用于智能设备显示屏基材的混合材料的制作方法

本发明涉及智能设备显示屏材料的技术领域，具体而言涉及一种用于智能设备显示屏基材的混合材料。

背景技术：

智能设备显示屏是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备仪器显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具，其中，屏幕的基材在很大程度上决定了显示屏的显示效果。随着智能设备向全面屏和环绕触摸屏等方向发展，显示屏的基底材料也从传统的玻璃、压克力板等硬质材料到如今的柔性材料，柔性基材的选择需要考虑其耐高温性，表面粗糙度等性能，尤其是基材的韧性和透光率：基材的韧性越高，显示屏越能多次折叠；而透光性能是直接影响显示屏的视觉效果，透光性能越好，显示屏视觉效果越好。

目前常用的柔性基材有pi、pet、pen等，这些显示屏基材的透光率一般2-70％之间，范围广且变化大，这会造成屏幕发出的光线对比度不均匀，导致眼睛更容易疲劳干涩以致伤害泪膜层，从而影响视力，且视觉效果也会受到影响；另一方面，目前使用的这些显示屏基材最高只有3.5倍左右的形变量，基材韧性有待提高。

氟碳聚合物通常是由含氟单体和一种或多种非氟单体共聚而成的一种聚合物，目前氟碳聚合物主要是用于涂料行业，氟碳涂料具有优越的各项性能，如耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性，而且具有独特的不粘性和低磨擦性。氟碳聚合物在电子设备方面的应用一般也只是作为屏幕保护膜层的部分原料，目前还没有使用氟碳聚合物作为柔性显示屏基材的报道。

公布号为cn210110227u的中国专利文献公开了一种柔性发光印刷屏幕，包括基材、导电发光层组和封装层，其中基材为可在表面进行印刷的的塑料基底、纸张或衣服面料，所述塑料基底材料为tpu、pet或pen。

公布号为cn110469656a的中国专利文献公开了一种柔性透明显示屏及其制作方法，包括透明基材、安装在透明基材上的透明导电层以及安装在金属导电层焊盘上的led灯，led灯与金属导电层形成导电通路，led灯之间设置有填充物形成填充层，在填充层上设置有透明柔性保护薄膜，所述透明基材为树脂、pet或pe膜的薄膜材料。

公布号为cn107573622a的中国专利文献公开了一种笔记本电脑屏幕保护膜，有如下重量份数的原料组分制成：蜜蜡基质、丙烯酸丁酯、聚四氟乙烯、硅烷γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、低密度聚乙烯、海藻酸钠、聚甘油脂肪酸酯、月桂酸单甘油酯、聚合氧化铝、萜烯树脂、沸石粉、明胶、乙醇、去离子水、成膜助剂、纳米四氧化三铁微球、二氧化硅粉末。该专利文献中氟碳聚合物也只是作为屏幕保护膜的组成成分。

技术实现要素：

本发明目的在于针对上述提出的技术问题，提供一种用于智能设备显示屏基材的混合材料，该材料具有优秀的光学性能、较高的韧性以及延展性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于智能设备显示屏基材的混合材料，所述混合材料由以下重量份数的各组分组成：

氟碳聚合物99.9～99.99份

炭黑粒子0.01～0.1份

进一步地，所述混合材料由以下重量份数的各组分组成：

氟碳聚合物99.95～99.99份

炭黑粒子0.01份

进一步地，所述氟碳聚合物为粉末状或颗粒状中的至少一种。

进一步地，所述氟碳聚合物的有效成分为四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯共聚形成的聚合物。

进一步地，所述四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的质量比为1:3:6。

进一步地，所述氟碳聚合物的熔点为265-275℃。

进一步地，所述炭黑粒子为色素炭黑。

进一步地，所述炭黑粒子为低结构色素炭黑。

进一步地，所述炭黑粒子的粒径在50-150nm。

本发明的有益效果在于：

1、本发明使用特定组分以及配比形成的氟碳聚合物作为主要成分得到的显示屏基材，氟碳聚合物以大量的c-f键为骨架，决定了氟碳聚合物具有超强的稳定性和耐候性，同时，在氟碳聚合物引入烷基，增强了材料的柔韧性，因此以氟碳聚合物作为主要成分得到的显示屏基材与目前常用的显示屏基材相比，具有超强的耐候性、耐化学介质腐蚀性、耐磨性，以及更好的韧性和延展性；另一方面，通过合适比例添加的炭黑粒子吸收一部分光线，从而提升氟碳聚合物本身对光线的吸收能力，且通过分批混合，分批进料以及行星球磨机的预分散，再将混合物放入特定的椭球形玻璃瓶中置于多维震荡机对混合物料进行三维充分运动达到固固混合的充分性，通过各方面的协同作用将纳米级别的炭黑粒子均匀分散到氟碳聚合物中，提升了该混合材料的光学性能；本发明所得混合材料的拉伸强度平均为17.04-19.35mpa，拉伸形变可达514.5-535.4％，该材料在具有较大拉伸强度的前提下，具有5倍以上的形变量，满足了柔性显示屏需要有更高韧性的要求，且该显示屏基材具有更好光学性能，透光率为2-17％，范围窄，变化小，使得电子产品屏幕发出的光线对比度均匀，不容易伤害眼睛，且显著增强了显示屏的视觉效果。

2、本发明的混合材料制备方法工艺简单，在生产过程中不添加任何有机或无机溶剂，生产过程中没有废液、固废以及有毒有害的气体产生，也没有voc排放，因此，整个制备过程不会造成环境污染；另一方面，由于氟碳塑料优异的耐热性，在下游的加工过程中也不会产生有毒有害的气体；材料制备和性能绿色环保，且成本低，为大规模的应用于生产提供了条件。

附图说明

图1是本发明制备用于智能设备显示屏基材的混合材料的工艺流程图。

图2-4分别是实施1-3制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在扫描电子显微镜下的10000倍的照片。

图5-7分别是实施1-3制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在扫描电子显微镜下的100000倍的照片。

图8-9分别是对比例制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在扫描电子显微镜下的10000倍和100000倍的照片。

图10-12分别是实施1-3制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在光学显微镜显著放大的视图中观察颗粒的分布情况。

图13是对比例制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在光学显微镜显著放大的视图中观察颗粒的分布情况。

图14-16分别是实施1-3制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在400～700nm可见光波长范围内的透光率曲线。

图17是对比例制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在400～700nm可见光波长范围内的透光率曲线。

图18-20分别是实施1-3制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料进行拉伸试验检测的位移～力曲线图。

图21是对比例制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料进行拉伸试验检测的位移～力曲线图。

图22-24分别是实施1-3制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在恒温变剪切速率时的剪切速率～粘度曲线图。

图25是对比例制备的用于智能设备显示屏基材的混合材料在恒温变剪切速率时的剪切速率～粘度曲线图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例进行详细说明。

以下实施例制备用于智能设备显示屏基材的混合材料的工艺流程如图1所示，

以下实施例中所用氧化锆珠的规格为0.5mm。

实施例1

按以下制备方法制备用于智能设备显示屏基材的混合材料：

s1、物料配置

向氧化锆罐中依次加入495g氟碳聚合物、5g炭黑粒子和250g氧化锆珠，密封后备用；

s2、物料的预分散

将步骤s1中备好的氧化锆罐置于行星球磨机中进行预分散，球磨机的自传速度为120±6转/分钟，公转速度为12±1转/分钟，混合1±0.1h后出料得到混合物a；

s3、物料的分散

将步骤s2所得的混合物a分别放入多个480ml椭球形玻璃瓶中，每个玻璃瓶中加入混合物a的量不超过玻璃瓶体积的1/2，密封后置于多维震荡机中进行进一步分散，震荡混合3h，出料得到色母粉a；

s4、氧化锆珠的分离

将步骤s3所得的色母粉a放入筛分仪中运行15min，除去氧化锆珠，得到色母粉b；

s5、色母粉造粒

将步骤s4所得的色母粉b置于双螺杆挤出机组中造粒，并烘干后得到氟碳聚合物色母粒，其中，双螺杆挤出机组的加工温度为140～250℃，双螺杆转速为100～120转/分钟，切粒机转速为40～60转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃；

s6、物料的二次配置

分别向多个指定容器中依次加入10g步骤s5所得的氟碳聚合物色母粒和90g氟碳聚合物，摇匀得多组混合物b，备用；

s7、成品造粒

将步骤s6所得的多组混合物b按照300～400g配成多批试样并各批混合均匀，再按批投入到双螺杆挤出机组造粒，烘干后即可，其中，加料速度为40～50g/min，双螺杆挤出机组的加工温度140～250℃，双螺杆转速100～120转/分钟，切粒机转速为20～40转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃。

实施例2

按以下制备方法制备用于智能设备显示屏基材的混合材料：

s1、物料配置

向氧化锆罐中依次加入495g氟碳聚合物、5g炭黑粒子和250g氧化锆珠，密封后备用；

s2、物料的预分散

将步骤s1中备好的氧化锆罐置于行星球磨机中进行预分散，球磨机的自传速度为120±6转/分钟，公转速度为12±1转/分钟，混合1±0.1h后出料得到混合物a；

s3、物料的分散

将步骤s2所得的混合物a分别放入多个480ml椭球形玻璃瓶中，每个玻璃瓶中加入混合物a的量不超过玻璃瓶体积的1/2，密封后置于多维震荡机中进行进一步分散，震荡混合3h，出料得到色母粉a；

s4、氧化锆珠的分离

将步骤s3所得的色母粉a放入筛分仪中运行15min，除去氧化锆珠，得到色母粉b；

s5、色母粉造粒

将步骤s4所得的色母粉b置于双螺杆挤出机组中造粒，并烘干后得到氟碳聚合物色母粒，其中，双螺杆挤出机组的加工温度为140～250℃，双螺杆转速为100～120转/分钟，切粒机转速为40～60转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃；

s6、物料的二次配置

分别向多个指定容器中依次加入5g步骤s5所得的氟碳聚合物色母粒和95g氟碳聚合物，摇匀得多组混合物b，备用；

s7、成品造粒

将步骤s6所得的多组混合物b按照300～400g配成多批试样并各批混合均匀，再按批投入到双螺杆挤出机组造粒，烘干后即可，其中，加料速度为40～50g/min，双螺杆挤出机组的加工温度140～250℃，双螺杆转速100～120转/分钟，切粒机转速为20～40转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃。

实施例3

按以下制备方法制备用于智能设备显示屏基材的混合材料：

s1、物料配置

向氧化锆罐中依次加入495g氟碳聚合物、5g炭黑粒子和250g氧化锆珠，密封后备用；

s2、物料的预分散

将步骤s1中备好的氧化锆罐置于行星球磨机中进行预分散，球磨机的自传速度为120±6转/分钟，公转速度为12±1转/分钟，混合1±0.1h后出料得到混合物a；

s3、物料的分散

将步骤s2所得的混合物a分别放入多个480ml椭球形玻璃瓶中，每个玻璃瓶中加入混合物a的量不超过玻璃瓶体积的1/2，密封后置于多维震荡机中进行进一步分散，震荡混合3h，出料得到色母粉a；

s4、氧化锆珠的分离

将步骤s3所得的色母粉a放入筛分仪中运行15min，除去氧化锆珠，得到色母粉b；

s5、色母粉造粒

将步骤s4所得的色母粉b置于双螺杆挤出机组中造粒，并烘干后得到氟碳聚合物色母粒，其中，双螺杆挤出机组的加工温度为140～250℃，双螺杆转速为100～120转/分钟，切粒机转速为40～60转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃；

s6、物料的二次配置

分别向多个指定容器中依次加入1g步骤s5所得的氟碳聚合物色母粒和99g氟碳聚合物，摇匀得多组混合物b，备用；

s7、成品造粒

将步骤s6所得的多组混合物b按照300～400g配成多批试样并各批混合均匀，再按批投入到双螺杆挤出机组造粒，烘干后即可，其中，加料速度为40～50g/min，双螺杆挤出机组的加工温度140～250℃，双螺杆转速100～120转/分钟，切粒机转速为20～40转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃。

对比例

对比例所用工艺与上述实施例相比，减少s3、s5和s6，氧化锆珠分离后混合物直接配料造粒。

按以下步骤制备该混合材料：

s1：物料配置

向氧化锆罐中依次加入499.75g氟碳聚合物、0.25g炭黑粒子和250g氧化锆珠，密封后备用；

s2：物料的预分散

将步骤s1中备好的氧化锆罐置于行星球磨机中进行预分散，球磨机的自传速度为120转/分钟，公转速度为12转/分钟，混合1h后出料得到混合物a；

s3：氧化锆珠的分离

将步骤s3所得的混合物a放入筛分仪中运行15min，除去氧化锆珠，得到混合物b；

s4：物料配置

向多个指定容器中依次加入100g步骤s3所得的混合物b，得混合物c备用；

s5：成品造粒

将步骤s4所得的混合物c按照100～200g配成多批试样并各组均匀混合，再按批投入到双螺杆挤出机组造粒，烘干后即可，其中，加料速度为40～50g/min，双螺杆挤出机组的加工温度140～250℃，双螺杆转速100～120转/分钟，切粒机转速为20～40转/分钟，粒子冷却温度为40～60℃。

【表征】

1、扫描电子显微镜检测

图2-4是实施例1-3制备的混合材料在10000倍下的扫描电子显微镜下的照片，图5-7是实施例1-3制备的混合材料在100000倍下的扫描电子显微镜下的照片，如图所示，图中圆圈标出的为纳米级别的炭黑粒子，其均匀分布在氟碳聚合物基材上，炭黑粒子直径小于1μm，且相互独立分布，炭黑粒子主要影响氟碳聚合物本身的透光率，使混合材料的透光率分布在一个均匀的范围内。

图8-9是对比例分别是制备的混合材料在10000倍和100000倍下的扫描电子显微镜下的照片，从图中可以看出炭黑粒子直径大于1μm，且炭黑粒子聚集，分散不均，可知缺少物料分散、色母粉粒造粒和物料二次配置影响炭黑粒子的分布。

2、数码电子显微镜检测

图10-12是实施例1-3制备的混合材料在光学显微镜显著放大的视图中观察颗粒的分布情况，杂质颗粒数越少制备材料的洁净度越高，在1000x下0.5mm×0.5mm拼接图片中，如图所示，图中圆圈内的即为部分杂质颗粒，实施例1包含15个杂质颗粒，实施例2包含29个杂质颗粒，实施例3包含25个杂质颗粒，该混合材料的杂质颗粒数低，保证了材料的洁净度。

图13是对比例制备的混合材料在光学显微镜显著放大的视图中观察颗粒的分布情况，对比例包含68个杂质颗粒，可知缺少物料分散、色母粉粒造粒和物料二次配置，材料的洁净度受到影响。

【性能测试】

1、透光率

图14-16是实施例1-3制备的混合材料在400～700nm可见光波长范围内的透光率曲线，如图所示，实施例1的混合材料的透光率范围在3-17％，实施例2的混合材料的透光率范围在2-17％，实施例3的混合材料的透光率范围在2.5-17％，其斜率几乎都不变，透光率范围窄且变化小，因此可知该基材所得显示屏发出的光线对比度均匀，可显著增强显示屏的视觉效果。

图17是对比例制备的混合材料在400～700nm可见光波长范围内的透光率曲线，对比例的混合材料的透光率范围在2-20％，其透光性能相对变差。

2、拉伸试验

图18-20是实施例1-3制备的混合材料的拉伸试验，每张图中的3条线为3个平行样的伸长量～拉伸力曲线，从图中可以知道材料被拉断时所承受的最大力和拉断时发生的位移，通过计算可知，实施例1材料的拉伸强度平均19.35mpa，拉伸形变535.4％，实施例2材料的拉伸强度平均17.04pa，拉伸形变514.5％，实施例3材料的拉伸强度平均17.95mpa，拉伸形变533.0％，从数据看出，该混合材料在具有较大拉伸强度的前提下，均具有5倍以上的形变量，满足了柔性显示屏需要有更高韧性的要求。

图21是对比例的混合材料的拉伸试验，其拉伸强度平均19.31pa，拉伸形变537.3％，因此缺少的步骤不会影响材料本身的力学性能。

3、粘度测试

图22-24是实施例1-3制备的混合材料的在恒温变剪切速率时的剪切速率-粘度曲线，可观察材料在不同剪切速率下粘度的变化规律，对于牛顿流体，在一定范围内，粘度和延展性成正比，如图所示，在熔融状态下，随着剪切速率的增加，在100～10001/s范围内，实施例所得材料的粘度皆保持稳定缓慢降低，其中，在原始检测数据中可以读出，实施例1剪切速率125/s时样品粘度为285pa.s，实施例2剪切速率125/s时样品粘度为282pa.s，实施例3剪切速率125/s时样品粘度为284pa.s，因此可以知道，随着剪切该混合材料仍具有较高且稳定的延展性，方便在生产和下游的应用过程中加工处理。

图25是对比例制备的混合材料的在恒温变剪切速率时的剪切速率-粘度曲线，如图所示，熔融状态下随着剪切速率的增加，在100～10001/s剪切速率范围内，粘度保持稳定缓慢降低，其中在原始检测数据中可以读出剪切速率125/s时样品粘度为310pa.s，因此对比例所用方法不会影响该材料的延展性。

与现有的技术中基材的透光率一般在2-70％的范围相比，本实施例1-3的基材的透光率保持在2-17％之间，范围窄且变化小，使得电子产品屏幕发出的光线对比度均匀，不容易伤害眼睛，且显著增强了显示屏的视觉效果；与现有显示屏基材最高只有3.5倍左右的形变量相比，本实施例1-3的基材在具有较大拉伸强度的前提下，具有5倍以上的形变量，满足了柔性显示屏需要有更高韧性的要求；与对比例相比，通过本发明提出的制备工艺制备出的基材光学性能更好。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。