CN118103449A - 激光透明组合物及由其制成的模制品 - Google Patents

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Abstract

描述了含有一种或多种成核剂和可选的增强纤维的聚酯聚合物组合物。例如，聚酯聚合物可以是聚对苯二甲酸丁二醇酯。聚合物组合物被特别配制以在特定波长的光下基本透明。因此，聚酯聚合物组合物非常适用于激光透射焊接，其中激光束穿过聚合物组合物并在邻接表面上形成焊缝。在一个方面，可以将黑色颜料母料添加到组合物中以进一步改善透明性。

Description

激光透明组合物及由其制成的模制品
背景技术
工程热塑性塑料和弹性材料通常用于多种不同的应用，以生产模制零件和模制品。例如，聚酯聚合物和聚酯弹性体用于生产所有不同类型的模制品，例如注塑模制品、吹制模制品等。例如，可配制聚酯聚合物组合物以使其具有耐化学性、具有优异的强度性能，并且当含有聚酯弹性体时可以具有柔韧性。特别有利的是，聚酯聚合物由于其热塑性性质而可被熔融加工。此外，聚酯聚合物可被回收和再加工。
聚酯聚合物特别适合于生产任何合适形状或尺寸的模制品。模制品可通过注塑、热成型或任何其他合适的熔融加工方法制成。在许多应用中，模制品在加入产品或系统时会与相邻材料粘合。粘合可以通过使用粘合剂、超声能量或机械紧固件来实现。在某些应用中，激光焊接是将两个零件粘合或附接在一起的优选方法。使用激光焊接不仅相对简单，而且非常精确，并且通常不会对零件造成任何结构性损坏。
在一种特定类型的激光焊接(通常称为激光透射焊接)中，将两个聚合物制品彼此接触放置，并且激光能量穿透并穿过第一模制品，然后被第二制品吸收，从而形成焊缝。在这种类型的焊接中，例如，第一模制品被配制成激光透明的。例如，第一模制品应允许大部分激光穿过该制品，然后被第二模制品吸收。当激光能量接触第二模制品时，第二模制品吸收能量，从而导致温度局部升高，这导致用于形成第二模制品的聚合物材料软化和流动。然后形成焊缝，该焊缝然后可以将激光透明模制品粘合到激光吸收模制品。
为了使激光透射焊接成功，激光透明模制品在激光束工作的波长下应具有相对高的激光透明性。在过去已经进行了多种努力以从具有高激光透明度的聚酯聚合物生产模制品。然而，在能够生产具有足够的激光透明度的聚酯聚合物制品特别是当聚酯聚合物组合物含有增强纤维时，遇到了问题。例如，增强纤维可引起显著的光散射，这不利地干扰焊接过程。因此，需要对所需波长的光也透明的纤维增强的聚酯聚合物组合物。
发明内容
通常，本公开涉及含有增强纤维的聚酯聚合物组合物，其在某些光波长下具有优异的透明性能。例如，本公开的聚合物组合物可以配制成激光透明的以用于激光透射焊接过程。
在一个实施方式中，本公开涉及包含至少一种聚酯聚合物的激光透明组合物。聚酯聚合物可以包含聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物。聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物例如可以以大于约40wt％的量、例如以大于约50wt％的量、例如以大于约60wt％的量并且通常以小于约85wt％的量存在于聚合物组合物中。聚酯聚合物还含有增强纤维。增强纤维可以以约5wt％至约55wt％的量、例如以约10wt％至约38wt％的量存在于聚合物组合物中。增强纤维可包括玻璃纤维。
根据本公开，聚合物组合物还含有至少一种成核剂。至少一种成核剂可包含苯甲酸盐、羧酸的盐或其混合物。当在980nm的波长和1.5mm的厚度下测量时，聚合物组合物可以具有至少40％的激光透明度。此外，聚合物组合物可具有大于约75MPa的拉伸强度。
在一个实施方式中，激光透明组合物含有至少两种成核剂。第一成核剂可以包含苯甲酸盐，而第二成核剂可以包含羧酸的盐。羧酸的盐可以是碳链长度为约16个至约50个碳原子、例如约18个至约30个碳原子的脂族羧酸的盐。例如，羧酸的盐可以是羧酸的碱金属盐或碱土金属盐。在一个方面，第二成核剂可以是褐煤酸的钠盐。另一方面，苯甲酸盐还可以包含苯甲酸盐的碱金属盐或碱土金属盐。例如，在一个实施方式中，第一成核剂可包含苯甲酸钠。
在一个方面，聚合物组合物中含有的每种成核剂可以以小于约1.5wt％的量存在，并且通常以大于约0.001wt％的量存在。当苯甲酸盐和羧酸的盐一起存在时，苯甲酸盐和羧酸的盐之间的重量比为约1:1至约1:4，例如约1:1.5至约1:3。
在一个方面，当在1.5mm的厚度下测量时，聚合物组合物在980nm的波长下可具有约40％或更大的激光透明度，并且当在1mm的厚度下测量时可具有50％或更大的透明度。聚合物组合物还可具有大于约75MPa、例如大于约100MPa、例如大于约120MPa并且通常小于约400MPa的拉伸强度。
在一个实施方式中，聚合物组合物还可包含着色剂。例如，聚合物组合物可以含有黑色颜料或染料，并且具有黑色外观，同时仍然保持优异的激光透明性质。黑色颜料或染料可以以约0.1wt％至约4wt％的量存在于聚合物组合物中。
本公开还涉及由如上所述的聚合物组合物形成的模制品。模制品可以激光焊接到相邻表面或部件上。在一个方面，模制品是传感器的外壳。例如，传感器可以是高级驾驶辅助系统的一部分。
本公开还涉及将聚合物制品附接到相邻表面的方法。该方法包括使由如上所述的激光透明组合物制成的模制品与激光束接触。激光束传播通过模制品并接触由激光焊接可聚合物组合物形成的相邻表面。激光束在相邻表面中引起局部温度升高，这形成了焊缝。在一个方面，焊接将模制品附接到相邻表面。
下面更详细地讨论本公开的其他特征和方面。
附图说明
在包括参考附图的说明书的其余部分中更具体地阐述了本公开完整且可行的内容，其中：
图1是示出根据本公开可以发生的激光焊接方法的透视图。
图2是示出精心制作成使激光透射确定标准化的模制聚合物板的透视图。图2显示了将进行测试的最小不同样本位置。
在本说明书和附图中，重复使用的附图标记旨在表示本发明中相同或相似的特征或元素。
具体实施方式
本领域普通技术人员将理解，本讨论仅是示例性实施方式的描述，并且不旨在限制本公开的更宽的方面。
聚酯聚合物组合物，特别是纤维增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物，将广泛的理想的物理、机械和电气性能与优异的耐化学性和耐环境性相结合。聚酯组合物用于所有不同类型的应用中，并且代表了用于生产高级驾驶辅助系统的增长最快的市场之一。例如，聚酯组合物非常适合于生产所有不同类型的电传感器。在这些应用中，用于组装不同部件的优选方法是使用激光焊接。例如，激光透射焊接的使用，例如近来已经显著地普及。在激光透射焊接过程中，两个连接伙伴接触并保持在一起。该组件包括上部和下部。组件的上部被配制成对于照射激光工作的波长透明。然而，下部被配制成激光吸收剂。以这种方式，激光可以穿过上部并被下部吸收，这导致在两个部分的界面处的局部加热，从而导致由于热传导而使两个部分熔化。
本公开特别涉及配制聚酯组合物，该聚酯组合物是激光透明的并且还可以可选地包含增强纤维。尽管聚酯，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物，具有优异的和所需的物理性质，但是该聚合物显示出与许多其他热塑性聚合物相比相当低的近红外范围内的光的透射率。因此，在过去，特别是当零件的厚度增加时，聚酯组合物在激光传输应用中的使用受到一定的限制。此外，增强纤维的添加还降低了聚合物的激光透明度。然而，根据本公开，发现向聚酯聚合物组合物中添加一种或多种成核剂可以显著且出乎意料地改善由该组合物制成的模制零件的激光透明度性质。尽管未知，但认为成核剂产生允许近红外光通过的较小球晶。然而，成核剂可对多种聚酯聚合物的机械性能具有有害影响。因此，本公开涉及选择特定量的特定成核剂以增加激光透明度而不劣化聚合物组合物的强度。
本公开的聚合物组合物通常含有至少一种聚酯聚合物、可选的增强纤维和一种或多种成核剂。聚酯聚合物可以是聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物。聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物通常可以大于约40wt％的量、例如以大于约50wt％的量、例如以大于约55wt％的量、例如以大于约60wt％的量、例如以大于约65wt％的量并通常以小于约95wt％的量、例如以小于约90wt％的量、例如以小于约80wt％的量存在于聚合物组合物中。
在一个实施方式中，聚合物组合物仅含有单一聚酯聚合物，其为聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物。可选择地，其他聚酯聚合物可存在于聚合物组合物中。例如，在一个方面，聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物可以与聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物组合。除了至少一种聚酯聚合物之外，聚合物组合物可以可选地含有增强纤维，例如玻璃纤维。根据本公开，聚合物组合物还包含一种或多种成核剂。已发现成核剂在有利于激光焊接的波长下显著改善聚合物组合物的透明度性质，而不会不利地影响由聚合物组合物制成的模制品的机械性质。
例如，当在980nm的波长和1.5mm的厚度下测量时，本公开的聚合物组合物可以具有至少约40％的激光透明度。用于测量激光透明度的标准化测试通过首先用具有60mm x60mm x1mm或1.5mm的尺寸的聚合物组合物模制板来进行。980nm波长由LPKF TMG-3型透射率测量装置产生，当没有障碍物阻挡其传输的激光路径时，该波长被认为具有100％的激光透射率。为了测定聚合物组合物的激光透射率，将聚合物的板置于激光检测器上，并在至少五个不同位置测试透射率。在靠近入口的至少两个位置(一个在中间，两个远离入口)都测量了激光透射率，并将所有位置平均以确定聚合物组合物的最终激光透射率。
例如，聚合物组合物可以在980nm的波长和1.5mm的厚度下显示出至少40％、例如至少42％、例如至少45％、例如至少48％的透明度。当在1mm的厚度下测量时，本公开的聚合物组合物可以在980nm的波长下显示出大于约50％、例如大于约55％、例如大于约60％、例如大于约62％的透明度。该聚合物组合物可以显示上述透明性性质，同时仍然具有优异的拉伸强度。拉伸强度可以基于聚合物组合物中存在的增强纤维的量而变化和控制。通常，聚合物组合物可显示出大于约75MPa的拉伸强度。例如，拉伸强度可以大于约100MPa，例如大于约120MPa，例如大于约125MPa，例如大于约130MPa，例如大于约135MPa，例如大于约140MPa，例如大于约145MPa，并且通常小于约300MPa，例如小于约200MPa。
参考图1，仅出于解释的目的，呈现了显示透射焊接方法的图。参照图1，示出了包括邻近第二模制零件20放置的第一模制零件10的组件。还示出了发射激光束40的激光装置30。如图1所示，在本实施方式中，激光30在第一模制零件10和第二模制零件20的宽度方向上移动。第一模制零件10对于激光束40是相对透明的，而第二模制零件20被配制成吸收激光束。以这种方式，如图1所示，激光束40的大部分穿过第一模制零件10并接触第二模制零件20。然后，第二模制零件20吸收激光能量并经历局部温度升高，这导致第一模制零件10和第二模制零件20熔化并粘合在一起。
在图1所示的实施方式中，第一模制零件10示出为半透明的，以便更好地示出激光透射方法。然而，根据本公开配制的聚合物组合物可以具有任何合适的颜色，包括黑色。
如上所述，聚合物组合物通常含有热塑性聚合物，特别是聚酯聚合物。本文适用的聚酯衍生自含有2个至约10个碳原子的脂族或脂环族二醇或其混合物和芳族二羧酸，即聚对苯二甲酸亚烷基酯。
衍生自脂环族二醇和芳族二羧酸的聚酯通过使例如1,4-环己烷二甲醇的顺式或反式异构体(或其混合物)与芳族二羧酸缩合来制备。
芳族二羧酸的示例包括间苯二甲酸或对苯二甲酸、1,2-二(对羧基苯基)乙烷、4,4'-二羧基二苯基醚等、及其混合物。所有这些酸都含有至少一个芳香核。稠环也可存在于例如1,4-萘二羧酸或1,5-萘二羧酸或2,6-萘二羧酸中。在一个实施方式中，二羧酸是对苯二甲酸或对苯二甲酸和间苯二甲酸的混合物。
可以用于聚合物组合物中的聚酯例如包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、其混合物和其共聚物。
在一个方面，聚酯聚合物，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物，含有相对少量的羧基端基。例如，聚酯聚合物可以含有小于约20mmol/kg、例如小于约18mmol/kg、例如小于约15mmol/kg并且通常大于约1mmol/kg的量的羧基端基。可以使用不同的技术使聚酯聚合物上羧基端基的量最小化。例如，在一个实施方式中，聚酯聚合物可以与醇(如苯甲醇)接触，以减少羧基末端基的量，或与环氧树脂接触，例如与2,2-双(对羟基苯基)丙烷的2,2-双(对缩水甘油氧基苯基)丙烷缩合产物和类似异构体，分别为与2,2’-[(I-甲基亚乙基)双(4,1-亚苯基氧基亚甲基)]双(环氧乙烷)的苯酚4,4’-(1-甲基亚乙基)双聚合物。
当在250℃和2.16kg的负载下测试时，聚酯聚合物或聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物通常可具有大于约9cm3/10min、例如大于约15cm3/10min、例如大于约20cm3/10min并且通常小于约120cm3/10min、例如小于约100cm3/10min、例如小于约70cm3/10min、例如小于约50cm3/10min的熔体流动速率。
聚合物组合物还可以包含分散在热塑性聚合物基质中的增强纤维。可以有利地使用的增强纤维是矿物纤维，例如玻璃纤维或聚合物纤维，特别是有机高模量纤维，例如聚芳酰胺纤维。
这些纤维可以是改性的或未改性的形式，例如，提供为具有胶料或经化学处理的，以提高对塑料的粘合性。特别优选的是玻璃纤维。
增强纤维，例如玻璃纤维，可以涂有施胶组合物以保护纤维并提高纤维和基质材料之间的粘合力。施胶组合物通常包含硅烷、成膜剂、润滑剂、润湿剂、粘合剂、可选的抗静电剂和增塑剂、乳化剂和可选的其他添加剂。
硅烷的具体实例为氨基硅烷，例如3-三甲氧基甲硅烷基丙胺、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(3-三甲氧基硅烷基丙基)乙烷-1,2-二胺、3-(2-氨乙基-氨基)丙基三甲氧基硅烷、N-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2-乙烷-二胺。
成膜剂是，例如聚乙酸乙烯酯、聚酯和聚氨酯。
施加至增强纤维的施胶组合物不仅可以含有硅烷施胶剂，而且还可以含有耐水解剂。例如，耐水解剂可以是缩水甘油酯型环氧树脂。例如，缩水甘油酯型环氧树脂可以是单缩水甘油酯或二缩水甘油酯。可以使用的缩水甘油酯型环氧树脂的示例包括丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、甲基四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、或其混合物。
在一个方面，施胶组合物含有硅烷、缩水甘油酯型环氧树脂、第二环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、润滑剂和抗静电剂。例如，第二类环氧树脂可以是双酚A型环氧树脂。耐水解剂可以以相对于硅烷施胶剂约5:1至约1:1、例如约4:1至约2:1的重量比存在于施胶组合物中。
增强纤维可以混配到聚合物基质中，例如在挤出机或捏合机中。
纤维直径可根据所使用的特定纤维以及纤维是短切形式还是连续形式而变化。例如，纤维可具有约5μm至约100μm、例如约5μm至约50μm、例如约5μm至约12μm的直径。纤维的长度可以根据具体应用而变化。例如，纤维可具有大于约0.5mm的平均长度，例如大于约1mm、例如大于约1.5mm、例如大于约2.5mm。纤维的长度通常可小于约8mm、例如小于约7mm、例如小于约5.5mm、例如小于约4mm。
通常，增强纤维以足以增加组合物的拉伸强度的量存在于聚合物组合物中。例如，增强纤维可以以大于约2wt％的量、例如以大于约5wt％的量、例如以大于约10wt％的量、例如以大于约15wt％的量、例如以大于约20wt％的量存在于聚合物组合物中。增强纤维通常以小于约55wt％的量、例如以小于约50wt％的量、例如以小于约45wt％的量、例如以小于约40wt％的量、例如以小于约35wt％的量、例如以小于约30wt％的量存在。
除了一种或多种热塑性聚合物和可选的增强纤维之外，本公开的聚合物组合物还含有一种或多种成核剂。例如，已经发现特别适用于本公开的聚合物组合物的一种成核剂是苯甲酸盐，特别是苯甲酸的盐。例如，苯甲酸盐可以是苯甲酸的碱金属盐或碱土金属盐。在一个方面，成核剂可以是苯甲酸钠。
已发现特别适用于本公开的另一种成核剂是一种或多种羧酸的盐，例如一种或多种脂肪酸的盐。例如，成核剂可包括一种或多种脂族羧酸的盐。羧酸可以具有相对长的碳链长度。例如，羧酸可以具有约14个碳原子至约50个碳原子、例如约24个碳原子至约34个碳原子的碳链长度。羧酸可以是脂族的和线性的。羧酸的盐可以是碱金属盐或碱土金属盐。
在一个具体实施方式中，成核剂可以是褐煤酸的盐，例如褐煤酸的钠盐和/或褐煤酸的钙盐。褐煤酸可包括碳链长度为约24个碳原子至约34个碳原子、例如约28个碳原子至约32个碳原子的羧酸的共混物。
在一个实施方式中，成核剂是磷化合物的钠盐。合适类型的钠盐成核剂包括2,4,8,10-四(叔丁基)-6-羟基-12H-二苯并[d,g][1,3,2]二氧杂磷杂环辛6-氧化物钠盐。这种合适的钠盐的市售实例可以以名称ADK STAB NA-11从Adeka Corp.获得，并且其具有以下一般结构：
在一个方面，成核剂可以包括山梨糖醇类型的成核剂。基于山梨糖醇的成核剂包括1,3:2,4二亚苄基山梨糖醇、1,3:2,4二(甲基亚苄基)山梨糖醇、1,3:2,4二(乙基亚苄基)山梨糖醇和1,3:2,4双(3,4-二甲基亚苄基)山梨糖醇。合适的山梨糖醇类型的成核剂可包括Miliken NX 8000i，其可从Miliken Chemical Company商购获得。
每种成核剂可以以小于约3wt％的量、例如以小于约1.5wt％的量、例如以小于约1.2wt％的量、例如以小于约0.8wt％的量并且通常以大于约0.05wt％的量、例如以大于约0.1wt％的量、例如以大于约0.15wt％的量存在于聚合物组合物中。
在一个具体实施方式中，聚合物组合物含有多于一种成核剂。例如，聚合物组合物可以含有苯甲酸的盐，例如苯甲酸钠与如上所述的一种或多种羧酸的盐的组合。在一个方面，一种或多种羧酸的盐可以以大于存在的苯甲酸钠的量存在于聚合物组合物中。例如，一种或多种羧酸的盐与苯甲酸钠之间的重量比可以为约4:1至约1:1，例如约3:1至约1.5:1。在一个具体实施方式中，一种或多种羧酸的盐与苯甲酸钠之间的比为约2.5:1至约1.5:1。
在一个方面，聚酯聚合物组合物可以含有碳化二亚胺化合物。碳化二亚胺化合物在分子中可以具有碳化二亚胺基团(—N═C═N—)。碳化二亚胺化合物可以提供耐水解性。适用的碳化二亚胺化合物包括具有脂族主链的脂族碳化二亚胺化合物、具有脂环族主链的脂环族碳化二亚胺化合物、和具有芳族主链的芳族碳化二亚胺化合物。
脂族碳化二亚胺化合物的示例包括二异丙基碳化二亚胺、二辛基癸基碳化二亚胺等。脂环族碳化二亚胺化合物的示例包括二环己基碳化二亚胺等。
芳族碳化二亚胺化合物的示例包括：单碳化二亚胺化合物或二碳化二亚胺化合物，例如二苯基碳化二亚胺、二-2,6-二甲基苯基碳化二亚胺、N-甲苯基-N'-苯基碳化二亚胺、二-对硝基苯基碳化二亚胺、二-对氨基苯基碳化二亚胺、二-对羟基苯基碳化二亚胺、二-对氯苯基碳化二亚胺、二-对甲氧基苯基碳化二亚胺、二-3,4-二氯苯基碳化二亚胺、二-2,5-二氯苯基碳化二亚胺、二-邻氯苯基碳化二亚胺、对亚苯基-双-二-邻甲苯基碳化二亚胺、对亚苯基-双-二环己基碳化二亚胺、对亚苯基-双-二-对氯苯基碳化二亚胺或亚乙基-双-二苯基碳化二亚胺；和聚碳化二亚胺化合物，例如聚(4,4'-二苯甲烷碳化二亚胺)、聚(3,5'-二甲基-4,4'-联苯甲烷碳化二亚胺)、聚(对亚苯基碳化二亚胺)、聚(间亚苯基碳化二亚胺，聚(3,5'-二甲基-4,4'-二苯基甲烷碳化二亚胺)、聚(萘基碳化二亚胺)、聚(1,3-二异丙基亚苯基碳化二亚胺)、聚(1-甲基-3,5-二异丙基亚苯基碳化二亚胺)、聚(1,3,5-三乙基亚苯基碳化二亚胺)或聚(三异丙基亚苯基碳化二亚胺)。这些化合物可以以两种或多种的组合使用。其中，特别优选使用的是二-2,6-二甲基苯基碳化二亚胺、聚(4,4'-二苯甲烷碳化二亚胺)、聚(亚苯基碳化二亚胺)、聚(三异丙基亚苯基碳化二亚胺)。
在一个方面，碳化二亚胺化合物是聚碳化二亚胺。例如，聚碳化二亚胺可具有约10,000g/mol或更大且通常小于约100,000g/mol的重均分子量。聚碳化二亚胺的示例包括Lanxess的Stabaxol KE9193和Stabaxol P100以及Schaeffe Additive Systems的LubioAS3-SP。
碳化二亚胺化合物可以以大于约0.3wt％的量、例如以大于约0.8wt％的量并且通常以小于约4wt％的量、例如以小于约3wt％的量、例如以小于约1.8wt％的量存在于聚合物组合物中。
特别有利的是，本公开的聚合物组合物还可以含有一种或多种着色剂，并且仍然保持所需的激光透明性质。着色剂可以是染料、颜料或其组合。聚合物组合物可以配制成具有任何合适的颜色。在一个方面，例如，聚合物组合物可以配制成具有黑色外观。
在一个实施方式中，可以将一种或多种着色剂作为母料添加到聚合物组合物中。在一个方面，母料可含有约30wt％至约70wt％的量的黑色染料。黑色染料可以是任何合适的黑色着色剂，包括Clariant的RENOL NB 93447125。向母料中添加黑色着色剂不会劣化激光透明度。当作为母料添加到聚合物组合物中时，着色剂可以与载体如载体聚合物组合。在一个方面，载体可以是共聚酯弹性体。
每种着色剂通常可以以小于约3wt％的量、例如以小于约2wt％的量、例如以小于约1wt％的量、并且通常以大于约0.01wt％的量、例如以大于约0.1wt％的量存在于聚合物组合物中。当作为母料添加时，母料通常可以以约1wt％至约5wt％的量添加到聚合物组合物中。
聚合物组合物还包含一种或多种润滑剂。例如，脂肪酸酯可以作为润滑剂。脂肪酸酯可以通过粗天然蜡的氧化漂白并随后用醇酯化脂肪酸来获得。该醇通常具有1至4个羟基和2至20个碳原子。当醇是多官能的(例如，2至4个羟基基团)时，特别需要2至8个碳原子数。特别合适的多官能醇可以包括二元醇(例如，乙二醇、丙二醇、丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇和1,4-环己二醇)、三元醇(例如，甘油和三羟甲基丙烷)、四元醇(例如季戊四醇和赤藓糖醇)等。芳族醇也可以是合适的，例如邻甲苯甲醇、间甲苯甲醇和对甲苯甲醇、氯苯甲醇、溴苯甲醇、2,4-二甲基苯甲醇、3,5-二甲基苯甲醇、2,3,5-异丙苯醇、3,4,5-三甲基苯甲醇、对枯烯醇、1,2-邻苯二甲醇、1,3-双(羟甲基)苯、1,4-双(羟甲基)苯、假异丙苯二醇、均三甲苯二醇和均三甲苯甘油。用于本发明的特别合适的脂肪酸酯衍生自褐煤蜡。例如，褐煤酸可与丁二醇部分酯化并且褐煤酸可与氢氧化钙部分皂化。在一个方面，润滑剂可以是褐煤酸与多元醇结合的酯。
其他已知的蜡也可用作润滑剂。例如，可以使用通过脂肪酸与具有2至18个、特别是2至8个碳原子的单胺或二胺(例如乙二胺)反应形成的酰胺蜡。例如，可以使用通过乙二胺和脂肪酸的酰胺化反应形成的亚乙基双酰胺蜡。脂肪酸可以在C12至C30的范围内，例如由硬脂酸(C18脂肪酸)形成亚乙基双硬脂酰胺蜡。亚乙基双硬脂酰胺蜡可从Lonza,Inc.以名称C商购，其具有142℃的离散熔融温度。其他亚乙基双酰胺包括由月桂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、油硬脂酸、肉豆蔻酸和十一烯酸形成的双酰胺。还有其他合适的酰胺蜡是N-(2-羟乙基)12-羟基硬脂酰胺和N,N'-(亚乙基双)12-羟基硬脂酰胺，它们分别可从Rutherford Chemicals LLC的部门CasChem以名称/>220和/>285商购获得。可使用的其他蜡包括聚乙烯蜡。
一种或多种润滑剂可以以大于约0.1wt％的量、例如以大于约0.2wt％的量、例如以大于约0.8wt％的量、例如以大于约1wt％的量存在于聚合物组合物中。一种或多种润滑剂通常以小于约5wt％的量存在，例如以小于约4wt％的量，例如以小于约3.5wt％的量。
本公开的聚合物组合物可以包含各种其他添加剂。例如，聚合物组合物可以包含至少一种稳定剂。稳定剂可以包括抗氧化剂、光稳定剂如紫外光稳定剂、热稳定剂等。
组合物中可以使用空间位阻酚类抗氧化剂。这种酚类抗氧化剂的示例包括：例如，双(乙基3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸酯)钙(1425)；对苯二甲酸1,4-二硫代-,S,S-双(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)酯(/>1729)；三乙二醇双(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基氢化肉桂酸酯)；六亚甲基双(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)(/>259)；1,2-双(3,5,二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酰)酰肼(/>1024)；4,4'-二叔辛基二苯胺(/>438R)；膦酸(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-二十八烷基酯(/>1093)；1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3',5'-二叔丁基-4'羟基苄基)苯(/>1330)；2,4-双(辛硫基)-6-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪(/>565)；异辛基3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(/>1135)；十八烷基3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(/>1076)；3,7-双(1,1,3,3-四甲基丁基)-10H-吩噻嗪(/>LO 3)；2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)单丙烯酸酯(/>3052)；2-叔丁基-6-[1-(3-叔丁基-2-羟基-5-甲基苯基)乙基]-4-甲基苯基丙烯酸酯(/>TM 4039)；2-[1-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)乙基]-4,6-二叔戊基苯基丙烯酸酯(/>GS)；1,3-二氢-2H-苯并咪唑(/>MB)；2-甲基-4,6-双[(辛基硫基)甲基]苯酚(/>1520)；N,N'-三亚甲基双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺(/>1019)；4-正十八烷氧基-2,6-二苯基苯酚(/>1063)；2,2'-亚乙基双[4,6-二叔丁基苯酚](/>129)；N,N'-六亚甲基双(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酰胺)(/>1098)；二乙基(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)膦酸酯(/>1222)；4,4'-二叔辛基二苯胺(/>5057)；N-苯基-1-萘胺(/>L 05)；三[2-叔丁基-4-(3-叔丁基-4-羟基-6-甲基苯硫基)-5-甲基苯基]亚磷酸酯(/>OSP 1)；二壬二硫基氨基甲酸锌(/>VP-ZNCS1)；3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷(/>AG80)；季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](1010)；亚乙基-双(氧亚乙基)双[3-(5-叔丁基-4-羟基-间甲苯基)-丙酸酯(245)；3,5-二叔丁基-4-羟基甲苯(Lowinox BHT，Chemtura)等。
用于本组合物的合适的空间位阻酚类抗氧化剂的一些示例是具有以下通式的三嗪抗氧化剂：
其中，R各自独立地为酚基，其可以通过C1至C5烷基或酯取代基与三嗪环连接。优选地，R各自是下式(I)-(III)中的一个：
(|)
(II)
(111)
这种三嗪基抗氧化剂的市售实例可以从American Cyanamid以名称1790(其中每个R基团由式III表示)以及从Ciba Specialty Chemicals以名称/>3114(其中每个R基团由式I表示)和/>3125(其中每个R基团由式II表示)获得。
空间位阻酚类抗氧化剂可以占整个稳定化聚合物组合物的约0.01wt％至约3wt％、在一些实施方式中约0.05wt％至约1wt％、以及在一些实施方式中约0.05wt％至约0.1wt％。例如，在一个实施方式中，抗氧化剂包括季戊四醇四[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯。
受阻胺光稳定剂(Hindered amine light stabilizer，“HALS”)可以用于组合物中以抑制聚酯组合物的降解并因此延长其耐用性。合适的HALS化合物可以衍生自取代的哌啶，例如烷基取代的哌啶基、哌啶基、哌嗪酮、烷氧基哌啶基化合物等。例如，受阻胺可以衍生自2,2,6,6-四烷基哌啶基。不管其衍生自何种化合物，受阻胺通常是数均分子量为约1000或更高、在一些实施方式中约1000至约20000、在一些实施方式中约1500至约15000、以及在一些实施方式中约2000至约5000的低聚化合物或高分子化合物。这种化合物通常含有每个聚合物重复单元至少一个(例如1个至4个)2,2,6,6-四烷基哌啶基。
不受理论的限制，据信高分子量受阻胺是相对热稳定的，因此即使在经受挤出条件之后也能够抑制光降解。一种特别合适的高分子量受阻胺具有以下一般结构：
其中，p为4至30，在一些实施方式中为4至20，并且在一些实施方式中为4至10。这种低聚化合物可从Clariant以名称N30商购，并且具有1200的数均分子量。
另一种合适的高分子量受阻胺具有以下结构：
其中，n为1至4且R30独立地为氢或CH3。这种低聚化合物可从Adeka Palmarole SAS(Adeka Corp.和Palmarole Group的合资企业)以名称ADK LA-63(R30是CH3)和ADKLA-68(R30是氢)商购获得。
合适的高分子量受阻胺的其他示例包括：例如，N-(2-羟乙基)-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇和琥珀酸的低聚物(来自Ciba Specialty Chemicals的622，MW＝4000)；三聚氰酸与N,N-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六亚甲基二胺的低聚物；聚((6-吗啉-S-三嗪-2,4-二基)(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-亚氨基六亚甲基-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-亚氨基)(来自Cytec的/>UV 3346，MW＝1600)；聚甲基丙基-3-氧基-[4(2,2,6,6-四甲基)-哌啶基硅氧烷(来自Great Lakes Chemical的/>299，MW＝1100至2500)；α-甲基苯乙烯-N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)马来酰亚胺与N-硬脂基马来酰亚胺的共聚物；2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二乙醇四甲基-聚合物与1,2,3,4-丁烷四羧酸；等等。其他合适的高分子量受阻胺描述于Malik等人的美国专利第5,679,733和Sassi等人的美国专利第6,414,155中，为达到所有目的，现将其全文并入本文。
除了高分子受阻胺外，低分子量受阻胺也可以用于组合物中。这种受阻胺通常是单体性质的并且具有约1000或更小、在一些实施方式中约155至约800、并且在一些实施方式中约300至约800的分子量。
这种低分子量受阻胺的具体示例可以包括：例如，双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(来自Ciba Specialty Chemicals的770，Mw＝481)；双-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)丁基-丙烷二酸酯；双-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯；8-乙酰-3-十二烷基-7,7,9,9-四甲基-1,3,8-三氮杂螺-(4,5)-癸烷-2,4-二酮丁二酸-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯；四-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯；7-氧杂-3,20-二氮杂二螺(5.1.11.2)二十一碳-20-丙酸2,2,4,4-四甲基-21-氧代十二烷基酯；N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N'-氨基草酰胺；邻叔戊基-邻-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)过氧碳酸酯；β-丙氨酸，N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)，十二烷基酯；N-(1-乙酰基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)-N'-十二烷基乙二酰胺；3-十二烷基-1-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-吡咯烷-2,5-二酮；3-十二烷基-1-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-吡咯烷-2,5-二酮；3-十二烷基-1-(1-乙酰基,2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-吡咯烷-2,5-二酮(来自Clariant的/>3058，MW＝448.7)；4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶；1-[2-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰氧基)乙基]-4-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶；2-甲基-2-(2",2",6",6"-四甲基-4"-哌啶基氨基)-N-(2',2',6',6'-四甲基-4'-哌啶基)丙酰胺；1,2-双-(3,3,5,5-四甲基-2-氧代-哌嗪基)乙烷；4-油酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶；及其组合。其他合适的低分子量受阻胺描述于Malik等人的美国专利第5,679,733中。
受阻胺可以单独使用或以任何量组合使用以实现所需性能，但通常占聚合物组合物的约0.01wt％至约4wt％。
UV吸收剂，例如苯并三唑类或二苯甲酮类，可用于组合物中以吸收紫外光能量。合适的苯并三唑类可以包括：例如，2-(2-羟基苯基)苯并三唑，例如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑；2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑(来自Cytec的UV 5411)；2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑；2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑；2-(2-羟基-3,5-二枯基苯基)苯并三唑；2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑基苯酚)；2-(2-羟基-3-叔丁基-5-羧基苯基)苯并三唑的聚乙二醇酯；2-[2-羟基-3-(2-丙烯酰氧基乙基)-5-甲基苯基]-苯并三唑；2-[2-羟基-3-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-5-叔丁基苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-3-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-5-叔辛基苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-3-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-5-叔丁基苯基]-5-氯苯并三唑；2-[2-羟基-5-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-3-叔丁基-5-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-3-叔戊基-5-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-3-叔丁基-5-(3-甲基丙烯酰氧基丙基)苯基]-5-氯苯并三唑；2-[2-羟基-4-(2-甲基丙烯酰氧基甲基)苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-4-(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟丙基)苯基]苯并三唑；2-[2-羟基-4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基)苯基]苯并三唑；及其组合。
类似地，示例性二苯甲酮光稳定剂可以包括：2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮；2,4-二羟基二苯甲酮；2-(4-苯甲酰基-3-羟基苯氧基)丙烯酸乙酯(来自Cytec的UV209)；2-羟基-4-正辛氧基)二苯甲酮(来自Cytec的/>531)；2,2'-二羟基-4-(辛氧基)二苯甲酮(来自Cytec的/>UV 314)；十六烷基-3,5-双-叔丁基-4-羟基苯甲酸酯(来自Cytec的/>UV 2908)；2,2'-硫代双(4-叔辛基苯酚)-正丁胺镍(II)(来自Cytec的/>UV 1084)；3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸(2,4-二叔丁基苯基)酯(来自Cytec的/>712)；4,4'-二甲氧基-2,2'-二羟基二苯甲酮(来自Cytec的/>UV12)；及其组合。
当使用时，UV吸收剂可以占整个聚合物组合物的约0.01wt％至约4wt％。
一旦形成，聚合物组合物可以模制成用于多种不同应用的成型零件。例如，成型零件可以是使用注塑成型方法成型的，在该方法中，干燥和预热的塑料颗粒可注射到模具中。
聚合物组合物和/或成型模制零件可用于多种应用中。例如，模制零件可用于照明组件、电池系统、传感器和电子元件、便携式电子设备(如智能电话、MP3播放器、移动电话、计算机、电视机、汽车零件等)。在一个特定的实施方式中，模制零件可以用于相机模块，例如那些通常用于无线通信设备(例如，移动电话)中的相机模块。例如，相机模块可以采用底座、安装在底座上的载体组件、安装在载体组件上的盖子等。底座可具有约500微米或更小、在一些实施方式中约10微米至约450微米、以及在一些实施方式中约20微米至约400微米的厚度。类似地，载体组件可具有约500微米或更小、在一些实施方式中约10微米至约450微米、以及在一些实施方式中约20微米至约400微米的壁厚度。
在一个方面，本公开的聚合物组合物可用于生产电子设备的外壳。例如聚合物组合物可以是传感器的外壳。在一个特定的实施方式中，传感器可以是高级驾驶辅助系统的一部分。
如上所述，根据本公开制备的聚合物制品特别适用于其中利用激光透射焊接的应用。例如，根据本公开制备的聚合物制品在激光工作的波长下具有高透明性。在激光焊接期间，例如，激光束可穿过根据本公开制造的模制品并接触相邻表面以形成焊接。激光束在相邻表面处引起局部温度升高，这导致聚合物熔化并形成焊缝。特别有利的是，根据本公开制备的模制品不仅是激光透明的，而且具有优异的机械性能。在激光传输过程中可以使用所有不同类型的激光束。例如，激光可以是激光二极管。
例如，激光束可在大于约400nm的光波长下工作，例如大于约600nm，例如大于约800nm，并且通常小于约2000nm，例如小于约1800nm。
参考以下实施例可以更好地理解本公开。
实施例
配制多种不同的聚合物组合物并测试其激光透射率和拉伸强度。根据ISO测试527-2/1A以5mm/min的速率测量拉伸强度(断裂拉伸应力)。
测试了以下样本配方，并获得了以下结果：
将上述配方模制成测试板，并获得以下结果。
在不脱离在所附权利要求中更具体阐述的本公开的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以对本发明进行这些和其他修改和变型。另外，应当理解的是，各个实施方式的方面可以全部互换或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解，前述描述仅是示例性的，并且不意在限制如所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (19)

1.一种激光透明组合物，包含：
包含聚酯聚合物的聚合物组合物，所述聚酯聚合物包含聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物，所述聚合物组合物还包含增强纤维和至少一种成核剂，所述增强纤维以约5wt％至约55wt％的量存在于所述聚合物组合物中，所述至少一种成核剂包含苯甲酸盐、羧酸的盐、山梨糖醇、磷化合物的钠盐或其混合物，当在980nm波长和1.5mm厚度下测量时，所述聚合物组合物具有至少40％的激光透明度。
2.根据权利要求1所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物含有成核剂的混合物。
3.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物含有苯甲酸盐和羧酸的盐。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物含有所述羧酸的盐，所述羧酸包括具有约14个碳原子至约50个碳原子的碳链长度的脂族羧酸，所述羧酸的盐包括羧酸的碱金属盐或碱土金属盐。
5.根据权利要求4所述的激光透明组合物，其中，所述羧酸的所述盐是所述羧酸的钠盐。
6.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物含有所述苯甲酸盐，所述苯甲酸盐包括苯甲酸钠。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的激光透明组合物，其中，存在于所述聚合物组合物中的每种成核剂以大于约0.001wt％且小于约1.5wt％的量包含在所述组合物中，并且其中所述羧酸的所述盐以相对于所述苯甲酸盐约4:1至约1:1、例如约3:1至约1.5:1的重量比存在于所述组合物中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物在1.5mm的厚度下表现出至少45％的激光透明度，并且在1mm的厚度下表现出至少50％的激光透明度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物表现出大于约75MPa、例如大于约120MPa、例如大于约130MPa并且通常小于约400MPa的拉伸强度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，其中，所述聚合物组合物含有约55wt％至约90wt％的量的所述聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的激光透明组合物，还包含着色剂。
12.根据权利要求11所述的激光透明组合物，其中，所述着色剂包括黑色着色剂，所述黑色着色剂以约0.1wt％至约0.8wt％的量存在于所述聚合物组合物中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的激光可焊接组合物，其中，所述增强纤维包括玻璃纤维。
14.根据前述权利要求中任一项所述的激光可焊接组合物，其中，所述增强纤维以约10wt％至约35wt％的量存在于所述聚合物组合物中。
15.一种由根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物制成的模制品。
16.一种包括根据权利要求16所述的模制品的组件，所述模制品已激光焊接至相邻部件。
17.一种包含外壳的传感器，所述外壳由根据权利要求1至14中任一项所述的聚合物组合物制成。
18.一种高级驾驶辅助系统，包括根据权利要求17所述的传感器。
19.一种用于将聚合物制品附接到相邻表面的方法，包括：
使由根据权利要求1至14中任一项所述的激光透明组合物制成的模制品与激光束接触，所述激光束传播通过所述模制品并接触由激光可焊接聚合物组合物形成的相邻表面，从而引起足以使所述相邻表面焊接到所述模制品上的所述相邻表面处的局部温度升高。
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