CN110791023A - 一种可激光焊接改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可激光焊接改性聚丙烯材料及其制备方法，按照重量份，由以下组分组成：聚丙烯50‑90份，增韧剂0‑20份，填充剂10‑30份，纳米粒子0.05‑1.0份，抗氧剂0.1‑0.5份，光稳定剂0.1‑0.5份，透光黑色粉0.05‑1.0份。本发明通过透光黑色粉和纳米粒子的协效作用使聚丙烯材料对900‑1100nm近红外光的透过性得到提升，可以满足激光焊接的快速、低能耗的要求，突破性能瓶颈，极大的拓宽了激光焊接技术在汽车上塑料部件的应用领域。

Description

一种可激光焊接改性聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于激光焊接领域，特别涉及一种可激光焊接改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
目前，摩擦振动焊是汽车装配零件粘接的一种主要方式。但随着汽车轻量化的需求，低污染，节能等是主要发展趋势。在实际生产过程中，采用摩擦振动焊进行零部件的粘接时，会在零部件正面出现焊接印，影响外观。而激光焊接可以很好的解决这个问题。其原理是借助激光束产生的热量使塑料接触面表层熔化，进而使两个制件粘接在一起。
激光焊接技术要求两个焊接件中上层零部件具有一定的透光性，而下层的零部件具有吸收激光的作用。这样激光就可以从上层穿过，下层的零部件表面吸收能量使表面熔融后实现零件与零件之间的连接。目前，用于激光焊接的激光波长主要集中在900nm-1100nm之间。
由于聚丙烯改性塑料的不同要求，通常需要添加不同的填料，常规的填料，如滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维等对900-1100nm的激光都具有较高的阻隔性，因此添加到聚丙烯中会严重影响材料的激光透过率，无法进行有效激光焊接。因此，很有必要开发一种具有优异刚韧平衡且具备较高的近红外波段激光可透过性的聚丙烯材料，实现激光焊接在汽车内外饰零部件粘接方面的广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可激光焊接改性聚丙烯材料及其制备方法，该材料克服了现有聚丙烯改性塑料对900-1100nm近红外光的透过性不良的缺点。
本发明提供了一种可激光焊接改性聚丙烯材料，按照重量份，由以下组分组成：
聚丙烯：50-90份；
增韧剂：0-20份；
填充剂：10-30份；
纳米粒子：0.05-1.0份；
抗氧剂：0.1-0.5份；
光稳定剂：0.1-0.5份；
透光黑色粉：0.05-1.0份。
所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯；熔融指数为1-50g/10min(230℃，2.16kg)。
所述增韧剂为乙烯和包含3-10个碳原子的α-烯烃的共聚物；熔融指数为0.5-30g/10min(190℃，2.16kg)。
所述填充剂为经改性的矿物填充剂，如云母粉、玻璃纤维等，表面采用有机硅氧烷进行处理，以提高与聚丙烯的相容性。
所述纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氢氧化镁中的至少一种。
所述抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、受阻酚类抗氧剂中的至少一种。
所述光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类和三嗪苄叉丙二酸酯类光稳定剂中的至少一种。
所述透光黑色粉为苝系黑色色粉。
本发明提供了一种可激光焊接改性聚丙烯材料的制备方法，包括：
按配比称料后放入高速搅拌机中搅拌混合，将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，在180-230℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，得到可激光焊接改性聚丙烯材料。
所述搅拌速度为600-1000转/分钟；混合时间为1-2min。
有益效果
本发明通过透光黑色粉和纳米粒子的协效作用，通过纳米粒子提高黑色粉的分散，使聚丙烯材料对900-1100nm近红外光的透过性得到提升，可以满足激光焊接的快速、低能耗的要求，突破性能瓶颈，极大的拓宽了激光焊接技术在汽车上塑料部件的应用领域。
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，在阅读了本发明讲授的内容之后，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申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯83.4份，云母粉15份，纳米二氧化硅0.3份，受阻酚类抗氧化剂0.3份，亚磷酸酯类抗氧剂0.3份，受阻胺类光稳定剂0.4份，苝系黑色色粉0.3份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在200℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
实施例2
本实施例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯77.8份，云母粉20份，纳米二氧化硅0.5份，受阻酚类抗氧化剂0.4份，亚磷酸酯类抗氧剂0.4份，受阻胺类光稳定剂0.5份，苝系黑色色粉0.4份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在200℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
实施例3
本实施例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯88.9份，玻璃纤维10份，纳米碳酸钙0.2份，受阻酚类抗氧化剂0.2份，亚磷酸酯类抗氧剂0.2份，受阻胺类光稳定剂0.3份，苝系黑色色粉0.3份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在220℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
实施例4
本实施例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯77.8份，玻璃纤维20份，纳米碳酸钙0.5份，受阻酚类抗氧化剂0.4份，亚磷酸酯类抗氧剂0.4份，受阻胺类光稳定剂0.5份，苝系黑色色粉0.4份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在220℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
实施例5
本实施例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯68.1份，增韧剂10份，玻璃纤维20份，纳米氢氧化镁0.5份，受阻酚类抗氧化剂0.4份，亚磷酸酯类抗氧剂0.4份，受阻胺类光稳定剂0.5份，苝系黑色色粉0.3份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在220℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
对比例1
本对比例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯78.3份，玻璃纤维20份，受阻酚类抗氧剂0.4份，亚磷酸酯类抗氧剂0.4份，受阻胺类光稳定剂0.5份，有机黑色色粉0.4份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在200℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
对比例2
本对比例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯78.3份，玻璃纤维20份，受阻酚类抗氧剂0.4份，亚磷酸酯类抗氧剂0.4份，受阻胺类光稳定剂0.5份，苝系黑色色粉0.4份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在200℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
对比例3
本对比例的原材料为：按照重量份，共聚聚丙烯77.8份，玻璃纤维20份，纳米碳酸钙0.5份，受阻酚类抗氧剂0.4份，亚磷酸酯类抗氧剂0.4份，受阻胺类光稳定剂0.5份，有机黑色色粉0.4份。
将上述原材料放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为2min。
将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机，在200℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得产品。
将上述实施例1-5及对比例1-3制得的产品，在相同的注塑工艺条件下，注射成型为标准ISO力学样条进行力学性能测试(按ISO标准方法测试)；并注射成型厚度为2mm的样板，用海洋光学的近红外光谱仪NIRQUEST 512测试样板在波长1001nm的透过率；同时注塑成型尺寸为150mm×15mm×2mm的样条，通过大族激光焊接仪与选定的非透光保险杠材料注塑的同尺寸样条进行激光焊接后，在拉力机上测试焊接力。表1为力学性能对比数据。
表1
Figure BDA0002244541510000041
从上表结果可以看出，通过本发明制得的改性聚丙烯材料(实施例1-5)在1001nm都具有良好的光透过率，可以提高焊接效率。并且可以在满足激光焊接要求的基础上，通过配方设计得到不同刚性和韧性的材料。相比之下，对比例1与实施例4可以看出对应填充含量下添加纳米粒子和苝系黑色粉可以明显提高透光率和焊接强度，对比例1和对比例2可以看出苝系黑色粉的透光率高于有机色粉，实施例4和对比例1-3的实验结果可以看出纳米粒子和苝系色粉的协同作用，透光率和焊接力明显得到提高。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：按照重量份，由以下组分组成：
聚丙烯：50-90份；
增韧剂：0-20份；
填充剂：10-30份；
纳米粒子：0.05-1.0份；
抗氧剂：0.1-0.5份；
光稳定剂：0.1-0.5份；
透光黑色粉：0.05-1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯；熔融指数为1-50g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯和包含3-10个碳原子的α-烯烃的共聚物；熔融指数为0.5-30g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述填充剂为经改性的矿物填充剂。
5.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氢氧化镁中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、受阻酚类抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类和三嗪苄叉丙二酸酯类光稳定剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种可激光焊接改性聚丙烯材料，其特征在于：所述透光黑色粉为苝系黑色色粉。
9.一种如权利要求1所述的可激光焊接改性聚丙烯材料的制备方法，包括：
按配比称料后放入高速搅拌机中搅拌混合，将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，在180-230℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，得到可激光焊接改性聚丙烯材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述搅拌速度为600-1000转/分钟；混合时间为1-2min。
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