CN111647260A - 一种车尾灯壳体用pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料领域，具体是一种车尾灯壳体用PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：PC树脂40～80份，ABS树脂10～30份，SAN树脂1～30，相容剂0.5～10份，扩链剂0.5～5份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份。本发明提供一种车尾灯壳体用PC/ABS合金及其制备方法，此材料特别适用于与PMMA灯罩进行摩擦振动焊的粘结工艺，并且具有非常优异的焊渣良品率。

Description

一种车尾灯壳体用PC/ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体地说，是一种车尾灯壳体用PC/ABS合金及其制备方法，特别适用于与PMMA外罩进行摩擦振动焊的焊接工艺，并且比常规PC/ABS合金具有更低的焊渣不良率，降低了产品的质量成本。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种线型聚碳酸酯，是一种无定形的工程塑料，具有良好的韧性、透明性和耐热性。ABS具有很好的流动性和冲击性能。因此，PC与ABS共混，可以综合PC和ABS两者的优良性能，既可以提高ABS的耐热性和拉伸强度，又可以降低PC的熔体黏度，改善加工性能，所以PC/ABS合金是非常适用于制备车尾灯壳体的材料。
车尾灯壳体材料PC/ABS与外罩材料PMMA的焊接方式通常有热板焊接和摩擦振动焊接。其中热板焊接过程中，熔融物易溢出，并且只适用于结构简单的车尾灯部件。对于外观要求高且结构设计复杂的车尾灯部件只能使用摩擦振动焊的工艺，目前客户对车尾灯部件的外观要求越来越高，所以摩擦振动焊的工艺越来越普遍(图1)。在与车尾灯外罩PMMA进行摩擦振动焊过程中，车尾灯外罩和车尾灯壳体两个部件左右横向快速移动产生热量后对树脂逐渐开始熔融，然后进行焊接。此过程分为三个过程，第一阶段为PC/ABS壳体与PMMA外罩都未达到熔融状态，此摩擦状态为硬摩擦阶段；第二阶段为PC/ABS壳体与PMMA外罩逐渐开始软化并达到熔融状态，此为熔融阶段；第三阶段为PC/ABS壳体与PMMA外罩的粘结过程。当PC/ABS车尾灯壳体与PMMA外罩左右横向高频率的移动过程中，树脂碎屑很容易飞溅出而导致外观不良，这个不良现象称为焊渣不良。对于普通PC/ABS材料来说，采用摩擦振动焊的工艺很容易出现焊渣的不良问题，出现焊渣不良的产品只能报废处理，所以极大地提高了产品的质量成本。所以，开发一种适用于摩擦振动焊的PC/ABS材料具有非常大的应用前景。
中国专利文献CN104387744A公开了一种易焊接高性能PC/ABS合计材料，该专利提高了热板焊接后制件焊接面的力学强度和拉伸强度，并且具有良好的外观效果。但是，该专利只针对于热板焊的工艺。
中国专利文献CN110294919A公开了一种免底涂PC/ABS材料及其制备方法，该发明选用具有高光泽、高全光线折射系数的ABS、PMMA，制备耐温高、流动好、冲击高、光泽度高，对模具的复制性极佳，热板焊接无拉丝。
但是关于一种特别适用于摩擦振动焊的工艺并且具有优异的焊渣良品率的车尾灯壳体用PC/ABS合金及其制备方法目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车尾灯壳体用PC/ABS合金及其制备方法，适用于摩擦振动焊的工艺，解决了摩擦振动中焊渣不良率高的问题。
本发明的第一方面，提供一种车尾灯壳体用PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：
Figure BDA0002507262640000021
其中，
所述的PC树脂为数均分子量为17,000～30,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为145～150℃。具体可选用帝人化成产L-1225Y、陶氏PC201-10，科思创PC 2600、PC2400，优选用科思创的PC 2600。
所述的ABS树脂为本体法或乳液法ABS材料，重均分子量为80,000～150,000g/mol，其包括占总重的重量百分比含量为5～60％的橡胶、10～30％的丙烯腈、30～70％的苯乙烯。具体可选用韩国锦湖石油化学株式会社的ABS HR150F、ABS HR181，高桥石化的ABS8391、ABS8434和苯领的GP-22。优选ABS HR150F，丁二烯含量为52％。
所述的SAN树脂分子量为100,000-200,000g/mol，丙烯腈含量为25-35％，熔融指数为10-60g/10min。具体可选用韩国锦湖石油化学株式会社的SAN 326、SAN320(丙烯腈含量25-28％，熔融指数为50g/10min)或台湾奇美的PN117C(丙烯腈含量25-28％，熔融指数为58g/10min)、PN127H(丙烯腈含量30-35％，熔融指数为18g/10min)。优选台湾奇美的PN127H，丙烯腈含量为30-35％，熔融指数为18g/10min。
所述的相容剂为乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)。具体可选用阿科玛的24MA005(丙烯酸酯含量为25％)，熔点为72℃。
所述的扩链剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯类聚合物，环氧当量为900～1200g/mol。可选用佳易容的SAG-008，环氧当量为1000g/mol。
所述的润滑剂为硅酮粉、季戊四醇酯(PETS)、聚乙烯蜡或乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种以上。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、亚磷酸酯抗氧剂S-9228、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。优选抗氧剂1076和抗氧剂168，两种抗氧剂以1:1的重量比共混使用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：
Figure BDA0002507262640000031
其中，在所述的优选实施方式中，
选用的PC树脂为科思创的PC 2600，其分子量为23,000g/mol；
选用的ABS树脂为韩国锦湖的ABS HR150F；
选用的SAN树脂为台湾奇美的PN117C或PN127H；
选用的相容剂为阿科玛的24MA005，熔点为72℃；
选用的扩链剂为佳易容的SAG-008，环氧含量为8％；
抗氧剂：Basf公司生产的抗氧剂1076和抗氧剂168，两种抗氧剂以1:1的重量比共混使用；
润滑剂：季戊四醇酯(PETS)。
本发明的第二方面，提供一种如上所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
本发明优点在于：
1、一方面，通过低熔点EMA相容剂的添加，降低了PC/ABS的熔点，从而减少硬摩擦的时间。这是因为硬摩擦阶段是产生焊渣的主要过程，所以减少了硬摩擦时间，可以很好地改善焊渣不良；
2、第二方面通过扩链剂的添加，提高了熔融阶段PC/ABS树脂的熔体强度，因为材料的熔体强度越高，分子与分子之间的粘结力越强，会减少熔融物的飞溅，进一步改善焊渣的不良。
附图说明
图1是摩擦振动焊示意图。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1-电磁线圈 2-框架
3-弹簧 4-驱动盒
5-下模具 6-上模具
7-升降台 8-振动方向
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
在以下各个实施例和对比例中，各原料采用下述成分：
选用的PC树脂为科思创的PC 2600，其分子量为23,000g/mol。
选用的ABS树脂为韩国锦湖的乳液法ABS HR150F，丁二烯含量为52％和高桥石化的本体法ABS8391，丁二烯含量为18％。
选用的SAN树脂为台湾奇美的PN117C(丙烯腈含量25-28％，熔融指数为58g/10min)和PN127H(丙烯腈含量30-35％，熔融指数为18g/min)。
选用的相容剂为阿科玛的24MA005，熔点为72℃。
选用的扩链剂为佳易容的SAG-008，环氧含量为8％。
抗氧剂：Basf公司生产的抗氧剂1076和抗氧剂168，两种抗氧剂以1:1的重量比共混使用。
润滑剂：季戊四醇酯(PETS)。
对比例1：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
对比例2：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例1：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例2：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例3：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例4：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例5：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例6：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例7：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例8：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例9：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例10：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例11：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例12：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
实施例13：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
表1对比例1-2和实施例1-4的组分和配比
Figure BDA0002507262640000081
Figure BDA0002507262640000091
表2实施例5-10的组分和配比
配方(以重量份计算) 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
PC 2600 65 65 65 65 65 65
ABS8391
ABS HR150F 15 15 15 15 15 15
PN 117C
PN 127H 16 18.5 18 17 16 17
24MA005 3 1
SAG-008 0.5 1 2 3 1
抗氧剂 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
润滑剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
表3实施例11-13的组分和配比
配方(以重量份计算) 实施例11 实施例12 实施例13
PC 2600 65 65 65
ABS8391 30
ABS HR150F 15 15
PN 117C 15
PN 127H 15
24MA005 2 2 2
SAG-008 2 2 2
抗氧剂 0.6 0.6 0.6
润滑剂 0.4 0.4 0.4
实施例14：实施效果的评价
将上述对比例1-2和实施例1-13获得的样品，产品性能测试方法如下：
熔融指数：按ISO 1133，测试条件260℃*5kg；
弯曲强度：按ISO 178，实验速度2mm/min；
缺口冲击强度：按ISO 179，测试温度23℃；
维卡软化温度：按ISO 306，测试条件B50；
焊渣不良比例：PC/ABS尾灯部件与PMMA外罩使用摩擦振动焊的方法进行焊接，焊接后采用目视的方法判定焊渣的不良率。
表4对比例1-2和实施例1-4的测试结果
性能参数 对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
熔融指数(g/10min) 23 23 20 21 22 24
弯曲强度(Mpa) 70 68 72 70 68 66
缺口冲击强度(kj/m<sup>2</sup>) 50 50 55 52 48 43
维卡软化温度(℃) 123 123 123 122 121 120
焊渣不良率(％) 33 30 27 23 19 11
表5实施例5-10的测试结果
性能参数 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
熔融指数(g/10min) 26 19 18 16 12 20
弯曲强度(Mpa) 63 72 72 72 72 68
缺口冲击强度(kj/m<sup>2</sup>) 35 57 58 58 59 50
维卡软化温度(℃) 118 123.5 124 124.5 125 122
焊渣不良率(％) 9 24 21 15 15 13
表6实施例11-13的测试结果及测试标准
性能参数 实施例11 实施例12 实施例13 测试标准
熔融指数(g/10min) 24 23 23 /
弯曲强度(Mpa) 66 62 59 ≥65
缺口冲击强度(kj/m<sup>2</sup>) 45 52 52 ≥40
维卡软化温度(℃) 121 121 121 ≥120
焊渣不良率(％) 1 4 7 ≥98
从对比例2和实施例1可以看到，使用PN127H比PN117C具有更好的焊渣良品率，这是因为一方面PN127H具有更低的熔融指数，有助于提高材料的熔体强度(PN127H的熔融指数是18g/10min，PN117C的熔融指数是58g/10min)；另一方面，当SAN树脂中丙烯腈的含量在30-35％时，与PMMA具有很好的相容性。当丙烯腈含量在25-28％时，相容性相对更差，所以焊渣不良率也会相对更高。
从实施例1-5可以看到，随着24MA005的添加，焊渣不良率逐渐降低。这是因为24MA005的熔点是72℃，其添加量越高，PC/ABS合金的熔融温度越低，所以减少了硬摩擦的时间。另一方面，24MA005(乙烯丙烯酸甲酯共聚物)与PMMA在结构上相似相容，与PMMA具有很好的相容性。在振动摩擦焊中，由于两种材料具有很好的粘结性，所以进一步降低了焊渣的飞溅。但是，24MA005中含有的乙烯成分与PC/ABS相容性不好，当24MA005的添加量超过2％以上时，材料会逐渐开始出现分层的问题，材料的冲击韧性会急剧下降，所以其添加量不宜超过2％以上。
从实施例6-9可以看到，随着扩链剂SAG-008用量的增加，由于其具有扩链的效果，所以PC/ABS材料的熔体强度相对越高，分子与分子之间的粘结力越强，会减少熔融物的飞溅，产生的焊渣不良率越低。当SAG-008添加量超过2％以上时，对焊渣不良率改善的效果开始不明显，而且PC/ABS的粘度过大会影响材料的注塑过程，而且SAG-002最合适的添加量不超过2％。
从对比例1和实施例13可以看到，使用乳液法ABS HR150F比本体法ABS8391具有更好的刚性，在本体法ABS8391中添加24MA005和SAG-008会影响材料的刚性，使得弯曲强度达不到标准要求。
从实施例3、4、7、8、10和11可以看到，当24MA005和SAG-008复配使用时，比单独添加24MA005和SAG-008都具有更好的焊渣良品率。当24MA005和SAG-008用量都达到2％时，焊渣良品率达到最佳，而且其他机械性能也能满足客户要求。其中，实施例11是最佳方案。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，由以下成分按如下重量份组成：
Figure FDA0002507262630000011
所述的相容剂为乙烯丙烯酸甲酯共聚物；所述的扩链剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯类聚合物。
2.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的PC树脂为数均分子量为17,000～30,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为145～150℃。
3.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的ABS树脂为本体法或乳液法ABS材料，重均分子量为80,000～150,000g/mol，其包括占总重的重量百分比含量为5～60％的橡胶、10～30％的丙烯腈、30～60％的苯乙烯。
4.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的SAN树脂分子量为100,000-200,000g/mol，丙烯腈含量为25-35％，熔融指数为10-60g/10min。
5.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的相容剂为熔点在50～80℃的乙烯丙烯酸甲酯共聚物。
6.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的扩链剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯类聚合物，环氧当量为900～1200g/mol。
7.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮粉、季戊四醇酯、聚乙烯蜡或乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、亚磷酸酯抗氧剂S-9228、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，其特征在于，所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：
Figure FDA0002507262630000021
10.一种如权利要求1-9任一所述的车尾灯壳体用PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。
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