CN109762294B - 一种适合激光焊接abs组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善激光焊接性能的ABS树脂组合物及其制备方法，所述ABS树脂组合物包含以下重量份数的各组分：ABS橡胶粉30‑50份，SAN树脂30‑60份，耐热剂5‑10份，聚甲基丙烯酸甲酯3‑10份，近红外激光吸收剂1‑5份，抗氧剂0.1‑1份，润滑剂0.5‑1.5份。其制备方法包括以下步骤：将上述原材料在高速混合机内预混3‑10分钟，然后预混料经双螺杆挤出机挤出造粒即得。本发明优点在于：制备得到的改善激光焊接ABS树脂不仅可以ABS基体材料大幅度激光能量吸收能力，同时具有优异的韧性、耐热性以及高的熔体强度，该树脂组合物非常适合与PMMA激光焊接。

Description

一种适合激光焊接ABS组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料加工技术领域，具体涉及一种适合激光焊接ABS组合物及其制备方法。

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。与传统焊接相比，激光焊接具有加热范围窄，作用位置和区域精确可控，焊接速度快，对外界没有热影响、噪音和污染等优点。激光焊接技术已经成为未来焊接的新趋势。使用激光焊接的两种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能量发热，使聚合物熔融，在界面处产生焊接。

利用激光焊接工艺对聚合物进行焊接时，通过调节激光强度、焊接速度、焊接时间来控制制件外观以及焊缝强度。对于普通的ABS组合物，由于其吸收激光能力较差，需要较高的激光强度与较长的焊接时间。不仅生产周期长，生产效率低，同时容易造成焊接不良。能量过高时造成材料烧焦，能量不足时焊接强度低。因此，对于一种适合激光焊接，具有更高的材料加工窗口的ABS材料的存在需求。

因此，发明设计适合激光焊接ABS组合物具有重要的科学意义和商业价值。

公开号为CN 105440639 B的发明专利中公开了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。该专利提供的聚碳酸酯组合物，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，但该组合物的熔融温度高，不利于该组合物与PMMA焊接以及推广使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适合激光焊接ABS组合物及其制备方法。

本发明通过引入特定的耐热剂，改善了ABS的耐热，并显著提高材料的熔体强度，有利于改善ABS材料的焊接稳定性；当前，PMMA因其具有极好的透明性和着色效果常常用在汽车的外饰件上，而本发明的组合物易与PMMA的相互作用强，所需的激光强度低，有利于批量化生产，提高了生产效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种适合激光焊接ABS树脂组合物，所述ABS树脂组合物包含以下重量份的各组分：

优选地，所述ABS橡胶粉的重均相对分子质量为100000-500000，橡胶含量为30％-60％。

优选地，所述SAN树脂的重均相对分子质量为100000-300000，在220℃、10kg条件下熔体流动速率为1-15g/10min。

优选地，所述耐热剂包括以下重量百分含量的各组分：

控制耐热剂的种类和含量有利于改善材料耐热水平，避免在焊接过程中材料烧焦，并且本发明中使用的耐热剂中St含量具有较高耐热效率，此耐热剂组分与ABS及PMMA的相互作用较好，从而提高组合物的熔体稳定性以及熔体强度。

更优选地，所述耐热剂中：丙烯腈(AN)为5-7wt％。

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯在220℃、10kg条件下，熔体流动速率为10-35g/10min；所述聚甲基丙烯酸甲酯的透光率大于85％。当PMMA的熔指低于10g/10min时，不利于PMMA在基体中的分散；当PMMA的熔指大于35g/10min时，则PMMA的引入会明显降低组合物的耐热以及熔体强度。

优选地，所述近红外激光吸收剂包括炭黑、苯胺黑、金属氧化物、金属硫化物以及六硼化镧中的一种或几种。

优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。

更优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1076和168，二者的重量比为1：1。

优选地，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯或乙撑双硬脂酸酰胺。

本发明还提供一种适合激光焊接ABS树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、将ABS橡胶粉30-50份、SAN树脂30-60份、耐热剂5-10份、聚甲基丙烯酸甲酯3-10份、近红外激光吸收剂1-5份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.5-1.5份在高速混合设备中预混；

S2、将步骤S1中得到的预混料通过双螺杆挤出机，在180-250℃挤出温度和200-500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到所述适合激光焊接ABS树脂组合物。其中，挤出温度小于180℃时容易导致耐热剂分散不均，材料的焊接效果会出现不均一的情况，影响材料的稳定性以及外观效果；由于耐热剂中含有一定的马来酸酐，当挤出温度高于250℃时，容易导致熔体粘度提高，导致最终材料变脆。

本发明还提供一种所述ABS树脂组合物在激光焊接中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过一种特定耐热剂的引入，改善了ABS的耐热，并显著提高材料的熔体强度，复配近红外激光吸收剂以及PMMA，使得组合物对900-1100nm的近红外光区有较强吸收，所需的激光强度低，与PC/ABS相比，本组合物的熔融温度低，有利于批量化生产，提高了生产效率。基于以上基础，所获得的适合激光焊接ABS组合物不仅具有较宽的加工窗口，且制件外观良好，表面无焊接不良，烧焦等缺陷，拓宽了ABS组合物在激光焊接方面的应用。

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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例提供一种适合激光焊接ABS树脂组合物，所述ABS树脂组合物包含以下重量份的各组分：

所述ABS橡胶粉的重均相对分子质量为100000-500000，橡胶含量为30％-60％。

所述SAN树脂的重均相对分子质量为100000-300000，在220℃、10kg条件下熔体流动速率为1-15g/10min。

所述耐热剂包括以下重量百分含量的各组分：

更进一步地，所述耐热剂中：丙烯腈(AN)为5-7wt％。

所述PMMA在220℃、10kg条件下，熔体流动速率为10-35g/10min；所述PMMA的透光率大于85％。

所述近红外激光吸收剂包括炭黑、苯胺黑、金属氧化物、金属硫化物以及六硼化镧中的一种或几种。

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。所述抗氧剂可为抗氧剂1076和168，二者的重量比为1：1。

所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯或乙撑双硬脂酸酰胺。

本实施例还提供一种适合激光焊接ABS树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、将ABS橡胶粉30-50份，SAN树脂30-60份，耐热剂5-10份，PMMA 3-10份，近红外激光吸收剂1-5份，抗氧剂0.1-1份，润滑剂0.5-1.5份在高速混合设备中预混；

S2、将步骤S1中得到的预混料通过双螺杆挤出机，在180-250℃挤出温度和200-500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到所述适合激光焊接ABS树脂组合物。

以下实施例及对比例中，ABS胶粉可为韩国锦湖的ABS P/D130,橡胶含量42wt％,重均相对分子质量320000。所用的SAN可为韩国锦湖SAN326,均相对分子质量为120000，熔体流动速率为2g/10min。

所用的耐热剂可为：

耐热剂-1中各成分的含量分别为NPMI含量为43wt％,AMS含量为50wt％,MAH的含量为7wt％；

耐热剂-2中的各成分含量分别为NPMI为60wt％,AMS含量为30wt％,MAH的含量为3wt％,St的含量为2wt％,AN的含量为5wt％；

耐热剂-2A中的各成分含量分别为NPMI为60wt％,AMS含量为30wt％,MAH的含量为3wt％,AN的含量为7wt％；

耐热剂-3中各成分的含量分别为NPMI含量为20wt％，AMS的含量为70wt％,MAH的含量为10wt％；

耐热剂-4中各组分的含量分别为NPMI为70wt％,AMS含量为20wt％,MAH的含量为3wt％,St的含量为2wt％,AN的含量为5wt％；

耐热剂-5中各组分的含量分别为NPMI为40wt％,AMS含量为30wt％,MAH的含量为3wt％,St的含量为27wt％。

所用的PMMA可为奇美CM-211,熔体流动速率为18g/10min(220℃，10kg),透光度91％。近红外吸收剂可选用炭黑。抗氧剂为1076和168比例为1:1。润滑剂选用季戊四醇硬脂酸酯。

实施例1-5

实施例1-5分别提供一种适合激光焊接ABS组合物，具体组分如表1所示：

所述适合激光焊接ABS组合物的制备方法包括以下步骤：

(1)按表1中ABS橡胶粉、SAN树脂、耐热剂、PMMA、近红外激光吸收剂、抗氧剂、润滑剂的组分和含量备料；

(2)将步骤(1)中备好的材料在高速混合器中预混；

(3)将步骤(2)中得到的预混料通过双螺杆挤出机，在180-250℃挤出温度和200-500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到适合激光焊接ABS树脂组合物。

对比例1-4

对比例1-4提供一种ABS组合物，具体组分如表1所示；制备方法与实施例1相同。

表1

对比例5

本对比例提供一种适合激光焊接ABS组合物，其制备方法与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，SAN树脂的重均相对分子质量为400000。

性能结果

将各对比例及各实施例注塑成150mm*100mm*2mm的高光板，将注塑板与透明的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。结果如下表2所示。

表2

由上表可知，添加近红外激光能量吸收剂后，ABS组合物吸收激光能量的能力明显增强，拓宽了ABS组合物激光焊接工艺的加工窗口，提高了生产效率。证明此方法为制备适合激光焊接ABS组合物的有效方法。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种适合激光焊接ABS树脂组合物，其特征在于，所述ABS树脂组合物包含以下重量份的各组分：

ABS橡胶粉 30-50份；

SAN树脂 30-60份；

耐热剂 5-10份；

聚甲基丙烯酸甲酯 3-10份；

近红外激光吸收剂 1-5份；

抗氧剂 0.1-1份；

润滑剂 0.5-1.5份；

所述耐热剂包括以下重量百分含量的各组分：

N-苯基马来酰亚胺 43-60wt%；

甲基苯乙烯 30-50wt%；

马来酸酐 3-7wt%；

苯乙烯 0-19wt%；

丙烯腈 0.1-10wt%；

所述聚甲基丙烯酸甲酯在220℃、10kg条件下，熔体流动速率为10-35g/10min；所述聚甲基丙烯酸甲酯的透光率大于85%。

2.根据权利要求1所述的适合激光焊接ABS树脂组合物，其特征在于，所述ABS橡胶粉的重均相对分子质量为100000-500000，橡胶的质量百分比为30%-60%。

3.根据权利要求1所述的适合激光焊接ABS树脂组合物，其特征在于，所述SAN树脂的重均相对分子质量为100000-300000，在220℃、10kg条件下熔体流动速率为1-15g/10min。

4.根据权利要求1所述的适合激光焊接ABS树脂组合物，其特征在于，所述近红外激光吸收剂包括炭黑、苯胺黑、金属氧化物、金属硫化物以及六硼化镧中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的适合激光焊接ABS树脂组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。

6.根据权利要求1所述的适合激光焊接ABS树脂组合物，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯或乙撑双硬脂酸酰胺。

7.一种根据权利要求1所述的适合激光焊接ABS树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将ABS橡胶粉30-50份、SAN树脂30-60份、耐热剂5-10份、聚甲基丙烯酸甲酯 3-10份、近红外激光吸收剂1-5份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.5-1.5份在高速混合设备中预混；

S2、将步骤S1中得到的预混料通过双螺杆挤出机，在180-250℃挤出温度和200-500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到所述适合激光焊接ABS树脂组合物。

8.一种根据权利要求1所述的ABS树脂组合物在激光焊接中的应用。