CN111154250B

CN111154250B - 一种透明激光焊接吸热pc塑料及其制备方法

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Publication number: CN111154250B
Application number: CN202010053446.6A
Authority: CN
Inventors: 王晖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: CN111154250A

Abstract

本发明提供了一种透明激光焊接吸热PC塑料及其制备方法，属于激光焊接塑料制备技术领域，其制备原料为PC树脂、润滑剂、纳米金属氧化物、抗氧剂。本发明完全不用添加炭黑、石墨等深色材料，纳米金属氧化物在PC树脂中可满足透明激光焊接PC塑料产品的吸热作用，达到良好的激光熔融焊接效果；润滑剂具有卓越的内外润滑功能，同时也是纳米金属氧化物的分散剂，进一步促进产品的激光吸收效果。实施例结果表明，本发明制备的透明激光焊接吸热PC塑料极少添加塑性助剂，可保持产品透明度＞80％，既可达到很好的PC塑料的激光熔融效果，又不影响焊接后材料的透明度，焊缝拉伸强度达到50MPa以上。

Description

一种透明激光焊接吸热PC塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及激光焊接塑料制备技术领域，特别涉及一种透明激光焊接吸热PC塑料及其制备方法。

背景技术

塑料采用红外激光焊接的原理为：在待焊接处放置塑料焊材，上面放置普通透明材质的塑料，如透光度较好的普通PC树脂；下面放置吸收激光能量后可放热的其他种类塑料；激光束透过上面的普通透明PC树脂到达接触界面，当能量聚集到一定的程度，就会将界面处的上下两种塑料熔化，冷却后实现两个部件融合为一体。

中国专利公开了一种用于激光焊接的PC/ABS合金，记载了将PC和ABS塑料复合，通过掺加纳米硫化铜和石墨达到协同吸收激光能量的作用，通过试验验证，没有添加石墨作为纳米硫化铜红外吸收协效剂的PC/ABS样条，虽然能够焊接，但焊接强度低，容易开裂，激光焊接的效果很差；而加入石墨和纳米硫化铜进行协同作用，使PC/ABS合金的拉伸强度可达到40MPa以上，有了较高的焊接强度，而且随着石墨和纳米硫化铜的增加，焊接强度继续增加。可见，该专利的技术内容主要是通过添加石墨和纳米硫化铜产生了协同作用，才能够实现PC/ABS合金良好的焊接效果；但是这种通过添加炭黑、石墨等黑色材料的激光焊接塑料也就无法实现焊缝处的透明性。

随着医疗、电子、汽车等高端行业的发展，现有市场要求焊接塑料为浅色或者透明，焊缝要求与透明塑料焊件之间美观协调。因此，急需针对现有PC类焊接塑料改进，开发出一种透明度较高的激光焊接PC塑料，同时还要保证焊接性能优异。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种透明激光焊接吸热PC塑料及其制备方法，本发明提供的透明激光焊接吸热PC塑料能够同时满足激光焊接条件，能够实现PC类激光焊接塑料的焊缝处透明度大于80，焊缝强度高、韧性好，透明塑料件焊接后更加美观协调。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种透明激光焊接吸热PC塑料，制备原料为如下重量份的组分：PC树脂97.4～99.6份、润滑剂0.1～1份、纳米金属氧化物0.1～0.6份、抗氧剂0.2～1份。

优选的，所述纳米金属氧化物包括氧化镓、氧化铟和氧化锡中的至少一种。

优选的，所述纳米金属氧化物的中位粒径D50＜100nm。

优选的，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。

优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂S9228中的一种或多种。

本发明还提供了上述技术方案所述透明激光焊接吸热PC塑料的制备方法，包括如下步骤：

按原料配比将PC树脂、润滑剂、纳米金属氧化物和抗氧剂进行搅拌混合得到预混料；

将所述预混料经过主喂料口加入挤出机进行熔融挤出，得到透明激光焊接吸热PC塑料。

优选的，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300～400r/min。

优选的，所述挤出机的料筒温度270～290℃，挤出真空度为-0.8～-0.5MPa。

有益效果：

本发明提供的一种透明激光焊接吸热PC塑料，包括如下重量份的组分：PC树脂97.4～99.6份、润滑剂0.1～1份、纳米金属氧化物0.1～0.6份、抗氧剂0.2～1份。本发明以PC树脂为塑料的主要基材，PC原料的来源广泛、成本低、抗冲击性好；本发明完全不用添加炭黑、石墨等深色材料；本发明只添加纳米金属氧化物即可满足本发明透明激光焊接PC塑料产品的吸热作用，达到良好的激光熔融焊接效果。

本发明添加润滑剂，通过合理选用润滑剂，可进一步提升PC树脂的内外润滑性能，利于脱模的同时促进了纳米金属氧化物在共混物中的分散性，使纳米金属氧化物能更好的与其他原料分散结合。

本发明所述透明激光焊接PC塑料的制备方法简单、可操作性强，得到的透明激光焊接吸热PC塑料产品可制成各种条形、薄片，产品应用领域广泛。

实施例结果表明，本发明制备的透明激光焊接吸热PC塑料通过多种原料复配，产品透明度＞80％，既可达到很好的PC塑料的激光熔融效果，又不影响焊接后材料的透明度，焊缝拉伸强度达到50MPa以上。

具体实施方式

本发明提供了一种透明激光焊接吸热PC塑料，其特征在于，制备原料为如下重量份的组分：PC树脂97.4～99.6份、润滑剂0.1～1份、纳米金属氧化物0.1～0.5份、抗氧剂0.2～1份。

如无特殊说明，本发明对所述透明激光焊接吸热PC塑料用到的具体原料的来源均无特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。

在本发明中，以重量份计，所述透明激光焊接吸热PC塑料包括PC树脂97.4～99.6份，优选为99份。在本发明的具体实施例中，本发明所述PC树脂优选为Covestro Markolon2805或Sabic141R。

以PC树脂的重量份数为基准，本发明所述透明激光焊接吸热PC塑料包括润滑剂0.1～2份，优选为0.1～0.8份，更优选为0.5份。所述润滑剂优选为季戊四醇硬脂酸酯，简称PETS。在本发明中，所述PETS具有卓越的内外润滑功能，同时它也是纳米金属氧化物的分散剂，进一步促进透明激光焊接吸热PC塑料产品的激光吸收效果。

以PC树脂的重量份数为基准，本发明所述透明激光焊接吸热PC塑料包括纳米金属氧化物0.1～0.6份，优选为0.2～0.4份，更优选为0.3份。本发明所述纳米金属氧化物优选包括氧化镓、氧化铟和氧化锡中的至少一种，所述纳米金属氧化物的中位粒径D50优选＜100nm，更优选为20nm<D50<100nm，进一步优选为D50＝50nm。在本发明中，所述氧化镓、氧化铟和氧化锡的添加重量比优选为0～4:0～4:0～4，至少一种不为0，更优选为1:1:1。本发明添加纳米金属氧化物，通过限定中位粒径，能够均匀分散在PC塑料中，作为激光的热吸收剂，受到激光照射后，本发明的透明激光焊接吸热PC塑料产品可快速升温、熔融，达到焊接的强度和韧性需求，且焊接完成后仍可保持较高的透明度。

以PC树脂的重量份数为基准，本发明所述透明激光焊接吸热PC塑料包括抗氧化剂0.2～1.2份，优选为0.2～0.9份，更优选为0.4份。本发明所述抗氧剂优选包括抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂S9228中的一种或多种，可有效防止塑材在共混挤出以及后期的熔焊过程中出现的热降解，给PC塑料中的聚合物增加额外的长效保护，避免了PC塑料激光焊材透明度的降低。

按原料配比将PC树脂、相容剂、润滑剂、纳米金属氧化物和抗氧剂进行搅拌混合得到预混料；

在本发明中，将原料搅拌混合均匀即可，对搅拌速率无要求。在本发明中，所述双螺杆挤出机的螺杆转速优选为300～400r/min，更优选为350r/min。在本发明中，所述挤出时的真空度优选为-0.8～-0.5MPa，更优选-0.65MPa。在本发明中，所述挤出机的料筒温度优选为270～290℃，更优选280℃。在本发明的实施例中，可具体使用德国Coperion(南京科亚35型)同向双螺杆挤出机。

挤出完成后，本发明优选对所得产品进行牵引切粒，得到透明激光焊接吸热PC塑料。本发明对所述牵引切粒的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的牵引切粒的技术方案即可。

本发明对所述透明激光焊接吸热PC塑料应用方法无具体要求。

下面结合实施例对本发明提供的透明激光焊接吸热PC塑料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1～4使用的原料的商品名具体为：

PC树脂为PC Covestro Markolon 2805或Sabic141R；

润滑剂为PETS；

纳米金属氧化物为氧化镓、氧化铟和氧化锡中的至少一种；

抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂S9228中的一种或多种；

均采用南京科亚35型同向双螺杆挤出机双螺杆挤出机制备。

实施例1

一种透明激光焊接吸热PC塑料，制备原料为如下组分：PC Covestro Markolon280598.9kg、氧化镓(D50＝50nm)0.3kg、PETS 0.1kg、抗氧剂1680.35kg、抗氧剂10760.35kg。

上述透明激光焊接吸热PC塑料的制备方法，包括如下步骤：

将PC树脂、润滑剂、纳米金属氧化物和抗氧剂进行搅拌混合得到预混料；

将所述预混料经过主喂料口加入挤出机进行熔融挤出，所述双螺杆挤出机的螺杆转速控制在350r/min，料筒温度280℃，挤出真空度为-0.65MPa，得到透明激光焊接吸热PC塑料。

将实施例1制备的透明激光焊接吸热PC塑料测定透明度并进行焊接测试，测试结果见表1。

实施例2

一种透明激光焊接吸热PC塑料，制备原料为如下组分：

Sabic141R 98.7kg、氧化镓(D50＝50nm)0.3kg、氧化铟(D50＝50nm)0.3kg、PETS1kg、抗氧剂1680.35kg、抗氧剂10760.35kg。

上述透明激光焊接吸热PC塑料的制备方法，包括如下步骤：

将实施例2制备的透明激光焊接吸热PC塑料测定透明度并进行焊接测试，测试结果见表1。

实施例3

一种透明激光焊接吸热PC塑料，制备原料为如下组分：

PC Covestro Markolon 280546.2kg、Sabic141R 51.2kg、氧化镓(D50＝80nm)0.08kg、氧化铟(D50＝50nm)0.08kg、氧化锡(D50＝90nm)0.08kg、PETS 0.5kg、抗氧剂1680.25kg、抗氧剂10760.25kg。

上述透明激光焊接吸热PC塑料的制备方法，包括如下步骤：

将所述预混料经过主喂料口加入挤出机进行熔融挤出，所述双螺杆挤出机的螺杆转速控制在400r/min，料筒温度290℃，挤出真空度为-0.8MPa，得到透明激光焊接吸热PC塑料。

将实施例3制备的透明激光焊接吸热PC塑料测定透明度并进行焊接测试，测试结果见表1。

实施例4

一种透明激光焊接吸热PC塑料，制备原料为如下组分：PC Covestro Markolon280548.6kg、Sabic141R 49.6kg、氧化锡(D50＝50nm)0.3kg、PETS0.4kg、抗氧剂1680.25kg、抗氧剂10760.25kg。

上述透明激光焊接吸热PC塑料的制备方法，包括如下步骤：

将所述预混料经过主喂料口加入挤出机进行熔融挤出，所述双螺杆挤出机的螺杆转速控制在300r/min，料筒温度280℃，挤出真空度为-0.5MPa，得到透明激光焊接吸热PC塑料。

将实施例4制备的透明激光焊接吸热PC塑料测定透明度并进行焊接测试，测试结果见表1。

对比例1

一种透明激光焊接吸热PC塑料，制备原料在实施例1的基础上将纳米金属氧化物替换为炭黑，重量为0.08kg；

将对比例1制备的激光焊接吸热PC塑料测定透明度并进行焊接测试，测试结果见表1。

表1.实施例1～4和对比例1制备的透明激光焊接吸热PC塑料产品性能及激光焊接效果

通过表1可以看出，本发明测试焊接效果时，通过激光功率的调整，B组焊接测试均为良好，无过热发泡现象。本发明实施例1～4制备的透明激光焊接吸热PC塑料产品的透明度＞80％，既可达到很好的PC塑料的激光熔融效果，又不影响焊接后材料的透明度，焊缝拉伸强度达到50MPa以上；而对比例1制备的产品由于添加了炭黑作为激光吸热材料，大幅度影响了PC塑料的透明度，并且焊接时容易过热发泡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种透明激光焊接吸热PC塑料，其特征在于，制备原料为如下重量份的组分：PC树脂97.4～99.6份、润滑剂0.1～1份、纳米金属氧化物0.1～0.6份、抗氧剂0.2～1份；

所述纳米金属氧化物包括氧化镓、氧化铟和氧化锡中的至少一种；

所述纳米金属氧化物的中位粒径D50＜100nm；

所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。

2.根据权利要求1所述的透明激光焊接吸热PC塑料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂S9228中的一种或多种。

3.权利要求1～2任意一项所述透明激光焊接吸热PC塑料的制备方法，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300～400r/min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的料筒温度270～290℃，挤出真空度为-0.8～-0.5MPa。