CN111138797A - 一种提高超声波焊接强度的abs组合物及其制备方法 - Google Patents

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蔡青
周文
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Abstract

本发明公开了一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，该组合物材料包括以下重量份的组分：ABS树脂：80～99份；可逆反应交联剂：1～20份；抗氧剂：0.1～1份。所述可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成。所述ABS组合物的制备方法包括如下步骤：(1)将ABS树脂、可逆反应交联剂和抗氧剂加入混合搅拌机中进行预混合；(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，经切粒制备得到提高超声波焊接强度的ABS组合物。与现有技术相比，本发明所提供的ABS组合物，加入可逆反应交联剂后能够显著提高与PMMA制品焊接强度的效果，同时可达到提高焊接效率的目的。

Description

一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子改性材料领域，尤其是涉及一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是一种通用型的热塑性工程塑料，其由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体组成，使其保持了聚苯乙烯(PS)的光泽和加工流动性，并具有优良的冲击韧性，而丙烯腈又增加了其刚性和强度，具有十分优异的综合性能。因此，目前被广泛应用于汽车、电子、办公设备等领域。在汽车后尾灯的应用上，通常采用耐热级ABS树脂，由于其良好的韧性、较高的耐热以及优良的加工性能成为后尾灯的优选材料。通常情况下，后尾灯的壳体采用耐热级ABS材料，尾灯灯罩采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料，因此需将两者焊接组装在一起。目前车灯主要采用的焊接工艺有热板焊接、振动摩擦焊接、超声波焊接、激光焊接等。其中，超声波焊接工艺由于其快速、灵活、焊接过程稳定且无需焊接助剂或保护气体，也不产生有害气体等优点，现阶段被广泛应用于汽车尾灯的焊接上。
超声波焊接的工作原理是将超声波作用于塑料接触面，通过上焊件把超声能量传递到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。同时，由于塑料的导热性能差，一时来不及扩散，热量聚集在焊接的交界面处，使两个需焊接的塑料接触面快速熔化，经加上一定压力后，使其界面处通过分子间的浸润、渗透以及缠结而融合。目前，可用于超声波焊接的ABS材料多为黑色，这是由于黑色材料中的炭黑成分具有强的热吸收能力，而其他浅色系材料由于热吸收能力较差，同等条件下材料焊接表面熔化程度弱，导致焊接强度不足。通常情况下，可延长焊接时间、增大超声波振频等方式来提高焊接面的强度。但是，这会造成生产效率的下降和成本的上升。而如专利“一种适合超声波焊接的ABS改性树脂及其制备方法(专利号CN107312289A)”中提出通过添加PMMA包覆云母粉以及相容剂的方式改善ABS树脂与PMMA的焊接强度。但是由于改性ABS树脂中需添加高含量的云母粉无机填料，从而会影响材料的加工成型性能。因此，开发一种提高超声波焊接强度的ABS材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，包括以下重量份的组分：
ABS树脂：80～99份；
可逆反应交联剂：1～20份；
抗氧剂：0.1～1份。
上述ABS组合物中，
所述ABS树脂的分子量为100000～200000，熔融指数为5～30g/10min。
所述可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成。其中，共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中任意一种或两种以上组合。共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物，侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中任意一种或两种以上组合。
所述可逆反应交联剂中共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1～6:1。
所述抗氧剂为受阻分类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，包括市售抗氧剂1010，抗氧剂1076，抗氧剂1098，抗氧剂168，抗氧剂618中任意一种或两种以上组合。
本发明还涉及一种提高超声波焊接强度的ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂、可逆反应交联剂和抗氧剂加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100～300r/min，混合时间5～20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300～600r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa，经切粒制备得到提高超声波焊接强度的ABS组合物。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物中添加入可逆反应交联剂，其中可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成，由于呋喃官能团和马来酰亚胺在高温挤出加工过程中可发生环加成的逆反应，因此不影响ABS组合物的加工性能。而在与PMMA等材料焊接时，侧基含呋喃官能团的共聚物A由于大分子链结构与PMMA相同或类似，且相比ABS树脂具有较小的分子量，可快速浸润并扩散进入PMMA基体，当ABS材料与PMMA材料界面温度较低时，扩散进入PMMA基体的侧基含呋喃官能团的共聚物A能够与ABS基体中侧基含马来酰亚胺的共聚物B发生环加成反应，从而能够有效提高ABS材料与PMMA材料的界面结合强度，达到提高制件焊接强度的效果。另外，由于可逆交联剂中含有马来酰亚胺单体，能够有效提高ABS材料的耐热性能，无需添加耐热剂，仍能达到拓宽超声波焊接工艺窗口的目的。由于可逆交联剂的存在，在保证焊接强度的前提下可减少或不添加强吸热能力的炭黑等填料，可改善用于超声波焊接的ABS材料单一色系，从而拓宽其在汽车内外饰中的应用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。
对比例1
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂99份(熔融指数为15g/10min)、抗氧剂1010 0.1份和抗氧剂168 0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例1
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂99份(熔融指数为15g/10min)、可逆反应交联剂1份、抗氧剂10100.1份和抗氧剂168 0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1:1，控制混合机转速为100r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例2
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂90份(熔融指数为15g/10min)、可逆反应交联剂10份、抗氧剂10100.1份和抗氧剂168 0.1份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1:1，控制混合机转速为100r/min，混合时间5min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min，真空度为-0.06MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例3
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂80份(熔融指数为5g/10min)、可逆反应交联剂20份、抗氧剂10760.5份和抗氧剂618 0.5份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-马来酸酐共聚物，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为6:1，控制混合机转速为300r/min，混合时间20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例4
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂85份(熔融指数为30g/10min)、可逆反应交联剂15份、抗氧剂10980.4份和抗氧剂618 0.6份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为3:1，控制混合机转速为200r/min，混合时间20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例5
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂85份(熔融指数为8g/10min)、可逆反应交联剂15份、抗氧剂10980.2份和抗氧剂168 0.4份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯和侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的共混物(聚甲基丙烯酸甲酯和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量比为2:1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物和侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物的共混物(苯乙烯-丙烯腈共聚物和苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物的质量比为1:1)，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为2:1，控制混合机转速为200r/min，混合时间15min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.07MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例6
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂90份(熔融指数为22g/10min)、可逆反应交联剂10份、抗氧剂10100.2份和抗氧剂168 0.4份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯和侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的共混物(聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的质量比为1:1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物和侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的共混物(苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的质量比1:1)，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为3:1，控制混合机转速为300r/min，混合时间10min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.07MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
实施例7
一种提高超声波焊接强度的ABS组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂95份(熔融指数为15g/10min)、可逆反应交联剂5份、抗氧剂10100.4份和抗氧剂618 0.4份加入混合搅拌机中进行预混合，其中，可逆反应交联剂中共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯、侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的共混物(聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量比为1:2:1)，共聚物B为侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物、侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯的共混物(苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚苯乙烯的质量比2:1:1)，共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为5:1，控制混合机转速为300r/min，混合时间10min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.08MPa，经切粒制备得到ABS组合物。
对比例及实施例注塑成80mm*10mm*2mm的样条，将注塑的样条与透明的PMMA样条交错放置在一起，用超声波仪器进行焊接。通过调节焊接时间，对比焊接后的样条的界面强度。用万能试验机的夹具一端夹住ABS样条，一端夹住PMMA样条，用拉脱力实验的拉力最大值来表征焊接强度。
Figure BDA0002338970710000071
由上表可知，添加可逆反应交联剂后能够显著提高制品的焊接强度，因此可在保证焊接强度的前提下，减少焊接时间，提高焊接效率。证明本发明是制备提高超声波焊接强度的ABS组合物的有效方法。

Claims (8)

1.一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：包括以下重量份的组分：
ABS树脂：80～99份；
可逆反应交联剂：1～20份；
抗氧剂：0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：所述ABS树脂的分子量为100000～200000，熔融指数为5～30g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：所述可逆反应交联剂由侧基含呋喃官能团的共聚物A和侧基含马来酰亚胺的共聚物B组成。
4.根据权利要求3所述的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：共聚物A为侧基含呋喃官能团的聚甲基丙烯酸甲酯，侧基含呋喃官能团的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，侧基含呋喃官能团的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中任意一种或两种以上组合。
5.根据权利要求3所述的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：共聚物B为侧基含马来酰亚胺的聚苯乙烯，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物，侧基含马来酰亚胺的苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸共聚物，侧基含马来酰亚胺的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中任意一种或两种以上组合。
6.根据权利要求3所述的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：所述可逆反应交联剂中共聚物A中侧基呋喃与共聚物B中侧基马来酰亚胺的摩尔比为1～6:1。
7.根据权利要求1所述的一种提高超声波焊接强度的ABS组合物，其特征在于：所述抗氧剂为受阻分类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，包括市售抗氧剂1010，抗氧剂1076，抗氧剂1098，抗氧剂168，抗氧剂618中任意一种或两种以上组合。
8.根据权利要求1-7任意之一所述提高超声波焊接强度的ABS组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将ABS树脂、可逆反应交联剂和抗氧剂加入混合搅拌机中进行预混合，控制混合机转速为100～300r/min，混合时间5～20min；
(2)将步骤(1)中所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300～600r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa，经切粒制备得到提高超声波焊接强度的ABS组合物。
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