CN112662142B - 一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料及其制备方法，涉及复合材料技术领域。所述用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，包括热塑性聚酯30～75wt％，聚甲基丙烯酸甲酯‑聚甲基丙烯酸苯酯共聚物10～30wt％，柠檬酸盐0.05～1wt％，聚烯烃1‑5wt％，玻璃纤维10％‑40wt％，抗氧剂0.05～0.5wt％，脱模剂0.1～2wt％。该材料具备高激光透过率、低翘曲、低浮纤、高光表面和白色外观的性质。本发明还提供一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括：将热塑性聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯‑聚甲基丙烯酸苯酯共聚物、聚烯烃、抗氧剂、脱模剂混合，经挤出机挤出造粒，造粒温度为240～270℃。该方法操作简便，可控性强，适合大规模生产。

Description

一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料及其制备方法。

背景技术

激光焊接作为一种新兴的焊接方式，近年来得到了快速发展。与传统震动焊，摩擦焊，超声焊相比，激光焊接具有生产效率高，不产生粉屑，可以进行3D焊接等优势。由于以上优势，在新型毫米波雷达外壳的制造工艺中，激光焊接是主流焊接方式。PBT作为传统的车用雷达外壳材料，由于其结晶性，激光透过率较低，同时翘曲度较大，新型毫米波雷达外壳工艺对激光透过率和翘曲度比传统雷达均提出了更高的要求，普通PBT材料已经难以满足新型毫米波雷达外壳工艺的要求。目前市面上出现了针对激光透过率或者翘曲度改善的PBT产品，但是均为单一提高激光透过率或者单一改善翘曲，难以做到两者同时改善。这是由于通常改善翘曲的方式是加入无定形合金，合金的分相形态决定了必然导致激光透过率和冲击强度的下降。在本发明人的前序发明中，提供了一种同时具有高激光透过率和低翘曲的方案。但是市场反馈发现，该方案所做出来的产品的颜色比普通PBT产品偏黄，同时如果产品含有玻纤，表面浮纤也比普通PBT偏多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，该材料不仅同时具有高激光透过率和低翘曲的性质，还能够克服产品颜色偏黄和浮纤较多的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料的制备方法，该方法操作简便，可控性强，适合大规模生产。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，按重量百分比计，包括：

热塑性聚酯35～75％，聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物10～30％，聚烯烃1-5％，玻璃纤维10-40％，柠檬酸盐0.05～1％，抗氧剂0.05～0.5％，脱模剂0.1～2％。

进一步地，在本发明较优的实施例中，所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或者PBT和其他热塑性聚酯的混合物，其重量百分比为5∶1到1∶1。其他热塑性聚酯包括PET，PETG，PCTG及其混合物。

进一步地，在本发明较优的实施例中，所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物中聚甲基丙烯酸苯酯的摩尔比为10％-30％。

进一步地，在本发明较优的实施例中，所述柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾或其混合物。

进一步的，在本发明较优的实施例中，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种混合物。

进一步的，在本发明较优的实施例中，所述聚烯烃为聚丙烯，且在230C/2.16kg下的熔融指数为200～600。

进一步的，在本发明较优的实施例中，所述玻璃纤维为扁平玻纤，其横截面长宽比大于等于3∶1。

本发明提出一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括：将热塑性聚酯，聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物，聚烯烃，玻璃纤维，柠檬酸盐，抗氧剂，脱模剂混合，经挤出机挤出造粒，造粒温度为240～270℃。

本发明实施例的一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料及其制备方法的有益效果是：

本发明采用热塑性聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物、聚烯烃、玻璃纤维、柠檬酸盐、抗氧剂、脱模剂共同制备的复合材料，具有很高的激光透过率和低翘曲的特点，同时产品颜色不黄，表面浮纤少。本发明的制备方法简单易行，适于大规模生产应用。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例中用到如下原材料：PBT为蓝星化工PBT1084，PMMA为三菱丽阳VH001，聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物为三菱化学H880，PETG为LG化学S2008，PP1为巴塞尔利安德Moplen HP561S，PP2为巴塞尔利安德Moplen HP560W，PP3为巴塞尔利安德Moplen HP560Y。其他原材料均为市售常见原材料。

实施例1

按重量百分比计，按表1中比例将各组分经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为240～260℃所得粒子注塑后测试缺口冲击强度，热变形温度，2mm厚度激光透过率(1064nm)，翘曲度，Lab值和表面光泽度(Gloss)。其中翘曲度的测试方法为将150mm*150mm*2mm的注塑成型方板中心固定，测量4个角到中心平面的垂直距离，取平均值，再除以方板边长。其余测试方法均为ISO标准测试方法。

表1 PBT中引入聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸苯酯共聚物(以下简称PMMA共聚物)各样品和参比样品的配方组成以及性能

从表1中数据可以看到，当在PBT体系中加入普通PMMA后，材料的翘曲有一定程度的提高，但是激光透过率下降，同时缺口冲击也下降较多。当使用PMMA共聚物替代普通PMMA后，材料的激光透过率和翘曲均得到大幅改善，同时缺口冲击强度也比普通PMMA提高很多。这应该是由于PMMA共聚物和PBT的相容性更好，相界面更均一的原因。同时也可以看到，加入PMMA共聚物后，材料的颜色和表面光泽度均没有明显变化。

实施例2

按重量百分比计，按表2中比例将各组分经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为240～260℃。所得粒子注塑后测试缺口冲击强度，热变形温度，2mm厚度激光透过率(1064nm)，翘曲度，Lab值和表面光泽度(Gloss)。其中翘曲度的测试方法为将150mm*150mm*2mm的注塑成型方板中心固定，测量4个角到中心平面的垂直距离，取平均值，再除以方板边长。其余测试方法均为ISO标准测试方法。

表2.PBT中引入聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸苯酯共聚物(以下简称PMMA共聚物)和柠檬酸盐的各样品和参比样品的配方组成以及性能

在实施例1中，在加入PMMA共聚物后，虽然材料的激光透过率和翘曲性都得到了优化，但是激光透过率的优化程度并不大，这主要是由于虽然PMMA的共聚物透明，但是PBT本身的结晶影响了材料的激光透过率。为了进一步提高透过率，实施例2使用不同的成核剂来控制晶体的大小和分布。添加合适量的柠檬酸钾能够明显大幅提高材料的激光透过率，同时，对冲击强度和翘曲度也有小幅提升，而其他两种成核剂滑石粉和硬脂酸钠则对激光透过率有负面影响。加入柠檬酸钾后，材料的白度和表面光泽度下降(浮纤增加)，黄度(b值)增加，且随着柠檬酸钾添加量的增加变得更严重，特别是当添加量大于1％后，各项性能大幅下降。

实施例3

按重量百分比计，按表3中比例将各组分经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为240～260℃。所得粒子注塑后测试缺口冲击强度，热变形温度，2mm厚度激光透过率(1064nm)，翘曲度，Lab值和表面光泽度(Gloss)。其中翘曲度的测试方法为将150mm*150mm*2mm的注塑成型方板中心固定，测量4个角到中心平面的垂直距离，取平均值，再除以方板边长。其余测试方法均为ISO标准测试方法。

表3.PBT中引入聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸苯酯共聚物(以下简称PMMA共聚物)和柠檬酸盐、第二聚酯的各样品和参比样品的配方组成以及性能

从表3中数据可以看到，在加入第二组份的聚酯后，材料的激光透过率和翘曲度有小幅提升，白度小幅提升，表面光泽度得到大幅改善，基本能达到普通PBT的表面光泽度。但是黄度没有改善。

实施例4

按重量百分比计，将各组分按表4中比例经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为240～260℃。所得粒子注塑后测试缺口冲击强度，热变形温度，2mm厚度激光透过率(1064nm)，翘曲度，Lab值和表面光泽度(Gloss)。其中翘曲度的测试方法为将150mm*150mm*2mm的注塑成型方板中心固定，测量4个角到中心平面的垂直距离，取平均值，再除以方板边长。其余测试方法均为ISO标准测试方法。

表4.本发明的聚酯树脂复合材料及性能

表5.本发明采用的聚丙烯性能

为了改善产品的黄度，并不能使用常规添加色粉的方式，因为即使极少量的色粉也会大幅降低产品的激光透过率。由表4中数据可以看到，少量聚烯烃的加入能够明显改善产品的黄度，同时表面光泽度和白度也有一定程度的提高，激光透过率有一定的下降，但是控制聚烯烃的加入量，激光透过率仍然可以保持在50％左右，远高于普通30％玻纤增强PBT25％左右的透过率。另外可以看到，熔融指数在400左右的PP2，能够获得最优的冲击强度和表面光泽度的性能平衡。进一步，如果将聚烯烃和PET结合使用，可以在得到高达57％的激光透过率的同时，实现与普通PBT相同的白度，黄度和表面光泽度。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (7)

1.一种用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，其特征在于，按重量百分比计，包括：

热塑性聚酯30~75%，聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物 10~30%，聚烯烃1~5%，柠檬酸盐0.05~1%，抗氧剂0.05~0.5%，脱模剂0.1~2%，玻璃纤维10~40%；

所述热塑性聚酯为重量百分比为5：1到1：1 的PBT和其他热塑性聚酯的混合物，所述的其他热塑性聚酯选自PET、PETG、PCTG或其混合物。

2.根据权利要求1所述的用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物中聚甲基丙烯酸苯酯的摩尔比为10%-30%。

3.根据权利要求1任一项所述的用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，其特征在于，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯辛烯共聚物（POE）中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求3所述的用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，其特征在于，所述聚烯烃为聚丙烯，且在230℃ /2.16kg下的熔融指数为200~600。

5.根据权利要求1任一项所述的用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，其特征在于，所述柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾或其混合物。

6.根据权利要求1任一项所述的用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为扁平玻纤，其横截面长宽比大于等于3：1。

7.权利要求1-6任一项所述的用于激光焊接的热塑性聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将热塑性聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸苯酯共聚物、聚烯烃、柠檬酸盐、抗氧剂、脱模剂、玻璃纤维混合，经挤出机挤出造粒，造粒温度为240~270℃。