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CN112831171A - 具有高超声波焊接强度的遮光pc塑料及其制备和应用 - Google Patents

具有高超声波焊接强度的遮光pc塑料及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料及其制备和应用。该遮光PC塑料以原料总质量为100％计，原料组成包括：PC树脂71％～92.7％，焊接增强剂1％～3％，钛白粉6％～25％，润滑剂0.1％～1％，抗氧剂0.1％～1％，其它助剂0～10％；焊接增强剂为磷腈化合物。制备方法包括步骤：(1)将PC树脂、焊接增强剂、抗氧剂、润滑剂和选择性加入的其它助剂搅拌混匀并保温在110～120℃，然后加入钛白粉再混匀，得到混合料；(2)混合料经双螺杆挤出机塑化挤出，并抽真空，得到具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料。该遮光PC塑料适用于制备LED电器。

Description

具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料及其制备和应用
技术领域
本发明涉及遮光PC塑料领域，具体涉及一种具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料及其制备和应用。
背景技术
近年，全球能源革命风声水起，开源节流成为主流，这导致节能LED产品在城市，房地产照明，高铁交通等领域广泛应用。而PC(聚碳酸酯)材料正是LED产品制造所需主要材料，这些电器部件很多场合既需要高遮光保证消费者用眼安全，同时还要保证消费者用电安全。LED生产厂家为保证消费者用电安全，避免潮气对电器寿命影响和潮气带来电性能下降隐患，一般需对遮光PC材料组件进行焊接。焊接包括超声波焊接，热板焊接，热风焊接，热棒和脉冲焊接，激光焊接等，现以超声波焊接为主。
超声波振动摩擦焊由于焊接设备及焊接工艺易操作、快速，无需助焊剂，不产生有害气体，成本低，被广泛用于ABS，PC/ABS，PMMA，PC材料的焊接操作。PC材料超声波焊接特性较ABS，PS差，但比结晶性聚合物如PP，PA，PBT，POM易焊接。由于PC材料的颜色不同，色粉体系及色粉成分都有区别，尤其是黑色材料中的炭黑成分较浅色材料中的钛白粉成分的热吸收能力强，影响到材料焊接表面熔化热量的不同，进而导致焊接面材料熔化程度、焊接深度及焊接强度的差异，遮光PC<浅色材料焊接强度<本色材料<黑色材料。
大量文献描述了塑料超声波焊接技术和焊接强度影响因素，通常情况下，可以通过增加焊接时间、增大超声波振频增大、焊接面积等方式增大焊接面焊接强度，这会带来合格率少许下降，成本稍许上升。但是在某些特殊情况下，焊接设备无法根据不同材料进行不同的工艺设置，材料焊接强度无法满足设计要求。
申请公布号为CN109337330A的中国专利文献中公开一种无卤阻燃高遮光PC复合材料及其制备方法通过添加少量水洗蒙脱土代替一部分钛白粉，实现材料遮光提高；申请公布号为CN105820537A的中国专利文献中公开一种高焊接强度的PC/ABS合金树脂中通过极性添加剂和特定AS，高胶粉搭配使用，提高了PC/ABS焊接强度；又如公布号为CN106751409A的中国专利文献中公开一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法中通过添加焊接增强剂来提高PC合金和PMMA的超声波焊接强度；又如公布号为CN108285608A的中国专利文献中公开一种提高超声波焊接强度的聚丙烯材料及其制备方法中通过活化剂氧化镁来提高滑石粉和弹性体PP改性料的超声波焊接强度；又如公布号为CN111087786的中国专利文献中公开提高超声波焊接强度的PC/ABS合金材料及其制备方法，中通过加入可逆反应交联剂来提高PC/ABS和PMMA焊接强度。
上述专利中公开的技术方案，焊接应用领域主要是汽车内汽车车灯领域，焊接材质主要是PC/ABS，PMMA，PP，其焊接强度拉拔力均在300-400N，最大不超过440N。而在电器领域，国家对其制品施行强制3C认证，以前LED电器上使用PC部件使用螺丝紧固，卡扣连接居多，偶尔使用超声波焊接主要是透明材料，和深色材料，白色浅色材料偶有使用超声波焊接报告。LED、工业插头等电器领域，均对焊接强度有要求，至少焊接强度拉拔力需大于600N，然而高超声波焊接强度遮光PC部件也却无报告。
发明内容
针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，在保证材料具有高弯曲强度、高弯曲模量和高遮光效果的前提下，克服了现有技术中存在的遮光PC超声波焊接强度差的问题，解决了在焊接设备及工艺不能变更的情况下，遮光PC料焊接强度偏低的问题，本发明的遮光PC塑料的超声波焊接强度拉拔力大于800N。
一种具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，以原料总质量为100％计，所述原料组成包括：
Figure BDA0002892642060000021
Figure BDA0002892642060000031
所述焊接增强剂为磷腈化合物。磷腈化合物耐热性高，与PC相容性好，同时自身熔点(110-115℃)低于PC的玻璃化转变温度。少量磷腈化合物有助于提高PC与遮光钛白粉相容性，减少高含量无机钛白粉对PC降解影响，同时适当提高弯曲强度和弯曲模量。
本发明的遮光PC塑料主要解决了现有技术中存在遮光PC超声波焊接强度不好的问题。遮光PC通过添加钛白粉来提高PC遮光效果，但遮光剂钛白粉多加带来PC超声波焊接强度严重下降。因此本发明通过添加少量的焊接增强剂以使遮光PC材料超声波焊接强度拉拔力大幅提高，从而满足要求，特别适用于钛白粉添加量较大的遮光PC塑料。这有别于通过超声波焊接工艺调整提高超声波焊接强度方法，特别适用于无法更改超声波焊接条件的特殊制件超声波焊接，如LED照明电器、LED显示器、液晶背光部件、LCD显示器等电子电器零部件的生产。
为了进一步同时提高所述遮光PC塑料的弯曲强度、弯曲模量等力学性能和遮光效果以及超声波焊接强度，本发明可进行以下技术方案的优选：
所述焊接增强剂优选自六氯环三磷腈、苯氧基环三磷腈、氨基环三磷腈、羟基环三磷腈中的至少一种，进一步优选为苯氧基环三磷腈。
作为优选，所述PC树脂在300℃、1.2kg条件下的熔体流动速率为18～22g/10min。
作为优选，所述钛白粉为金红石型，有机化合物和无机化合物双包覆。
作为优选，所述润滑剂为硬脂酸季戊四醇酯。
作为优选，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。所述受阻酚抗氧剂优选为(β-3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙烯酸十八碳醇酯(抗氧剂1076)，所述亚磷酸酯抗氧剂优选为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)。
为提高产品的其他性能，还可以适应性地添加其它助剂。作为优选，所述其它助剂占所述原料总质量的0.1％～10％。
所述其它助剂优选包括光稳定剂、荧光增白剂、增韧剂、增强填料、抗滴落剂中的至少一种。所述抗滴落剂可以是AS树脂包覆高分子量聚四氟乙烯等。
与上述原料配方相适应的，本发明还提供了所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料的一种优选制备方法，包括步骤：
(1)将PC树脂、焊接增强剂、抗氧剂、润滑剂和选择性加入的其它助剂搅拌混匀并保温在110～120℃，然后加入钛白粉再混匀，得到混合料；
(2)所述混合料经双螺杆挤出机塑化挤出，并抽真空，得到所述具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料。
按照上述制备方法制备得到的遮光PC塑料可同时获得更为优异的弯曲强度、弯曲模量等力学性能和遮光效果以及超声波焊接强度。
优选地，步骤(2)中，所述双螺杆挤出机温控一区240～250℃、二区260～270℃、三区260～270℃、四区260～270℃、五区250～260℃、六区240～250℃、七区230～240℃、八区220～230℃、模头220～230℃，真空控制在不大于-0.07MPa。
本发明还提供了所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料在制备LED电器中的应用。
在一优选例中，所述的应用中，所述制备LED电器的过程中涉及超声波焊接所述遮光PC塑料，所述遮光PC塑料的超声波焊接强度拉拔力大于800N。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明通过在特定钛白粉和PC树脂含量的钛白粉/PC树脂配方体系中添加特定比例的磷腈化合物来显著提高遮光PC超声波焊接强度，同时较为明显地提高了产品的弯曲强度、弯曲模量等力学性能和遮光效果，解决了在焊接设备及工艺不能变更的情况下，遮光PC料焊接强度偏低的问题，本发明的遮光PC塑料的超声波焊接强度拉拔力大于800N，远超行业大于600N指标，从而显著提高产品安全性和使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
下述各实施例、对比例材料配方中，聚碳酸酯选用德国科思创公司PC2405，其熔体流动速率(300℃，1.2kg)为18～22g/10min；焊接增强剂选用广州喜嘉化工有限公司的六苯氧基环三磷腈化合物；钛白粉选用德国康诺斯KRONOS PC专用钛白粉2230，其晶型为金红石型，表面有机化合物和无机化合物双包覆；润滑剂：美国龙少PETS(硬脂酸季戊四醇酯)；抗氧剂，德国巴斯夫受阻酚抗氧剂为1076((β-3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙烯酸十八碳醇酯)，和德国巴斯夫辅助抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)；其他助剂：沙伯基础(原GE)抗滴落剂AS树脂包覆高分子量聚四氟乙烯。
对比例1～4
按质量份数称取表1所示组分：PC树脂，润滑剂，抗氧剂，其它助剂先在高搅混合机中高搅混合2分钟，然后加入钛白粉再高搅混合6分钟，保温115℃，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到遮光PC，具体性能测试数据列于表1。
实施例1～4
按质量份数称取表1所示组分：PC树脂，焊接增强剂，润滑剂，抗氧剂，其它助剂先在高搅混合机中高搅混合2分钟，然后加入钛白粉再高搅混合6分钟，保温115℃，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到遮光PC，具体性能测试数据列于表1。
对比例5
PC透明本色树脂，透光不遮光。
对比例6～7
按质量份数称取表1所示组分：PC树脂，润滑剂，抗氧剂，其它助剂先在高搅混合机中高搅混合2分钟，然后加入钛白粉再高搅混合6分钟，保温115℃，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到半遮光PC，具体性能测试数据列于表1。
各实施例、对比例中双螺杆挤出机温控一区240～250℃、二区260～270℃、三区260～270℃、四区260～270℃、五区250～260℃、六区240～250℃、七区230～240℃、八区220～230℃、模头220～230℃，真空控制在-0.07MPa。
本发明测试方法如下：
1)弯曲强度和弯曲模量测试：将按上述方法制备的粒子材料在120℃的鼓风烘箱干燥4～8h，然后将干燥好的粒子注塑在注射成型机上注射成型制样，样条尺寸为80mm×10mm×4mm；此样条在23℃、50％湿度处理48h，使用万能拉力试验机按国标GB/T9341-2008进行弯曲强度和弯曲模量测试，速度2mm/min；
2)遮光率测试：将按上述方法制备的粒子材料在120℃的鼓风烘箱干燥4～8h，然后将干燥好的粒子注塑在注射成型机上注射成型制样，样条尺寸为50mm×50mm×1mm；此样条在23℃、50％湿度处理48h，透光率仪器按ASTM-D1003进行透光率测量。
3)拉拔力测试：将按上述方法制备的粒子材料在120℃的鼓风烘箱干燥4～8h，然后将干燥好的粒子注塑在注射成型机上注射成型制样，样条尺寸为60mm×10mm×1.5mm；将两样条首尾相连，用超声波焊接设备进行焊接，焊接工艺条件是：焊接时间2s，焊接压力200N，超声波振幅为25kHz。用万能拉力试验机的夹具一端夹住焊好的两根相连样条，用拉脱力实验拉力最大值表征超声波焊接强度。
表1实施例和对比例具体配比(质量份)及其性能测试结果
Figure BDA0002892642060000071
对比例1～7中，未遮光本色透明PC树脂超声波焊接拉拔力最大，当加入钛白粉遮光后，弯曲模量和弯曲强度有所增加，且大幅度增加材料的遮光效果，但伴随而来的是超声波焊接强度拉拔力开始下降，当钛白粉添加量达到6wt％、10wt％、20wt％、25wt％时，超声波焊接强度拉拔力快速下降。比较实施例1～4和对比例1～4可看出，添加焊接增强剂六苯氧基环三磷腈后，其超声波焊接强度拉拔力明显提高，说明该焊接增强剂可在不改变超声波焊接工艺条件下提高遮光PC超声波焊接强度，满足特殊情况下超声波焊接设备、工艺不能调整时对产品超声波焊接强度的高要求。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，其特征在于，以原料总质量为100％计，所述原料组成包括：
Figure FDA0002892642050000011
所述焊接增强剂为磷腈化合物。
2.根据权利要求1所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，其特征在于，所述焊接增强剂选自六氯环三磷腈、苯氧基环三磷腈、氨基环三磷腈、羟基环三磷腈中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，其特征在于，所述PC树脂在300℃、1.2kg条件下的熔体流动速率为18～22g/10min。
4.根据权利要求1所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型，有机化合物和无机化合物双包覆。
5.根据权利要求1所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸季戊四醇酯；
所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
6.根据权利要求1所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料，其特征在于，所述其它助剂占所述原料总质量的0.1％～10％；
所述其它助剂包括光稳定剂、荧光增白剂、增韧剂、增强填料、抗滴落剂中的至少一种。
7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将PC树脂、焊接增强剂、抗氧剂、润滑剂和选择性加入的其它助剂搅拌混匀并保温在110～120℃，然后加入钛白粉再混匀，得到混合料；
(2)所述混合料经双螺杆挤出机塑化挤出，并抽真空，得到所述具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述双螺杆挤出机温控一区240～250℃、二区260～270℃、三区260～270℃、四区260～270℃、五区250～260℃、六区240～250℃、七区230～240℃、八区220～230℃、模头220～230℃，真空控制在不大于-0.07MPa。
9.根据权利要求1～6任一权利要求所述的具有高超声波焊接强度的遮光PC塑料在制备LED电器中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述制备LED电器的过程中涉及超声波焊接所述遮光PC塑料，所述遮光PC塑料的超声波焊接强度拉拔力大于800N。
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