CN114605771B - 一种可微波焊接的聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种可微波焊接的聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可微波焊接的聚丙烯材料及其制备方法，其由聚丙烯50‑75份、增韧剂10份、微波吸收增强剂10‑50份、无机填料5‑40份、抗氧剂0.4份、光稳定剂0.3份按照重量份制备而成。本发明经过静电纺丝技术处理的微波吸收增强剂，再通过共混方式加入到改性聚丙烯粒料中，由于UHMWPE纤维的超高粘度，使得多壁碳纳米管/蒙脱土/UHMWPE复合物富集在注塑得到的聚丙烯制件表面，在进行微波辐射时，多壁碳纳米管/蒙脱土复合物具体较大的介电常数，具有良好的微波吸收性能，可以将微波能量转化为大量的热，足够的热量使焊接的焊接面温度升高，接触面熔融，达到焊接的目的。

Description

一种可微波焊接的聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子改性技术领域，具体是一种可微波焊接的聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
微波是指频率处于300MHz-300GHz、在空气中对应波长处于1m-1mm的电磁辐射，它是电磁波谱中一个有限频带的简称。现代意义上的微波是指波长为1m-0.1mm范围的电磁波。微波焊接是一种利用微波能量进行材料连接的方法，该过程通常需要借助微波吸收物质完成。微波吸收物质是一种能够大量吸收微波、反射或散射微波较少的物质，它能够通过某种作用将微波能转化为热能。常见的微波吸收材料有很多种，涉及多个领域，如碳纳米管，从20世纪90年代开始，国内外逐渐有科学家从事微波焊接热塑性塑料方面的研究。随着科学技术的不断发展，微波焊接过程所取得的成果也经历了一个不断进步的过程。相比较于传统的热板焊接、激光焊接、超声波焊接、摩擦焊接等，微波焊接工艺具有简单快速、室温下完成、清洁无污染、产品性能优异等显著优点。
聚丙烯作为应用最广泛的通用塑料之一，目前主要的焊接方式还是传统的热板焊接和超声波焊接，微波焊接虽有涉及，但是应用范围很小。现有的微波焊接仍是停留在将吸波溶液涂敷在焊接面方式进行，工艺繁琐的同时，生产不高，造成了微波焊接无法广泛的应用于聚丙烯材料的焊接中。因此，急需一种注塑成型后直接可用于微波焊接的聚丙烯材料，扩大微波焊接技术的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可微波焊接的聚丙烯材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，在聚丙烯中加入复合的微波吸收剂，增强材料的微波吸收能力，提高焊接面温度，可广泛应用于汽车和家电类需焊接的聚丙烯产品，扩充了聚丙烯产品的焊接方式。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一方面公开了一种可微波焊接的聚丙烯材料，其由聚丙烯50-75份、增韧剂10份、微波吸收增强剂10-50份、无机填料5-40份、抗氧剂0.4份、光稳定剂0.3份按照重量份制备而成。
作为本发明进一步的方案：所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，其熔融指数为0.5-50g/10min。
作为本发明进一步的方案：所述增韧剂为高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
作为本发明进一步的方案：所述无机填料为碱式硫酸镁晶须、滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母、高岭土中的至少一种，
作为本发明进一步的方案：所述微波吸收增强剂由多壁碳纳米管、蒙脱土、UHMWPE经过改性处理制备而成。
作为本发明进一步的方案：所述改性处理包括以下步骤：
按照(5-8)：(3-6)的重量比称取多壁碳纳米管和蒙脱土，并依次加入质量比为1：1的环己酮和十氢萘溶液中，经过超声处理，得到均匀分散的第一悬浮液；
将所述第一悬浮液加热至120-140℃，一边搅拌一边向其中加入UHMWPE，经过充分搅拌、冷却后，得到第二悬浮液；
在24KV的电压下，对所述第二悬浮液进行静电纺丝处理、真空干燥，即得微波吸收增强剂。
作为本发明进一步的方案：所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成。
作为本发明进一步的方案：所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
本发明另一方面公开了如上述任一项所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份将聚丙烯、增韧剂、无机填料、抗氧剂和光稳定剂充分混合，得到混合物料，将所述混合物料通过双螺杆挤出机熔融、挤出、造粒，得到改性聚丙烯粒料；
将所述改性聚丙烯粒料和微波吸收增强剂投入高混机中充分混合，即得可微波焊接聚丙烯材料；其中，微波吸收增强剂占可微波焊接聚丙烯材料的质量分数为10％-50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)多壁碳纳米管可以将微波辐射转变为热能，可满足聚合物焊接时所需的热量，满足焊接要求。
2)本发明经过静电纺丝技术处理的微波吸收增强剂，再通过共混方式加入到改性聚丙烯粒料中，由于UHMWPE纤维的超高粘度，使得多壁碳纳米管/蒙脱土/UHMWPE复合物富集在注塑得到的聚丙烯制件表面，在进行微波辐射时，多壁碳纳米管/蒙脱土复合物具体较大的介电常数，具有良好的微波吸收性能，可以将微波能量转化为大量的热，足够的热量使焊接的焊接面温度升高，接触面熔融，达到焊接的目的。
附图说明
图1为实施例1-8及对比例1-2的实际焊接效果展示图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
聚丙烯，选用武汉石化生产的K8003、K7227、BX3900按照质量比15：30：10进行复配而成。
增韧剂，生产厂家为泰国陶氏DOW，牌号为8150；
无机填料，选用滑石粉，生产厂家为辽宁艾海，牌号为CP250；
多壁碳纳米管：生产厂家为中科时代纳米，牌号为B2220；
蒙脱土：生产厂家为Nanocor，牌号为T1101-3-P801；
UHMWPE：即超高分子量聚乙烯，生产厂家为上海联乐化工，牌号为X-500；
抗氧剂，生产厂家为巴斯夫，牌号为1010或168；
光稳定剂，生产厂家为美国氰特，牌号为UV3808；
所有材料均为市售常规常用产品。
可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
实施例1-5的制备过程如下：
(1)制备微波吸收增强剂：
环己酮和十氢萘按照质量比1:1配成混合溶剂；将5份多壁碳纳米管和3份蒙脱土依次加入到该72份的混合溶剂中，经过超声处理3h，使得无机纳米颗粒均匀分散，得到第一悬浮液；
将步骤(1)得到的第一悬浮液加热至130℃，一边搅拌一边向其中加入20份的UHMWPE，积蓄搅拌24h，冷却后得到第二悬浮液；
将步骤(2)得到的第二悬浮液倒入玻璃针筒中，在电压24KV、纺丝速度0.8ml/h、纺丝距离20cm条件下进行纺丝处理，再经过真空干燥24h即得微波吸收增强剂。
(2)制备改性聚丙烯粒料：
按照表1配比称取聚丙烯、增韧剂、无机填料、抗氧剂、光稳定剂放入高混机中混合5min，得到混合物料
将所述混合物料投入平行双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，即得改性聚丙烯粒料。其中，双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min。
(3)制备可微波焊接聚丙烯材料：
按照表2配比称取聚丙烯粒料和微波吸收增强剂，高混20min，即得可微波焊接聚丙烯材料。
对比例1-2的制备过程如下：
(1)按照表1配比制备改性聚丙烯粒料a和e，制备步骤与实施例相同；
(2)称取100份聚丙烯粒料，高混20min，即得对比聚丙烯材料。
将可微波焊接聚丙烯材料注塑成100mm*100mm*2.5mm的样片，按照GB/T1409-2006标准测试样片的介电常数和介电损耗。使用工业微波炉，在2.45GHz的频率下，微波30s，加以微波辐射，评估焊接情况，评估结果如图1所示。
表1改性聚丙烯粒料配比
表2可微波焊接聚丙烯材料配比
参阅图1的焊接情况可以看出，本发明实施例1-8采用不同填充比例的改性聚丙烯粒料和微波吸收增强剂混合后制备的复合材料，焊接牢固，满足微波焊接要求。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种可微波焊接的聚丙烯材料，其特征在于，其由聚丙烯50-75份、增韧剂10份、微波吸收增强剂10-50份、无机填料5-40份、抗氧剂0.4份、光稳定剂0.3份按照重量份制备而成；
所述微波吸收增强剂由多壁碳纳米管、蒙脱土、UHMWPE经过改性处理制备而成，所述改性处理包括以下步骤：
按照（5-8）：（3-6）的重量比称取多壁碳纳米管和蒙脱土，并依次加入质量比为1：1的环己酮和十氢萘溶液中，经过超声处理，得到均匀分散的第一悬浮液；
将所述第一悬浮液加热至120-140℃，一边搅拌一边向其中加入10-20份的UHMWPE，经过充分搅拌、冷却后，得到第二悬浮液；
在24KV的电压下，对所述第二悬浮液进行静电纺丝处理、真空干燥，即得微波吸收增强剂。
2.根据权利要求1所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，其熔融指数为0.5-50g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料，其特征在于，所述增韧剂为高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料，其特征在于，所述无机填料为碱式硫酸镁晶须、滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母、高岭土中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成。
6.根据权利要求1所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种可微波焊接的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照重量份将聚丙烯、增韧剂、无机填料、抗氧剂和光稳定剂充分混合，得到混合物料，将所述混合物料通过双螺杆挤出机熔融、挤出、造粒，得到改性聚丙烯粒料；
将所述改性聚丙烯粒料和微波吸收增强剂投入高混机中充分混合，即得可微波焊接聚丙烯材料；其中，微波吸收增强剂占可微波焊接聚丙烯材料的质量分数为10%-50%。
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