CN106751409B - 一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法 - Google Patents

一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法，所述的聚碳酸酯合金通过以下步骤制成：(a)按重量份数称取聚碳酸酯20～50份，ABS 50～80份，焊接增强添加剂0.1～0.5，抗氧剂0.1～1份，相容剂0.3～0.6份，混合；(b)将步骤(a)所得混合物送入双螺杆挤出机，熔融，挤出，造粒，即得聚碳酸酯合金。与现有技术相比，本发明具有焊接强度高，焊接无碎屑，适用于较为宽泛的超声波焊接条件及异种材料件超声焊接等优点。

Description

一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料加工领域，尤其是涉及一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法。
背景技术
超声波焊接是通过材料传递超声波能量，进行震动发热，达到焊点的熔点，施加一定的压力后，焊条表面通过分子间的缠结而融合。目前，超声波焊接不需焊剂，方便快捷，用时短的优点，使它广泛应用于塑料薄膜封装，车尾灯焊接，大型制件的连接等方面。
超声波焊接是一种便捷的焊接方式，现阶段广泛的应用在汽车尾灯连接上。汽车尾灯需要将PMMA的透明大灯与PC合金壳体连接。PMMA和PC合金超声波焊接时容易出现相容性差，焊接强度低，焊缝密封性不良和焊接条件苛刻等问题，进而影响车灯焊接制品的应用。
中国专利201610292596.6公开了一种高超声波焊接强度的PC/ABS合金材料，由30-65重量份的聚碳酸酯、15-40重量份的苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、10-20重量份的苯乙烯-丙烯腈共聚物、3-5重量份的高胶粉、1-5重量份的相容剂和0.5-1重量份的加工助剂组成。
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高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，包括以下重量份数的原料组分：聚碳酸酯20～50份，ABS 50～80份，焊接增强添加剂0.1～0.5，抗氧剂0.1～1份，相容剂0.3～0.6份。
优选的，所述的聚碳酸酯为脂肪族PC，分子量在8100～70000，玻璃化转变温度为15～115℃。脂肪族聚碳酸酯树脂是线性分子结构，与双酚A类普通聚碳酸酯相比，具有柔性结构，玻璃化转变温度要低，与PMMA的玻璃化转变温度相近，这样的聚碳酸酯合金与PMMA相容性可以提高。
优选的，所述的PC选自PTMC、PDTC或PCHC中的一种或多种；
所述的ABS为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物，重均分子量为100000～140000。
优选的，所述的抗氧剂为酚类或亚磷酸酯中一种或两种。
更优选的，所述的抗氧剂为市售抗氧剂245、抗氧剂1010或抗氧剂330中的一种或几种。
优选的，所述的相容剂为反应型高分子增溶剂，包括环状酸酐、羧酸型、环氧型或酰亚胺中的一种或两种。
更优选的，所述的相容剂为50～110μm的马来酸酐接枝型相容剂。
优选的，所述的焊接增强添加剂选自碳酸钙、高岭土、滑石、氢氧化铝、硅石、玻璃球或云母中的一种或几种。
更优选的，所述的焊接增强添加剂为3～10μm的活性包覆型碳酸钙或超细滑石粉一种或两种。
一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(a)按重量份数称取聚碳酸酯20～50份，ABS 50～80份，焊接增强添加剂0.1～0.5，抗氧剂0.1～1份，相容剂0.3～0.6份，混合；
(b)将步骤(a)所得混合物送入双螺杆挤出机，熔融，挤出，造粒，即得聚碳酸酯合金。
本发明的作用机理为：
降低聚碳酸酯合金的玻璃化转变温度，通过添加焊接增强添加剂提高熔体强度，不添加内润滑剂来保证熔体强度，防止润滑剂降低超声波在基体材料中的传播效率。同时，增加反应型相容剂，以化学键结合形式，既改善特殊的焊接增强添加剂与基体相容性，也改善焊接过程聚碳酸酯合金与PMMA的分子层面相容性。
添加焊接增强剂3～10μm的活性包覆型碳酸钙和超细滑石粉，增加了合金中的刚性成分，有效提高材料的熔体强度，有助于焊接过程中超声波能量的传递。包覆型小粒径焊接增强剂使得无机添加剂不会析出，影响焊接表面形貌。采用脂肪族聚碳酸酯树脂是线性分子结构，使之Tg与PMMA相近，焊接达到熔点后，由于异种材料的玻璃化转变温度相近，更好的相容性带来更强的焊接强度。
与现有技术相比，本发明所提供的该种聚碳酸酯合金，利用低玻璃化转变温度的聚碳酸酯，改善合金整体与PMMA的相容性；并且，添加适量的包覆型、小粒径的焊接增强添加剂，提高了熔体强度，同时通过增加反应型相容剂，使聚碳酸酯合金的熔点与PMMA相近，熔体强度提高，具有高超声波焊接强度的性能。并且可以适用于较为宽泛的超声波焊接条件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例及对比例中选用的聚碳酸酯为聚碳酸环己撑酯(PCHC)，ABS用高桥石化的ABS3513；；PC用的是帝人公司的L1225L；抗氧剂为Ciba公司的Irganox 1076和Irganox168，其重量比为1：1；焊接增强添加剂用江西奥特精细型碳酸钙和超细滑石；相容剂用Diakon ST-6；润滑剂用市售的季戊四醇硬脂酸。
实施例1
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 50份，ABS 50份，滑石份0.5份，抗氧剂1份，ST-60.6份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例2
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 35份，ABS 65份，滑石粉0.3份，抗氧剂0.5份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例3
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 20份，ABS 80份，滑石粉0.1份，抗氧剂0.1份，ST-60.3份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例4
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 70份，碳酸钙0.2份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
对比例1
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PC 40份，ABS 60份，润滑剂0.5份，抗氧剂0.1份；
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
对比例2
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 40份，ABS 60份，滑石粉0.5份，抗氧剂0.1；
(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490rpm，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45mm，长径比为44。
将上述各对比例及实施例注塑成100mm*50mm*4mm的样条，以聚碳酸酯合金为焊点，与透明的PMMA板焊接口放置在一起，用超声波仪器焊接。振
幅是25KHZ，焊接时间0.3s，保压时间0.5s。用拉力试验机的夹具一端夹住
PMMA样条，一端夹住聚碳酸酯合金，通过测定焊缝断裂时的拉伸强度来评价焊接的强度，焊接拉拔力为拉断焊接样条时的最大力。
表1
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
焊缝外观 碎屑 严重碎屑 轻微碎屑 无碎屑 无碎屑 无碎屑
焊接拉拔力(N) 155 187 341 387 420 405
焊接条件 范围窄 范围极窄 范围广 范围广 范围很广 范围很广
实施例5
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 70份，高岭土0.3份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例6
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 70份，氢氧化铝0.3份，抗氧剂0.3份，ST-6 0.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例7
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 70份，硅石0.3份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例8
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 70份，玻璃球0.3份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
实施例9
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 70份，云母0.3份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
对比例3
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PC 30份，ABS 70份，碳酸钙0.2份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
对比例4
一种高超声波焊接强度超声波焊接的聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：PCHC 30份，ABS 40份，碳酸钙0.2份，抗氧剂0.3份，ST-60.5份。
(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490rpm，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45mm，长径比为32。
对上述实施例5-9和对比例3-4所得产品注塑成100mm*50mm*4mm的样条，以聚碳酸酯合金为焊点，与透明的PMMA板焊接口放置在一起，用超声波仪器焊接。振幅是25KHZ，焊接时间0.3s，保压时间0.5s。用拉力试验机的夹具一端夹住PMMA样条，一端夹住聚碳酸酯合金，通过测定焊缝断裂时的拉伸强度来评价焊接的强度，焊接拉拔力为拉断焊接样条时的最大力。
表2
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：聚碳酸酯20～50份，ABS 50～80份，焊接增强添加剂0.1～0.5份，抗氧剂0.1～1份，相容剂0.3～0.6份；
所述的聚碳酸酯为脂肪族PC，分子量在8100～70000，玻璃化转变温度为15～115℃；
所述的PC为PCHC；
所述的ABS为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物，重均分子量为100000～140000；
所述的焊接增强添加剂为3～10μm的活性包覆型碳酸钙或超细滑石粉一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的抗氧剂为酚类或亚磷酸酯中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的抗氧剂为市售抗氧剂245、抗氧剂1010或抗氧剂330中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的相容剂为反应型高分子增容剂，包括羧酸型、环氧型中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的相容剂为粒径50～110μm的马来酸酐接枝型相容剂。
6.如权利要求1～5任一所述的高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)按重量份数称取聚碳酸酯20～50份，ABS 50～80份，焊接增强添加剂0.1～0.5份，抗氧剂0.1～1份，相容剂0.3～0.6份，混合；
(b)将步骤(a)所得混合物送入双螺杆挤出机，熔融，挤出，造粒，即得聚碳酸酯合金。
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