CN114149675A - 一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物及其应用，涉及高分子材料技术领域，聚酯合金组合物由以下组分按重量份制备而成：聚芳酯5‑30份，聚碳酸酯30‑70份，苯乙烯‑丁二烯‑丙烯腈共聚物10‑30份，增韧剂2‑6份，热稳定剂0.5‑2份，着色剂1‑2份，抗氧剂0.4‑1份、润滑剂0.2‑0.5份、酯交换抑制剂0.1‑0.5份。本发明提供的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物具有耐高温、焊接强度高、尺寸稳定的特点；使得合金材料尤其适合应用于热板焊焊接高强度、高尺寸精度要求的领域，如汽车主副仪表板本体和侧板的热板焊焊接上具有良好的应用效果。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物及其应用。
背景技术
PC/ABS是聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物，兼顾了PC和ABS的力学性能、耐热性能及加工性能相对于普通材料具有优异的综合性能，目前广泛应用于汽车内外饰零部件、5G通信、家电、医疗等领域。但是PC/ABS合金材料由于ABS组分引入对合金的极限使用温度产生一定限制，同时由于ABS结构中的橡胶双健结构的存在，耐热、耐候性能有明显的降低。所以在苛刻的高温使用环境下存在失效的风险，我们在某品牌副仪表板开发的过程中，本体和双侧护板客户为保证装配强度要求和装配尺寸问题采用热板焊特定焊接温度(550℃-600℃)进行焊接装配，普通PC/ABS材料在如此极限高温条件下的焊接面热分解产生的气体出现焊接气泡对焊接强度和尺寸有较大的影响。
PAR又称芳香族聚酯，是一种分子主链上含有芳香族环和酯键的热塑性特种工程材料。PAR是一种无定形的、透明的聚合物，是分子结构与PC相似、性能也基本类似，却又等级更高的工程材料。由于其主链结构中含有大量的芳环，因而具有优异的耐热性能和良好的力学性能，在航天航空、精密仪器、汽车、机械、医疗等行业具有广泛的应用。聚芳酯的软化温度与热分解温度(443℃)相差较远，可灵活地地采用注射、挤出、吹塑等加热熔融的加工方法。
热板焊是一种经济有效的部品组装方式，焊接件之间通过热板加热熔融后，拼接固化的一种组装方式，一般根据焊接温度场分为低温长时焊接、高温短时焊接和非接触式焊接。其中高温短时焊接的焊接效率和低温长时焊接相比具有明显的优势，并且在某些粘度大的材料提高焊接温度能够显著的改善粘模、拉丝情况。但是一定要注意高温焊接温度在材料的熔融温度和分解温度之间，某些强度和尺寸要求较高的应用就需要对材料的焊接特性和部品的实际设计相结合调整匹配来满足设计要求和生产效率的保证。同时由于焊接强度的特殊要求，产品的熔接线宽度设计、焊接温度、及焊接时间以及材料的热稳定性会对产品的组装尺度有直接的影响。
由于PC的分解温度一般在350℃，ABS的分解温度一般在260℃左右，针对不耐极限高温使用的PC/ABS合金材料，我们经过大量的实验，提出加入PAR组分制备具有高温稳定性的聚酯合金材料，来解决部件在热板焊高温焊接条件下的焊接强度不良、尺寸波动差异的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物及其应用，解决了合金材料在超高温度使用领域的苛刻要求而产生的问题，合金组合物具有耐高温、焊接强度高、尺寸稳定的特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：
所述聚碳酸酯为熔融酯交换法制备的双酚A型的重均分子量为18000-32000g/mol，玻璃化温度为140-150℃的PC树脂。
所述苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-150000g/mol，其中丙烯腈含量为20-35％，丁二烯含量为15-20％。
进一步地，所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS中的至少一种。
进一步地，所述聚芳酯的热变形温度在1.8MPa条件下达到175℃，分解温度为443℃。
进一步地，所述热稳定剂为苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元结构的共聚物；所述着色剂为黑色母。
进一步地、所述苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物采用本体法聚合工艺合成。
进一步地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。
进一步地，所述润滑剂为石蜡、脂肪酸盐、硬脂酸盐、聚四氟乙烯、PETS、硅酮母粒中的至少一种；所述酯交换抑制剂为磷化合物、磷酸三苯酯TPP、焦磷酸二氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙中的至少一种。
进一步地，双螺杆挤出机的机筒温度为260-330℃，螺杆转速为300-500rpm，过水距离为1-2m。
聚酯合金组合物的应用，所述聚酯合金组合物用于制备塑料粒子；所述塑料粒子经注塑成型生产副仪表板本体和左右护板。
本发明的有益效果：
1、本发明针对不耐极限高温使用的PC/ABS合金材料，加入PAR组分制备具有高温稳定性的聚酯合金材料，有效的解决了部件在高温焊接条件下的焊接强度不良、尺寸差异的问题，对零部件的设计和产品的生产效率提高提供充分的可行性；
2、本发明一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物特别适合于高温焊接装配领域、焊接强度要求极高、尺寸稳定性要求严格的零部件生产领域，由于和PC相似的结构，相容性好，合适比例的PAR的加入对材料耐极限高温性能提升极大，完全可以满足制件生产的极限热加工要求；同时能够有效改善合金材料生产尺寸稳定性；
3、本发明的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物解决问题的方法在与既保持了PC/ABS的优异综合物理性能及易于成型等优点，又兼备了特种工程材料PAR的超高耐热性能，能够有效的提升合金材料的极限使用温度，使得制件的设计、生产及使用更加方便和高效。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)30-70份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)10-30份，增韧剂2-6份，PAR树脂5-30份，热稳定剂0.5-2份，着色剂1-2份，抗氧剂0.4-1份、润滑剂0.2-0.5份、酯交换抑制剂0.1-0.5份。
本发明的树脂组合物中，从加工性能和耐热性能的角度出发聚碳酸酯的含量优选为50-70份、进一步优选方案为60份。
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物的含量从材料加工性能角度优选为15-25份，进一步优选为20份的方案。
PAR从加工性能的角度考虑优选的用量5-10份，从耐热的角度优选的用量为8-20份，从耐热和加工流动性的角度进一步优选PAR的用量为8份。
增韧剂从刚韧平衡的角度优选用量为4-8份，从增韧效率和流动性的角度考虑MBS和HR-181按1:1的比例复配使用，优选的份数分别为2.5份，从低温落球实验的角度考虑进一步优选为EXL2690和HR-181按1:1的比例复配，优选的份数分别为3份。
从合金材料的加工稳定性考虑优选的热稳定剂为本体法聚合工艺合成的苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物，优选的用量为0.5-2份，进一步优选为1份。
为了使合金材料加工过程PC和PAR的酯交换得以抑制，优选的酯交换剂为磷酸三苯酯，优选的份数为0.1-0.5，进一步优选的份数为0.2。
实施例1：
本实施例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)55份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)26份，增韧剂3份，PAR树脂15份，热稳定剂1份，着色剂1份，抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份、酯交换抑制剂0.3份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；PAR树脂选用日本UNITIKA的U-100；增韧剂选用LG化学的MBS EM500；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP；酯交换抑制剂为市购的超细磷酸二氢钠。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料。
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别260/270/280/290/300/300/300/310/310/320℃，螺杆转速为400rpm，过水距离为2m。
实施例2：
本实施例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)60份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)26份，增韧剂3份，PAR树脂10份，热稳定剂1份，着色剂1份，抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份、酯交换抑制剂0.3份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；PAR树脂选用日本UNITIKA的U-100；增韧剂选用LG化学的MBS EM500；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP；酯交换抑制剂为市购的超细磷酸二氢钠。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料。
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别240/260/280/280/290/290/290/300/300/310℃，螺杆转速为400rpm，过水距离为2m。
实施例3：
本实施例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)65份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)26份，增韧剂3份，PAR树脂5份，热稳定剂1份，着色剂1份，抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份、酯交换抑制剂0.3份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；PAR树脂选用日本UNITIKA的U-100；增韧剂选用LG化学的MBS EM500；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP；酯交换抑制剂为市购的超细磷酸二氢钠。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料。
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别240/260/280/280/290/290/290/300/300/310℃，螺杆转速为400rpm，过水距离为2m。
实施例4：
本实施例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)60份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)20份，增韧剂3份，PAR树脂8份，热稳定剂1份，着色剂1份，抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份、酯交换抑制剂0.2份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；PAR树脂选用日本UNITIKA的U-100；增韧剂选用LG化学的MBS EM500；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP；酯交换抑制剂为市购的超细磷酸二氢钠。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料；
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别240/260/280/280/290/290/290/300/300/310℃，螺杆转速为400rpm，过水距离为2m。
对比例1：
本对比例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)75份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)21份，增韧剂2份，热稳定剂2份，着色剂1份，抗氧剂0.6份、润滑剂0.3份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；增韧剂选用LG化学的MBS EM500；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料。
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别250/260/260/260/260/260/250/250/250/260℃，螺杆转速为450rpm，过水距离为2m。
对比例2：
本对比例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)60份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)36份，增韧剂4份，热稳定剂0.5份，着色剂1份，抗氧剂0.2份、润滑剂0.2份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；增韧剂选用LG化学的MBS EM500；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP；酯交换抑制剂为市购的超细磷酸二氢钠。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料；
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别240/250/250/250/250/240/240/240/240/250℃，螺杆转速为400rpm，过水距离为2m。
对比例3：
本对比例聚酯合金材料由以下重量份的原料制成：
一种热板焊改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，由以下组分按重量份制备而成：聚碳酸酯(PC树脂)80份，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS树脂)16份，增韧剂2份，热稳定剂0.5份，着色剂1份，抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份。
其中PC树脂料粒选用SABIC的PC1000R；ABS树脂选用上海高桥的8434；增韧剂选用罗门哈斯的EXL2690；苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物选用华雯化工的RAS-302、抗氧剂为巴斯夫公司的1076和168，其重量比为1：1；润滑剂为意大利发基的季戊四醇硬脂酸PETS-AP。
S1、按照原料重量份称取各个原料，投入高混机中混合均匀，得到混合物料；
S2、将步骤S1所得混合物料通过主喂料加入，挤出造粒即可。其中，所述双螺杆挤出机的机筒温度分别260/270/270/270/270/270/260/260/260/270℃，螺杆转速为500rpm，过水距离为2m。
表1不同材料热板焊焊接测试结果
焊接强度通过拉力试验与人力破坏试验进行评估得到；成型标准以观察成型件的外观是否有缺陷进行评估得到。
从表1结果可以看出，使用改善的合金材料的PAR的含量越高，注塑相对困难，在5％-10％的适用范围能提高材料耐热性能的同时兼顾加热稳定性，在600℃的高温条件下材料PAR能有效的改善焊接强度和焊接尺寸间隙，同时从对比例中可以看出ABS含量越高焊接强度也会变差。
聚酯合金组合物适合于高温焊接装配领域、焊接强度要求极高、尺寸稳定性要求严格的零部件生产领域，PAR对材料耐极限高温性能有明显提高，大幅拓宽了制件部品的极限热加工要求；合金材料既保持了PC/ABS的优异综合物理性能及易于成型等优点，又兼备了特种工程材料PAR的超高耐热性能，使得制件的设计、生产、使用都得以更加方便和高效。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
2.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯为熔融酯交换法制备的双酚A型的重均分子量为18000-32000g/mol，玻璃化温度为140-150℃的PC树脂；
所述苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-150000g/mol，其中丙烯腈含量为20-35％，丁二烯含量为15-20％。
3.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述聚芳酯的热变形温度在1.8MPa条件下达到175℃，分解温度为443℃。
5.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述热稳定剂为苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元结构的共聚物；所述着色剂为黑色母。
6.根据权利要求5所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述苯乙烯-丙烯腈-GMA-MMA四元共聚物采用本体法聚合工艺合成。
7.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，所述润滑剂为石蜡、脂肪酸盐、硬脂酸盐、聚四氟乙烯、PETS、硅酮母粒中的至少一种；所述酯交换抑制剂为磷化合物、磷酸三苯酯TPP、焦磷酸二氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的改善高温焊接性能的聚酯合金组合物，其特征在于，双螺杆挤出机的机筒温度为260-330℃，螺杆转速为300-500rpm，过水距离为1-2m。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的聚酯合金组合物的应用，其特征在于，所述聚酯合金组合物用于制备塑料粒子；所述塑料粒子经注塑成型，用于生产副仪表板本体和左右护板。
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