CN109486024A - 一种可透射激光的黑色聚烯烃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料及制备方法，尤其是一种可透射激光的黑色聚烯烃材料及制备方法，属于材料技术领域。本发明根据激光透射要求,添加多种适宜的改性剂，通过共混，双螺杆挤出获得可透射激光的黑色聚烯烃材料。其有益效果是：与以往激光焊接相比，可直接实现聚烯烃材料的黑色/黑色塑料材料的直接焊接，一方面实现了黑色材料之间的直接焊接，另一方面提高了黑色/黑色聚丙烯材料的焊接强度，扩大了聚烯烃材料激光焊接的应用范围；同时该黑色聚烯烃材料在长期加热和水煮时，克服了染料易迁移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及制备方法，尤其是可透射激光的黑色聚烯烃材料及制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
激光透射焊接又名近红外透射焊接，是近年发展起来的一种新型塑料焊接工艺，其原理是红外激光束通过光路系统，将激光器所产生的能量聚焦在待焊接区域熔融上下层实现粘接。与通过加压摩擦实现粘接的振动焊接相比，激光透射焊接具有焊接速度快、精度高、无污染、自由灵活等许多优点，并且它可以创造出完美的、几乎不可见的焊缝，这个焊缝的强度更高。
目前，热塑性塑料的激光透射焊接技术的应用发展相对缓慢，这主要是因为激光透射焊接的两个待焊接件必须有一个件是透明的,即激光光束可以穿透它却损失很少的能量,另外一个是不透明的,即吸收激光辐射的能量。而汽车、电子、家电等各领域使用的材料以同一颜色为主，光学特性使得材料吸光而不透光，无法实现激光透射焊接。因此，目前的应用主要集中在运用自然透明塑料与吸光性塑料或在吸光材料表面涂覆吸收剂层进行激光焊接。
黑色聚烯烃材料在汽车、电子、家电等各领域广泛应用，鉴于聚烯烃的结构特点，只有吸光的炭黑是聚烯烃理想的黑色颜料，有机染料在聚烯烃材料中会明显迁移至表面，导致严重的污染和变色，因此，开发颜色稳定的可透射激光的黑色聚烯烃材料对扩大激光焊接的应用范围具有重要的实际意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，开发出一种颜色稳定的可透射激光的黑色聚烯烃材料，从而实现黑色聚烯烃材料可靠的直接激光焊接，色牢度强，不容易析出。
本发明通过以下技术方案解决技术问题，一种可透射激光的黑色聚烯烃材料，按重量百分比由以下组分组成：
聚烯烃 93～96
尼龙粉 3～6
马来酸酐与烯烃的共聚物 0.5～1
黑色粉 0.1～0.5
抗氧剂 0.1～0.5
进一步的技术方案，所述聚烯烃材料为烯烃的均聚和共聚物的一种或几种。
进一步的技术方案，所述尼龙粉为分子主链上含有重复酰胺基团的各类尼龙树脂粉。
进一步的技术方案，所述烯烃与马来酸酐的共聚物，马来酸酐含量≧10%。
进一步的技术方案，所述黑色粉为苯胺黑染料。
进一步的技术方案，所述的抗氧剂为芳香胺抗氧剂。
本发明所述可透射激光的黑色聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：首先将尼龙粉、抗氧剂和黑色粉按所述比例称重后在高混机中充分混匀得到预混料；再将聚烯烃、马来酸酐与烯烃的共聚物和预混料从主喂料口送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒即可。
以上方法中，在180-210℃下挤出造粒，螺杆转速为400-600rpm。制备过程中优选的各段温度具体为：Ⅰ区：180℃，Ⅱ区：210℃，Ⅲ区：210℃，Ⅳ区：200℃，Ⅴ区：195℃，Ⅵ区：190℃，Ⅶ区：200℃，Ⅷ区：210℃，机头：210℃，具体区域划分如图1所示。
有益效果：本发明与现有技术相比较，具有如下效果：
本发明通过使用芳香胺抗氧剂，有效的提高了材料的长期耐热性能，通过使用尼龙粉和马来酸酐与烯烃共聚物，位于主链的马来酸酐与尼龙粉部分交联，形成网络结构穿插在聚烯烃分子链中，一方面作为聚烯烃与有机染料的复合界面相容剂，有效的解决了有机染料在聚烯烃中使用时，经长期使用、高温烘烤、水煮等恶劣环境的析出问题。另一方面，互川网络提高了材料的焊接强度，有益于零件进一步减重的轻量化要求，扩大了聚烯烃材料激光焊接的应用范围。
附图说明
图1为加工设备和工艺流程示意图
图2为未改进配方与实施例一在90℃经历22小时后的状态图。
具体实施方式
实施例一
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料，配方由以下成分按重量份组成：称取共聚聚丙烯93kg, 尼龙PA1012粉 5kg，马来酸酐与乙烯的共聚物（马来酸酐含量为10%） 1kg，黑色粉苯胺黑 0.5kg， 抗氧剂Irganox 5057 为0.5kg。
所述尼龙PA1012粉分子主链上含有重复酰胺基团。
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料制备方法，制备方法按照以下步骤进行：
（1）将尼龙粉、抗氧剂和黑色粉按所述比例称重后在高混机中充分混匀
得到预混料；（2）将聚烯烃、相容剂和预混料从主喂料口送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒。
挤出工艺为：
各段温度：Ⅰ区：180℃，Ⅱ区：210℃，Ⅲ区：210℃，Ⅳ区：200℃，Ⅴ区：195℃，Ⅵ区：190℃，Ⅶ区：200℃，Ⅷ区：210℃，机头：210℃。
螺杆转速：400rpm。
实施例二
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料，配方由以下成分按重量份组成：称取均聚聚丙烯96kg， 尼龙PA1010粉3kg，马来酸酐与乙烯的共聚物（马来酸酐含量为78%）0.5kg，黑色粉苯胺黑 0.25kg， 抗氧剂Irganox 5057 为0.25kg。
所述尼龙粉PA1010粉分子主链上含有重复酰胺基团。
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料制备方法，制备方法按照以下步骤进行：
将尼龙粉、抗氧剂和黑色粉按所述比例称重后在高混机中充分混匀得到预混料；将聚烯烃、相容剂和预混料从主喂料口送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒。
挤出工艺为：
各段温度：Ⅰ区：180℃，Ⅱ区：210℃，Ⅲ区：210℃，Ⅳ区：200℃，Ⅴ区：195℃，Ⅵ区：190℃，Ⅶ区：200℃，Ⅷ区：210℃，机头：210℃。
螺杆转速：400rpm。
实施例三
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料，配方由以下成分按重量份组成：称取均聚聚丙烯47kg，共聚聚丙烯47kg， 尼龙PA12粉4.65kg，马来酸酐与乙烯的共聚物0.75kg（马来酸酐含量为78%）,黑色粉苯胺黑0.5kg， 抗氧剂Flexamine GFA 0.1kg。
所述尼龙PA12粉分子主链上含有重复酰胺基团。
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料制备方法，制备方法按照以下步骤进行：
将尼龙粉、抗氧剂和黑色粉按所述比例称重后在高混机中充分混匀得到预混料；将聚烯烃、相容剂和预混料从主喂料口送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒。
挤出工艺为：
各段温度：Ⅰ区：180℃，Ⅱ区：210℃，Ⅲ区：210℃，Ⅳ区：200℃，Ⅴ区：195℃，Ⅵ区：190℃，Ⅶ区：200℃，Ⅷ区：210℃，机头：210℃。
螺杆转速：500rpm。
实施例四
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料，配方由以下成分按重量份组成：称取聚乙烯93.3kg， 尼龙PA6粉6kg，马来酸酐与乙烯的共聚物（马来酸酐含量为78%）0.5kg黑色粉苯胺黑0.1kg， 抗氧剂Flexamine GFA 0.1kg。
所述尼龙PA6粉分子主链上含有重复酰胺基团。
一种可透射激光的黑色聚烯烃材料制备方法，制备方法按照以下步骤进行：
将尼龙粉、抗氧剂和黑色粉按所述比例称重后在高混机中充分混匀得到预混料；将聚烯烃、相容剂和预混料从主喂料口送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒。
挤出工艺为：
各段温度：Ⅰ区：180℃，Ⅱ区：210℃，Ⅲ区：210℃，Ⅳ区：200℃，Ⅴ区：195℃，Ⅵ区：190℃，Ⅶ区：200℃，Ⅷ区：210℃，机头：210℃。
螺杆转速：600rp。
实施例1-4的相关检测数据见表1:
表一 实施例的激光透过率和色牢度
| 序号 | 未改进配方* | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 |
| 激光透过率（%） | 53% | 51% | 57% | 53% | 53% |
| ΔE(水煮2小时) | 3.8，染料明显析出 | 0.9，无析出 | 1.1，无析出 | 1.1，无析出 | 1.0，无析出 |
| ΔE(90℃，22h) | 3.1，染料明显析出 | 0.6，无析出 | 0.5，无析出 | 0.7，无析出 | 0.7，无析出 |
* 未改进配方：聚丙烯97kg，苯胺黑0.5kg， 其它2.5kg。
图2为未改进配方与实施例一在90℃经历22小时后的比较，在未改进方案中明显有染料析出，而本发明提供技术方法较现有技术相比染料不会析出，结合表1对比可知，本发明提供技术方法较现有技术相比染料不会析出，色牢度大幅提升，尤其耐高温高热，耐水煮，颜色稳定不会析出，本技术方案对扩大激光焊接的应用范围具有重要的实际意义。
Claims (10)
1.可透射激光的黑色聚烯烃材料，包括以下重量组分组成：
聚烯烃 93～96
尼龙粉 3～6
马来酸酐与烯烃的共聚物 0.5～1
黑色粉 0.1～0.5
抗氧剂 0.1～0.5。
2.根据权利要求1所述可透射激光的黑色聚烯烃材料，其特征在于：所述聚烯烃材料为烯烃的均聚和共聚物的一种或几种。
3.根据权利要求1所述可透射激光的黑色聚烯烃材料，其特征在于：所述尼龙粉为分子主链上含有重复酰胺基团的各类尼龙树脂粉。
4.根据权利要求1所述可透射激光的黑色聚烯烃材料，其特征在于：所述烯烃与马来酸酐的共聚物，马来酸酐含量≧10%。
5.根据权利要求4所述可透射激光的黑色聚烯烃材料，其特征在于：所述烯烃与马来酸酐的共聚物，马来酸酐含量为10%。
6.根据权利要求1所述可透射激光的黑色聚烯烃材料，其特征在于：所述黑色粉为苯胺黑染料。
7.根据权利要求1所述可透射激光的黑色聚烯烃材料，其特征在于：所述的抗氧剂为芳香胺抗氧剂。
8.根据权利要求1所述可透射激光的黑色聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
S1将尼龙粉、抗氧剂和黑色粉按所述比例称重后在高混机中充分混匀得到预混料；
S2将聚烯烃、马来酸酐与烯烃的共聚物和预混料从主喂料口送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒获得可透射激光的黑色聚烯烃材料。
9.根据权利要求8所述可透射激光的黑色聚烯烃材料的制备方法，其特征在于：S2步骤中，挤出造粒温度为180-210℃；螺杆转速为400-600rpm。
10.根据权利要求9所述可透射激光的黑色聚烯烃材料的制备方法，其特征在于：S2步骤中，制备过程中各段温度具体为：1区：180℃，2区：210℃，3区：210℃，4区：200℃，5区：195℃，6区：190℃，7区：200℃，8区：210℃，机头：210℃。
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