CN117343438B - 一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强pp复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP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：PP 50份‑60份；玻璃纤维30份‑40份；透激光黑色色粉0.1份‑0.6份；相容剂3份‑6份；抗氧剂0.5份‑2份；其中，透激光黑色色粉的制备方法包括：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红与硅烷化合物经高速搅拌混合，得到透激光黑色色粉。本发明通过采用特定材料制备得到的透激光黑色色粉，解决了现有常规黑色色粉存在的与PP材料相容性很差，在高温或者溶剂侵蚀的情况下易析出的问题，使制备得到的玻璃纤维增强PP复合材料满足激光焊接的要求。
Description
技术领域
本发明属于分子复合材料改性技术领域，涉及一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）是一种以为主链的聚合物，具有低极性，高结晶性、高强度、低蠕变、优异的尺寸稳定性等特点，通过不同方式改性后，应用于工业机械、汽车零件、精密仪器、电子电器等领域，俗称百折胶。
相比于普通玻纤增强聚丙烯，长玻纤增强聚丙烯拥有更高的强度和模量，可以更好地替代汽车中高成本的PA材料和钢铁材料，以达到轻量化的目的。汽车的前端模块，天窗，排水槽，仪表板骨架等部件使用长玻纤增强聚丙烯的比例越来越高。长玻纤改性聚丙烯因其优异的力学性能而得到广泛应用。近几年，激光焊接工艺在塑料改性行业比较盛行，激光焊接具有键合强度高、密封性高、产品应力低、焊接精度高、可远程同步摄影检测以及适合异性材料连接等优点，作为一种无接触、节能环保绿色的焊接方法，已经广泛应用与汽车工业，生物医疗制造和卫星机械制造等行业。
常用于激光焊接的工程塑料以PA和PBT为主，黑色产品中的透激光色粉与它们相容性很好，但是如果采用性价比更高的PP材料，由于PP本身极性低，现有常规黑色色粉以溶剂黑为主，与PP材料相容性很差，在高温或者溶剂侵蚀的情况下易析出，影响产品的正常使用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明通过采用特定材料制备得到的透激光黑色色粉，解决了现有常规黑色色粉存在的与PP材料相容性很差，在高温或者溶剂侵蚀的情况下易析出的问题，使制备得到的玻璃纤维增强PP复合材料满足激光焊接的要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料，所述复合材料按重量份计包括以下组分：
PP 50份-60份；
玻璃纤维 30份-40份；
透激光黑色色粉 0.1份-0.6份；
相容剂 3份-6份；
抗氧剂 0.5份-2份；
其中，透激光黑色色粉的制备方法包括：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红与硅烷化合物在800rpm-1200rpm转速下搅拌混合，得到透激光黑色色粉；
所述酞青蓝的比表面积为64-72m²/g；所述酞青绿的比表面积为36-44m²/g；所述颜料红的比表面积为20-34m²/g。
作为本发明的优选方案，所述透激光黑色色粉的激光透过率为87%-93%。
作为本发明的优选方案，所述酞青蓝、酞青绿和颜料红的质量比为（3.5-4.5）:3:3。
作为本发明的优选方案，所述PP为均聚PP，其其熔融指数≥50g/10min。
作为本发明的优选方案，所述硅烷化合物的用量为透激光黑色色粉总质量的2%-4%；所述硅烷化合物选自[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、苯乙烯乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的一种或几种组合。
作为本发明的优选方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
作为本发明的优选方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供了前述复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将配方量的PP、透激光黑色色粉、相容剂和抗氧剂混合均匀后，与玻璃纤维一起送入双螺杆挤出机，经过挤出造粒得到一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料。
作为本发明的优选方案，所述混合的温度为30℃-70℃，混合时间为3min-7min，混合在900rpm-1100rpm的搅拌速率下进行。
作为本发明的优选方案，所述双螺杆挤出机各区段的挤出温度为180℃-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为170rpm-240rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过采用特定材料制备得到的透激光黑色色粉，结合长玻璃纤维的使用，一方面可以使PP复合材料在满足黑度的条件下满足激光焊接工艺的要求，使其激光透过率＞15%（2mm色板）；另一方面在保证材料综合力学性能的情况下，提升材料的耐高温性能、耐溶剂腐蚀性能。可以替代PA或PBT激光焊接材料，大幅度降低了材料成本。
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耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料，所述复合材料按重量份计包括以下组分：
PP 50份-60份；
玻璃纤维 30份-40份；
透激光黑色色粉 0.1份-0.6份；
相容剂 3份-6份；
抗氧剂 0.5份-2份；
其中，透激光黑色色粉的制备方法包括：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红与硅烷化合物在800rpm-1200rpm（例如800rpm、900rpm、1000rpm、1100rpm或1200rpm等）转速下搅拌混合，得到透激光黑色色粉。
其中，PP的用量可为50份、52份、54份、56份、58份或60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；玻璃纤维的用量可为30份、32份、34份、36份、38份和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；透激光黑色色粉的用量可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份或0.6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；相容剂的用量可为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份或6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；抗氧剂的用量可为0.5份、1份、1.5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，所述透激光黑色色粉的用量需要控制在一定范围内，若用量过多，材料透激光效率降低，影响激光焊接效果；若用量过少，虽然材料透激光效率很高，但是材料颜色偏透明，不够黑，不满实际应用要求。
作为本发明的优选方案，所述透激光黑色色粉的激光透过率为87%-93%，例如87%、88%、89%、90%、91%、92%或93%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。
所述透激光黑色色粉的激光透过率采用LPKF TMG 3设备测试，由于LPKF TMG 3采用激光波长是980nm，所以此处称为红外线透过率。
作为本发明的优选方案，所述酞青蓝、酞青绿和颜料红的质量比为（3.5-4.5）:3:3；作为本发明的更优选方案，所述酞青蓝、酞青绿和颜料红的质量比为4:3:3。
作为本发明的优选方案，所述酞青蓝的比表面积为64-72m²/g；所述酞青绿的比表面积为36-44m²/g；所述颜料红的比表面积为20-34m²/g；作为本发明的更优选方案，所述酞青蓝的比表面积为68m²/g；所述酞青绿的比表面积为40m²/g；所述颜料红的比表面积为27m²/g。
作为本发明的优选方案，所述硅烷化合物的用量为透激光黑色色粉总质量的2%-4%，例如2%、2.5%、3%、3.5%或4%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。
作为本发明的优选方案，所述硅烷化合物选自[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、苯乙烯乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的一种或几种组合；作为本发明的更优选方案，所述硅烷化合物包括[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷；作为本发明的更优选方案，所述[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为（1-1.8）：1；作为本发明的更优选方案，所述[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1.4：1。
作为本发明的优选方案，所述PP为均聚PP，其熔融指数≥50g/10min，例如50 g/10min、55 g/10min、60 g/10min、65 g/10min或70 g/10min等及以上，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。所述熔融指数的测定条件为温度230℃，载荷2.16kg。
作为本发明的优选方案，所述玻璃纤维的直径为17μm。
作为本发明的优选方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
作为本发明的优选方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中任意一种或至少两种的组合。
本发明具体实施例部分还提供了前述复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将配方量的PP、透激光黑色色粉、相容剂和抗氧剂混合均匀后，与玻璃纤维一起送入双螺杆挤出机，经过挤出造粒得到一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料。
作为本发明的优选方案，所述混合的温度为30℃-70℃，例如30℃、40℃、50℃、60℃或70℃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；混合时间为3min-7min，例如3min、4min、5min、6min或7min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；混合在900rpm-1100rpm搅拌速率下进行，转速可为900rpm、950rpm、1000rpm、1050rpm或1100rpm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。
作为本发明的优选方案，所述双螺杆挤出机各区段的挤出温度为180℃-250℃，例如180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃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；双螺杆挤出机的螺杆转速为170rpm-240rpm，例如170 rpm、180 rpm、190 rpm、200 rpm、210 rpm、220 rpm、230 rpm或240 rpm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。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
以下各实施例中所用PP为M60T（镇海炼化，均聚型）；玻璃纤维为838D（泰山公司，低气味专用）；相容剂为PP-MAH（宁波能之光新材料科技股份有限公司）；抗氧剂为CHINOX850(双键化工)；酞青蓝的比表面积为68m²/g(科莱恩Hostaperm Blue B4G)；酞菁绿的比表面积为40m²/g(科莱恩Hostaperm Green GNX)；颜料红的比表面积为27m²/g(科莱恩Graphtol Red F5RK)；硅烷化合物包括[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷（南京奥诚化工有限公司）；所述[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1.4：1；所述硅烷化合物的用量为透激光黑色色粉总质量的3%。
实施例1：
本实施例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，透激光黑色色粉：0.4份。其中，透激光黑色色粉的制备方法如下：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红按质量比4:3:3进行配比后与硅烷化合物在1000rpm转速下搅拌混合，得到激光透过率为91%的透激光黑色色粉。
所述复合材料的制备方法包括：
将配方量的PP、透激光黑色色粉、相容剂和抗氧剂加入高速混合机中在50℃下混合均匀，然后将混合均匀的物料与玻璃纤维一起通过双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机温度各区段设定温度为：160℃、175℃、190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃、200℃，螺杆转速设定为260 rpm。
实施例2：
本实施例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：56份，玻璃纤维838D：37份，相容剂：5份，抗氧剂：1.4份，透激光黑色色粉：0.6份。其中，透激光黑色色粉的制备方法如下：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红按质量比4.5:3:3进行配比后与硅烷化合物在900rpm转速下搅拌混合，得到激光透过率为90%的透激光黑色色粉。
所述复合材料的制备方法包括：
将配方量的PP、透激光黑色色粉、相容剂和抗氧剂加入高速混合机中在50℃下混合均匀，然后将混合均匀的物料与玻璃纤维一起通过双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机温度各区段设定温度为：160℃、175℃、190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃、200℃，螺杆转速设定为260 rpm。
实施例3：
本实施例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：52份，玻璃纤维838D：40份，相容剂：6份，抗氧剂：1.4份，透激光黑色色粉：0.6份。其中，透激光黑色色粉的制备方法如下：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红按质量比3.5:3:3进行配比后与硅烷化合物在1100rpm转速下搅拌混合，得到激光透过率为89%的透激光黑色色粉。
所述复合材料的制备方法包括：
将配方量的PP、透激光黑色色粉、相容剂和抗氧剂加入高速混合机中在50℃下混合均匀，然后将混合均匀的物料与长玻纤一起通过双螺杆挤出机挤出造粒，其中挤出机温度各区段设定温度为：160℃、175℃、190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃、200℃，螺杆转速设定为260 rpm。
对比例1：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.2份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1份，透激光黑色色粉：0.8份。其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例2：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：3份，抗氧剂：1.0份，市售有机色粉（Solvent black X70，上海儒德染料化工）0.4份。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例3：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：3份，抗氧剂：1.0份，透激光黑色色粉：0.4份。其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于酞青蓝的比表面积为57m²/g(科莱恩CLARIANT PV Fast Blue BG)；酞菁绿的比表面积为40m²/g(科莱恩Hostaperm Green GNX)；颜料红的比表面积为19m²/g(科莱恩GraphtolRed F3RK70)。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例4：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：3份，抗氧剂：1.0份，透激光黑色色粉：0.4份。其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于酞青蓝的比表面积为72m²/g(科莱恩CLARIANT PV Fast Red B有机颜料红149)；酞菁绿的比表面积为40m²/g(科莱恩Hostaperm Green GNX)；颜料红的比表面积为27m²/g(科莱恩Graphtol Red F5RK)。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例5：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，自制色粉0.4份。
所述自制色粉的制备方法为：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红按质量比4:3:3进行配比后，得到激光透过率为91%的透激光黑色色粉。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例6：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，自制色粉0.4份。
其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于硅烷化合物为苯乙烯乙基三甲氧基硅烷。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例7：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，自制色粉0.4份。
其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于硅烷化合物为[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例8：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，自制色粉0.4份。
其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于硅烷化合物包括[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷（南京奥诚化工有限公司）；所述[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为2.5：1。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例9：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，自制色粉0.4份。
其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于硅烷化合物包括3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷（南京奥诚化工有限公司）；所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为2.5：1。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例10：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.6份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，自制色粉0.4份。
其中，透激光黑色色粉的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于硅烷化合物包括[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷（南京奥诚化工有限公司）；所述[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为2.5：1。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例11：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，普通黑色母粒（卡博特UN2014）1份。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例12：
本对比例提供了一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料及其制备方法，所述复合材料的组成为：PP M60T ：59.5份，玻璃纤维838D：35份，相容剂：4份，抗氧剂：1.0份，普通黑色母粒（卡博特UN2014）0.5份。
所述复合材料的制备方法与实施例1相同。
将实施例1-3和对比例1-10中制备得到的复合材料进行性能检测，检测结果如表1和表2所示。
其中，激光透过率采用LPKF TMG 3设备测试，测试980nm的红外线透过率(合金材料制成的色板厚度为2mm)。表1和表2中测试所用冷却液为金铂 SV72A（上海金铂经营有限公司）；表1和表2检测标准和方法一致。
表1：实施例1-3和对比例1-5的复合材料性能测试对比例表
表2：对比例6-12的复合材料性能测试对比例表
对比可以看出，相比于实施例1，对比例1中增加了透激光黑色色粉的含量，其对材料的力学性能影响较小，但是透激光效率下降约40.9%，说明在保证材料黑度的情况下，透激光黑色色粉的含量需要控制在一定范围内。从对比例2可以看出，采用市售有机色粉，不仅透过率降低，而且在高温和耐冷却液测试过程中容易析出，制得材料的耐高温性能、耐溶剂腐蚀性能差。
从对比例3-4可以看出，当采用不同比表面积的酞青蓝、颜料红制作有机色粉，其对复合材料的力学性能和透过率都产生了影响，这可能是比表面积过大时，色粉颗粒容易出现紧密堆积，容易团聚；比表面积过小时，接触点有限会限制硅烷化合物与颗粒之间的反应。也就是说在本体系中，当控制酞青蓝的比表面积为64-72m²/g；所述酞青绿的比表面积为36-44m²/g；所述颜料红的比表面积为20-34m²/g，特别是所述酞青蓝的比表面积为68m²/g；所述酞青绿的比表面积为40m²/g；所述颜料红的比表面积为27m²/g时，各色粉间相互作用可以提供足够的接触点，使硅烷化合物能够均匀、充分地覆盖在色粉颗粒表面上，并且通过适度的色粉颗粒间隙进行渗透反应，从而最大程度地发挥复合材料的性能。
在对比例5中将所述硅烷化合物去掉，在对比例6中添加只包括苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的硅烷化合物，在对比例7中添加只包括[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷的硅烷化合物，在对比例8中将[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比替换为2.5:1，在对比例9中将[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷替换为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，在对比例10中将苯乙烯乙基三甲氧基硅烷替换为乙烯基三甲氧基硅烷，此时制得的复合材料在耐冷却液测试过程中都容易析出，表面材料的耐溶剂腐蚀性能差，特别是在对比例5-7中，复合材料的透光率不理想。由此可看出，选择特定的硅烷化合物包括[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷，并进一步限制[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为（1-1.8）：1，此时不仅有利于提高PP和色粉的相容性，提高了复合材料的耐溶剂侵蚀性能，同时意外发现此时的激光透光率也得到了一定改善，这可能是因为此时的硅烷化合物能够提高色粉、玻璃纤维以及其他组份与PP的相容性，增强色粉的附着力，同时可减少界面散射，改善光线在复合材料中的传播效率，提高复合材料的透光性能。
从对比例11-12可以看出，普通的黑色色母粒虽然有较好的耐热和耐溶剂性，但是基本不能透激光，同时通过降低黑色色母比例，也未能改善透激光效率，说明普通炭黑对激光的遮盖力太强，不适合激光焊接材料。
综上所述，本发明通过采用特定材料制备得到的透激光黑色色粉，结合长玻璃纤维的使用，一方面可以使PP复合材料在满足黑度的条件下满足激光焊接工艺的要求，使其激光透过率＞15%（2mm色板）；另一方面在保证材料综合力学性能的情况下，提升材料的耐高温性能、耐溶剂腐蚀性能。可以替代PA或PBT激光焊接材料，大幅度降低了材料成本。
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 (10)
1.一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP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：
PP 50份-60份；
玻璃纤维 30份-40份；
透激光黑色色粉 0.1份-0.6份；
相容剂 3份-6份；
抗氧剂 0.5份-2份；
其中，透激光黑色色粉的制备方法包括：将有机颜料酞青蓝、酞青绿和颜料红与硅烷化合物在800rpm-1200rpm转速下搅拌混合，得到透激光黑色色粉；
所述酞青蓝的比表面积为64-72m²/g；所述酞青绿的比表面积为36-44m²/g；所述颜料红的比表面积为20-34m²/g；
所述硅烷化合物为[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷，其中[8-(环氧丙基氧)-正辛基]三甲氧基硅烷和苯乙烯乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为（1-1.8）：1。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述透激光黑色色粉的激光透过率为87%-93%。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述酞青蓝、酞青绿和颜料红的质量比为（3.5-4.5）:3:3。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述PP为均聚PP，其熔融指数≥50g/10min；所述熔融指数的测定条件为温度230℃，载荷2.16kg。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述硅烷化合物的用量为透激光黑色色粉总质量的2%-4%。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中任意一种或至少两种的组合。
8.一种如权利要求1-7任一项所述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PP、透激光黑色色粉、相容剂和抗氧剂混合均匀后，与玻璃纤维一起送入双螺杆挤出机，经过挤出造粒得到一种耐高温的激光焊接玻璃纤维增强PP复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为30℃-70℃，混合时间为3min-7min，混合在900rpm-1100rpm的搅拌速率下进行。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机各区段的挤出温度为180℃-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为170rpm-240rpm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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