本發(fā)明涉及一種激光焊接用的復(fù)合材料，尤其涉及一種用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料，屬于改性高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光焊接的概念始于20世紀(jì)70年代，其通常使用波長在700-1200nm之間的二極管激光或摻釹釔鋁石榴石合成晶體(nd:yag)激光在焊接部位產(chǎn)生大量的熱，進(jìn)而使元件接觸區(qū)域熔融而形成焊接部位。
與傳統(tǒng)塑料焊接工藝相比，激光焊接能夠應(yīng)用在靈活多變的各種結(jié)構(gòu)上，其焊接強(qiáng)度高，所具有的快速的升溫降溫速率能夠減少對材料的熱影響，對焊件不產(chǎn)生外力作用從而使焊件的應(yīng)力和變形都非常小；此外激光焊接的焊接工藝穩(wěn)定、焊縫的表面和內(nèi)在質(zhì)量都非常好，其在真空、空氣或其他氣體環(huán)境中均能施焊，對焊接的介質(zhì)要求不高，并能夠透過玻璃或其他對光束透明的材料進(jìn)行焊接。由于激光焊接具有上述獨特的優(yōu)點，其已成功應(yīng)用于微小型零件的精密焊接中。
但在塑料領(lǐng)域中應(yīng)用激光焊接具有一定的特殊性，這是因為聚合物在激光對應(yīng)的波長范圍內(nèi)大多是透明的，因此需要在聚合物體系中添加額外的激光吸收劑或激光擴(kuò)散吸收劑等成分來獲得相應(yīng)的吸收性能。目前現(xiàn)有技術(shù)中通常使用炭黑作為能夠進(jìn)行激光焊接的塑料的吸收激光部分中使用的激光吸收劑，但炭黑不僅在近紅外區(qū)域有較強(qiáng)的吸收，而且在可見光波長和紅外光波長范圍內(nèi)也有較強(qiáng)的吸收，因此炭黑無法應(yīng)用在淺色或透明的塑料產(chǎn)品中。
尼龍由于具有優(yōu)異均衡的機(jī)械性能、耐熱性、潤滑性、耐疲勞蠕變和耐有機(jī)溶劑性能而在各種領(lǐng)域中被廣泛利用，尤其是隨著尼龍材料在汽車、電子、電器、家電、工業(yè)設(shè)備中大規(guī)模普及應(yīng)用與技術(shù)革新，以及在使用激光焊接代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接工藝的發(fā)展趨勢下，可供激光焊接的尼龍材料成為備受青睞的材料之一。但如前所述，尼龍材料在激光焊接的波長下也是透明的，雖然可以通過添加添加劑可以獲得相應(yīng)吸收性能，但由于目前常用于尼龍材料的激光吸收劑通常是炭黑，它雖然在可見光區(qū)域和ir區(qū)域中均顯示出非常高的吸收，但將其應(yīng)用在淺色和透明體系中是不可能的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通常允許以淺色來著色的用于激光打標(biāo)記的添加劑有銻、氧化銻、導(dǎo)電顏料、tio2等，它們被添加到吸收激光部分的配制劑中并使其具有能夠激光焊接的性能。雖然在吸收激光部分中單獨添加上述激光打標(biāo)記的添加劑，使材料具有可焊性是可以的，但由于需要較長的加工時間而不能被業(yè)界在實際加工時所接受；此外這些添加劑對焊接用激光波長的吸收程度遠(yuǎn)低于炭黑對激光波長的吸收程度。除了上述對成品外觀以及焊接工藝步驟的要求外，焊接強(qiáng)度也是塑料高分子焊接技術(shù)所關(guān)注的指標(biāo)。通常焊接后的高分子的性能相比于樹脂本身的性能會發(fā)生衰減，尤其是在添加了一定長徑比的填料(如玻纖、硅灰石等)之后，焊接材料的焊接強(qiáng)度相較未焊接材料本身的性能有明顯的衰減，主要存在于焊接強(qiáng)度的應(yīng)力集中、缺陷及性能衰減波動等方面，這些大大降低了最終焊接產(chǎn)品的使用壽命。因此，如何提高激光焊接強(qiáng)度，使其接近本體強(qiáng)度具有相當(dāng)高的難度并且通過目前現(xiàn)有的技術(shù)無法獲得相關(guān)的啟發(fā)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料，其具有明顯增強(qiáng)的激光焊接強(qiáng)度，且能夠應(yīng)用于淺色或無色體系中。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
本發(fā)明提供了一種用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料，包括吸收激光部分和透射激光部分。
所述吸收激光部分包括下述按重量份計的各組分：
聚酰胺30-100份，所述聚酰胺為一種或多種二元羧酸和一種或多種二元胺的縮合產(chǎn)物，或聚酰胺為一種或多種氨基羧酸的縮合產(chǎn)物，或聚酰胺為一種或多種環(huán)內(nèi)酰胺的開環(huán)聚合產(chǎn)物，優(yōu)選聚已內(nèi)酰胺以及聚己二酰己二胺，上述可選用市面上的常規(guī)產(chǎn)品。
磷酸鹽類化合物0.5-10份，優(yōu)選為0.5-8.0份，更優(yōu)選為0.5-6.0份，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5-4.0份。所述磷酸鹽類化合物為磷酸鹽、次磷酸鹽、磷酸氫鹽、焦磷酸鹽、偏磷酸鹽、聚偏磷酸鹽、三聚磷酸鹽和氫氧化磷酸鹽中的一種。具體為磷酸鈣、次磷酸鈣、磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣、焦磷酸鈣、磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀、聚偏磷酸鉀、三聚磷酸鉀、磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸三銨、磷酸二氫銨、磷酸鐵、焦磷酸鐵、磷酸氫鎂、磷酸鎂、次磷酸錳、焦磷酸鐵鈉、氫氧化磷酸銅和磷酸銅中的至少一種，優(yōu)選為氫氧化磷酸銅和磷酸銅中的至少一種。
鹵化銅金屬化合物0.05-2.0份，該鹵化銅金屬化合物中的鹵離子為氯離子、溴離子和碘離子中的至少一種，且所述銅離子為cu+和cu2+中的至少一種。
鹵化金屬鹽化合物0.1-10份，該鹵化金屬鹽化合物中的金屬元素為堿金屬元素和堿土金屬元素中的至少一種。鹵化金屬鹽化合物的加入有利于改善聚酰胺復(fù)合材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，更有利于提高激光焊接的強(qiáng)度，尤其是當(dāng)其作用于透射激光部分時更加明顯。
玻璃纖維5-60份，該玻璃纖維的直徑為5-20μm，優(yōu)選為5-14μm，更優(yōu)選為7-14μm；且該玻璃纖維在用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料中的數(shù)均長度為0.05-30mm，優(yōu)選為0.05-15mm，更優(yōu)選為2-15mm。上述玻璃纖維中數(shù)均長度大于2.0mm的部分來自于長玻纖增強(qiáng)聚酰胺樹脂母粒，所述玻璃纖維中數(shù)均長度為小于2.0mm的部分來自短切玻纖增強(qiáng)聚酰胺樹脂母?；蜷L玻纖增強(qiáng)聚酰胺樹脂母粒，所述長玻纖增強(qiáng)聚酰胺樹脂母粒的長度為2.0-30.0mm，優(yōu)選為3-20mm。所述的用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料除了具有所述的玻璃纖維長度的特征，其在最終通過目前注塑、擠出、模壓、發(fā)泡等業(yè)內(nèi)已知的塑料成型加工之后在成型件中的數(shù)均保留長度為0.05～30mm，優(yōu)選2～15mm的數(shù)均保留長度。
所述透射激光部分的組成和用量與吸收激光部分的組成與用量相同，但不包括所述磷酸鹽類化合物。
此外，上述吸收激光部分和透射激光部分還分別包括為了實現(xiàn)其他功能性目的而添加的其他助劑，包括但不限于沖擊改進(jìn)劑、增塑劑、紫外光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、抗靜電劑、成核劑、流動增強(qiáng)劑、潤滑劑和著色劑中的至少一種。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：本發(fā)明所述的用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料與無焊接結(jié)合面的本體材料強(qiáng)度相比，具有較高的強(qiáng)度保持率甚至超越了本體材料的強(qiáng)度，其性能保持率基本高達(dá)65％以上，大多能夠達(dá)到85％以上，甚至能夠達(dá)到95％以上，且其性能明顯優(yōu)于含有普通短切玻璃纖維的焊接材料的性能。
具體實施方式
為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
下述具體實施例和對比例中所采用的原材料及相應(yīng)的型號如下所述：
聚酰胺：聚酰胺6(pa6)選用俄國古比雪夫氮公司的volgamid24；聚酰胺66(pa66)選用中國神馬集團(tuán)生產(chǎn)的epr24。
磷酸鹽類化合物：氫氧化磷酸銅(casno.:10103-48-7)選自廣東翁江化學(xué)試劑有限公司；磷酸銅(casno.:7798-23-4)選自阿法埃莎(中國)化學(xué)有限公司；磷酸鈉選自上海麥克林生化科技有限公司，規(guī)格為無水磷酸鈉；磷酸鐵選自西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司。
鹵化銅金屬化合物：碘化亞銅選用青島拓海碘制品有限公司的th-v；溴化銅選自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
鹵化金屬鹽化合物：溴化鈉選自鄭州易陽化工產(chǎn)品有限公司，規(guī)格為工業(yè)級；碘化鉀選自上海習(xí)致化學(xué)有限公司；溴化鉀選自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
玻璃纖維：普通短切玻璃纖維選用中國巨石股份有限公司的ecs508；長玻纖pa66母粒(50％玻纖含量)選用金發(fā)科技股份有限公司的pa66-lg50；長玻纖pa6母粒(50％玻纖含量)選用金發(fā)科技股份有限公司的pa6-lg50。
具體實施例1
吸收激光部分：85份pa66、5份氫氧化磷酸銅、0.05份碘化亞銅、1份溴化鈉、10份pa66-lg50；
透射激光部分：85份pa66、0.05份碘化亞銅、1份溴化鈉、10份pa66-lg50。
具體實施例2
吸收激光部分：60份pa66、2份磷酸銅、0.5份溴化銅、2份碘化鉀、10份玻璃纖維、20份pa66-lg50；
透射激光部分：60份pa66、0.5份溴化銅、2份碘化鉀、10份玻璃纖維、20份pa66-lg50。
具體實施例3
吸收激光部分：50份pa66、1份磷酸鈉、2份碘化亞銅、5份溴化鈉、20份玻璃纖維、20份pa66-lg50；
透射激光部分：50份pa66、2份碘化亞銅、5份溴化鈉、20份玻璃纖維、20份pa66-lg50。
具體實施例4
吸收激光部分：40份pa6、0.5份磷酸鐵、0.5份碘化亞銅、1份溴化鉀、30份玻璃纖維、20份pa6-lg50；
透射激光部分：40份pa6、0.5份碘化亞銅、1份溴化鉀、30份玻璃纖維、20份pa6-lg50。
對比例1
吸收激光部分：90份pa66、5份氫氧化磷酸銅、5份ecs508；
透射激光部分：90份pa66、5份ecs508。
對比例2
吸收激光部分：70份pa66、2份磷酸銅、20份ecs508；
透射激光部分：70份pa66、20份ecs508。
對比例3
吸收激光部分：60份pa66、1份磷酸鈉、2份碘化亞銅、5份溴化鈉、30份ecs508；
透射激光部分：60份pa66、2份碘化亞銅、5份溴化鈉，30份ecs508
對比例4
吸收激光部分：50份pa6、0.5份磷酸鐵、0.5份碘化亞銅、1份溴化鉀、40份ecs508；
透射激光部分：50份pa6、0.5份碘化亞銅、1份溴化鉀、40份ecs508。
上述具體實施例和對比例中的吸收激光部分和透射激光部分的聚酰胺復(fù)合材料可以經(jīng)注塑、擠出、模壓、發(fā)泡等根據(jù)需要由本領(lǐng)域技術(shù)人員決定的常用成型方法形成各種塑料制品，該各種塑料制備可以用于激光焊接，該激光焊接的激光輻照時間、輻射功率等焊接條件根據(jù)各自的實際應(yīng)用而定。在下述具體實施例中和對比例中將上述復(fù)合材料分別制成板材，所使用的激光波長在150nm～15μm之間，優(yōu)選808nm～1100nm之間，下述舉例中采用由nd:yag或各種符合要求波長的二極管激光作為激光光源。
對具體實施例和對比例中配方制備所得樣條進(jìn)行下述各項測試，測試方法如下所述。
焊接樣條抗拉強(qiáng)度保持率：將采用上述具體實施例和對比例中配方用量制備所得的吸收激光部分和透射激光部分的板材，放入連續(xù)波長激光器中，使用nd:yag的激光器以40mm/s的速度進(jìn)行焊接，將焊接后所得板材根據(jù)iso527標(biāo)準(zhǔn)裁成啞鈴狀的拉伸試樣，并使焊接面位于樣條跨距的中間位置，在23℃下相對濕度為50％以及含水率不高于0.2％的干燥狀態(tài)下進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測試。然后將吸收激光部分和透射激光部分以質(zhì)量比為1:1共混后直接根據(jù)iso527標(biāo)準(zhǔn)模制成型制成測試棒，在與上述相同的條件下進(jìn)行測試，分別測試至少5根相同構(gòu)成的測試棒，以它們的抗拉強(qiáng)度均值作為最終測試結(jié)果。最后記錄經(jīng)激光焊接形成的焊接樣條的抗拉強(qiáng)度與直接注塑形成的注塑樣條的抗拉強(qiáng)度的比值，記為焊接樣條抗拉強(qiáng)度的保持率，單位為“％”。
玻璃纖維數(shù)均保留長度：將焊接樣條和測試棒分別在650℃下灼燒30分鐘后，通過光學(xué)顯微鏡觀察和統(tǒng)計玻璃纖維的保留長度，記為玻璃纖維數(shù)均保留長度，單位為“mm”。
玻璃纖維含量：將焊接樣條和測試棒分別在650℃下灼燒30分鐘后，通過計算燒蝕前后的灰分百分比計算獲得，單位為“％”。
具體實施例與對比例的測試結(jié)果參見下表所述。
表1具體實施例與對比例焊接強(qiáng)度測試結(jié)果
由上表可以看出，本發(fā)明所述的用于激光焊接的淺色或無色聚酰胺復(fù)合材料與無焊接結(jié)合面的本體材料強(qiáng)度相比，具有較高的強(qiáng)度保持率甚至超越了本體材料的強(qiáng)度，其性能保持率基本高達(dá)65％以上，大多能夠達(dá)到85％以上，甚至能夠達(dá)到95％以上，且其性能明顯優(yōu)于含有普通短切玻璃纖維的焊接材料的性能。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。