CN110862642A - 一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料及其制备方法，所述改性材料的原料由以下组分组成：共聚聚丙烯、增韧剂、晶须、增透剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂。本发明所制备的聚丙烯材料除了可以满足激光焊接的要求，其性能比以往适用于激光焊接聚丙烯材料要优异很多，具有非常好的高刚超韧性能和低线性膨胀系数，突破了现有产品的性能瓶颈，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

一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料及其制备方法。

背景技术

目前汽车行业，塑料零部件之间的粘接主要有以下几种方式：胶水粘接、热板焊接、超声焊接。其中胶水粘接存在挥发性有机物，影响操作人员身心健康；热板焊接受施工影响，一些结构较为复杂的零件不适合使用；超声焊接是保险杠与雷达支架等零件链接的主要手段，但随着保险杠壁厚逐渐降低，该焊接方式会在保险杠的正面出现一定程度的焊接印，影响制件外观。

激光焊接技术在汽车行业是一种新兴的焊接技术，其借助激光束产生的热量使塑料接触面熔化，进而使制件粘接在一起。激光焊接技术通常要求被焊接的两个塑料制件有一个具有一定的激光透过率，另一个对激光有明显的阻隔作用。首先将两个待焊接塑料制件焊接面靠在一起，激光束可透过上层制件，因下层制件不透激光，因此激光在两个零件界面停留，激光能量被吸收使得下层材料温度升高，熔化上层及下层接触面的塑料，从而完成焊接。目前用于激光焊接的激光波长主要集中在900nm-1100nm之间。

之前有过报道的激光焊接聚丙烯材料为非填充聚丙烯材料或玻纤增强聚丙烯材料，其激光透过率均可满足激光焊接的要求，但性能较为极限，无法满足汽车众多零部件对刚性、韧性和尺寸稳定性的要求，这极大地限制了激光焊接技术在汽车内外饰领域的应用，而常规的滑石粉改性材料，虽然具有较好的刚韧平衡性，但是透光率差，无法满足激光焊接的要求，因此很有必要开发一种具有高刚超韧及低线性膨胀系数且具备良好近红外波段激光可透过性的聚丙烯复合材料，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高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料及其制备方法，该材料不仅具有优良的近红外波段激光透过性，而且同时具有超高的刚韧性和超低的线性膨胀系数。

本发明提供了一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料，按重量份，所述改性材料的原料由以下组分组成：

共聚聚丙烯：55-95份；

增韧剂：1-25份；

晶须：5-20份；

增透剂：0.1-0.5份；

抗氧剂：0.1-0.5份；

光稳定剂：0.1-0.5份；

润滑剂：0.05-0.5份。

所述共聚聚丙烯为嵌段共聚物聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的至少一种，熔融指数为1-100g/10min(230℃，2.16kg)，其中无规共聚聚丙烯具有良好的透明性，可提高材料的光透过性。

所述增韧剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；分子链中1,2聚合丁二烯摩尔含量为25～40％；在190℃，2.16kg的测试条件下，所述增韧剂的熔融指数为0.5-30g/10min。

所述晶须为碱式硫酸镁晶须，其分子式为MgSO₄·5Mg(OH)₂·3H₂O，平均长度15μm，直径0.5μm，长径比30:1。

所述增透剂为NX8000K(美利肯)。

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、三嗪苄叉丙二酸酯类光稳定剂中的至少一种。

所述润滑剂为酰胺类、硬脂酸类、脂肪酸、酯类润滑剂中的至少一种。

本发明还提供了一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料的制备方法，包括以下步骤：

按配比称取原料，将除晶须之外的原料放入高速搅拌机中混合；然后将混合后的原料加入双螺杆挤出机主喂料口中，将晶须加入侧喂料口中，在180-230℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料。

所述混合速度为600-1000转/分钟，混合时间为1-2min。

有益效果

(1)本发明通过在聚丙烯材料中加入碱式硫酸镁晶须，可大幅度提高材料的刚性和降低线性膨胀系数，同时具有比传统滑石粉填充优异的透光率，扩大可激光焊接聚丙烯材料的应用领域及尺寸稳定性；

(2)本发明通过选择特定1,2聚合丁二烯摩尔含量范围的SEBS作为增韧剂，一方面可以提高与聚丙烯的相容性，实现优异的常温和低温韧性；另一方面SEBS为非晶材料，具有比POE等部分结晶材料更高的透明性；

(3)SEBS因含有苯乙烯这类基体较大的分子链段，其粘度较高，在聚丙烯改性体系中，可更好的分散晶须，再加上其与聚丙烯良好的相容性，从而与晶须在体系的透光性中起到协同效应；

(4)本发明采用增透剂进一步降低材料的球晶粒径，使发明的聚丙烯材料对900nm-1100nm的激光束具有优异的光透过性，满足零件粘接所需要的强度要求。

附图说明

图1为本发明中采用的碱式碳酸镁晶须的照片。

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。

将上述原材料除晶须和玻纤外放入高速搅拌机中混合，混合速度为600转/分钟，混合时间为1-2min。

将上述混合后的原材料加入双螺杆挤出机主喂料口，晶须和玻纤加入侧喂料口，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1-8及对比例1-2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和流动方向线性膨胀系数测试(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900nm～1700nm波段范围的透过率，表2选择其中较为常用的960nm和1100nm波段数据进行比对。

表2

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1-8)在960nm和1100nm都具有良好的光透过率，其结果都比对比例1好，能够很好的满足激光焊接的要求。

从对比例1和对比例5可以看出，非填充聚丙烯材料韧性较高，但刚性不足，玻纤增强聚丙烯材料刚性较高，但韧性较差。而本发明制得的改性聚丙烯材料在刚性和韧性方面都有非常好的表现。从实施例5和6的对比可以看出，无规共聚丙烯能有效提高材料的光透过率。从实施例5和7的对比可以看出，增透剂含量提高同样有利于提高材料的光透过率；从对比例2与对比例3对比可以看出，本发明用的增韧剂比常规POE增韧剂可以使材料具有更高的透光率；从对比例2和对比例4结果可以看出，晶须比滑石粉可以使材料具有更高的透光率；从实施例5和对比例2对比可以看出本发明的20％填充方案比常规20％滑石粉填充方案透光率要高出1倍左右，且刚性、韧性和线性膨胀系数都明显优于对比例2；综合实施例5、对比例2、对比例3和对比例4不难看出，同时采用本发明增韧剂及晶须对透光率的提高明显高于分别单独添加这两个成分对透光率提高的加和，说明二者在体系中存在协同效应。另外，从实施例5到实施例8可以看出本发明材料的线性膨胀系数要比对比例2的低很多。

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)

1.一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料，其特征在于：按重量份，所述改性材料的原料由以下组分组成：

共聚聚丙烯：55-95份；

增韧剂：1-25份；

晶须：5-20份；

增透剂：0.1-0.5份；

抗氧剂：0.1-0.5份；

光稳定剂：0.1-0.5份；

润滑剂：0.05-0.5份。

2.根据权利要求1所述的改性材料，其特征在于：所述共聚聚丙烯为嵌段共聚物聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的至少一种，熔融指数为1-100g/10min。

3.根据权利要求1所述的改性材料，其特征在于：所述增韧剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS。

4.根据权利要求1所述的改性材料，其特征在于：所述晶须为碱式硫酸镁晶须。

5.根据权利要求1所述的改性材料，其特征在于：所述增透剂为NX8000K。

6.根据权利要求1所述的改性材料，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所述的改性材料，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、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所述的改性材料，其特征在于：所述润滑剂为酰胺类、硬脂酸类、脂肪酸、酯类润滑剂中的至少一种。

9.一种如权利要求1所述的高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料的制备方法，包括以下步骤：

按配比称取原料，将除晶须之外的原料放入高速搅拌机中混合；然后将混合后的原料加入双螺杆挤出机主喂料口中，将晶须加入侧喂料口中，在180-230℃的温度下进行熔融共混、挤出造粒，最终获得高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述混合速度为600-1000转/分钟，混合时间为1-2min。

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