CN111073211A - 一种激光焊接易加工的abs组合物及其制备方法 - Google Patents

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钱佳为
鲁文芳
梁亚男
刘嘉任
纪效均
蔡青
周文
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Abstract

本发明涉及一种激光焊接易加工的ABS组合物及其制备方法，该组合物材料包括以下重量份的组分：ABS树脂：80～99份，可逆反应交联剂：1～20份，纳米氧化铟锡：0.1～2份，抗氧剂：0.1～1份，润滑剂：0.1～1份。所述可逆反应交联剂是由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成。与现有技术相比，本发明所提供的ABS组合物，加入可逆反应交联剂后能够显著提高制品的焊接强度，同时提高焊接效率，从而降低成本，可应用于汽车内外饰件等。

Description

一种激光焊接易加工的ABS组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子改性材料领域，尤其是涉及一种激光焊接易加工的ABS组合物及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是一种通用型的热塑性工程塑料，其由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体组成，使其保持了聚苯乙烯(PS)的光泽和加工流动性，并具有优良的冲击韧性，而丙烯腈又增加了其刚性和强度，具有十分优异的综合性能。因此，目前被广泛应用于汽车、电子、办公设备等领域。在汽车后尾灯的应用上，通常采用耐热级ABS树脂，由于其良好的韧性、较高的耐热以及优良的加工性能成为后尾灯的优选材料。通常情况下，后尾灯的壳体采用耐热级ABS材料，尾灯灯罩采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料，因此需将两者焊接组装在一起。目前车灯主要采用的焊接工艺有超声波焊接、热板焊接、振动摩擦焊接、激光焊接等。其中，激光焊接工艺由于激光的方向性好、能量密度高、光斑直径小、非接触式焊接等特点，能够获得精密、牢固和密封的焊缝，且塑料分解少，产生碎屑少，焊接表面看不到焊接痕迹和损伤，不会产生污染等，成为近年来在车灯焊接领域发展潜力巨大的一种新型焊接技术。
所谓激光焊接工艺，即被焊接的塑料件分为两个部分，一个部分是透明部件，另一个部分是吸收部件，激光穿过透明部件，能量在吸收部件中被大量吸收，使两部件接触面被加热至熔融状态，在夹紧压力和热膨胀的作用下，两者焊接在一起。激光焊接主要是通过材料吸收红外线能量来达到熔融材料的目的，但常规ABS材料对红外吸收效果弱，故需要较高的激光能量与较长的焊接时间。这不仅使生产效率下降，而且容易造成制品焊接不良的现象。例如，激光能量过低时，制品焊接强度弱，而能量过高时，又容易造成材料降解碳化，使焊接制品无法达到应用的要求。
目前，关于这方面的相关专利较少，如专利“一种适合激光焊接ABS组合物及其制备方法”(专利号CN109762294A)中提出通过添加近红外吸收剂、PMMA使其ABS组合物对近红外光区有较强的吸收能力，从而达到提高焊接的效果。另外，需要引入特定的耐热剂来改善耐热和熔体强度。但是提高熔体强度会使材料的加工性能变差，同时由于近红外吸收剂为炭黑、苯胺黑等物质，使ABS材料的颜色多为黑色或深色。事实上，塑料制品焊接的原理基于聚合物材料吸收能量后使界面聚合物分子链快速浸润、扩散以及缠结，从而实现有效焊接。因此，提高焊接强度的关键是增加界面局部的能量和提高界面两种聚合物分子链的相互扩散及缠结。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种外观良好，易于激光焊接且焊接强度高的ABS组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种激光焊接易加工的ABS组合物，包括以下重量份的组分：
ABS树脂：80～99份；
可逆反应交联剂：1～20份；
纳米氧化铟锡：0.1～2份；
抗氧剂：0.1～1份；
润滑剂：0.1～1份。
所述ABS树脂的分子量为100000～200000，熔融指数为5～30g/10min。
所述可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成。其中，共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中任意一种或两种以上组合。共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物，侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中任意一种或两种以上组合。
所述可逆反应交联剂中共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1～6:1。
所述纳米氧化铟锡的粒径大小为50～200nm，纯度≥95％。
所述抗氧剂为受阻分类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，包括市售抗氧剂1010，抗氧剂1076，抗氧剂1098，抗氧剂168，抗氧剂618中任意一种或两种以上组合。
所述润滑剂包括硅油、硅酮母粒、乙撑双硬酯酰胺、季戊四醇硬脂酸中任意一种或两种以上组合。
本发明还涉及一种激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂、可逆反应交联剂、纳米氧化铟锡、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100～300r/min，混合时间5～20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300～600r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出的一种激光焊接易加工的ABS组合物中添加入可逆反应交联剂，其中可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成，由于呋喃官能团和马来酰亚胺在高温挤出加工过程中可发生环加成的逆反应，因此不影响ABS组合物的加工性能。而在与PMMA等材料激光焊接时，侧基含呋喃官能团的共聚物A由于大分子链结构与PMMA相同或类似，且相比ABS树脂具有较小的分子量，可快速浸润并扩散进入PMMA基体，当ABS材料与PMMA材料界面温度较低时，扩散进入PMMA基体的侧基含呋喃官能团的共聚物A能够与ABS基体中侧基含马来酰亚胺的共聚物B发生环加成反应，从而能够有效提高ABS材料与PMMA材料的界面结合强度，达到提高制件焊接强度的目的。另外，由于可逆交联剂中含有马来酰亚胺单体，能够有效提高ABS材料的耐热性能，无需添加耐热剂，仍能达到拓宽激光焊接工艺窗口的目的。在此基础上，本发明采用的纳米氧化铟锡对近红外光具有较强的吸收，保证基体材料能够高效率地吸收激光能量而进行焊接，同时纳米氧化铟锡较石墨等碳材料颜色较浅，易于制备得到浅色系的焊接制品，拓宽其应用领域。由于可逆交联剂的存在，可适当减少近红外吸收剂纳米氧化铟锡的添加量，这不仅可降低材料成本，且可改善ABS组合物材料的加工性能，从而获得良好表面外观的制件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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。
对比例1
一种激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂99份(熔融指数为15g/10min)、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份和润滑剂硅油0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
对比例2
一种激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂99份(熔融指数为15g/10min)、纳米氧化铟锡1份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份和润滑剂硅油0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例1
一种激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂99份(熔融指数为15g/10min)、可逆反应交联剂1份、纳米氧化铟锡1份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份和润滑剂硅油0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1:1，控制混合机转速为100r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例2
一种激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂80份(熔融指数为15g/10min)、可逆反应交联剂20份、纳米氧化铟锡0.5份、抗氧剂1076 0.1份、抗氧剂618 0.1份和润滑剂硅油0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为2:1，控制混合机转速为100r/min，混合时间20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例3
一种激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂85份(熔融指数为25g/10min)、可逆反应交联剂15份、纳米氧化铟锡0.4份、抗氧剂1098 0.2份、抗氧剂618 0.3份和润滑剂硅油1份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共混物(乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物与聚甲基丙烯酸甲酯质量比为1：1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为3:1，控制混合机转速为250r/min，混合时间15min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.07MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例4
(1)将ABS树脂90份(熔融指数为30g/10min)、可逆反应交联剂10份、纳米氧化铟锡0.8份、抗氧剂1010 0.5份、抗氧剂618 0.5份和润滑剂硅油0.5份、硅酮母粒0.5份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-马来酸酐共聚物，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为6:1，控制混合机转速为300r/min，混合时间20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为550r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例5
(1)将ABS树脂90份(熔融指数为20g/10min)、可逆反应交联剂10份、纳米氧化铟锡2份、抗氧剂1076 0.5份、抗氧剂168 0.5份和润滑剂乙撑双硬酯酰胺0.5份、季戊四醇硬脂酸0.2份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共混物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物与聚甲基丙烯酸甲酯质量比为3：1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物和苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物的共混物(苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物和苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物的质量比为1:1)，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为2:1，控制混合机转速为150r/min，混合时间20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例6
(1)将ABS树脂95份(熔融指数为5g/10min)、可逆反应交联剂5份、纳米氧化铟锡1.2份、抗氧剂1076 0.3份、抗氧剂618 0.5份和润滑剂硅油0.5份、季戊四醇硬脂酸0.3份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共混物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物与聚甲基丙烯酸甲酯质量比为2：1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物和苯乙烯-马来酸酐共聚物的共混物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物和苯乙烯-马来酸酐共聚物的质量比为1:1:2)，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为4:1，控制混合机转速为250r/min，混合时间8min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例7
(1)将ABS树脂90份(熔融指数为20g/10min)、可逆反应交联剂10份、纳米氧化铟锡1.5份、抗氧剂1098 0.2份、抗氧剂618 0.4份和润滑剂硅油0.2份、季戊四醇硬脂酸0.4份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共混物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物以及聚甲基丙烯酸甲酯质量比为1：1：1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为3:1，控制混合机转速为100r/min，混合时间10min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
实施例8
(1)将ABS树脂93份(熔融指数为20g/10min)、可逆反应交联剂7份、纳米氧化铟锡0.5份、抗氧剂1098 0.4份、抗氧剂618 0.2份和润滑剂硅油0.3份、乙撑双硬酯酰胺0.2份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共混物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物以及聚甲基丙烯酸甲酯质量比为1：2：1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-马来酸酐共聚物的共混物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-马来酸酐共聚物的质量比为2:1)，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为2:1，控制混合机转速为200r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
各对比例及实施例注塑成80mm*10mm*2mm的样条，将注塑的样条与透明的PMMA样条交错放置在一起，用光束直接为2mm的半导体激光器(960nm)进行照射。通过调节激光功率与焊接速率，对比焊接后的样条外观形貌。用万能试验机的夹具一端夹住ABS样条，一端夹住PMMA样条，通过测试拉伸剪切强度来评价焊接强度，焊接强度是拉伸强度/(焊缝的宽*焊缝的长)。
Figure BDA0002339532240000081
Figure BDA0002339532240000091
由上表可知，添加可逆反应交联剂后焊接强度得到显著提高，从而达到拓宽激光焊接工艺加工窗口的目的，同时可保证在焊接强度的前提下，提高生产效率。证明本发明是制备激光焊接易加工ABS组合物的有效方法。

Claims (10)

1.一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：包括以下重量份的组分：
ABS树脂：80～99份；
可逆反应交联剂：1～20份；
纳米氧化铟锡：0.1～2份；
抗氧剂：0.1～1份；
润滑剂：0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：所述ABS树脂的分子量为100000～200000，熔融指数为5～30g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：所述可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成。
4.根据权利要求3所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中任意一种或两种以上组合。
5.根据权利要求3所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物，侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中任意一种或两种以上组合。
6.根据权利要求3所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：所述可逆反应交联剂中共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1～6:1。
7.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：所述纳米氧化铟锡的粒径大小为50～200nm，纯度≥95％。
8.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：所述抗氧剂为受阻分类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，包括市售抗氧剂1010，抗氧剂1076，抗氧剂1098，抗氧剂168，抗氧剂618中任意一种或两种以上组合。
9.根据权利要求1所述的一种激光焊接易加工的ABS组合物，其特征在于：所述润滑剂包括硅油、硅酮母粒、乙撑双硬酯酰胺、季戊四醇硬脂酸中任意一种或两种以上组合。
10.权利要求1-9任意之一所述激光焊接易加工的ABS组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂、可逆反应交联剂、纳米氧化铟锡、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100～300r/min，混合时间5～20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300～600r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa，经切粒制备得到激光焊接易加工的ABS组合物。
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