CN105440639A - 一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物及其制备方法，该组合物包括以下组分和重量份：聚碳酸酯树脂PC：50～80，ABS树脂：15～40，熔体增强剂：5～10，近红外激光吸收剂：0.1～1，抗氧剂：0.1～1，润滑剂：0.1～1；所述合金的制备方法包括如下步骤：(a)将PC树脂、ABS树脂、熔体增强剂、近红外激光吸收剂、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行混合；(b)将步骤a所得混合物通过双螺杆挤出机共混造粒，即得产品。与现有技术相比，本发明所提供的该种聚碳酸酯组合物，加入熔体增强剂后熔体强度更高，不仅焊接后制件表面无凸起及击穿现象，并且可以在更高激光强度下进行焊接，同时所得制件焊接强度更高，拓宽了聚碳酸酯组合物激光焊接工艺的加工窗口，获得了一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物。

Description

一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物及其制备方法。
背景技术
激光焊接采用高能束的激光作为热源，与传统焊接方法相比具有速度快、组织细腻、热影响区小、成型好等特点。激光焊接技术已经成为未来焊接的趋势。通常，使用激光焊接进行接合的聚合物中一种聚合物制品对于近红外激光是透射的，另一种聚合物制品吸收激光而发热，使得聚合物熔融，产生界面的焊接。
利用激光焊接工艺焊接聚合物时，通常调节激光强度以及焊接速度来控制焊接制件的外观以及焊缝强度，对于普通聚碳酸酯组合物，其适用的激光强度及焊接速度范围较窄，不仅生产周期较长，生产效率较低，同时容易焊接不良。焊接过度时制件表面凸起甚至严重时击穿制件影响外观，而焊接不足时焊缝强度较低，制件容易开裂，。因此，存在对于一种具有更宽加工窗口、制件表面外观良好同时焊接强度高的聚碳酸酯材料的需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种外观良好，表面无凸起、击穿现象，且可以在高激光强度下获得更高焊接强度的激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚碳酸酯树脂PC：50～80；
ABS树脂：15～40；
熔体增强剂：5～10；
近红外激光吸收剂：0.1～1；
抗氧剂0.1～1；
润滑剂0.1～1。
所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯。
所述的芳香族聚碳酸酯为挤出级PC，重均分子量为25000～40000，熔指为3-6g/min。
所述的ABS树脂的重均分子量为120000～150000。
所述的熔体增强剂为以下组合中的一种或两种的混合物：超高分子量SAN聚合物、高分子量聚四氟乙烯PTFE。
所述的超高分子量SAN聚合物的重均分子量为1500000～5000000，超高分子量SAN聚合物中丙烯腈的重量含量为18～35％；所述的高分子量聚四氟乙烯PTFE为表面包覆SAN共聚物的PTFE，其重均分子量为3000000～5000000。
所述的近红外激光吸收剂对900-1100nm的近红外区有较强吸收。
所述的近红外激光吸收剂为以下组合中的一种或几种的混合物：炭黑、苯胺黑、苝类化合物、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、氧化锡锑、氧化铟锡以及六硼化镧。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯类或受阻酚类抗氧剂，包括市售抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。
所述的润滑剂为以下组合中一种或几种的混合：季戊四醇硬脂酸、聚乙烯蜡、硅酮粉、乙撑双硬酯酰胺和硬脂酸盐。
一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将聚碳酸酯树脂PC、ABS树脂、熔体增强剂、近红外激光吸收剂、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行混合；
(b)将步骤a所得混合物通过双螺杆挤出机共混造粒，控制基础温度为250～300℃，挤出机螺杆转速为200～600rpm，经过熔融挤出，造粒即得到具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：选用挤出级PC，比通用级PC具有更高的熔体强度。本发明采用的超高分子量SAN具有网状交联结构，熔融挤出后分散在基体塑料中可以提高其熔体强度；本发明采用的高分子量PTFE，表面包覆SAN，不仅可以很好地分散在基体塑料中，同时在挤出过程中受到剪切发生纤维化，形成网络结构将熔体包裹，从而能进一步提高聚合物的熔体强度，保证熔融过程中熔体强度高，避免在焊接过程中熔池塌陷，制件表面凸起甚至击穿制件。本发明采用的近红外激光吸收剂对900-1100nm的近红外光区有较强吸收，保证基体材料可以高效率地吸收激光进行焊接。在此基础上，所获得的激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物不仅焊接后制件外观良好，表面无凸起、击穿现象，且可以在高激光强度下获得更高焊接强度的制品，拓宽了聚碳酸酯组合物激光焊接工艺的加工窗口。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例1-3及对比例1中，PC1用Sabic的通用级PC：PC1500，熔融指数为13g/min(按照ASTMD1238标准测定)；PC2用拜耳的挤出级PC：MakrolonET3227，熔融指数为3g/min(按照ISO1133标准测定)；ABS的重均分子量为130000；超高分子量SAN树脂的重均分子量为1250000；高分子量聚四氟乙烯PTFE的重均分子量为4500000；近红外激光吸收剂选择炭黑；抗氧剂为Ciba公司的Irganox245和Irganox168，其重量比为1：1；润滑剂为市售的季戊四醇硬脂酸PETS；。
对比例1
一种具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PC1：50，ABS：50，炭黑：0.1，抗氧剂245：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.3。
(2)将原材料从喂料口喂入，在200～280℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)挤出机螺杆直径为35mm，长径比为32。
对比例2
一种具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PC2：70，ABS：30，炭黑：0.1，抗氧剂245：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.3。
(2)将原材料从喂料口喂入，在200～280℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)挤出机螺杆直径为35mm，长径比为32。
实施例1
一种具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PC2：50，ABS：40，SAN：10，炭黑：0.1，抗氧剂245：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.3。
(2)将原材料从喂料口喂入，在200～280℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)挤出机螺杆直径为35mm，长径比为32。
实施例2
(1)按重量份称取各组分：PC2：70，ABS：25，SAN：5，炭黑：0.1，抗氧剂245：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.3。
2)将原材料从喂料口喂入，在200～280℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)挤出机螺杆直径为35mm，长径比为32。
实施例3
(1)按重量份称取各组分：PC2：75，ABS：15，SAN：10，PTFE：0.5，炭黑：0.1，抗氧剂245：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.3。
2)将原材料从喂料口喂入，在200～280℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)挤出机螺杆直径为35mm，长径比为32。
各对比例及实施例注塑成150mm*100mm*2mm的高光板，将注塑的高光板与透明的PMMA板交错放置在一起，用光束直径为2mm的半导体激光器(960nm)进行照射。通过控制激光强度与焊接速度，对比焊接后的样板表面状态。将激光焊接的试样锯成10mm宽度的条，用拉力试验机的夹具一端夹住PMMA样，一端夹住PC/ABS，通过测定拉伸剪切强度来计算焊接的强度，焊接强度是拉伸强度/(焊缝的宽度*焊缝的长度)。
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3
激光强度(W) 30 30 35 35 35
焊接速度(mm/s) 30 30 30 30 30
表面状态 明显凸起 轻微凸起 无凸起 无凸起 无凸起
焊接强度(N/mm2) 20.4 22.3 22.6 23.1 23.6
激光强度(W) 60 60 60 75 75
焊接速度(mm/s) 40 40 40 40 40
表面状态 击穿 击穿 轻微凸起 明显凸起 无凸起
焊接强度(N/mm2) 11.2 13.5 24.8 24.0 26.4
由上表可知，添加熔体增强剂后熔体强度明显提高，避免在高激光强度下焊接时制件表面凸起以及击穿现象，拓宽了聚碳酸酯组合物激光焊接工艺的加工窗口。同时，高激光强度与高焊接速度下不仅焊接强度提高，同时提高了生产效率。证明这是制备具有更宽加工窗口、制件表面外观良好同时焊接强度高的聚碳酸酯材料的有效方法。
实施例4
一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(a)按重量份称取：芳香族聚碳酸酯PC80(重均分子量为25000，熔指为3g/min)、ABS树脂15(重均分子量为120000)、超高分子量SAN聚合物5(重均分子量为1500000，其中丙烯腈的重量含量为18％)、近红外激光吸收剂ZnO0.1、抗氧剂2450.1和季戊四醇硬脂酸0.1加入混合搅拌机中进行混合；
(b)将步骤a所得混合物通过双螺杆挤出机共混造粒，控制基础温度为250～300℃，挤出机螺杆转速为200～600rpm，经过熔融挤出，造粒即得到具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物。
实施例5
一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(a)按重量份称取：芳香族聚碳酸酯PC50(重均分子量为40000，熔指为6g/min)、ABS树脂40(重均分子量为150000)、超高分子量SAN聚合物10(重均分子量为5000000，其中丙烯腈的重量含量为35％)、近红外激光吸收剂ZnO1、抗氧剂2451和季戊四醇硬脂酸1加入混合搅拌机中进行混合；
(b)将步骤a所得混合物通过双螺杆挤出机共混造粒，控制基础温度为250～300℃，挤出机螺杆转速为200～600rpm，经过熔融挤出，造粒即得到具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物。

Claims (11)

1.一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚碳酸酯树脂PC：50～80；
ABS树脂：15～40；
熔体增强剂：5～10；
近红外激光吸收剂：0.1～1；
抗氧剂0.1～1；
润滑剂0.1～1。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯。
3.根据权利要求2所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的芳香族聚碳酸酯为挤出级PC，重均分子量为25000～40000，熔指为3-6g/min。
4.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的ABS树脂的重均分子量为120000～150000。
5.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的熔体增强剂为以下组合中的一种或两种的混合物：超高分子量SAN聚合物、高分子量聚四氟乙烯PTFE。
6.根据权利要求5所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的超高分子量SAN聚合物的重均分子量为1500000～5000000，超高分子量SAN聚合物中丙烯腈的重量含量为18～35％；所述的高分子量聚四氟乙烯PTFE为表面包覆SAN共聚物的PTFE，其重均分子量为3000000～5000000。
7.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的近红外激光吸收剂吸收900-1100nm的近红外线。
8.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的近红外激光吸收剂为以下组合中的一种或几种的混合物：炭黑、苯胺黑、苝类化合物、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、氧化锡锑、氧化铟锡以及六硼化镧。
9.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类或受阻酚类抗氧剂，包括市售抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的润滑剂为以下组合中一种或几种的混合：季戊四醇硬脂酸、聚乙烯蜡、硅酮粉、乙撑双硬酯酰胺和硬脂酸盐。
11.一种如权利要求1所述的激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将聚碳酸酯树脂PC、ABS树脂、熔体增强剂、近红外激光吸收剂、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行混合；
(b)将步骤a所得混合物通过双螺杆挤出机共混造粒，控制基础温度为250～300℃，挤出机螺杆转速为200～600rpm，经过熔融挤出，造粒即得到具有良好激光焊接性能的聚碳酸酯组合物。
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