CN107083052B - 用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法 - Google Patents

用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将PA、PC加入混合搅拌机中混合均匀，得到混合料；(2)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，熔融挤出，热切呈颗粒状，通过风筒风送入料仓。本发明用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法，对激光透射焊接工艺过程、原料的性质及聚酰胺材料性能作深入的研究，分析激光透射焊接过程中激光束与塑料的相互作用，包括塑料对激光的透射和吸收作用、塑料受热熔化和冷却凝固特点等，在理论研究的基础上，通过优选原料，尽可能地提高塑料焊接的强度，最终获得高强度高质量、且成型美观的用于焊接部件的聚酰胺材料。

Description

用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料加工技术领域，尤其涉及一种用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法。
背景技术
在塑料制品工业中，由于注塑、挤出加工工艺等方面的原因，相当一部分形状和结构复杂的塑料产品不能一次加工成型，这就需要一种工艺把多个零部件无缝连接到一起。通常塑料及其复合材料的连接方法有三种：机械连接、黏合剂黏结和焊接。
机械紧固是通过使用螺钉、卡环等紧固工具，对塑料件进行铆合或压合连接。其方法简单，但接头密封性差，强度低。粘接是借助胶粘剂在塑料件表面上所产生的粘合力，将材料牢固地连接在一起。
粘接具有可连接异种材料、避免应力集中、不引起变形、过程简单、价格低廉等优点，但由于是采用手工操作因而生产效率低下，而且粘接剂还具有一定的毒性，引起环境污染和劳动保护等问题。因此上述两种连接工艺已经不能满足现代塑料工业的发展需要。
焊接方法又根据所采用的加热方式分为两大类：外加热和内加热。外加热法通过对流或传导来加热焊接表面，包括热工具焊、热气焊、挤出焊、内植感应焊和内植阻抗焊。内加热法是通过技术直接在材料内部产生热源，从而取代外部加热。它分为两类：机械加热和电磁加热。机械内加热法是通过表面摩擦或分子间摩擦将机械能转化为热，包括超声波，振动和旋转焊接。电磁内加热法依赖于吸收电磁辐射从而转化为热，包括红外线，激光，射频和微波焊接。
激光透射焊接能生成精密、牢固和密封的焊缝。由于激光的非接触特性，塑料制品不会发生污染，并极大地减小了焊接过程中产生的振动应力和热应力，增强了制品的抗老化能力。
塑料激光焊接作为一种新兴的焊接技术，以其独特的技术优势和特点弥补了常规塑料连接手段的不足，从而使这项高新技术在塑料材料高品质、高附加值加工领域获得了一席之地。伴随着激光加工设备的不断发展以及配套塑料材料供应渠道的建立和完善，激光塑料焊接技术必然会获得越来越大的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PA、PC加入混合搅拌机中混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，熔融挤出，热切呈颗粒状，通过风筒风送入料仓。
一种用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将75-85重量份PA、15-25重量份PC、5-15重量份抗冲改性剂、0.5-1.5重量份六硼化镧、0.2-0.6重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.1-0.5重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.3-0.9重量份紫外吸收剂加入混合搅拌机中混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，熔融挤出，热切呈颗粒状，通过风筒风送入料仓。
一种用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：(0.1-0.5)在高速混匀机中75-85℃温度下300-900转/分搅拌15-25min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将75-85重量份PA、15-25重量份PC、5-15重量份抗冲改性剂、0.5-1.5重量份改性六硼化镧、0.2-0.6重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.1-0.5重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.3-0.9重量份紫外吸收剂加入混合搅拌机中混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，熔融挤出，热切呈颗粒状，通过风筒风送入料仓。
优选地，挤出时加热温度为200-280℃，机头温度为220-240℃，螺杆转速为250-350转/分。
优选地，所述紫外吸收剂为2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐、2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-辛氧基酚、2-(2'-羟基-4'-苯甲酰氧苯基)-5-氯苯并三氮唑、[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮中的一种或多种的混合物。
更优选地，所述紫外吸收剂为2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐。
优选地，所述抗冲改性剂为MBS接枝共聚物、丙烯酸酯接枝共聚物中的一种或其混合物。
本发明还提供了一种用于焊接部件的聚酰胺材料，采用上述方法制备而成。
本发明用于焊接部件的聚酰胺材料及其制备方法，对激光透射焊接工艺过程、原料的性质及聚酰胺材料性能作深入的研究，分析激光透射焊接过程中激光束与塑料的相互作用，包括塑料对激光的透射和吸收作用、塑料受热熔化和冷却凝固特点等，在理论研究的基础上，通过优选原料，尽可能地提高塑料焊接的强度，最终获得高强度高质量、且成型美观的用于焊接部件的聚酰胺材料。
具体实施方式
用于焊接部件的聚酰胺材料性能测试：将聚酰胺材料注塑成100mm×100mm×1.5mm的高光板，近红外的投射与反射数据在分光光度计808nm进行采集。吸收率＝100％-透射率-吸收率。
将注塑的高光板与透明的PMMA板(100mm×100mm×2.5mm)交错放置在一起进行激光焊接，实验用激光器是LIMOHLU110F400-808型半导体激光器，该激光器的波长是808nm，根据透光率实验，可以轻松穿透透明的PMMA，被下层的高光板吸收，采用顺序型周线焊接的方法，焊缝宽为5mm，焊接速度为5mm/s，焊接功率为9.1W，即ED＝0.364J/mm2。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，一端夹住高光板，通过测定拉伸强度来计算焊接的强度，焊接强度＝拉伸强度/(焊缝的宽度*焊缝的长度)。
实施例中原料介绍：
丙烯酸酯接枝共聚物，采用日本钟渊牌号为KaneFM-40的丙烯酸酯接枝共聚物(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)，是一种全丙烯酸酯类核壳型抗冲击改性剂。
MBS接枝共聚物，采用日本钟渊牌号为KaneM711的MBS接枝共聚物，是一种共聚的甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯(MBS)核-壳型抗冲击改性剂。
PA，采用德国巴斯夫牌号为B3S的PA6。
PC，采用德国拜耳牌号为2856的PC。
六硼化镧，采用清河县鑫宝合金材料有限公司提供的雾化法制备的20nm六硼化镧。
2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑，CAS号：3846-71-7。
2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐，CAS号：14516-71-3。
2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-辛氧基酚，CAS号：2725-22-6。
2-(2'-羟基-4'-苯甲酰氧苯基)-5-氯苯并三氮唑，CAS号：169198-72-5。
[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮，CAS号：1843-05-6。
实施例1
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份MBS接枝共聚物、1重量份六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例2
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份MBS接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例3
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份MBS接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例4
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份MBS接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-辛氧基酚加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例5
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份MBS接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2-(2'-羟基-4'-苯甲酰氧苯基)-5-氯苯并三氮唑加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例6
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份MBS接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例7
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、10.8重量份丙烯酸酯接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。
实施例8
用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：0.2在高速混匀机中82℃温度下以转速为500转/分搅拌20min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将80重量份PA、20重量份PC、8.1重量份MBS接枝共聚物、2.7重量份丙烯酸酯接枝共聚物、1重量份改性六硼化镧、0.45重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.2重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.6重量份2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐加入混合搅拌机中在80℃下以转速为300转/分搅拌10分钟混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，挤出机内分为九个温度区，一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为250℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为235℃，七区温度为240℃，八区温度为240℃，九区温度为230℃，机头温度为240℃，螺杆转速为300转/分钟，混合料受热熔化，在塑料双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，经切料机热切成形状为3×4mm的圆饼，得到用于焊接部件的聚酰胺材料。性能测试结果：透射率为4％，反射率为8％，吸收率为88％，焊接强度为35.7N/mm2。
测试例1
对实施例1-7制备得到的用于焊接部件的聚酰胺材料性能进行测试，具体测试结果见表1。
表1：用于焊接部件的聚酰胺材料性能测试数据表
实施例1-7证明了本发明的组合物的有益效果，当实施例2采用硬脂酸改性六硼化镧后相对于实施例1吸收率和焊接强度得到大幅提高，其原因可能是PC稳定性差，硬脂酸对六硼化镧改性后减少了六硼化镧对PC的分解；紫外吸收剂为2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐时吸收率、焊接强度最理想，其原因可能是2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐远红外光具有吸收作用。

Claims (6)

1.一种用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将六硼化镧与硬脂酸按质量比为1：(0.1-0.5)在高速混匀机中75-85℃温度下300-900转/分搅拌15-25min混合均匀，得到改性六硼化镧；
(2)将75-85重量份PA、15-25重量份PC、5-15重量份抗冲改性剂、0.5-1.5重量份改性六硼化镧、0.2-0.6重量份双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、0.1-0.5重量份硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、0.3-0.9重量份紫外吸收剂加入混合搅拌机中混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料从双螺杆挤出机投料口加入，熔融挤出，热切呈颗粒状，通过风筒风送入料仓。
2.如权利要求1所述的用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：挤出时加热温度为200-280℃，机头温度为220-240℃，螺杆转速为250-350转/分。
3.如权利要求1所述的用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：所述紫外吸收剂为2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐、2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-辛氧基酚、2-(2'-羟基-4'-苯甲酰氧苯基)-5-氯苯并三氮唑、[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求3所述的用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：所述紫外吸收剂为2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐。
5.如权利要求1或2所述的用于焊接部件的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：所述抗冲改性剂为MBS接枝共聚物、丙烯酸酯接枝共聚物中的一种或其混合物。
6.一种用于焊接部件的聚酰胺材料，采用权利要求1-5中任一项所述方法制备而成。
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