CN111793276A - 一种高激光焊接强度改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高激光焊接强度改性聚丙烯材料及其制备方法。所述的原材料包含聚丙烯、巯基单体、硝酸银、槽法炭黑、环氧基‑卤素单体、增韧剂、抗氧剂、填料。本发明先制备纳米银，然后将纳米银环氧化处理，再制备炭黑接枝物，最后制备高激光焊接强度改性聚丙烯。本发明利用炭黑作为激光焊接的能量吸收剂，利用在炭黑表面接枝的纳米银，一方面使炭黑不易团聚，分散更为均匀，另一方面利用纳米银优良的导热性能，将炭黑吸收的热量传递到范围更大，从而使接触面聚丙烯的熔融面积增大，提高激光焊接的界面强度。所制备的改性聚丙烯材料具有高激光焊接强度的特点，可广泛应用于各类需粘接的汽车、家电、电子产品零部件。
Description
技术领域
本发明属于改性高分子材料领域，尤其涉及一种高激光焊接强度改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
作为通用热塑性塑料的聚丙烯因其无毒、价格低廉、相对密度小、耐化学腐蚀、强度高、易于回收利用等优点，广泛应用于家用电器、汽车零部件、日常用品等领域。目前诸如保险杠、车灯、家电壳体等部件需要进行零部件间的粘接。常见的粘接方式主要有胶水粘接、热焊接、超声波焊接、激光焊接。其中胶水粘接效率较低，且含有挥发性溶剂，对使用人员的身体健康存在不良影响；热焊接不适用于结构复杂的制件；超声波对于厚度渐变的制件会出现焊接印，影响外观；激光焊接是一种新兴的焊接技术，其利用激光束在材料界面处产生的热量使界面的塑料熔融，从而将两种制件粘接在一起。激光焊接要求上板能够透过激光，下板吸收激光的能量，利用下板熔融的塑料将上板和下板粘接在一起，但是由于激光束较小，存在焊接面较小，粘接强度有待提高的问题。
专利CN 110862642 A公开了一种高刚超韧可激光焊接聚丙烯改性材料及其制备方法，所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，加入增韧剂SEBS提高聚丙烯的韧性，加入晶须提高聚丙烯的强度，制备出高刚高韧的改性聚丙烯材料。但是通过上述物质和方法制备出的改性聚丙烯材料，仅是使聚丙烯的刚性和韧性提高，并未解决焊接界面强度低的问题。
专利CN 111073155 A公开了一种填充改性聚丙烯材料及其制备方法，所述改性聚丙烯材料由原料共聚聚丙烯树脂、两种增韧剂、有机硅氧烷处理的云母等制备而成，通过配方设计实现更多不同性能的材料和良好的激光焊接强度。
专利CN 110791023 A公开了一种可激光焊接改性聚丙烯材料及其制备方法，聚丙烯中加入增韧剂增韧，加入填充剂增刚，此外需要加入纳米粒子，抗氧剂，光稳定剂和透光黑色粉，通过透光黑色粉和纳米粒子的协同作用使聚丙烯对900-1100nm近红外光的透过性提高，拓展了激光焊接技术在汽车塑料部件的应用领域。
上述专利虽然制备出可用于激光焊接的改性聚丙烯材料，但是都未能解决激光焊接界面强度低的问题，因此需要开发新的产品和配套的加工工艺，以制备出高激光焊接强度的改性聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚丙烯，解决改性聚丙激光焊接时界面强度低的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高激光焊接强度的改性聚丙烯材料，所述改性聚丙烯包含以下组分：
S10、聚丙烯，40％～85％，优选45％～65％；
S11、增韧剂，5％～20％，优选8％～15％；
S12、填料，5％～40％，优选10％～35％；
S13、炭黑接枝物，1％～10％，优选2％～8％；
S14、抗氧剂，0.1％～1％；
S15、润滑剂，0.1％～1％；
以上组分以改性聚丙烯总质量计；
其中，所述炭黑接枝物通过如下组分制备：
S6、聚丙烯，50～80％，优选55～70％；
S7、炭黑，15～40％，优选20～35％；
S8、环氧化处理纳米银，3～20％，优选5～15％；
以上组分以炭黑接枝物总质量计；
其中，所述环氧化处理纳米银由环氧化剂(S9)与纳米银反应获得，S9为环氧基-卤素单体；优选的，S9为环氧化处理纳米银质量的2％～15％，优选5～10％。
上述改性聚丙烯组合物方案中，炭黑和纳米银相互配合，炭黑作为激光焊接的能量吸收剂，吸收透过上板传递到上下板界面处激光的能量，炭黑表面接枝的纳米银，一方面使炭黑不易团聚，分散更为均匀，另一方面由于纳米银优良的导热性能，可将炭黑吸收的热量传递到范围更大，从而使接触面聚丙烯的熔融面积增大，提高激光焊接的界面强度；而且卤素的引入使炭黑/纳米银与聚丙烯的相容性变差，导致炭黑/纳米银更多的在材料的表层富集，有利于在炭黑/纳米银添加量较少的情况下吸收更多的激光，传递更多的热量，提高焊接面的强度。
本发明中，所述环氧化处理纳米银通过如下组分制备：
S4、纳米银；
S5、过氧酸和/或双氧水，用量为纳米银质量的30～100倍，优选50～80倍。
本发明中，所述过氧酸是一种分子中含有过氧基-O-O-的酸，优选三氯过氧苯甲酸、过氧甲酸和过氧乙酸中的一种或多种。
本发明中，所述纳米银通过如下组分制备：
S1、巯基单体；
S2、硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的100～200％，优选120～180％；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的20～50倍，优选25～40倍。
本发明中，巯基单体为含巯基和碳碳双键的单体，优选4-巯基嘧啶，2-巯基吡嗪，2-巯基咪唑和2-巯基噻唑中的一种或多种。
本发明中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，共聚聚丙烯和无规聚丙烯中的一种或多种；S10和S6可以采用相同或不相同的聚丙烯；优选的，所述聚丙烯熔融指数为1～100，优选10～60。
本发明中，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，乙烯-丁烯共聚物，三元乙丙橡胶，SEBS和乙烯丙烯无规共聚物中的一种或多种。
本发明中，所述填料为滑石粉，碳酸钙，硅灰石，云母和玻纤中的一种或多种。
本发明中，所述抗氧剂为1010、1076、168和626中的一种或多种。
本发明中，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、白油和EBS中的一种或多种。
本发明中，所述炭黑为槽法炭黑；优选的，所述炭黑的粒径为5～40nm，优选10～30nm。
本发明中，所述环氧基-卤素单体为同时含有环氧基和卤素的单体，优选所述环氧基-卤素单体为1,2-环氧基-3-(2,2,2-三氟乙氧基)-丙烷，(S)-(2-溴乙基)环氧乙烷和(S)-(-)-3,3,3-三氟2,3-环氧丙烷中的一种或多种。
本发明的另一目的在于提供一种制备所述高激光焊接强度改性聚丙烯材料的方法。
一种制备所述高激光焊接强度改性聚丙烯材料的方法，该方法包含以下步骤：
(1)将巯基单体放入乙醇中，搅拌，加入硝酸银，置于微波反应器中反应，除溶剂，干燥，制得纳米银；
(2)将上述纳米银与过氧酸和/或双氧水混合，搅拌反应，除溶剂，干燥，制得环氧化处理纳米银；
(3)将上述环氧化处理的纳米银、炭黑、环氧基-卤素单体、聚丙烯在密炼机中混合均匀，制得炭黑接枝物；
(4)将聚丙烯、增韧剂、填料、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。
本发明中，步骤(1)搅拌温度为20～50℃，优选25～40℃，搅拌转速20～100rpm，优选40～80rpm，搅拌时间1～3h；微波功率为200～500W，时间为5～60min，优选10～50min；真空旋蒸除溶剂，旋蒸温度为40～80℃，优选45～70℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08Mpa；真空干燥温度为50～80℃，优选60～75℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa，时间为1～5h，优选2～4h。
本发明中，步骤(2)发生双键环氧化反应，反应温度为20-40℃，搅拌桨转速20～100rpm，优选30～80rpm，反应时间10-45h，优选20-30h；真空旋蒸除溶剂，旋蒸温度为40～70℃，优选45～60℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa；真空干燥温度为50～100℃，优选60～85℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa，时间为1～4h，优选2～3h。
本发明中，步骤(3)密炼机混合温度为170～230℃，优选180～220℃，转速为30～120rpm，优选50～100rpm，时间为5～30min，优选10～20min。
本发明中，步骤(4)混合采用高混机，转速为20～90rpm，优选30～80rpm；温度为20～45℃，优先25～40℃；混合时间为2～10min，优选3～7min；双螺杆挤出机的螺杆温度180-230℃，优选190-220℃；转速为200-900rpm，优选300-700rpm。
本发明的又一目的在于提供一种炭黑接枝物。
一种炭黑接枝物，采用所述的组合物制备，或采用所述的制备方法制备。
本发明中未经特别注明的“％”均指质量百分比“wt％”。
本发明的积极效果在于：
(1)成功解决了聚丙激光焊接时界面强度低的问题，制备出了高激光焊接强度改性聚丙烯材料，拉伸强度＞25MPa；
(2)炭黑和纳米银相互配合，炭黑作为激光焊接的能量吸收剂，炭黑表面接枝的纳米银，一方面使炭黑不易团聚，分散更为均匀，另一方面传递热量，使接触面聚丙烯的熔融面积增大，提高激光焊接的界面强度；
(3)卤素的引入使炭黑/纳米银与聚丙烯的相容性变差，导致炭黑/纳米银更多的在材料的表层富集，有利于在炭黑/纳米银添加量较少的情况下吸收更多的激光，传递更多的热量，提高焊接面的强度；
(4)采用相对简单的制备工艺就可以获得高激光焊接强度改性聚丙烯材料。
附图说明
图1中右侧为实施例1激光焊接样品，左侧为对比例1激光焊接样品。
具体实施方案
通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所述的范围。
实施例和对比例中所用的原材料信息如下：
所用的双螺杆挤出机为科倍隆南京机械有限公司产品，型号为CTE 35；密炼机为哈尔滨哈普电器技术有限责任公司，RM-200C混炼式转矩流变仪。
实施例和对比例中的拉伸强度按标准ISO 527测试，样条尺寸为130mm×10mm×0.8mm，拉伸速率50mm/min；样条使用激光焊接粘接，厂家为大族激光，设备型号为H20，激光波长1000～1100nm；实施例中高激光焊接强度改性聚丙烯材料作为激光焊接的下板，激光焊接的上板统一使用聚丙烯3003(台塑)注塑的样条，样条尺寸为130mm×10mm×0.8mm。
实施例1
100KG高激光焊接强度改性聚丙烯材料，主要组分及用量如下：
(A)纳米银1119g，通过包含如下组分制备：
S1、巯基单体4-巯基嘧啶570g；
S2、无水硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的150％，1295g；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的30倍；
(B)环氧化处理纳米银1200g，通过包含如下组分制备：
S4、纳米银1119g；
S5、三氯过氧苯甲酸，用量为纳米银质量的75倍；
(C)炭黑接枝物6kg，通过包含如下组分制备：
S6、聚丙烯PPH-300，50％；
S7、炭黑C1010，28％；
S8、环氧化处理纳米银，20％；
S9、环氧基-卤素单体1,2-环氧基-3-(2,2,2-三氟乙氧基)-丙烷，2％；
(D)高激光焊接强度改性聚丙烯材料，通过包含如下组分制备：
S10、聚丙烯PPH-300，63.5kg(63.5％)；
S11、增韧剂A1050S，10kg(10％)；
S12、填料AH5000，20kg(20％)；
S13、炭黑接枝物，6kg(6％)；
S14、抗氧剂1010 0.1kg(0.1％)，626 0.1kg(0.1％)；
S15、润滑剂硬脂酸锌，0.3kg(0.3％)。
制备纳米银：将巯基单体加入无水乙醇中，搅拌转速60rpm，搅拌2h，搅拌温度为30℃，加入无水硝酸银，置于微波反应器中，微波功率为350W，时间为40min，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为60℃，真空度为-0.07MPa，真空干燥，干燥温度为70℃，真空度为-0.07MPa，时间为3h，制得纳米银；
制备环氧化处理纳米银：将上述纳米银，三氯过氧苯甲酸混合，搅拌反应，反应温度为30℃，搅拌桨转速60rpm，反应时间25h，使双键环氧化，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为50℃，真空度为-0.07MPa，真空干燥，真空干燥温度为70℃，真空度为-0.07MPa，时间为2.5h，制得环氧化处理纳米银；
制备炭黑接枝物：将上述环氧化处理的纳米银，炭黑，环氧基-卤素单体，聚丙烯在密炼机中混合均匀，混合温度为200℃，转速为80rpm，时间为15min，制得炭黑接枝物；
制备高激光焊接强度改性聚丙烯材料：聚丙烯、增韧剂、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合，混合采用高混机，转速为50rpm，温度为30℃，混合时间为5min。将上述混合物通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，填料通过侧喂料口加入，在双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出条件为螺杆转速为600rpm，螺杆温度从进料口到机头分段设置为180℃、185℃、185℃、190℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、185℃、180℃。得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。制得的高激光焊接强度改性聚丙烯材料加工成样件后，按照标准测试性能，测试结果见表1，激光焊接照片见图1，图中焊接面融合的面更宽，且焊接面粘合更好。
对比例1
按实施例1所选用的物料(不加入纳米银)及其相应比例，按实施例1的工艺条件，通过双螺杆挤出机共混，制得的产品加工成样件后，按照相同标准测试性能，测试结果见表1，激光焊接照片见图1。
实施例2
100KG高激光焊接强度改性聚丙烯材料，主要组分及用量如下：
(A)纳米银47g，通过包含如下组分制备：
S1、巯基单体2-巯基吡嗪24g；
S2、硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的100％，36g；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的20倍；
(B)环氧化处理纳米银50g，通过包含如下组分制备：
S4、纳米银47g；
S5、过氧甲酸，用量为纳米银质量的30倍；
(C)炭黑接枝物1kg，通过包含如下组分制备：
S6、聚丙烯5012XT，79.25％；
S7、炭黑S200，15％；
S8、环氧化处理纳米银，5％；
S9、环氧基-卤素单体(S)-(-)-3,3,3-三氟2,3-环氧丙烷，0.75％；
(D)高激光焊接强度改性聚丙烯材料，通过包含如下组分制备：
S10、聚丙烯5012XT，84.9kg(84.9％)；
S11、增韧剂C5070D，8kg(8％)；
S12、填料GY6000，5kg(5％)；
S13、炭黑接枝物，1kg(1％)；
S14、抗氧剂1076 0.3kg(0.3％)，626 0.3kg(0.3％)；
S15、润滑剂硬脂酸钙，0.5kg(0.5％)。
制备纳米银：将巯基单体加入无水乙醇中，搅拌转速20rpm，搅拌3h，搅拌温度为25℃，加入无水硝酸银，置于微波反应器中，微波功率为500W，时间为5min，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为45℃，真空度为-0.08MPa，真空干燥，干燥温度为50℃，真空度为-0.1MPa，时间为5h，制得纳米银；
制备环氧化处理纳米银：将上述纳米银，过氧甲酸混合，搅拌反应，反应温度为40℃，搅拌桨转速30rpm，反应时间30h，使双键环氧化，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为60℃，真空度为-0.06MPa，真空干燥，真空干燥温度为60℃，真空度为-0.08MPa，时间为3h，制得环氧化处理纳米银；
制备炭黑接枝物：将上述环氧化处理的纳米银，炭黑，环氧基-卤素单体，聚丙烯在密炼机中混合均匀，混合温度为180℃，转速为50rpm，时间为20min，制得炭黑接枝物；
制备高激光焊接强度改性聚丙烯材料：聚丙烯、增韧剂、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合，混合采用高混机，转速为20rpm，温度为25℃，混合时间10min。将上述混合物通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，填料通过侧喂料口加入，在双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出条件为螺杆转速为300rpm，螺杆温度从进料口到机头分段设置为180℃、190℃、190℃、230℃、230℃、220℃、220℃、190℃、190℃、190℃、190℃。得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。制得的高激光焊接强度改性聚丙烯材料加工成样件后，按照标准测试性能，测试结果见表1。
对比例2
按实施例2所选用的物料(不加入炭黑)及其相应比例，按实施例2的工艺条件，通过双螺杆挤出机共混，制得的产品加工成样件后，按照相同标准测试性能，测试结果见表1。
实施例3
100KG高激光焊接强度改性聚丙烯材料，主要组分及用量如下：
(A)纳米银279g，通过包含如下组分制备：
S1、巯基单体2-巯基咪唑134g；
S2、硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的120％，273g；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的25倍；
(B)环氧化处理纳米银300g，通过包含如下组分制备：
S4、纳米银279g；
S5、过氧乙酸，用量为纳米银质量的50倍；
(C)炭黑接枝物2kg，通过包含如下组分制备：
S6、聚丙烯77MK40T，63.8％；
S7、炭黑C3010，20％；
S8、环氧化处理纳米银，15％；
S9、环氧基-卤素单体(S)-(2-溴乙基)环氧乙烷，1.2％；
(D)高激光焊接强度改性聚丙烯材料，通过包含如下组分制备：
S10、聚丙烯77MK40T，47.3kg(47.3％)；
S11、增韧剂威达美6202，15kg(15％)；
S12、填料CMS8000，35kg(35％)；
S13、炭黑接枝物，2kg(2％)；
S14、抗氧剂1076 0.4kg(0.4％)，168 0.2kg(0.2％)；
S15、润滑剂白油，0.1kg(0.1％)。
制备纳米银：将巯基单体加入无水乙醇中，搅拌转速40rpm，搅拌2.5h，搅拌温度为20℃，加入无水硝酸银，置于微波反应器中，微波功率为200W，时间为60min，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为80℃，真空度为-0.05MPa，真空干燥，干燥温度为80℃，真空度为-0.05MPa，时间为1h，制得纳米银；
制备环氧化处理纳米银：将上述纳米银，过氧乙酸混合，搅拌反应，反应温度为20℃，搅拌桨转速20rpm，反应时间45h，使双键环氧化，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为40℃，真空度为-0.1MPa，真空干燥，真空干燥温度为100℃，真空度为-0.05MPa，时间为1h，制得环氧化处理纳米银；
制备炭黑接枝物：将上述环氧化处理的纳米银，炭黑，环氧基-卤素单体，聚丙烯在密炼机中混合均匀，混合温度为170℃，转速为30rpm，时间为30min，制得炭黑接枝物；
制备高激光焊接强度改性聚丙烯材料：聚丙烯、增韧剂、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合，混合采用高混机，转速为90rpm，温度为45℃，混合时间为2min。将上述混合物通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，填料通过侧喂料口加入，在双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出条件为螺杆转速为200rpm，螺杆温度从进料口到机头分段设置为180℃、190℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、210℃、200℃、185℃、180℃。得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。制得的高激光焊接强度改性聚丙烯材料加工成样件后，按照标准测试性能，测试结果见表1。
对比例3
按实施例3所选用的物料(加入炭黑和纳米银，纳米银不接枝到炭黑上，即纳米银不做环氧化处理)及其相应比例，按实施例3的工艺条件，通过双螺杆挤出机共混，制得的产品加工成样件后，按照相同标准测试性能，测试结果见表1。该对比例与现有技术最接近。
实施例4
100KG高激光焊接强度改性聚丙烯材料，主要组分及用量如下：
(A)纳米银934g，通过包含如下组分制备：
S1、巯基单体2-巯基噻唑486g；
S2、硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的200％，1409g；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的50倍；
(B)环氧化处理纳米银1000g，通过包含如下组分制备：
S4、纳米银934g；
S5、双氧水，用量为纳米银质量的100倍；
(C)炭黑接枝物10kg，通过包含如下组分制备：
S6、聚丙烯EP540V，54.8％；
S7、炭黑C6010，35％；
S8、环氧化处理纳米银，10％；
S9、环氧基-卤素单体1,2-环氧基-3-(2,2,2-三氟乙氧基)-丙烷，0.2％；
(D)高激光焊接强度改性聚丙烯材料，通过包含如下组分制备：
S10、聚丙烯EP540V，43.4kg(43.4％)；
S11、增韧剂G1657M，5kg(5％)；
S12、填料T438H，40kg(40％)；
S13、炭黑接枝物，10kg(10％)；
S14、抗氧剂1010 0.6kg(0.6％)，168 0.4kg(0.4％)；
S15、润滑剂EBS，0.6kg(0.6％)。
制备纳米银：将巯基单体加入无水乙醇中，搅拌转速100rpm，搅拌1h，搅拌温度为50℃，加入无水硝酸银，置于微波反应器中，微波功率为300W，时间为50min，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为40℃，真空度为-0.1MPa，真空干燥，干燥温度为75℃，真空度为-0.06MPa，时间为2h，制得纳米银；
制备环氧化处理纳米银：将上述纳米银，双氧水混合，搅拌反应，反应温度为35℃，搅拌桨转速100rpm，反应时间10h，使双键环氧化，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度70℃，真空度为-0.05MPa，真空干燥，真空干燥温度为85℃，真空度为-0.06MPa，时间为2h，制得环氧化处理纳米银；
制备炭黑接枝物：将上述环氧化处理的纳米银，炭黑，环氧基-卤素单体，聚丙烯在密炼机中混合均匀，混合温度为230℃，转速为120rpm，时间为5min，制得炭黑接枝物；
制备高激光焊接强度改性聚丙烯材料：聚丙烯、增韧剂、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合，混合采用高混机，转速为80rpm，温度为40℃，混合时间为3min。将上述混合物通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，填料通过侧喂料口加入，在双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出条件为螺杆转速为700rpm，螺杆温度从进料口到机头分段设置为190℃、190℃、200℃、200℃、210℃、220℃、22℃、220℃、190℃、185℃、180℃。得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。制得的高激光焊接强度改性聚丙烯材料加工成样件后，按照标准测试性能，测试结果见表1。
对比例4
按实施例4所选用的物料(不加入环氧基-卤素单体)及其相应比例，按实施例4的工艺条件，通过双螺杆挤出机共混，制得的产品加工成样件后，按照相同标准测试性能，测试结果见表1。
实施例5
100KG高激光焊接强度改性聚丙烯材料，主要组分及用量如下：
(A)纳米银224g，通过包含如下组分制备：
S1、巯基单体4-巯基嘧啶114g；
S2、硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的180％，311g；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的40倍；
(B)环氧化处理纳米银240g，通过包含如下组分制备：
S4、纳米银224g；
S5、过氧乙酸，用量为纳米银质量的80倍；
(C)炭黑接枝物8kg，通过包含如下组分制备：
S6、聚丙烯HM671T，59.85％；
S7、炭黑S300，37％；
S8、环氧化处理纳米银，3％；
S9、环氧基-卤素单体(S)-(2-溴乙基)环氧乙烷，0.15％；
(D)高激光焊接强度改性聚丙烯材料，通过包含如下组分制备：
S10、聚丙烯HM671T，60.7kg(60.7％)；
S11、增韧剂3092M，20kg(20％)；
S12、填料4930，10kg(10％)；
S13、炭黑接枝物，8kg(8％)；
S14、抗氧剂1010 0.2kg(0.2％)，168 0.1kg(0.1％)；
S15、润滑剂硬脂酸镁，1kg(1％)。
制备纳米银：将巯基单体加入无水乙醇中，搅拌转速80rpm，搅拌1.5h，搅拌温度为40℃，加入无水硝酸银，置于微波反应器中，微波功率为400W，时间为10min，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为70℃，真空度为-0.06MPa，真空干燥，干燥温度为60℃，真空度为-0.08MPa，时间为4h，制得纳米银；
制备环氧化处理纳米银：将上述纳米银，过氧乙酸混合，搅拌反应，反应温度为25℃，搅拌桨转速80rpm，反应时间20h，使双键环氧化，反应结束后抽真空旋蒸，旋蒸温度为45℃，真空度为-0.08MPa，真空干燥，真空干燥温度为50℃，真空度为-0.1，时间为4h，制得环氧化处理纳米银；
制备炭黑接枝物：将上述环氧化处理的纳米银，炭黑，环氧基-卤素单体，聚丙烯在密炼机中混合均匀，混合温度为220℃，转速为100rpm，时间为10min，制得炭黑接枝物；
制备高激光焊接强度改性聚丙烯材料：聚丙烯、增韧剂、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合，混合采用高混机，转速为30rpm，温度为20℃，7min。将上述混合物通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，填料通过侧喂料口加入，在双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出条件为螺杆转速为900rpm，螺杆温度从进料口到机头分段设置为180℃、190℃、190℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、210℃、200℃、180℃。得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。制得的高激光焊接强度改性聚丙烯材料加工成样件后，按照标准测试性能，测试结果见表1。
表1实施例与对比例的性能
| 拉伸强度MPa | |
| 实施例1 | 28 |
| 对比例1 | 19 |
| 实施例2 | 25 |
| 对比例2 | 无法通过激光焊接粘接 |
| 实施例3 | 33 |
| 对比例3 | 24 |
| 实施例4 | 27 |
| 对比例4 | 18 |
| 实施例5 | 29 |
表1的性能测试结果表明，炭黑和纳米银相互配合，提高了激光焊接的界面强度，卤素的引入导致炭黑/纳米银更多的在材料的表层富集，三者相互协同进一步提高了焊接面的强度，制备出高激光焊接强度的改性聚丙烯材料。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种高激光焊接强度的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述改性聚丙烯包含以下组分：
S10、聚丙烯，40％～85％，优选45％～65％；
S11、增韧剂，5％～20％，优选8％～15％；
S12、填料，5％～40％，优选10％～35％；
S13、炭黑接枝物，1％～10％，优选2％～8％；
S14、抗氧剂，0.1％～1％；
S15、润滑剂，0.1％～1％；
以上组分以改性聚丙烯总质量计；
其中，所述炭黑接枝物通过如下组分制备：
S6、聚丙烯，50～80％，优选55～70％；
S7、炭黑，15～40％，优选20～35％；
S8、环氧化处理纳米银，3～20％，优选5～15％；
以上组分以炭黑接枝物总质量计；
其中，所述环氧化处理纳米银由环氧化剂(S9)与纳米银反应获得，S9为环氧基-卤素单体；
优选的，S9为环氧化处理纳米银质量的2％～15％，优选5～10％。
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯，其特征在于，所述环氧化处理纳米银通过如下组分制备：
S4、纳米银；
S5、过氧酸和/或双氧水，用量为纳米银质量的30～100倍，优选50～80倍；
和/或，所述过氧酸是一种分子中含有过氧基-O-O-的酸，优选三氯过氧苯甲酸、过氧甲酸和过氧乙酸中的一种或多种；
和/或，所述纳米银通过如下组分制备：
S1、巯基单体；
S2、硝酸银，用量为巯基单体摩尔量的100～200％，优选120～180％；
S3、无水乙醇，用量为巯基单体质量的20～50倍，优选25～40倍；
和/或，所述巯基单体为含巯基和碳碳双键的单体，优选4-巯基嘧啶，2-巯基吡嗪，2-巯基咪唑和2-巯基噻唑中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的改性聚丙烯，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，共聚聚丙烯和无规聚丙烯中的一种或多种；S10和S6可以采用相同或不相同的聚丙烯；
优选的，所述聚丙烯熔融指数为1～100，优选10～60；
和/或，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，乙烯-丁烯共聚物，三元乙丙橡胶，SEBS和乙烯丙烯无规共聚物中的一种或多种；
和/或，所述填料为滑石粉，碳酸钙，硅灰石，云母和玻纤中的一种或多种；
和/或，所述抗氧剂为1010、1076、168和626中的一种或多种；
和/或，所述润滑剂为硬脂酸钙，硬脂酸锌，硬脂酸镁，白油和EBS中的一种或多种；
和/或，所述炭黑为槽法炭黑；
优选的，所述炭黑的粒径为5～40nm，优选10～30nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的改性聚丙烯，其特征在于，所述环氧基-卤素单体为同时含有环氧基和卤素的单体，优选所述环氧基-卤素单体为1,2-环氧基-3-(2,2,2-三氟乙氧基)-丙烷，(S)-(2-溴乙基)环氧乙烷和(S)-(-)-3,3,3-三氟2,3-环氧丙烷中的一种或多种。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述高激光焊接强度改性聚丙烯材料的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
(1)将巯基单体放入乙醇中，搅拌，加入硝酸银，置于微波反应器中反应，除溶剂，干燥，制得纳米银；
(2)将上述纳米银与过氧酸和/或双氧水混合，搅拌反应，除溶剂，干燥，制得环氧化处理纳米银；
(3)将上述环氧化处理的纳米银、炭黑、环氧基-卤素单体、聚丙烯在密炼机中混合均匀，制得炭黑接枝物；
(4)将聚丙烯、增韧剂、填料、炭黑接枝物、抗氧剂、润滑剂混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到高激光焊接强度改性聚丙烯材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)搅拌温度为20～50℃，优选25～40℃，搅拌转速20～100rpm，优选40～80rpm，搅拌时间1～3h；微波功率为200～500W，时间为5～60min，优选10～50min；真空旋蒸除溶剂，旋蒸温度为40～80℃，优选45～70℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa；真空干燥温度为50～80℃，优选60～75℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa，时间为1～5h，优选2～4h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)反应温度为20-40℃，搅拌桨转速20～100rpm，优选30～80rpm，反应时间10-45h，优选20-30h；真空旋蒸除溶剂，旋蒸温度为40～70℃，优选45～60℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa；真空干燥温度为50～100℃，优选60～85℃，真空度为-0.05～-0.1MPa，优选-0.06～-0.08MPa，时间为1～4h，优选2～3h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)密炼机混合温度为170～230℃，优选180～220℃，转速为30～120rpm，优选50～100rpm，时间为5～30min，优选10～20min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)混合采用高混机，转速为20～90rpm，优选30～80rpm；温度为20～45℃，优先25～40℃；混合时间为2～10min，优选3～7min；双螺杆挤出机的螺杆温度180-230℃，优选190-220℃；转速为200-900rpm，优选300-700rpm。
10.一种炭黑接枝物，采用权利要求1-4中任一项所述的组合物制备，或采用权利要求5-9中任一项所述的制备方法制备。
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