(HIPS)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)一并投入高混机中混合均匀；然后将红磷阻燃剂、碳纳米管、研磨处理后的可膨胀石墨和氢氧化铝一并投入到所述高混机中混合均匀，得到聚酯料；
S2：将润滑剂、抗氧剂A、辅助抗氧剂B、聚四氟乙烯、酯交换抑制剂先混合均匀，得到初混料，将所述初混料投入到所述聚酯料中混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出并造粒成型。
优选的，在所述步骤S3中，所述双螺杆挤出机的温区温度为：一段255～265℃；二段255～265℃；三段240～250℃；四段230～240℃；五段205～215℃；六段215～225℃；七段230～240℃；八段245～255℃；九段245～255℃；十段245～255℃；机头250～260℃。
本发明制备的材料优先应用于只能手机折叠屏背板的制造。
本发明的有益效果为：本发明通过加入马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物与聚苯乙烯共混，添加碳纳米管极大的改善了PET本身成型收缩率大，尺寸稳定性差的问题，并利用碳纳米管自身结构特性，解决了智能手机背板的超声波通过性差、不导电的缺陷，并极大的提高了耐热性，材料强度、抗疲劳性及加工性能，使改性过后的阻燃增强PET材料具有优良的超声波通过性以及强散热性。本发明材料所生产的塑料制品可被广泛应用到全面屏、折叠屏手机屏幕，笔记本、平板电脑屏幕，大尺寸液晶彩电等高端电器屏幕背板，可以提高触屏灵敏度、精准度，加快散热速度，解决折叠屏手机因传统金属屏幕背板对超声波的阻断而无法使用屏下指纹解锁功能的缺陷。
附图说明
图1是超声波通过性实验附图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实施例和对比例中的材料组份种类均选择下列公开的材料：
一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料，按质量份数由以下材料组成：
聚对苯二甲酸乙二酯(PET非纤维级聚酯)：35-55份；
高光聚苯乙烯(HIPS)：10-20份；
马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)：2-5份；
碳纳米管(单壁直管金属型碳纳米管)：3-5份；
红磷阻燃剂：8-15份；
可膨胀石墨：0.5-1份；
氢氧化铝：20-30份；
聚四氟乙烯：0.1-0.2份；
酯交换抑制剂：0.4-0.5份
润滑剂：0.3-0.5份；
抗氧剂A(1076)：0.2-0.4份；
辅助抗氧剂B：0.2-0.4份。
其中，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺、硬质酸钙、硬脂酸锌、PE蜡和季戊四醇硬脂酸脂中的一种或几种。
其中，所述抗氧剂A和所述辅助抗氧剂B选自：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或几种。
其中，所述酯交换抑制剂为磷酸二氢钠、亚磷酸三苯酯、六偏磷酸钠等磷酸酯类中的一种或几种。
一种折叠屏智能手机屏幕背板用PETPS塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将聚对苯二甲酸乙二酯(PET)在恒温150℃的环境中干燥4小时，将可膨胀石墨和氢氧化铝进行研磨处理，研磨0.5小时至粒径≤5μm；
由于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为易吸水的产品，因此在生产前需要进行干燥处理；将可膨胀石墨和氢氧化铝进行初步研磨处理的原因是为了得到更好的分散性，提升材料的阻燃性。
S2：将干燥后的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和高光聚苯乙烯(HIPS)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)一并投入高混机中混合均匀，300r/min混合时间约为1分钟；然后将红磷阻燃剂、碳纳米管、研磨处理后的可膨胀石墨和氢氧化铝一并投入到所述高混机中200r/min混合3分钟，得到聚酯料；
S2：将润滑剂、抗氧剂A、辅助抗氧剂B、聚四氟乙烯、酯交换抑制剂先200r/min混合3分钟，得到初混料，将所述初混料投入到所述聚酯料中混合均匀，转速200r/min混合时间2分钟，得到混合料；
S3：将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出并造粒成型，造粒后需在40℃水温中过水冷却后即刻离水，防止生产过程中出现水解现象，影响材料的性能；所述双螺杆挤出机的温区温度为：一段255～265℃；二段255～265℃；三段240～250℃；四段230～240℃；五段205～215℃；六段215～225℃；七段230～240℃；八段245～255℃；九段245～255℃；十段245～255℃；机头250～260℃。
在本发明中：
(1)PET为对苯二甲酸和乙二醇通过缩聚反应得到乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面光泽度高，具有良好的耐候性、耐蠕变性、耐磨性，且刚性高的同时又具有较好的韧性，但是由于PET电绝缘性比较好，因此对超声波的干扰能力较强，其分子链刚性大，玻璃化温度高，分子链的运动能力差，结晶速度慢，加工时成型周期长，结晶后材料呈脆性，本发明中通过加入聚苯乙烯、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物、碳纳米管和无卤阻燃剂来对其进行改性，添加碳纳米管极大的改善了PET本身成型收缩率大，尺寸稳定性差的问题，并利用碳纳米管自身结构特性，解决了智能手机背板的超声波通过性差、不导电的缺陷，并极大的提高了耐热性，材料强度、抗疲劳性及加工性能，使改性过后的阻燃增强PET材料具有优良的超声波通过性以及强散热性。
(2)碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻、六边形结构连接完美，具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。尤其对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
单壁碳纳米管表面结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些。根据碳纳米管的结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管，锯齿形纳米管和手性纳米管。根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管。按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。按照外形的均匀性和整体形态可分为：直管型、碳纳米管束、Y型、蛇型等。因此在本发明中为了材料的稳定性、导电性和超声波通过性，本发明中选用单壁直管金属型碳纳米管，其特有的空管结构使得超声波可以顺利通过，使其拥有良好的导电性和超声波通过性，同时提高了材料的刚性、耐热性、散热性。
(3)聚苯乙烯和马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物：高光高抗冲聚苯乙烯密度为1.05g/cm
(4)本发明中选用无卤阻燃剂。
可膨胀石墨：是一种新型无卤阻燃剂，它是由天然石墨经浓硫酸酸化处理，然后经水洗、过滤、干燥后，再在900-1000℃下膨化制得。可膨胀石墨膨胀的初始温度为220C左右，一般在220℃开始轻微膨胀，230-280℃迅速膨胀，之后体积可达原来的100多倍，甚至280倍。可膨胀石墨在阻燃过程中主要起到在高聚物表面形成坚韧的炭层，将可燃物与热源隔开；在膨胀过程中大量吸热，降低了体系的温度；在膨胀过程中释放夹层中的酸根离子，促进脱水碳化，并能结合燃烧产生的自由基从而中断链反应。
红磷：是一种性能优良的阻燃剂，高温分解产生磷酸配作为脱水剂，并促进成炭，炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导，具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果，但易吸潮、氧化、并放出剧毒的气体，粉尘易爆炸，呈深红色，因此使用受到很大的限制。
氢氧化铝：氢氧化铝本身具有阻燃、消烟、填充三个功能，温度达到200℃后开始吸热分解，吸热脱水过程延缓了聚合物的燃烧，氢氧化铝相当于一个散热器，减缓燃烧速度，同时放出的水蒸气取代氧气，发挥类似惰性气体的作用，也延缓聚合物的燃烧；同时还能在聚合物表面形成氧化铝及碳化产物构成的保护层，进一步抑制燃烧并通过吸附烟灰颗粒减低烟密度。具有不挥发、无毒、又可与多种物质产生协同阻燃作用的优点。但是氢氧化铝有加量大的缺点，通常需要加入50％以上才能有很好的阻燃效果。
综上所述，本发明结合上述阻燃剂的特点，创造性的将膨胀石墨、红磷、氢氧化铝三者复配使用，起到协调作用，氢氧化铝可以作为消烟剂，红磷和可膨胀石墨可以减少氢氧化铝的添加量，加入少量就能达到阻燃目的并且对材料物性影响可以大大降低。
下面给出本发明实施例的相关实验数据，表1为本发明公开的多个实施例材料配比，表2为表1中各项实施例的实验数据。
表1实施例配比
表2各项性能实验数据(ASTM标准)
将材料制备成厚度分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm的样板，使用双探头的超声波传输衰减测试仪，进行测试，发射超声波的探头仪器发射出频率为20000HZ、振幅为60μm的超声波。
参考标准温度(25℃)，参考标准大气压(325kpa)时，1MHz超声在空气中的衰减系数为1.6dB/cm，如果按超声压幅度衰减分析，根据Ax＝Ao*e^(-afx)，
其中，Ax—距离探头X处的振幅，A0—探头处的振幅，e—自然对数，a—衰减系数，f—超声频率(MHz)，x—探头到某点的距离。
超声波通过试样后接收探头接收到的振幅如表3所示：
相关测试方法和标准：
1.ASTM/D1238：熔体流动速率，《塑料拉伸性能试验方法》。
2.ASTM/D638：拉伸强度测试，《塑料拉伸性能试验方法》。
3.ASTM/D790：弯曲强度测试，《塑料弯曲性能试验方法》。
4.ASTM/D256：冲击性能测试，《硬质塑料冲击试验方法》。
5.阻燃按照UL94实验方法进行。
6.IEC-60112：《固体绝缘材料耐漏电起痕指数和相比耐漏电起痕指数的测定方法》。
7.ASTM/D4496：《中等导电材料的直流电阻或电导实验方法》
8.GB/T 39241-2020：《无损检测超声检测穿透技术》
通过表2可知，本发明材料具有以下特点：
1.耐高温性能好，材料长期热老化温度比较高，RTI值在155℃，尺寸稳定性好，有很长的使用寿命。
2.具有较高的灼热丝性能，即在0.35mm的厚度下GWIT达到920℃，GWFI达到980℃。
3.耐电压5000V，非常高。
4.阻燃性能好，阻燃级别在0.8mm阻燃为V0级，1.6mm阻燃为5VA级。
5.电阻率3.2*10
6.超声波振幅均能达到59.8μm，具有良好的超声波通过性。
RTI：材料长期热老化温度，表示该材料在此温度下使用10万个小时性能下降低于50％。该指标通过6000至20000小时的加速老化测试结果，来推断材料在10万小时能承受的最高温度，也就是通常所说的塑料长期使用温度。
GWIT：1.连续三次试验均不会引起规定厚度的试验样品起燃的灼热丝顶部最高温度高25K(900℃～960℃之间高30K)的温度。
2.起燃：持续时间超过5s的燃烧
GWFI：一个规定厚度的试验样品在连续三次试验中的最高试验温度，符合条件：1.试验样品不起燃；2.虽然起燃，但在灼热丝离开后30s之内熄灭且不引燃制品下面的铺的包装纸。
GWIT：材料灼热丝起燃温度。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。