CN114573969B - 一种高焊接强度的pc合金材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高焊接强度的PC合金材料及其制备方法与应用，包括如下重量份的组分：PC树脂40‑60份、PBT树脂35‑45份、PCTG树脂5‑15份、焊接调整剂0.1‑2份。本发明提供的高焊接强度的PC合金材料兼具耐溶剂性能好和较高的超声波焊接强度的优点。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高焊接强度的PC合金材料及其制备方法与应用。
背景技术
PC树脂制品由于分子体积较大，成型后产品内应力较大，导致PC树脂制品耐化学品能力较差。为改善这一问题，常常将PC树脂与PET树脂或者PBT树脂利用物理共混或化学接枝的方法而获得的性能更佳优异的PC合金材料。
PC合金材料加工成工业制品的过程中常常需要采用超声波焊接，超声波焊接是利用超声波作用于热塑性的塑料接触面，产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊件的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。
但是，由于PC合金材料中PC树脂的分子体积较大，在超声波焊熔融后焊条表面分子链缠结的活动能力较弱，分子链不够舒展，导致制件局部内应力很高，在外力冲击如落球测试时局部内应力高的部位容易出现开裂。而且在PC合金材料中加入PBT树脂，虽然改善了耐化学品能力，但是结晶会严重影响超声波焊接过程中能量的传递，进一步降低了PC合金材料的焊接强度。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种高焊接强度的PC合金材料及其制备方法与应用。
为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：一种高焊接强度的PC合金材料，其包括如下重量份的组分：PC树脂40-60份、PBT树脂35-45份、PCTG树脂5-15份、焊接调整剂0.1-2份。
本发明使用PC树脂作为主要树脂基体，赋予产品较高的机械强度和韧性，加入较高含量的PBT树脂，极大提升了PC树脂的耐化学品性能。但是结晶性PBT树脂的加入，影了超声波能量的传递，进而影响超声波焊接的质量。加入PCTG树脂，发明人的发现所述PCTG树脂的加入能够极大改善PC合金材料在超声波过程中能量的传递情况，提升了焊接强度。
优选地，所述焊接调整剂为金属氧化物、金属碱和金属盐中的一种或组合。更佳地，所述焊接调整剂为金属氧化物，所述金属氧化物选用氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化锑、氧化钠、氧化钾中的一种。所述焊接调整剂可以控制PBT树脂的结晶程度，减少因PBT树脂结晶对超声波能量传递的影响。
优选地，所述高焊接强度的PC合金材料包括如下重量份的组分：PC树脂45-55份、PBT树脂38-42份、PCTG树脂8-13份、焊接调整剂0.2-1份。所述PC树脂、PBT树脂、PCTG树脂和焊接调整剂协同作用，得到焊接强度高且耐化学品性能良好的PC合金材料。
优选地，所述PC树脂为粘均分子量为18000～38000的芳香族聚碳酸酯。
粘均分子量通过乌氏黏度计测定极限粘数[η]，使用二氯甲烷作为聚碳酸酯的溶剂，20℃恒温水浴辅助溶解。粘均分子量M由Mark-Hou-wink方程计算得到，[η]＝KMα，其中K-比例常数；α-扩张因子。
优选地，所述PBT树脂的特性黏度为0.8-0.9dl/g，所述PBT树脂的特性黏度参照标准GT/T 1632.5-08测得，精确称取0.25gPBT在130℃的温度下，溶于50mL苯酚与1，2-二氯苯混合溶液中(浓度约为0.5g/dL)冷却，在25.0℃的条件下测量溶液流经乌氏粘度计的时间，计算出样品的特性黏度。所述PBT树脂的特性黏度过低将造成PC合金材料的耐溶剂性能较差；所述PBT树脂的特性黏度过高将降低PC合金材料的焊接强度。
优选地，所述PCTG树脂的特性黏度为0.6-0.85dl/g，所述PCTG的特性黏度参照标准GT/T 1632.5-08测得，精确称取0.25gPBT在130℃的温度下，溶于50mL苯酚与1，2-二氯苯混合溶液中(浓度约为0.5g/dL)冷却，在25.0℃的条件下测量溶液流经乌氏粘度计的时间，计算出样品的特性黏度。所述PCTG树脂的特性黏度过低将造成PC合金材料的耐溶剂性能较差；所述PCTG树脂的特性黏度过高则不能够改善PC合金材料的超声波焊接性能。
优选地，所述高焊接强度的PC合金材料还包括抗氧剂0.01-1份和/或增韧剂2-8份。
优选地，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-辛烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物和丙烯酸-硅橡胶类增韧剂中的一种或组合；所述抗氧剂包括丙酸酯和/或亚磷酸酯。
本发明还提供了一种所述高焊接强度的PC合金材料的制备方法，包括：按配比称量各种原料，将上述原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥处理后得到所述高焊接强度的PC合金材料；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为45～60:1，螺筒温度为230～250℃，螺杆转速为400～500rpm。
本发明还提供了一种所述高焊接强度的PC合金材料在制备电动工具产品中的应用。优选地，所述高焊接强度的PC合金材料在制备电焊枪、往复锯、角磨机等电动工具产品中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的高焊接强度的PC合金材料兼具耐溶剂性能好和较高的超声波焊接强度的优点。为电动工具、电子电器、汽车工业提供了优质的材料方案和焊接方式选择。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例和对比例中所使用的原料均可通过市售购买获得，且平行实验所用的都是同一种。
原料来源如下，但不限于这些原料：
PC树脂：
型号：E-2000F，厂家：日本三菱，粘均分子量为28000；
型号：H-4000F，厂家：日本三菱，粘均分子量为16000；
PBT树脂：
型号：GX112，厂家：仪征化学，所述PBT树脂的特性黏度为0.86dl/g。
型号：1200-211D，厂家：长春化工，所述PBT树脂的特性黏度为0.75dl/g。
PCTG树脂：
型号：DN-011，厂家：伊士曼化学，所述PCTG树脂的特性黏度为0.7dl/g；
型号：TX1800，厂家：伊士曼化学，所述PCTG树脂的特性黏度为在0.62dl/g；
型号：HY1000，厂家：伊士曼化学，所述PCTG树脂的特性黏度为0.85dl/g；
型号：TX1501HF，厂家：伊士曼化学，所述PCTG树脂的特性黏度为0.58dl/g；
型号：Z6018，厂家：伊士曼化学，所述PCTG树脂的特性黏度为0.92dl/g；
焊接调整剂：氧化锑，型号：Sb2O399.80，厂家：湖南华星。
增韧剂：甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，市售；
抗氧剂：丙酸酯，市售；
样品制备
实施例1～15和对比例1～5的PC合金材料按照如下方法制备：
按照表1-2中所述配方将上述原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥处理后得到所述高焊接强度的PC合金材料；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为45:1，螺筒温度为230～250℃，螺杆转速为400～500rpm。
性能测试
将实施例1～15和对比例1～5的聚酰胺复合材料进行性能测试，测试方法如下：
(1)耐溶剂性：按照ASTM D543，在1.0％应变夹具向拉伸强度测试用试片(试片厚度3.2mm)涂抹花生油后观察外观变化，按裂纹发生的轻重分成A(无裂纹)、B(裂纹，肉眼观察裂纹不贯穿样条不连续，裂纹长度小于等于3mm)、C(严重裂纹，肉眼观察到贯穿或连续裂纹，长度大于3mm)和D(断裂)四个等级。
(2)焊接强度评估：将所述PC合金材料注塑成100mm*50mm*4mm的焊接样条，将两根样条放置在一起，用超声波仪器焊接。焊接振幅是25khz，焊接时间0.3s，保压时间0.5s。用拉力试验机的夹具两端夹住焊接样条，通过测定焊缝断裂时的拉伸强度来评价焊接的强度，焊接拉力为拉断焊接样条时的最大力。
测试结果
实施例1～15的高焊接强度的PC合金材料配方(重量份)及性能测试结果如表1所示：
表1
对比例1～5的PC合金材料配方(重量份)及性能测试结果如表2所示：
表2
| 组分 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 |
| E-2000F | 41.6 | 41.6 | 41.6 | 41.6 | 76.6 |
| GX112 | 40 | 40 | 40 | 40 | 15 |
| DN-011 | 0 | 10 | 16 | 4 | 10 |
| Sb2O399.80 | 0.3 | 0 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 增韧剂 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 抗氧剂 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 耐溶剂性 | A | A | B | A | D |
| 焊接强度/N | 134 | 161 | 196 | 168 | 197 |
结果分析
比较实施例1和对比例1，未加入PCTG树脂，PC合金材料的超声波焊接强度明显降低。
比较实施例1和对比例2，未加入焊接调整剂，PC合金材料的超声波焊接强度明显降低。PBT树脂的结晶充分，影响了超声波能量的传递，焊接强度相对不高。
比较实施例1和对比例3-4，对比例3中PCTG树脂加入的重量份过多，PC合金材料的超声波焊接强度明显降低；对比例4中PCTG树脂加入的重量份过少，PC合金材料的超声波焊接强度明显降低。
比较实施例1和对比例5可看出：当PC树脂加入量过多并且PBT树脂加入量或少时，结晶区域比例较低，焊接强度尚可，但是耐溶剂性能测试时试样发生断裂，PC合金材料的耐溶剂性能较差。
比较实施例2和实施例9-10：实施例9的所述PCTG树脂的特性黏度过低，造成所述PC合金材料的耐溶剂性能下降；实施例9的所述PCTG树脂的特性黏度过高，造成所述PC合金材料的超声波焊接性能下降。由此可见，所述PCTG树脂的特性黏度应为0.6-0.85dl/g时，能够得到兼具耐溶剂性能好和较高的超声波焊接强度的PC合金材料。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种高焊接强度的PC合金材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：PC树脂40-60份、PBT树脂35-45份、PCTG树脂5-15份、焊接调整剂0.1-2份；
所述焊接调整剂为氧化锑；
所述PBT树脂的特性黏度为0.8-0.9dl/g；
所述PCTG树脂的特性黏度为0.6-0.85dl/g；
所述PC树脂为粘均分子量为18000~38000的芳香族聚碳酸酯。
2.如权利要求1所述的高焊接强度的PC合金材料，其特征在于，所述高焊接强度的PC合金材料还包括抗氧剂0.01-1份和/或增韧剂2-8份。
3.如权利要求2所述的高焊接强度的PC合金材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-辛烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物和丙烯酸-硅橡胶类增韧剂中的一种或组合；所述抗氧剂包括丙酸酯和/或亚磷酸酯。
4.如权利要求1~3任一项所述的高焊接强度的PC合金材料的制备方法，其特征在于，包括：按配比称量各种原料，将上述原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥处理后得到所述高焊接强度的PC合金材料；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为45~60:1，螺筒温度为230~250℃，螺杆转速为400~500rpm。
5.如权利要求1~3任一项所述的高焊接强度的PC合金材料在制备电动工具产品中的应用。
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