CN109401219A - 一种用于激光焊接的聚酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于激光焊接的聚酯复合材料，由以下重量百分比组分组成：35％‑86％的聚酯树脂，2％‑30％的聚烯烃，0.05％‑0.5％的抗氧剂，0.1％‑2％的脱模剂，以及1％‑60％的玻璃纤维；本发明还提供这种用于激光焊接的聚酯复合材料的制备方法。本发明提供的聚酯复合材料可以得到较高的激光透过率，并且激光透过受注塑加工条件的影响较小，激光焊接强度有大幅度提升。本发明简单易行，适合大规模生产应用。

Description

一种用于激光焊接的聚酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物复合材料，尤其涉及一种用于激光焊接的聚酯复合材料及其制备方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。随着激光器的研发不断深入，激光器所对应的工艺应用也在越来越多的材料上成为可能。自上世纪九十年代以来，塑料激光焊接技术得到了长足发展。目前的塑料激光焊接技术已经广泛应用在了汽车零部件、医疗器械、消费电子、新能源电池等各个领域。

塑料激光焊接主要以激光穿透焊接为主，基本原理是：上下两个塑料工件放置于夹具中并施加足够的压力，激光束穿透上层塑料后，下层塑料表面吸收激光能量升温熔融塑料，熔融的塑料在焊接压力的作用下融合，冷却后形成牢固的焊缝。

激光焊接应用于塑料部件熔接的优点包括：焊接精密，牢固，不透气，不漏水，焊接过程中产生的碎屑少，制品的表面能够在焊缝周围严密地连接在一起，焊接易于控制，可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件，如医药制品、电子传感器等。

塑料激光焊接的几个主要的参数为：激光能量、焊接速度、焊接压力、工件透光吸光效果等。

大部分热塑性塑料和热塑性弹性体都可以使用激光焊接技术进行焊接。常用的焊接材料有PP、PS、PC、ABS、PMMA、POM、PA等。而其它的一些工程塑料，如聚酯、聚芳醚、 LCP等，由于树脂本身具有较低的激光透过率，经过常见的改性技术如玻纤增强等，会进一步降低激光透过率，使得这些材料在使用激光焊接技术时需要比较苛刻的注塑和焊接条件。

随着众多工业领域特别是汽车行业向电气化和智能化发展趋势明显，一些精密电子元器件如传感器、摄像头、智能锁具、开关等，需要使用到聚酯复合材料作为焊接密封保护壳体，常用的是PBT复合材料。然而，目前市场上的PBT复合材料，有明显的缺陷，加工困难，特别是在较高的模温和速率等条件下注塑时，因为树脂结晶的变化，玻纤的分布等原因导致激光焊接透光工件的激光透过率急剧下降，激光焊接工艺窗口变窄，焊接强度变低，甚至无法有效焊接。

发明内容

本发明目的是针对以上现有技术的不足，提供一种用于激光焊接的聚酯复合材料，解决了现有技术中激光透过和焊接强度不足的缺陷。

本发明的另一目的是提供一种用于激光焊接的聚酯复合材料的制备方法，解决了现有技术中制备方法复杂，不易控制的缺陷。

本发明的技术方案为：一种用于激光焊接的聚酯复合材料，包括以下重量百分比的各组分：

聚酯树脂	35％-86％
		聚烯烃	2％-30％
抗氧剂	0.05％-0.5％
		脱模剂	0.1％-2％
玻璃纤维	1％-60％

所述聚酯树脂包含PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂，所述PBT树脂占所述激光焊接聚酯复合物的重量百分比为30％-75％。

优选的，所述聚酯树脂还包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，据对苯二甲酸丙二醇酯 (PTT)，聚对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯(PCT)，聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯(PETG)，对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯共聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)，对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二醇酯(PETA)，对苯二甲酸-间苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯(PCTA)中的一种或多种。

优选的，所述聚烯烃包括聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚丁烯，乙烯-辛烯共聚物(POE)，聚烯烃-缩水甘油酯共聚物，聚烯烃-丙烯酸酯共聚物，聚烯烃-醋酸酯共聚物中的一种或多种。

优选的，所述玻璃纤维包括圆柱形玻璃纤维，扁平玻璃纤维，异形玻璃纤维中的一种或多种。

优选的，所述用于激光焊接的聚酯复合材料还包括金属盐类化合物，按重量百分比计算，所述金属盐类化合物占所述聚酯复合材料的百分比为0.1％-5％。

优选的，所述金属盐类化合物包括硬脂酸钠，硬脂酸钙，硬脂酸镁，硬脂酸铝，磺酸钠，磺酸钾，磺酸钙，磺酸镁，磺酸铝中的一种或多种。

一种用于激光焊接聚酯复合材料的制备方法，将上述各组分混合后经熔融共混后造粒，其中熔融共混温度为210-270℃。

优选的，所述的用于激光焊接聚酯复合材料的制备方法，将上述各组分经同向双螺杆挤出机挤出造粒，其中造粒温度为210-270℃。

本发明的有益技术效果：本发明用于激光焊接的聚酯复合材料，能够极大的提升透光工件的激光透过率，并且激光透过率受注塑加工条件，特别是模具温度的影响较小，能够极大的提升激光焊接的焊接强度。本发明简单易行，适合大规模生产应用。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所使用的附图作简单介绍，显而易见，下面所描述的附图仅为本发明的一些实施例，本发明领域技术人员对此示图结构作出的各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。

图1为本发明一种用于激光焊接聚酯复合材料及其制备方法实施例中焊接强度的测试整体件结构示意图。

图1中：1-透光样条，2-吸光样条，3-焊线。

其中1-透光样条焊接前预先做激光透过率测试。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。

本发明中使用的焊接强度测试为发明人实验室设计测试标准，具体如下：

如图1所示为激光焊接样条测试整体件，其中吸光和透光样条尺寸均为 125mm＊13mm＊1.5mm，焊接时两根样条搭接，使用夹具压紧，激光从透光样条透过到达透光/吸光样条界面处，熔融塑料，焊线宽度为2mm，每组焊接测试5根样条，焊接后常温下静置24小时，采用万能测试机进行拉伸测试得到拉脱力数据。

焊接前测试透光样条激光透过率，激光透过率采用LPK激光透过率测试仪测试，激光波长为960nm。

吸光样条均为每一实施例样品颗粒添加0.5％炭黑粉末注塑得到。

实施例1

将表1中各组分按所述重量比称量后高速混合，用同向双螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度在220℃至260℃之间。所得粒子烘干后按图1标准样条注塑加工成型并测试激光透过率和焊接强度。

注塑条件为：熔体温度250℃

测试结果如表2所示。

表1：

表2：

其中EVA为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

由表1中参比与样品对比可知，其它聚酯的加入能够有效提升以PBT为主的聚酯复合材料激光透过率和焊接强度。主要是由于其它聚酯的结晶速率均明显低于PBT的结晶速率，他们的加入能够降低体系的整体结晶速率，使得透光件的激光散射比例降低，从而提高透过率和焊接强度。

实施例2

将表3中各组分按所述重量比称量后高速混合，用同向双螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度在220℃至260℃之间。所得粒子烘干后按图1标准样条注塑加工成型并测试激光透过率和焊接强度。

注塑条件同实施例1。

表3：

其中EVA为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

由表3中样品对比可知，金属盐的加入能够有效提升聚酯复合材料激光透过率和焊接强度。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于激光焊接的聚酯复合材料，其特征在于，包括以下重量百分比的各组分：

聚酯树脂 35％-86％ 聚烯烃 2％-30％ 抗氧剂 0.05％-0.5％ 脱模剂 0.1％-2％ 玻璃纤维 1％-60％

所述聚酯树脂包含PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂，所述PBT树脂占所述激光焊接聚酯复合物的重量百分比为30％-75％。

2.根据权利要求1所述的激光焊接聚酯复合材料，其特征在于，所述聚酯树脂选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，据对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)，聚对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯(PCT)，聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯(PETG)，对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯共聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)，对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二醇酯(PETA)，对苯二甲酸-间苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯(PCTA)中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的激光焊接聚酯复合材料，其特征在于，所述聚烯烃选自聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚丁烯，乙烯-辛烯共聚物(POE)，聚烯烃-缩水甘油酯共聚物，聚烯烃-丙烯酸酯共聚物，聚烯烃-醋酸酯共聚物中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的激光焊接聚酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维选自圆柱形玻璃纤维，扁平玻璃纤维以及异形玻璃纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求1-4所述的激光焊接聚酯复合材料，其特征在于，所述用于激光焊接的聚酯复合材料还包括金属盐类化合物，按重量百分比计算，所述金属盐类化合物占所述聚酯复合材料的百分比为0.1％-5％。

6.根据权利要求5所述的激光焊接聚酯复合材料，其特征在于，所述金属盐类化合物选自硬脂酸钠，硬脂酸钙，硬脂酸镁，硬脂酸铝，磺酸钠，磺酸钾，磺酸钙，磺酸镁，磺酸铝中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的激光焊接聚酯复合材料，其特征在于：所述的激光焊接聚酯复合材料具有较高的激光透过率，注塑条件特别是模温对激光透过的影响较小，可达到较高的激光焊接强度。

8.一种如权利要求1-7所述的用于激光焊接的聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，将上述各组分混合后经熔融共混后造粒，其中熔融共混温度为210-270℃。

9.如权利要求8所述的用于激光焊接的聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，将上述各组分经同向双螺杆挤出机挤出造粒，其中造粒温度为235-265℃。