CN114127170A - 激光透明组合物和激光焊接方法 - Google Patents

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Y·石
D·C·史密斯
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Lyondellbasell Advanced Polymers Inc
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Abstract

可为黑色颜色的激光透明组合物。激光透明组合物可以包括：包含聚丙烯的基质材料、包含一种和任选两种或更多种极性有机化合物的染料体系、多个玻璃纤维和紫外稳定剂。激光焊接方法，其可包括照射在界面处接触激光透明组合物的激光吸收组合物。

Description

激光透明组合物和激光焊接方法
相关申请的交叉引用
本申请根据专利合作条约提交，要求2019年7月19日提交的美国临时申请No.62/876,088的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
背景技术
激光焊接是可用于将两种材料焊接在一起的技术。第一材料可以至少在一定程度上是激光透明的，而第二材料是激光吸收的。因此，激光吸收材料可以通过对准并穿过第一材料的激光辐射来加热(并随后液化)。在美国专利申请公开No.2003/0039837和美国专利申请公开No.2005/0203225中公开了激光焊接的例子，这些文献在此引入作为参考。
炭黑是塑料中常用的着色剂，但炭黑容易吸收激光能量。因此，难以(如果不是不可能的话)将包括炭黑的两种塑料材料进行激光焊接，因为两种材料中炭黑的存在防止或干扰在它们的界面处照射和加热材料的能力。
大多数聚丙烯树脂是激光透明的，但聚丙烯树脂可能不是黑色的。因此，将这种聚丙烯树脂激光焊接到含炭黑的材料上产生具有不同颜色区域的单一材料。
仍然需要激光透明的聚丙烯基材料，包括玻璃纤维增强和/或紫外稳定的黑色材料。
发明内容
本文提供了颜色为黑色的激光透明组合物，并且可激光焊接至激光吸收组合物。激光透明组合物可包括染料体系，该染料体系(i)包括两种或更多种极性有机化合物，和(ii)可令人惊讶地赋予非极性聚丙烯基质材料黑色，该黑色与包括炭黑作为着色剂的激光吸收组合物的颜色如果不是相同的话则相类似。还可以将染料体系加入到本文提供的激光透明组合物中，而不会不期望地影响激光透明组合物的激光透明度。本文提供的激光透明组合物可具有至少50％的激光透明度，并且在一些实施方案中，对于包括宽范围的一个或多个波长(例如，740nm或更大)的激光照射是透明的。
在一个方面，提供了激光透明组合物，包括颜色为黑色的激光透明组合物。在一些实施方案中，激光透明组合物包括：基质材料，其包含聚丙烯；染料体系，其包含两种或更多种极性有机化合物；增容剂；多个玻璃纤维；和紫外稳定剂；其中激光透明组合物具有至少50％的激光透明度。
在一些实施方案中，激光透明组合物包括：基质材料，该基质材料包含聚丙烯；染料体系，其包含两种或更多种极性有机化合物，其中染料体系(i)分散在基质材料中，并且(ii)以有效赋予激光透明组合物黑色的量存在；增容剂，其中增容剂(i)分散在基质材料中，并且(ii)以基于激光透明组合物的重量按重量计约0.1％至约10％的量存在；多个玻璃纤维，其中多个玻璃纤维(i)分散在基质材料中，并且(ii)基于激光透明组合物的重量，按重量计以约1％至约40％的量存在；以及紫外稳定剂，其中紫外稳定剂(i)分散在基质材料中，并且(ii)基于激光透明组合物的重量，按重量计以约0.1％至约2％的量存在；其中激光透明组合物具有至少50％的激光透明度。
在另一方面，提供了激光焊接的方法。在一些实施方案中，激光焊接方法包括：提供(i)如本文所述的激光透明组合物，和(ii)黑色的激光吸收组合物，其中激光透明组合物和激光吸收组合物在界面处彼此接触；以及引导激光辐射穿过激光透明组合物，以加热界面处的激光吸收组合物的至少一部分，持续有效液化(i)界面处的激光吸收组合物的部分，(ii)界面处的激光透明组合物的一部分，或(iii)其组合的至少一部分的时间。在一些实施方案中，激光焊接方法还包括固化(i)激光吸收组合物在界面处的部分，(ii)激光透明组合物在界面处的部分，或(iii)其组合，以将激光透明组合物和激光吸收组合物在至少界面处焊接在一起。
另外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将从描述中变得明显，或者可以通过本文描述的方面来学习。本文描述的优点可以通过在所附权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并非是限制性的。
附图说明
图1A描绘了在激光焊接之前在界面处彼此接触的激光透明组合物的实施方案和激光吸收组合物的实施方案。
图1B描绘了激光透明组合物的实施方案，通过该激光透明组合物，激光辐射被引导加热并随后在界面处液化激光吸收组合物的实施方案。
图1C描绘了激光透明组合物的实施方案，其包括已被加热并随后通过从激光吸收组合物的一部分的热传导而液化的部分。
图1D描绘了已经激光焊接到激光吸收组合物的实施方案上的激光透明组合物的实施方案。
具体实施方式
本文提供的激光透明组合物可具有至少50％的激光透明度。当导向组合物的一种或多种特定波长的激光辐射的至少50％透射通过组合物且不被组合物吸收时，组合物具有至少50％的激光透明度。在一些实施方案中，本文提供的激光透明组合物对于740nm或更大的一个或多个波长的激光辐射具有至少50％的激光透明度。在一些实施方案中，本文提供的激光透明组合物具有至少65％的激光透明度。在一些实施方案中，本文提供的激光透明组合物对于740nm或更大的一个或多个波长的激光辐射具有至少65％的激光透明度。
基质材料
本文提供的激光透明组合物可包括包含聚丙烯的基质材料。如本文所用，短语“基质材料”是指组合物的一种或多种组分(例如，玻璃纤维、增容剂等)分散于其中的材料。基质材料的聚丙烯可包括一种或多种类型的聚丙烯，诸如聚丙烯均聚物、聚丙烯共聚物等。在一些实施方案中，本文所述的激光透明组合物的基质材料包括基于基质材料的重量按重量计至少95％或至少99％的聚丙烯(例如，聚丙烯均聚物、聚丙烯共聚物或其组合)。
在一些实施方案中，基质材料的聚丙稀包括
Figure BDA0003467897620000041
PP1105E1聚丙稀、
Figure BDA0003467897620000042
Advanced PP1605聚丙稀或其组合。在一些实施方案中，基质材料的聚丙烯可以是均聚物聚丙烯并且可以具有25-50g/10min(ASTMD1238，230℃/2.16kg)、可选地30-45g/10min、并且可选地35g/10min的熔体质量流动速率；0.85至0.95g/cm3、或者0.900g/cm3的密度，30至50MPa、或者34至40MPa、或者34.6MPa(基于D638)的屈服拉伸强度(51mm/min)。在一些实施方案中，基质材料的聚丙烯可以是均聚物聚丙烯并且可以具有25-50g/10min(ASTMD1238，230℃/2.16kg)、可选地30-45g/10min、并且可选地32g/10min的熔体质量流动速率；0.85至0.95g/cm3、或者0.900g/cm3的密度，30至50MPa、或者32至40MPa、或者33.3MPa(基于D638)的屈服拉伸强度(51mm/min)。
染料体系
本文提供的激光透明组合物可包括染料体系。染料系统可被配置为赋予激光透明组合物期望的颜色。在一些实施方案中，期望的颜色是黑色。染料体系可包括两种或更多种极性有机化合物。
如本文所用，术语“黑色”、短语“黑颜色”或“黑色颜色”等是指纯黑色和各种黑色色调(即，非黑色颜色)。如本文所用的术语“黑色”、短语“黑颜色”或“黑色颜色”等所涵盖的黑色色调的非限制性实例包括以下色调，其通过其通用名称来指代并且与其CMYK坐标一起提供：欧亚甘草(0,35,39,90)；诡异黑(0,0,0,89)；查尔斯顿绿(18,0,0,83)；葡萄干黑(0,8,0,86)；黑皮夹(30,0,23,79)；喷射(0,0,0,80)；黑玛瑙(7,0,2,78)；黑橄榄(2,9,10,77)；黑豆(0,80,97,6)；黑咖啡(0,28,56,71)；外太空(15,0,3,70)；炭(32,13,0,69)；戴维灰(0,0,0,67)；褐灰(0,60,60,30)；乌木(9,0,14,64)；暗灰(0,0,0,59)；午夜蓝(97,78,39,29)；等等。
两种或更多种极性有机化合物可以具有不同的颜色。例如，可以使用红色染料和绿色染料的组合；蓝色染料、红色染料和黄色染料的组合；绿色染料、红色染料和黄色染料的组合；蓝色染料、绿色染料、红色染料和黄色染料的组合；以及绿色染料、紫色染料和黄色染料的组合。本文提供的染料体系中染料的比例可基于一种或多种因素调节，例如染料的色调、所用的基质材料、染料体系在激光透明组合物中的浓度、染料体系中染料的浓度等。可用于通过组合获得黑色着色的染料化学类型为喹酞酮染料、蒽醌染料、环酮染料和单偶氮配合物染料。
有用的喹酞酮型染料的示例是黄色染料：C.I.溶剂黄33和157。
有用的蒽醌染料的示例是绿色染料：C.I.溶剂绿3，20，22，23，26，28，29；蓝色染料：C.I.溶剂蓝11，13，14，35，36，59，63，69，94，132；C.I.还原蓝4，6，14；紫色染料：C.I.溶剂紫12，13，14，31，34；红色染料：C.I.溶剂红52，111，114，152，155；黄色染料：C.I.溶剂黄163；C.I.还原黄1，2，3。
有用的环酮染料的示例是紫色染料：C.I.溶剂紫29；红色染料：C.I.溶剂红135，162，178，179；C.I.还原红7；橙色染料：C.I.溶剂橙60，78；和C.I.还原橙15。
有用的单偶氮配合物染料的示例是黑色染料：C.I.溶剂黑21，22，23，27，28，29，31；C.I.酸性黑52，60，99；蓝色染料：C.I.酸性蓝167；紫色染料：C.I.溶剂紫21；红色染料：C.I.溶剂红8，83，84，121，132；C.I.酸性红215，296；橙色染料：C.I.溶剂橙37，40，44，45；C.I.酸性橙76；黄色染料：C.I.溶剂黄21，61，81；C.I.酸性黄59，151。
可单独使用或组合使用以实现黑色着色的有用的二萘嵌苯染料的示例是二萘嵌苯类型的NIR透明黑颜料、BASF
Figure BDA0003467897620000051
黑K8007和
Figure BDA0003467897620000052
黑K0088，其可以是黑色颜色的并且在808至1064纳米下50-90％激光透明，其中向500微米的PET膜施加7.5％的颜料负载。
在一些实施方案中，染料体系分散在基质材料中，并且以有效赋予激光透明组合物所需颜色(如黑色)的量存在。在一些实施方案中，染料体系均匀地分散在基质材料中。在一些实施方案中，分散在激光透明组合物中的染料体系赋予激光透明组合物与待焊接的基础组合物的颜色(基于偶然的观察者的裸眼)相匹配的颜色。
在一些实施方案中，染料体系的两种或更多种极性有机化合物包括红色染料和绿色染料。红色染料和绿色染料可以以有效赋予激光透明组合物所需颜色(如黑色)的任何比例存在。在一些实施方案中，红色染料和绿色染料以约40:60的重量比存在于染料体系中(红色染料:绿色染料)至约60:40(红色染料:绿色染料)。在一些实施方案中，红色染料和绿色染料以约45:55的重量比存在于染料体系中(红色染料:绿色染料)至约55:45(红色染料:绿色染料)。在一些实施方案中，红色染料和绿色染料以约50:50(红色染料:绿色染料)的重量比存在于染料体系中。在一些实施方案中，红色染料包括
Figure BDA0003467897620000061
红EG染料(LANXESS，USA)。在一些实施方案中，绿色染料包括
Figure BDA0003467897620000062
绿5B(LANXESSS，USA)。在一些实施方案中，红色染料包括
Figure BDA0003467897620000063
红EG染料(LANXESS，USA)，绿色染料包括
Figure BDA0003467897620000064
绿5B(LANXESS，USA)。在一些实施方案中，红色染料具有溶剂红135的颜色指数部分I和564120的部分II。在一些实施方案中，红色染料可以化学描述为环酮染料。在一些实施方案中，红色染料可具有以下特性中的任一种：约1.74g/cm3的23℃下的密度；略带黄色的红色阴影；0.40％的染料的1/3标准深度(在GP-PS中用2％TiO2测定)；0.44g/cm3的堆积密度(根据DIN ISO 787-11)；318℃的熔点，及其组合。在一些实施方案中，绿色染料具有溶剂绿3的颜色指数部分I和61565的部分II。在一些实施方案中，红色染料可化学描述为蒽醌染料。在一些实施方案中，红色染料可具有以下特性中的任一种：在23℃下密度是约1.35g/cm3；略带蓝色的绿色阴影；0.20％的染料的1/3标准深度(在GP-PS中用2％TiO2测定)；0.18g/cm3的堆积密度(根据DIN ISO 787-11)；213℃的熔点，及其组合。
在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，染料体系按重量计以约0.05％至约0.5％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，染料体系按重量计以约0.1％至约0.5％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，染料体系按重量计以约0.1％至约0.4％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，染料体系按重量计以约0.1％至约0.3％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，染料体系按重量计以约0.2％的量存在。
增容剂
本文提供的激光透明组合物可包含增容剂。如本文所用，术语“增容剂”是指可改善组合物的稳定性的任何一种或多种材料，组合物包含例如由于其极性和非极性特性而不同的两种组分。例如，在本文提供的激光透明组合物中，包含聚丙烯的基质材料是非极性的，但包含至少两种极性有机化合物的染料体系是极性的。
在一些实施方案中，增容剂分散在包括聚丙烯的基质材料中。增容剂可以均匀地分散在基质材料中。
在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，增容剂按重量计以约0.1％至约10％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，增容剂按重量计以约0.1％至约8％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，增容剂按重量计以约0.1％至约6％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，增容剂按重量计以约0.1％至约4％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，增容剂按重量计以约1％至约3％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。
在一些实施方案中，增容剂包括改性聚丙烯均聚物。改性聚丙烯均聚物可包括(i)聚丙烯均聚物，和(ii)包括极性官能团的单体，其中包括极性官能团的单体接枝(例如共价键合)到聚丙烯均聚物。包括极性官能团的单体可以包括能够与聚丙烯均聚物反应以将包括极性官能团的单体接枝到聚丙烯均聚物上的任何部分，例如双键或三键。
包括极性官能团的任何量的单体可以接枝到聚丙烯均聚物上，其有效地实现期望的增容程度。在一些实施方案中，相对于聚丙烯均聚物中聚丙烯单体的摩尔数，包含极性官能团的单体以约1摩尔％至约10摩尔％的量存在。在一些实施方案中，相对于聚丙烯均聚物中聚丙烯单体的摩尔数，包含极性官能团的单体以约2摩尔％至约10摩尔％的量存在。在一些实施方案中，相对于聚丙烯均聚物中聚丙烯单体的摩尔数，包含极性官能团的单体以约3摩尔％至约10摩尔％的量存在。在一些实施方案中，相对于聚丙烯均聚物中聚丙烯单体的摩尔数，包含极性官能团的单体以约3摩尔％至约8摩尔％的量存在。在一些实施方案中，相对于聚丙烯均聚物中聚丙烯单体的摩尔数，包含极性官能团的单体以约5摩尔％至约7摩尔％的量存在。
包括极性官能团的单体可包括能够实现所需增容水平的任何极性基团。在一些实施方案中，极性官能团包括羧酸。在一些实施方案中，包括极性官能团的单体包括丙烯酸、马来酸酐或其组合。
在一些实施方案中，增容剂具有(i)约0.8g/cm3至约1g/cm3的密度，(ii)约30g/10分钟至约50g/10分钟(2.16kg，在230℃下)的熔体流动速率，或(iii)其组合。在一些实施方案中，增容剂具有(i)约0.91g/cm3的密度，(ii)约42g/10分钟(2.16kg，在230℃下)的熔体流动速率，或(iii)其组合。熔体质量流动速率(MFR)以克/10min(g/10min)给出，并在本文指定的条件下，使用ASTM D1238测量，其标题为“Test Method for Melt Flow Rates ofThermoplastics by Extrusion Plastometer(用挤压式塑性计测定热塑塑料的熔体流动速率的测试方法)”。本文所使用的术语“ASTM D1238”指的是通过挤压式塑性计测定热塑性材料的熔体流动速率的标准测试方法。通常，该测试方法包括使用挤出塑性计测定熔融热塑性树脂的挤出速率。在规定的预热时间后，在规定的温度、负荷和机筒中的活塞位置条件下，通过具有规定长度和孔口直径的模头挤出树脂。本测试方法在2013年8月1日被核准并在2013年8月1日公开，其内容通过参考整体并入本文。对于引用的ASTM标准，访问ASTM网站www.astm.org，或在service@astm.org联系ASTM客户服务。密度以g/cm3给出并使用ISO1183-1测量，该标准题为“Plastics-Methods for Determining the Density of Non-Cellular Plastics-Part 1:Immersion method,liquid pycnometer method andtitration method(塑料-非泡沫塑料密度的测定方法。第1部分：浸入法、液体比重计法和滴定法)”。如本文所用，术语“ISO 1183-1”是指2012年5月15日以第二版公布的测试方法，其内容以全文引用的方式并入本文中。
玻璃纤维
本文提供的激光透明组合物可包含多个玻璃纤维。多个玻璃纤维可包括至少两根玻璃纤维，选择至少两根玻璃纤维以赋予激光透明组合物一种或多种特性，包括但不限于一种或多种改善的机械性能，如拉伸强度。如本文所用，短语“玻璃纤维”是指包括玻璃并且具有至少2:1或在一些实施例中10:1、25:1或50:1的纵横比的任何材料。
多个玻璃纤维可以分散在激光透明组合物的基质材料中。在一些实施方案中，多个玻璃纤维均匀地分散在激光透明组合物的基质材料中。
在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，多个玻璃纤维按重量计以约1％至约40％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，多个玻璃纤维按重量计以约10％至约40％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，多个玻璃纤维按重量计以约10％至约30％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，多个玻璃纤维按重量计以约20％的量存在。
在一些实施方案中，多个玻璃纤维包括短切玻璃原丝。短切的玻璃原丝通过短切E-玻璃纤维生产。
在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约为10μm至25μm的平均纤维直径。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约为10μm至20μm的平均纤维直径。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约为13μm至15μm的平均纤维直径。
在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约1mm至约10mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约1mm至约8mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约1mm至约6mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约2mm至约6mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约3mm至约5mm的平均长度。
在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约25μm的平均长丝直径和约1mm至约10mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约25μm的平均长丝直径和约1mm至约8mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约25μm的平均长丝直径和约1mm至约6mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约25μm的平均长丝直径和约2mm至约6mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约25μm的平均长丝直径和约3mm至约5mm的平均长度。
在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约20μm的平均长丝直径和约1mm至约10mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约20μm的平均长丝直径和约1mm至约8mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约20μm的平均长丝直径和约1mm至约6mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约20μm的平均长丝直径和约2mm至约6mm的平均长度。在一些实施方案中，多个玻璃纤维具有约10μm至约20μm的平均长丝直径和约3mm至约5mm的平均长度。
在一些实施方案中，多个玻璃纤维包括
Figure BDA0003467897620000101
EC14-738玻璃纤维(美国约翰斯曼维尔(Johns Manville)公司)。
偶联剂
在一些实施方案中，激光透明组合物包括偶联剂，其可偶联玻璃纤维和基质材料。偶联剂可包括马来酸酐接枝的聚丙烯均聚物或共聚物。基于偶联剂的重量，马来酸酐按重量计可以约1％的量存在。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，偶联剂按重量计以约0.5％至约5％的量存在于激光透明组合物中。在一些实施方案中，偶联剂是
Figure BDA0003467897620000102
1001(美国普利朗工业有限公司(Polyram,Ram-On Industries))，其是马来酐接枝的均聚物。在一些实施方案中，基于组合物的重量，
Figure BDA0003467897620000103
1001按重量计以约1％的量存在于组合物中。
紫外稳定剂
激光透明组合物可包含紫外稳定剂。如本文所用，短语“紫外稳定剂”是指能够吸收紫外辐射并以防止或减缓激光透明组合物降解的水平释放作为热的能量的任何化合物。
在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，紫外稳定剂按重量计以约0.1％至约2％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，紫外稳定剂按重量计以约0.1％至约1％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，紫外稳定剂按重量计以约0.4％至约0.8％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，紫外稳定剂按重量计以约0.6％的量存在于本文提供的激光透明组合物中。
任何紫外稳定剂可用于本文提供的激光透明组合物中。在一些实施方案中，激光透明组合物的紫外稳定剂包括
Figure BDA0003467897620000111
N 30紫外稳定剂、
Figure BDA0003467897620000112
-LS119紫外稳定剂、
Figure BDA0003467897620000113
UV62紫外稳定剂或其组合。
添加剂
本文提供的激光透明组合物可包含一种或多种添加剂。一种或多种添加剂的非限制性示例包括辅助着色剂、分散剂、填料、增塑剂、改性剂、抗氧化剂、抗静电剂、润滑剂、脱模剂、结晶促进剂、成核剂、阻燃剂、弹性体或其组合。可根据本领域中公开的技术添加一种或多种添加剂。
一种或多种添加剂可以以可实现一种或多种添加剂的期望目的的量包含在激光透明组合物中。在一些实施例中，以激光透明组合物的总重量计，一种或多种添加剂按重量计以不大于10％、5％或1％的量存在于激光透明组合物中。例如，基于激光透明组合物的重量，一种或多种添加剂可以独立地按重量计以约0.01％至约0.2％、约0.1％或约0.2％的量存在。
在一些实施方案中，本文提供的激光透明组合物包含抗氧化剂。在一些实施方案中，抗氧剂包括
Figure BDA0003467897620000114
1680、
Figure BDA0003467897620000115
1010或其组合(美国SONGWON工业公司)。
在一些实施方案中，本文提供的激光透明组合物包含润滑剂。在一些实施方案中，润滑剂包括硬脂酸钙。
方法
提供了激光焊接的方法。本文提供的激光焊接方法可用于将本文提供的激光透明组合物与激光吸收组合物接合。
在一些实施方案中，激光焊接方法包括提供(i)如本文提供的激光透明组合物，和(ii)黑色颜色的激光吸收组合物，其中激光透明组合物和激光吸收组合物在界面处彼此接触。激光透明组合物和激光吸收组合物可以是任何形状，并且两种组合物的形状可以相同或不同。例如，一种组合物可以是塞子的形状，而另一种组合物可以是设计用于接收塞子的孔的形状。激光透明组合物和激光吸收组合物可独立地为柔性或刚性的。
在一些实施方案中，方法还包括引导激光辐射穿过激光透明组合物，以加热界面处的激光吸收组合物的至少一部分，持续有效液化(i)界面处的激光吸收组合物的部分，(ii)界面处的激光透明组合物的一部分，或(iii)其组合的至少一部分的时间。在一些实施方案中，激光焊接方法还包括固化(i)激光吸收组合物在界面处的部分，(ii)激光透明组合物在界面处的部分，或(iii)其组合，以将激光透明组合物和激光吸收组合物在界面处焊接在一起。
图1A-图1D示出了激光焊接工艺的实施方案的示意图。图1A描绘了由本文提供的激光透明组合物的实施方案形成的片材101。片材101在界面110处接触激光吸收组合物的片材102。尽管图1A的界面110是由片材101和片材102的部分重叠产生的，但是也可以设想其他结构，如由一个片材与另一个片材完全重叠形成的界面。
图1B描绘了引导激光辐射120穿过激光透明组合物的片材101以在界面110处加热激光吸收组合物的片材102的一部分的实施方案。激光辐射120的至少一部分被激光吸收组合物的片材102吸收，并且所吸收的能量被转化为热，从而导致受热并随后液化的部分130。
如图1C所描绘，激光吸收组合物片材102的部分130的加热或加热和液化可通过传导或其他方式使激光透明组合物片材101的部分140变热或受热并随后液化。激光透明组合物的片材101的部分140的加热或加热和液化可在施加激光辐射120期间或之后发生。液化部分(130，140)可以至少在界面附近混合在一起，或者可以在液化部分(130，140)之间保持边界。
使液化部分(130，140)固化，从而形成将片材101和片材102焊接在一起的固化区域150。固化区域150的至少一部分可包括分别为片材101和片材102的激光透明组合物和激光吸收组合物的混合物。
能够产生激光辐射的任何设备可用于本文提供的方法中。激光辐射可以由Nd:YAG激光器或二极管激光器提供，并且这些激光器可以发射将实现通过激光透明组合物的至少50％透射的辐射。在一些实施方案中，激光器包括740nm或更大的一个或多个波长。在一些实施方案中，激光辐射由二极管激光器提供。
可选择激光的强度、密度和/或照射面积以实现激光吸收组合物的加热和随后的液化。例如，可以调整这些参数中的一个或多个以实现具有一个或多个特性(例如强度、耐久性等)的焊接。
激光吸收组合物
任何激光吸收组合物可用于本文提供的方法中。在美国专利申请公开No.2003/0039837和美国专利申请公开No.2005/0203225中提供了激光吸收组合物的示例，其通过引用并入本文。激光吸收组合物和激光透明组合物的颜色可以相同或不同。例如，激光吸收组合物和激光透明组合物可以是不同色调的黑色。
激光吸收组合物包括一种或多种激光吸收材料。在一些实施方案中，激光吸收材料是炭黑，其可用作着色剂。激光吸收材料的其他示例包括但不限于吖嗪化合物、酞菁化合物、聚甲炔化合物(花青化合物、吡喃鎓化合物、硫代吡喃鎓化合物、角鲨鎓(squalilium)化合物、克酮酸(croconium)化合物、甘菊蓝(azulenium)化合物)、二亚铵化合物、二硫醇金属络合盐化合物(M＝Ni、Fe等)、吲哚苯胺金属络合化合物和巯基萘酚金属络合盐化合物。
用于激光吸收组合物中的激光吸收材料的量应足以用激光辐射实现所需的加热。在一些实施方案中，基于激光吸收组合物的重量计，激光吸收材料，如炭黑，按重量计以约0.01％至约20％的量存在于激光吸收组合物中。在一些实施方案中，基于激光吸收组合物的重量计，激光吸收材料，如炭黑，按重量计以约0.01％至约15％的量存在于激光吸收组合物中。在一些实施方案中，基于激光吸收组合物的重量计，激光吸收材料，如炭黑，按重量计以约0.01％至约10％的量存在于激光吸收组合物中。在一些实施方案中，基于激光吸收组合物的重量计，激光吸收材料，如炭黑，按重量计以约0.01％至约5％的量存在于激光吸收组合物中。
在本文提供的说明书中，术语“包含”、“是”、“含有”、“具有”和“包括”以开放式方式使用，因此应解释为表示“包括但不限于”。当方法或组合物被声明或描述为“包含”或“包括”各种元素或特征时，除非另有说明，方法也可以“主要”由各种成分或特征“组成”或由其“组成”。
术语“一(a)”和“一(an)”以及“所述(the)”旨在包括多个替代方案，例如至少一个。例如，“相容剂”、“紫外线稳定剂”、“基质材料”等的公开，意味着包含一种或多种相容剂、紫外线稳定剂、基质材料等的混合物或组合，除非另有说明。
本文可公开各种数值范围。当申请人公开或要求任何类型的范围时，除非另有说明，申请人的意图是单独地公开或要求这样的范围可以合理地涵盖的每个可能的数字，包括该范围的端点以及其中涵盖的任何子范围和子范围的组合。此外，本文公开的范围的数值端点是近似的。作为代表性示例，申请人公开了，在一些实施方案中，基于激光透明组合物的重量，紫外稳定剂按重量计以约0.1％至约2％的量存在。本发明应解释为包括按重量计约0.1％至约2％的值，并且进一步包括0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％和1.9％中的每个“约”，包括任何这些值之间的任何范围和子范围。
本实施方案在这里通过引用各种实施方案来说明，这些实施方案不得以任何方式被解释为对其范围施加限制。相反，应当理解，在阅读本文的描述之后，本领域的普通技术人员可以想到各种其他方面、实施方案、修改和其等同物，而不偏离本实施方案的精神或所附权利要求的范围。因此，通过考虑本文公开的实施方案的说明书和实践，实施方案的其他方面对于本领域技术人员将是显而易见的。
通过以下实施例进一步说明本发明，实施例不应以任何方式解释为对其范围施加限制。相反，应当清楚地理解，在阅读本文的描述之后，本领域的普通技术人员可以想到各种其他方面、实施方案、修改和其等同物，而不偏离本发明的精神或所附权利要求的范围。因此，通过考虑本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他方面对于本领域技术人员将是显而易见的。
实施例
实施例1-激光透明度
制备包括下表的组分的激光透明组合物：
Figure BDA0003467897620000161
该实施例的激光透明组合物为3mm厚，并且在约740nm和更大的波长下具有100％的激光透明度。因此，本示例的激光透明组合物可以几乎独立于机器类型被激光焊接到另一激光吸收组合物。
实施例2-风化研究
在该实施例中制备四种激光透明组合物，并进行风化研究(SAE J2527TM标准测试，“使用受控辐照氙弧灯装置加速暴露汽车外部材料的基于性能的标准”)。
SAE J2527TM标准测试依赖于程序循环，该程序循环在以下循环中提供120分钟的光和60分钟的暗：60分钟的暗，背面和正面喷雾，40分钟的光，随后20分钟的光和正面样品喷雾，随后60分钟的光，并重复。测试顺序遵循下表的条件：
Figure BDA0003467897620000171
在上表中，辐射剂量基于在340nm下0.55Wm-2nm-1的辐照度水平。SAE J2527TM标准测试的控制面板传感器的目标值如下表所示：
Figure BDA0003467897620000172
在该实施例中测试的四种透明组合物与先前实施例的那些组合物相同，除了如下表中所示：
Figure BDA0003467897620000181
该实施例的耐候性测试表明，样品2-4中的每一个的dE(即，色差)在2,000KJ/m2下小于4.0。对于样品2，在2,500KJ/m2下dE小于4.00。dE基于颜色变量“L”(亮度)，“a”(红/绿)和“b”(蓝/黄)的变化的测量。
提供前述实施例的组合物以说明某些特征，而不限制以下权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种具有黑色颜色的激光透明组合物，所述激光透明组合物包括：
基质材料，其包含聚丙烯；
染料体系，其中所述染料体系(i)分散在所述基质材料中，并且(ii)基于所述激光透明组合物的重量，按重量计以约0.05％至约0.5％的量存在；
增容剂，其中所述增容剂(i)分散在所述基质材料中，并且(ii)基于所述激光透明组合物的重量，按重量计以约0.1％至约10％的量存在；
多个玻璃纤维，其中所述多个玻璃纤维(i)分散在所述基质材料中，并且(ii)基于所述激光透明组合物的重量，按重量计以约1％至约40％的量存在；以及
紫外稳定剂，其中所述紫外稳定剂(i)分散在所述基质材料中，并且(ii)基于所述激光透明组合物的重量，按重量计以约0.1％至约2％的量存在；
其中所述激光透明组合物具有至少50％的激光透明度。
2.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述激光透明组合物具有至少65％的激光透明度。
3.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述染料体系包括两种或更多种极性有机化合物。
4.如权利要求3所述的激光透明组合物，其中所述染料体系的所述两种或更多种极性有机化合物包含红色染料和绿色染料，并且其中所述红色染料和所述绿色染料以约40:60(红色染料:绿色染料)至约60:40(红色染料:绿色染料)的重量比存在于所述染料体系中。
5.如权利要求4所述的激光透明组合物，其中(i)所述红色染料包括
Figure FDA0003467897610000011
红EG染料，(ii)所述绿色染料包括
Figure FDA0003467897610000012
绿5B，或(iii)所述红色染料包括
Figure FDA0003467897610000013
红EG染料，所述绿色染料包括
Figure FDA0003467897610000021
绿5B。
6.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述增容剂包括改性聚丙烯均聚物，其中所述改性聚丙烯均聚物包含-
(i)聚丙烯均聚物，和
(ii)包含极性官能团的单体；
其中所述包含极性官能团的单体(a)接枝到所述聚丙烯均聚物，并且(b)以相对于所述聚丙烯均聚物中的聚丙烯单体的摩尔数约3摩尔％至约10摩尔％的量存在。
7.如权利要求6所述的激光透明组合物，其中所述增容剂具有(i)约0.8g/cm3至约1g/cm3的密度，(ii)约30g/10分钟至约50g/10分钟的熔体流动速率，或(iii)其组合。
8.如权利要求6所述的激光透明组合物，其中所述增容剂具有(i)约0.91g/cm3的密度，(ii)约42g/10分钟的熔体流动速率，或(iii)其组合。
9.如权利要求6所述的激光透明组合物，其中所述极性官能团包括羧酸。
10.如权利要求9所述的激光透明组合物，其中所述包含极性官能团的单体包括丙烯酸、马来酸酐或其组合。
11.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述多个玻璃纤维具有约10μm至约25μm的平均长丝直径和约1mm至约10mm的平均长度。
12.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述多个玻璃纤维基于所述激光透明组合物的重量，按重量计以约10％至约30％的量存在。
13.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述多个玻璃纤维包括
Figure FDA0003467897610000022
EC14-738玻璃纤维。
14.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述紫外稳定剂基于所述激光透明组合物的重量，按重量计以约0.5％至约0.7％的量存在。
15.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述紫外稳定剂包括
Figure FDA0003467897610000031
N30紫外稳定剂、
Figure FDA0003467897610000032
-LS119紫外稳定剂、
Figure FDA0003467897610000033
UV 62紫外稳定剂或其组合。
16.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述激光透明组合物在高达至少2000KJ/m2下是紫外稳定的。
17.如权利要求1所述的激光透明组合物，其中所述基质材料的所述聚丙稀包含
Figure FDA0003467897610000034
PP1105E1聚丙稀、
Figure FDA0003467897610000035
Figure FDA0003467897610000036
AdvancedPP1605聚丙稀或其组合。
18.一种激光焊接方法，所述方法包含：
提供(i)如权利要求1所述的激光透明组合物，和(ii)黑色颜色的激光吸收组合物，其中所述激光透明组合物和所述激光吸收组合物在界面处彼此接触；以及
引导激光辐射穿过所述激光透明组合物，以加热所述界面处的所述激光吸收组合物的至少一部分，持续有效液化(i)所述界面处的所述激光吸收组合物的所述部分，(ii)所述界面处的所述激光透明组合物的一部分，或(iii)其组合的至少一部分的时间。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括固化(i)所述激光吸收组合物在所述界面处的部分，(ii)所述激光透明组合物在所述界面处的部分，或(iii)其组合，以将所述激光透明组合物和所述激光吸收组合物在所述界面处焊接在一起。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述激光吸收组合物包括炭黑。
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