CN111334019A - 一种易于激光焊接的高性能pc/abs合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，该合金材料包括以下重量份的组分：中高粘PC：40～70份，低粘PC：10～20份，ABS树脂：20～40份，纳米氧化铟锡：0.1～2份，光散射剂：0.1～2份，抗氧剂：0.1～1份，润滑剂：0.1～1份；与现有技术相比，本发明所提供的PC/ABS合金材料，加入低粘度PC和光散射剂后，拓宽了合金材料的焊接工艺窗口，同时所得制品焊接强度和焊接效率更高，可应用于汽车内外饰件等。

Description

一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子改性材料领域，尤其是涉及一种易于激光焊接的高性能PCABS合金材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)合金由于综合了两者的优点，一方面既提高了ABS材料的耐热性、冲击强度和拉伸强度，另一方面降低了PC的熔体粘度，改善了加工性能，且减弱了注塑制品对应力敏感性，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，普遍采用PC/ABS，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首选材料。通常情况下，后尾灯的壳体采用PC/ABS合金材料，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PC/ABS合金材料对红外吸收效果弱，制品焊接强度弱，无法达到应用的要求。
目前关于这方面的相关专利极少，如专利“一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物及其制备方法”(专利号CN105440639B)中提出通过添加近红外吸收剂和提高熔体强度的方法达到焊接的效果，但是提高熔体强度会使材料的加工性能变差。又如专利“一种用于激光焊接的PC/ABS合金及其制备”(专利号CN107312303A)中采用纳米硫化铜作为红外吸收剂，同时复配石墨来提高焊接效果，但由于添加石墨等材料后，PC/ABS合金材料颜色为黑色，应用受限。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聚合物分子链的相互扩散。
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，焊接强度高的PC/ABS合金材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，包括以下重量份的组分：
中高粘PC：40～70份；
低粘PC：10～20份；
ABS树脂：20～40份；
纳米氧化铟锡：0.1～2份；
光散射剂：0.1～2份；
抗氧剂：0.1～1份；
润滑剂：0.1～1份。
所述的中高粘PC为重均分子量20000～40000，熔融指数为5～15g/10min。
所述的低粘PC为重均分子量5000～15000，熔融指数为20～35g/10min。
所述ABS树脂分子量为100000～200000，熔融指数为5～25g/10min。
所述纳米氧化铟锡的粒径大小为50～200nm，纯度≥95％。
所述光散射剂为钛白粉，粒径大小为100～300nm。
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中的一种或几种。
所述润滑剂包括硅油、硅酮母粒、乙撑双硬酯酰胺、季戊四醇硬脂酸中的一种或几种。
本发明还涉及一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将不同粘度聚碳酸酯PC、ABS树脂、纳米氧化铟锡、光散射剂、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230～270℃，螺杆转速为300～600r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
选用中高粘PC和低粘PC复配的方法，既保证了PC/ABS材料的基本力学性能和热性能，又由于复配使聚合物合金具有更加宽的熔程，利于激光焊接工艺的加工窗口。另外，低粘PC能够在激光焊接过程中，加快界面层聚合物大分子链的浸润及扩散过程，从而提高聚合物间焊接界面的强度。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。在此基础上，采用光散射剂，从而使吸收的激光在基体材料中进行有效的散射，保证焊接强度的前提下，降低焊接过程中熔池的深度，达到提高焊接的效率及获得良好的制件表面外观。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的谱图技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
对比例1
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 70份(熔融指数为5g/10min)、ABS树脂30份(熔融指数为10g/min)、纳米氧化铟锡0.1份、光散射剂0.1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230～270℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
对比例2
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 60份(熔融指数为15g/10min)、低粘度PC 10份(熔融指数为20g/10min)，ABS树脂30份(熔融指数为5g/10min)、纳米氧化铟锡0.1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230～270℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
实施例1
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 60份(熔融指数为5g/10min)、低粘度PC 10份(熔融指数为35g/10min)，ABS树脂30份(熔融指数为5g/10min)、纳米氧化铟锡0.1份、光散射剂0.1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300r/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230～270℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
实施例2
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 60份(熔融指数为10g/10min)、低粘度PC 20份(熔融指数为30g/10min)，ABS树脂20份(熔融指数为25g/10min)、纳米氧化铟锡0.5份、光散射剂2份、抗氧剂1076 0.5份、抗氧剂618 1份和润滑剂硅酮母粒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230～270℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
实施例3
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 50份(熔融指数为10g/10min)、低粘度PC 10份(熔融指数为25g/10min)，ABS树脂40份(熔融指数为10g/10min)、纳米氧化铟锡2份、光散射剂1份、抗氧剂1098 1份、抗氧剂168 0.5份和润滑剂硅酮母粒0.5份加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为200r/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230～270℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.07MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
实施例4
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 40份(熔融指数为8g/10min)、低粘度PC 20份(熔融指数为22g/10min)，ABS树脂40份(熔融指数为15g/10min)、纳米氧化铟锡1.5份、光散射剂0.5份、抗氧剂1098 0.3份、抗氧剂168 0.6份和润滑剂乙撑双硬酯酰胺0.8份加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为150r/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230～270℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
实施例5
一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将中高粘度PC 60份(熔融指数为15g/10min)、低粘度PC 15份(熔融指数为35g/10min)，ABS树脂25份(熔融指数为10g/10min)、纳米氧化铟锡1.5份、光散射剂2份、抗氧剂1098 0.3份、抗氧剂168 0.6份和润滑剂季戊四醇硬脂酸0.5份加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为250r/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230～270℃，螺杆转速为550r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
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PC/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 BDA0002325851600000061
由上表可知，添加低粘度PC和光散射剂后焊接强度及焊接样条外观明显改善。同时，高焊接速率下，在保持焊接强度的前提下，同时提高了生产效率。证明本发明是具有加工窗口宽、制品外观良好且焊接强度高的PC/ABS合金材料的有效方法。

Claims (9)

1.一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，其特征在于：包括以下重量份的组分：
中高粘PC：40～70份；
低粘PC：10～20份；
ABS树脂：20～40份；
纳米氧化铟锡：0.1～2份；
光散射剂：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所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的中高粘PC为重均分子量20000～40000，熔融指数为5～15g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的低粘PC为重均分子量5000～15000，熔融指数为20～35g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，其特征在于：所述ABS树脂分子量为100000～200000，熔融指数为5～25g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，其特征在于：所述纳米氧化铟锡的粒径大小为50～200nm，纯度≥95％。
6.根据权利要求1所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，其特征在于：所述光散射剂为钛白粉，粒径大小为100～300nm。
7.根据权利要求1所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，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，选自市售抗氧剂1010，抗氧剂1076，抗氧剂1098，抗氧剂168，抗氧剂618中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料，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、季戊四醇硬脂酸中的一种或几种。
9.权利要求1-8任意之一所述易于激光焊接的高性能PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将不同粘度聚碳酸酯PC、ABS树脂、纳米氧化铟锡、光散射剂、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230～270℃，螺杆转速为300～600r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa，经切粒制备得到易于激光焊接的PC/ABS合金材料。
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