CN114456553B - 一种抗翘曲激光焊接pc/pbt复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗翘曲激光焊接PC/PBT复合材料及其制备方法,所述复合材料按重量份计包括以下组分:PBT 30份‑53份;PC 10份‑40份;玻璃纤维10份‑30份;结晶促进剂0.1份‑1份;酯交换抑制剂0.5份‑1.5份;抗氧剂0.1份‑0.5份;黑色染料0.5份。本发明采用非结晶PC材料与结晶PBT材料复合改性,既可得到可用于激光焊接的透激光材料,同时也提高整体PC/PBT材料的抗翘曲性能,更利于增加焊接强度、降低焊接周期,提高了产能,扩大了材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性领域,涉及一种抗翘曲激光焊接PC/PBT复合材料及其制备方法。
背景技术
PBT(对苯二甲酸丁二醇酯)材料,分子结构高度对称,具有一定的结晶取向能力,具有较高的成膜性,PBT塑料具有耐摩擦性好、磨耗小而硬度高、电绝缘性好、抗化学药品稳定性好、耐蠕变、抗疲劳、韧性大和尺寸稳定性的优点。因而,被大量应用在汽车零部件上。
PBT玻纤复合材料,可以被加工为可用于激光焊接的透激光材料,但由于激光焊接的零部件往往都为尺寸要求极高的精密部件,因而对材料本身的尺寸要求提出了较高的要求。PC(聚碳酸酯)是一种通用工程塑料,具有优异的力学性能、电气性能和耐热性能,特别以优异的冲击强度和耐蠕变著称,透光率高,吸水率低,制品尺寸稳定,现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。
PC/PBT合金材料,结合了聚碳酸酯和对苯二甲酸丁二醇酯两种材料的优异特性。PBT玻纤增强材料,在注塑时,由于玻纤取向的原因,会造成注塑出来的零件各项异性,进而造成平面度差,表面不平整,造成2个焊接对手零件无法平整贴合,导致焊接面之间存在缝隙,影响焊接牢度。采用激光焊接时,其仍存在着焊接面熔合性差,焊接强度低的问题,并且会在焊接局部出现应力集中造成翘曲的问题。因而,需要寻找一种可以用于激光焊接的高平整度抗翘曲PC/PBT复合材料。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了抗翘曲激光焊接PC/PBT复合材料及其制备方法。本发明采用非结晶PC材料与结晶PBT材料复合改性,得到可用于激光焊接的PC/PBT透激光材料,所述PC/PBT复合材料具有优异的抗翘曲性能,并且通过改性进一步提高了材料的焊接强度,降低了焊接周期,提高了产能,扩大了材料的应用范围。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种PC/PBT复合材料,所述复合材料按重量份计包括以下组分:
作为本发明优选的方案,所述PBT的特性粘度为0.8dl/g-1.3dl/g,优选为1.0dl/g。
作为本发明优选的方案,所述PC为分子量24000-27000的硅氧烷共聚双酚A型PC树脂,其熔融指数为1g/10min-5g/10min,硅含量为8wt%-15wt%。
作为本发明优选的方案,所述PC的熔体体积流动速率MVR为0.5cm3/min-30cm3/min。
作为本发明优选的方案,所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
作为本发明优选的方案,所述结晶促进剂为长链线性饱和羧酸钠盐、滑石粉或氮化硼类中任意一种或至少两种的组合。
作为本发明优选的方案,所述酯交换抑制剂为ADK STAB AX-71、磷酸二氢钠或SA-PGP-B中任意一种或至少两种的组合。
作为本发明优选的方案,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂。
作为本发明优选的方案,所述黑色染料为黑色母。
第二方面,本发明提供了前述PC/PBT复合材料的制备方法,所述制备方法包括:
将配方量的PBT、PC、结晶促进剂、酯交换抑制剂、抗氧剂和黑色染料组成的混合料从挤出机的主料口加入,将配方量的玻璃纤维从挤出机的侧喂料口加入,通过挤出机挤出造粒,得到PC/PBT复合材料。
作为本发明优选的方案,所述挤出机的转速为200rpm-240rpm。
作为本发明优选的方案,所述挤出机各区段的温度为200℃-260℃。
作为本发明优选的方案,所述挤出机各区段温度包括:一区温度220℃-250℃,二区温度220℃-250℃,三区温度230℃-250℃,四区温度230℃-250℃,五区温度220℃-240℃,六区温度220℃-250℃,七区温度220℃-250℃,八区温度220℃-250℃,九区温度220℃-250℃,机头温度245℃-265℃。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的抗翘曲激光焊接PC/PBT复合材料,通过添加非结晶性PC材料,引入酯交换抑制剂,稳定了PC/PBT材料的机械性能的同时,得到了透激光效果好的PC/PBT材料,并且注塑的零件平整度高;
(2)本发明提供的抗翘曲激光焊接PC/PBT复合材料及其制备方法,工艺简单,物理性能优异,增加焊接强度、降低焊接周期,提高了产能,扩大了材料的应用范围;
(3)本发明所述的抗翘曲激光焊接PC/PBT复合材料的弯曲强度>180MPa,弯曲模量>8500MPa,缺口冲击强度>8.0KJ/㎡,透光率>25%,平整度(配合间隙)<25。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种PC/PBT复合材料,所述复合材料按重量份计包括以下组分:
其中,PBT的重量份可为30份、33份、35份、37份、40份、43份、45份、47份、50份或53份等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;PC的重量份可为10份、15份、20份、25份、30份、35份或40份等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;玻璃纤维的重量份可为10份、13份、15份、17份、20份、23份、25份、27份或30份等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;结晶促进剂的重量份可为0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份或1份等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;酯交换抑制剂的重量份可为0.5份、0.7份、1份、1.3份或1.5份等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;抗氧剂的重量份可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份;黑色染料的重量份可为0.5份、0.7份、1份、1.3份、1.5份、1.7份或2份等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中,通过非结晶的PC材料与结晶PBT进行改性,进而得到透激光效果好且具有优异抗翘曲性能的PC/PBT复合材料,得到注塑零件平整度高。
作为本发明优选的方案,所述PBT的特性粘度(IV)为0.8-1.3dl/g,例如0.8dl/g、0.9dl/g、1dl/g、1.1dl/g、1.2dl/g或1.3dl/g等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为1.0dl/g。
作为本发明优选的方案,所述PC为分子量24000-27000的硅氧烷共聚双酚A型PC树脂,其分子量可为24000、25000、26000或27000等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;其熔融指数为1g/10min-5g/10min,例如1g/10min、2g/10min、3g/10min、4g/10min或5g/10min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;硅含量为8wt%-15wt%,例如8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%或15wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本发明所采用的硅氧烷共聚双酚A型PC树脂较未进行硅氧烷共聚的双酚A型PC树脂相比,通过控制硅氧烷共聚双酚A型PC树脂的熔融指数以及硅含量,可以大幅度提高整体材料的耐热稳定性、耐低温性以及耐候性等各项性能。
作为本发明优选的方案,所述PC的熔体体积流动速率(MVR)为0.5cm3/min-30cm3/min,例如0.5cm3/min、1cm3/min、5cm3/min、10cm3/min、15cm3/min、20cm3/min、25cm3/min或30cm3/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的方案,所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
作为本发明优选的方案,所述结晶促进剂为长链线性饱和羧酸钠盐、滑石粉或氮化硼类中任意一种或至少两种的组合,例如长链线性饱和羧酸钠盐和滑石粉的组合,滑石粉和氮化硼类的组合,长链线性饱和羧酸钠盐、滑石粉和氮化硼类的组合。
作为本发明优选的方案,所述酯交换抑制剂为ADK STAB AX-71、磷酸二氢钠或SA-PGP-B中任意一种或至少两种的组合。
作为本发明优选的方案,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂。
作为本发明优选的方案,所述黑色染料为黑色母。
本发明具体实施方式部分提供了前述PC/PBT复合材料的制备方法,所述制备方法包括:
将配方量的PBT、PC、结晶促进剂、酯交换抑制剂、抗氧剂和黑色染料组成的混合料从挤出机的主料口加入,将配方量的玻璃纤维从挤出机的侧喂料口加入,通过挤出机挤出造粒,得到PC/PBT复合材料。
作为本发明优选的方案,所述挤出机为双螺杆挤出机。
作为本发明优选的方案,所述挤出机的转速为200rpm-240rpm,例如200rpm、205rpm、210rpm、215rpm、220rpm、225rpm或230rpm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的方案,所述挤出机各区段的温度为200℃-260℃,例如200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃或260℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的方案,所述挤出机各区段温度包括:一区温度220℃-250℃,二区温度220℃-250℃,三区温度230℃-250℃,四区温度230℃-250℃,五区温度220℃-240℃,六区温度220℃-250℃,七区温度220℃-250℃,八区温度220℃-250℃,九区温度220℃-250℃,机头温度245℃-265℃。
以下为本发明典型但非限制性实施例:
本发明实施例1-3提供了一种PC/PBT复合材料及其制备方法,所述实施例1-3中各组分的用量配比如表1所示:
表1:实施例1-3中各组分用量表
组成 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
PC | 35 | 25 | 15 |
PBT | 32.9 | 42.9 | 52.9 |
玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 |
结晶促进剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
酯交换抑制剂 | 1 | 1 | 1 |
黑色染料 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
其中,实施例1中采用的PC为出光公司生产的FG1760硅氧烷共聚双酚A型PC树脂;PBT的粘度为1.0dl/g,为长春化工生产;玻璃纤维为无碱玻璃纤维;结晶促进剂为长链线性饱和羧酸钠盐布鲁格曼P250;抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168;酯交换抑制剂为磷酸二氢钠分析纯;黑色染料为黑色母。
实施例2中和实施例3中所用物料种类与实施例1中相同。
实施例1-3中的PC/PBT复合材料的制备方法为:将配方量的经过干燥的PBT、PC、结晶促进剂、酯交换抑制剂、抗氧剂和黑色染料混合后用双螺杆加料器连续均匀加入螺杆直径35mm,长径比L/D=36的双螺杆挤出机主机筒中,将配方量的玻璃纤维从挤出机的侧喂料口加入,主机筒分段控制温度,从加料口至机头出口为230℃、240℃、250℃、250℃、250℃、245℃、245℃、245℃、245℃,255℃,双螺杆转速为300转/分钟,挤出料条经过水槽冷却后切粒得到产品。
本发明对比例1-2提供了一种PBT材料及其制备方法:所述对比例1-2中各组分的用量配比如表2所示:
表2:对比例1-2中各组分用量表
组成 | 对比例1 | 对比例2 |
PC | 30 | |
PBT | 68.9 | 38.9 |
玻璃纤维 | 30 | 30 |
结晶促进剂 | 0.3 | 0.3 |
抗氧剂 | 0.3 | 0.3 |
酯交换抑制剂 | ||
黑色染料 | 0.5 | 0.5 |
其中,对比例1和对比例2中所用各物料的类型与实施例1中相同。
对比例1和对比例2中PBT材料的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
将实施例1-3和对比例1-2中得到产品在鼓风烘箱中于100℃干燥4小时后用塑料注射成型机注塑成标准样条,注塑温度250℃。注塑好的样条立即放入玻璃干燥器中在室温放置至少24小时后进行性能测试,性能测试结果如表3所示。
实施例1-3和对比例1-2中产品性能参数方法如下:
弯曲强度、弯曲模量:按ISO 178方法评价;
缺口冲击强度:按ISO 179方法评价;
透光率:使用LPKF TMG3透光率仪进行评价;
平整度:注塑成零件后进行评价。
表3:实施例1-3和对比例1-2产品性能测试结果表
性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
弯曲强度MPa | 187 | 199 | 203 | 205 | 193 |
弯曲模量MPa | 8792 | 8904 | 8957 | 9012 | 8412 |
缺口冲击强度KJ/㎡ | 8.8 | 9.0 | 9.2 | 9.5 | 4.3 |
透光率% | 42 | 39 | 26 | 21 | 22 |
平整度(配合间隙) | 14 | 18 | 25 | 28 | / |
从表3的数据可知,添加了PC的PC/PBT玻纤增强材料的机械性能,随着PC含量的提高,有降低的趋势(对比例1,实施例1-3);由于PC和PBT会发生酯交换反应,添加了酯交换抑制剂能大幅度改善整体材料的力学性能,使材料具有使用价值(对比例2,实施例1-3);添加了PC的PC/PBT玻纤增强材料表面平整度,随着PC含量的提高而提高,配合间隙明显降低,有利于焊接,缩短焊接周期(对比例1,实施例1-3)。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (12)
1.一种PC/PBT复合材料,其特征在于,所述复合材料按重量份计包括以下组分:
PBT 30份-53份;
PC 10份-40份;
玻璃纤维 10份-30份;
结晶促进剂 0.1份-1份;
酯交换抑制剂 0.5份-1.5份;
抗氧剂 0.1份-0.5份;
黑色染料 0.5份-2份;
所述PC为分子量24000-27000的硅氧烷共聚双酚A型PC树脂,其熔融指数为1g/10min-5g/10min,硅含量为8wt%-15wt%;所述PC的熔体体积流动速率MVR为0.5cm3/min-30cm3/min;
所述酯交换抑制剂为磷酸二氢钠。
2.根据权利要求1所述的PC/PBT复合材料,其特征在于,所述PBT的特性粘度为0.8dl/g-1.3dl/g。
3.根据权利要求2所述的PC/PBT复合材料,其特征在于,所述PBT的特性粘度为1.0dl/g。
4.根据权利要求1所述的PC/PBT复合材料,其特征在于,所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的PC/PBT复合材料,其特征在于,所述结晶促进剂为长链线性饱和羧酸钠盐、滑石粉或氮化硼类中任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1所述的PC/PBT复合材料,其特征在于,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂。
7.根据权利要求1所述的PC/PBT复合材料,其特征在于,所述黑色染料为黑色母。
8.如权利要求1-7任一项所述的PC/PBT复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
将配方量的PBT、PC、结晶促进剂、酯交换抑制剂、抗氧剂和黑色染料组成的混合料从挤出机的主料口加入,将配方量的玻璃纤维从挤出机的侧喂料口加入,通过挤出机挤出造粒,得到PC/PBT复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述挤出机为双螺杆挤出机。
10.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述挤出机的转速为200rpm-240rpm。
11.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述挤出机各区段的温度为200℃-260℃。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述挤出机各区段温度包括:一区温度220℃-250℃,二区温度220℃-250℃,三区温度230℃-250℃,四区温度230℃-250℃,五区温度220℃-240℃,六区温度220℃-250℃,七区温度220℃-250℃,八区温度220℃-250℃,九区温度220℃-250℃,机头温度245℃-265℃。
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