CN110951236B - 基于聚苯醚的激光直接成型材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于聚苯醚的激光直接成型材料，包括聚苯醚、碳化调节剂、激光直接成型添加剂以及可选择的成分，所述可选择的成分选自无机填料、增韧剂和其他添加剂中的一种或多种。本发明还公开了一种制备上述基于聚苯醚的激光直接成型材料的方法。本发明中将特定的聚合物作为碳化调节剂加入PPO基体中，同时加入一定配比的激光直接成型添加剂、无机填料、增韧剂和其它添加剂等，通过不同组分的相互作用，赋予复合物体系优异的LDS功能性，以及良好的成型加工性、机械性能和耐热性等，从而得到一种创新性的LDS功能材料。
Description
技术领域
本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种基于聚苯醚的激光直接成型材料及其制备方法。
背景技术
聚苯醚树脂(PPO)具有良好的综合性能，如优异的尺寸稳定性和耐化学性，较好的耐磨性和电性能，较高的耐热性，自身兼具阻燃性和高刚性，同时吸水率低。
LDS，为Laser Direct Structuring的缩写，即激光直接成型，是一种专业镭射加工、射出与电镀制程的3D-MID生产技术，其原理是将普通的塑胶元件/电路板赋予电气互连功能、支撑元器件功能和塑料壳体的支撑、防护等功能，以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能结合于一体，形成所谓3D-MID，适用于局部细线路制作。
LDS可以在很大程度上避免传统塑料电镀工艺对环境的污染和水耗，简化生产流程，通过激光的灵活性，精密度与工程塑料的可塑性和功能性有机结合，提供灵活多变的设计空间并可以实现迅捷的3D成型，同时加工分辨率高。此技术可应用在手机天线、笔记本电脑天线、汽车用电子电路、提款机外壳及医疗级助听器等。如目前最常见的手机天线应用，LDS可将天线直接镭射在手机外壳上，设计灵活、自由度高，不仅避免内部手机金属干扰，更缩小手机体积，起到节约空间和减轻产品重量的作用。
LDS的制作流程是，在塑料中添加金属添加剂和助剂，挤出成粒子，然后注塑成毛坯件，再对其进行激光镭射，目的是形成刻蚀区并激活金属，之后进行化学镀，在刻蚀区形成导电通路，最后组装。
对于激光直接成型材料而言，由于基体化学结构的不同，在激光活化和化学镀过程中各种聚合物有着不同的性能表现。以PPO基LDS材料为例，由于其碳化能力过强，导致激光镭射过程中活性晶种被覆盖，后续化学镀的过程中上镀能力相对较弱，化镀时间很长，无法满足实际应用的需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于聚苯醚的激光直接成型材料，其具有优异的机械性能和LDS功能性。
为解决上述技术问题，本发明通过加入碳化调节剂的方法，选取特定种类的聚合物对PPO的碳化能力进行调节。以聚酮(POK)为例，其用于单独制备LDS功能材料时由于基体结构单元中碳源少，在激光活化过程中还原激光直接成型添加剂的能力较弱，造成化镀过程沉积的铜离子不足，导致最终的LDS功能性较差。聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)也存在类似的问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于聚苯醚的激光直接成型材料(LDS)，包括聚苯醚、碳化调节剂、激光直接成型添加剂以及可选择的成分，所述可选择的成分选自无机填料、增韧剂和其他添加剂中的一种或多种。
作为优选，按照重量百分比计，所述基于聚苯醚的激光直接成型材料中聚苯醚的含量为40～90％；碳化调节剂的含量为3～20％；激光直接成型添加剂的含量为3～20％；其余为无机填料、增韧剂和其他添加剂中的一种或多种。
一种基于聚苯醚的激光直接成型材料，主要由如下重量百分比的组分制成：聚苯醚50-80份、碳化调节剂5-15份、激光直接成型添加剂3-15份、无机填料0-30份、增韧剂3-15份、其它添加剂0-2份。
一种基于聚苯醚的激光直接成型材料，主要由如下重量百分比的组分制成：
作为优选，本发明中所述聚苯醚的特性粘度为0.30-0.55dl/g。
作为优选，本发明中所述碳化调节剂包括聚酮，聚乙烯和聚丙烯中的一种或多种。
作为优选，本发明中激光直接成型添加剂包括铜铁尖晶石、含铜氧化镁铝、铜铬锰混合氧化物、铜锰铁混合氧化物、碱式磷酸铜、锡酸锌、焦磷酸锡、磷酸锡、二氧化锡、焦磷酸亚锡、氧化亚锡中的一种或几种。
作为优选，本发明中所述无机填料包括玻纤，高岭土，滑石粉，硅灰石，硅土，云母中的一种或几种。作为优选，所用无机填料为高岭土或/和滑石粉，其粒径为6000-10000目,或者也可以是其与玻纤的组合。
作为优选，所述增韧剂选自MBS(甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEBS(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、EMA、EEA、EBA(乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物)、POE(聚烯烃弹性体)中一种或两种的混合物。作为优选，所用增韧剂为SEBS或/和POE。
作为优选，本发明中所述其它添加剂包括热稳定剂和脱模剂或者其他添加剂中的一种或多种。当存在时，基于组合物的总重量，通常具体地小于或等于2重量百分数、更加具体地小于或等于1重量百分数的总量使用添加剂。例如，组合物脱模剂包括，但不限于四羧酸季戊四醇酯、单羧酸甘油酯、聚烯烃、硅油、烷基蜡和酰胺。组合物可以包含抗氧化剂稳定剂，例如受阻酚稳定剂、亚磷酸酯稳定剂、亚膦酸酯稳定剂，或包含前述类型的稳定剂中的至少一种的组合。
作为进一步优选，所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料，主要由如下重量百分比的组分制成：
本发明还提供了一种制备上述任一项技术方案所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料的方法，包括：按照计量比，将聚苯醚，碳化调节剂，激光直接成型添加剂，无机填料，增韧剂和其它添加剂预混均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到可用于激光直接成型的塑料模塑复合物材料。
本发明中将特定的聚合物作为碳化调节剂加入PPO基体中，同时加入一定配比的激光直接成型添加剂、无机填料、增韧剂和其它添加剂等，通过不同组分的相互作用，赋予复合物体系优异的LDS功能性，以及良好的成型加工性、机械性能和耐热性等，从而得到一种创新性的LDS功能材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。以下实施例旨在向本领域中普通技术人员提供如何制造和评价在本文中公开的和要求保护的方法，装置和系统的完整公开和描述，为纯粹示例性，而非旨在限制本公开。
本发明实施例和对比例中使用的原料均采用市售产品。
实施例1～5和对比例的配方组成及对应的性能表现如表1所示(总物料为10公斤)。
制备方法：按照计量比，将聚苯醚，碳化调节剂，激光直接成型添加剂，无机填料(高岭土或者玻纤)，增韧剂(SEBS)和其它添加剂(脱模剂PETS、受阻酚抗氧化剂(抗氧剂Irganox 1010)、亚磷酸酯抗氧化剂(抗氧剂Irganox 168))预混均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到可用于激光直接成型的塑料模塑复合物材料。具体过程为：对所需的原料进行称重，并且以约1000转/分钟至3000转/分钟的转速在高速混合机中预混合。将预混物进料至双螺杆挤出机中，通过熔融挤出制备所有样品，使用约220℃至约250℃的温度，螺杆速度保持在约300转/分钟以及扭矩值保持为约50％至约60％，并且在本领域技术人员熟知的标准加工条件下进行操作，共混后挤出、冷却、切粒。将粒料挤出后，在模制测试样品之前，在约80℃干燥粒料。在温度区间为240℃至260℃，以及模具温度维持在80℃的情况下进行模制过程。
材料的综合性能通过缺口冲击性能测试、热变形温度测试、拉伸测试、弯曲测试和镀覆性能检测来表征。各项测试标准如下:
冲击性能测试:ASTM D256
热变形温度测试：ASTM D648
拉伸性能测试:ASTM D 638
弯曲性能测试:ASTM D 790
镀覆性能测试：企业标准，数据设定值在1-10之间，其中10对应镀覆性能最佳的情况。通常认为该项指标大于或等于9才可以满足实用要求。
表1
从表1可以看出，实施例1-5中通过POK、PE或PP与一定配比的激光直接成型添加剂、无机填料、增韧剂等在特定范围内的相互作用，使得在赋予复合物材料优异的LDS功能性的同时，材料的强度和韧性以及耐热性能都得到了很好的保持，与对比例处于相当的水平。
Claims (7)
1.一种基于聚苯醚的激光直接成型材料，其特征在于，主要由如下重量百分比的组分制成：
聚苯醚 50-80 %
碳化调节剂 5-15%
激光直接成型添加剂 3-15 %
无机填料 0-30%
增韧剂 3-15 %
其它添加剂 0-2 %；
所述碳化调节剂包括聚酮，聚乙烯和聚丙烯中的一种或多种；
所述激光直接成型添加剂为碱式磷酸铜和焦磷酸锡，所述碱式磷酸铜和焦磷酸锡的质量比为2：1。
2.根据权利要求1所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料，其特征在于，所述聚苯醚的特性粘度为0.30-0.55 dl/g。
3.根据权利要求1所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料，其特征在于，所述无机填料包括玻纤，高岭土，滑石粉，硅灰石，硅土，云母中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料，其特征在于，所述增韧剂选自MBS、SBS、SEBS、EVA、EMA、EEA、EBA、POE中一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料，其特征在于，所述其它添加剂包括热稳定剂和脱模剂或者其他添加剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料，其特征在于，主要由如下重量百分比的组分制成：
聚苯醚 50-80 %
碳化调节剂 5-15%
激光直接成型添加剂 3-15 %
无机填料 10-30%
增韧剂 3-15 %
其它添加剂 1-2 %；
上述组分之和为100%。
7.一种制备权利要求1~6任一项所述的基于聚苯醚的激光直接成型材料的方法，其特征在于，包括：按照计量比，将聚苯醚，碳化调节剂，激光直接成型添加剂，无机填料，增韧剂和其它添加剂预混均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到可用于激光直接成型的塑料模塑复合物材料。
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