阅读说明：本技术 一种高超声波焊接强度聚丙烯材料及其制备方法 (Polypropylene material with high ultrasonic welding strength and preparation method thereof ) 是由 姜之涛 周正发 王杰中 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高超声波焊接强度的聚丙烯材料,包括以下重量份数的原料:聚丙烯44-82.6份、增韧剂5-20份、偶联剂1-3份、无机填充母粒8-25份、超声焊接敏化剂3-5份、热稳定剂0.2-1份、光稳定剂0.1-1份、加工助剂0.1-1份。上述制备方法为称取各原料；将各原料混合,将混合后的物料用挤出机熔融挤出、造粒即得提高超声波焊接强度聚丙烯的材料。本发明中获得的聚丙烯材料促进超声波能量的传导及热量的吸收,从而提高聚丙烯焊接面焊接强度。(The invention discloses a polypropylene material with high ultrasonic welding strength, which comprises the following raw materials, by weight, 44-82.6 parts of polypropylene, 5-20 parts of a toughening agent, 1-3 parts of a coupling agent, 8-25 parts of an inorganic filling master batch, 3-5 parts of an ultrasonic welding sensitizer, 0.2-1 part of a heat stabilizer, 0.1-1 part of a light stabilizer and 0.1-1 part of a processing aid. The preparation method comprises weighing the raw materials; mixing the raw materials, and carrying out melt extrusion and granulation on the mixed materials by using an extruder to obtain the polypropylene material for improving the ultrasonic welding strength. The polypropylene material obtained in the invention promotes the conduction of ultrasonic energy and the absorption of heat, thereby improving the welding strength of the polypropylene welding surface.)

一种高超声波焊接强度聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高超声波焊接强度聚丙烯改性材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)合成工艺简便，其均衡性好、易加工、性优价廉，已成为塑料中发展最快的品种之一。

超声波焊接是一种热焊接，突出优点表现为：速度快，效率高，能耗低，焊接强度高，能达到材料本身的强度，焊接时无需添加溶剂，粘结剂或其他辅助品；焊接材料无表面损坏，操作简单，便于实现机械化、自动化；在汽车、电子、航空航天等领域得到广泛应用。

影响超声焊接的主要因素是塑料的热传递性，传递性好的塑料比传递性差的塑料易焊接，而聚丙烯的导热性很差，通常情况下，可以通过增加焊接时间、增大超声波振频、延长焊接时间等方式增大焊接面焊接强度，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，当材料焊接强度无法满足设计要求时，需要从材料角度进行适当的调整，实现在超声波焊接过程中，提高损耗模量，增大焊接面材料的熔化程度，进而增加焊接深度及焊接强度。而材料方面通常改性导热聚丙烯材料的方法为加入氧化铝、碳化硅，但是添加比例为50％以上，极大地影响材料的其他力学性能且成本非常高，无法应用于普通需焊接的改性聚丙烯制件上。

因此，如何提供一种具有很高的超声波焊接强度的聚丙烯材料是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有很高的超声波焊接强度的聚丙烯材料。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高超声波焊接强度的聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料:聚丙烯41-82.6份、增韧剂5-20份、偶联剂1-3份、无机填充母粒8-25份、超声焊接敏化剂3-5份、热稳定剂0.2-1份、光稳定剂0.1-1份、加工助剂0.1-1份。

本发明的有益效果：本发明中在基料改性过程中加入甲基丙烯酸糠酯和N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，利用两者的共轭二烯和亲二烯体的环加成作用，即Diels-Alder反应，使得焊接处表面在受热条件下，发生交联反应，使得材料从本质上生成交联结构，从而具有更高的焊接强度。

交联反应为：

优选地，所述增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物及氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的任一种或几种的混合物。更加优选地，为陶氏POE8200、陶氏POE8842。

优选地，所述偶联剂为聚丙烯马来酸酐接枝物。

优选地，所述无机填充母粒由重量百分比为80％-98％无机矿物和12％-20％聚丙烯填充母粒组成。更加优选地，无机填充母粒为重量份数为80％的滑石粉母粒。

优选地，所述超声焊接敏化剂为甲基丙烯酸糠酯和N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺的混合物；所述甲基丙烯酸糠酯和N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺重量组分比为1:(0.5-2)。

优选地，所述热稳定剂为受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类及杯芳烃中的任一种。更加优选地，受阻酚类为受阻酚类1010和/或受阻酚类1076，受阻胺类为受阻胺类944和/或受阻胺类770，亚磷酸酯类为Irgafos168/IrgafosP-EPQ，硫代酯复合物类为DSTDP和/或DLTDP。

优选地，所述光稳剂为受阻胺类和/或紫外线吸收剂。更加优选地，受阻胺类为聚-[6-(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二甲基]、[2-(2-2,6,6-四甲基哌啶基)-次氨基]-六亚甲基-[4-(2，2,6,6-四甲基哌啶基)]-次氨基类及N-烷基化类及哌嗪酮结构化类中的任一种或几种的混合物；紫外线吸收剂为苯并***类和/或二苯甲酮类。更加优选地，苯并***类为UV-P,UV-326,UV-327,UV-360中的任一种或几种的混合物；二苯甲酮类为UV-244和/或UV-531。

优选地，加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌或芥酸酰胺，更加优选地为硬脂酸钙。

本发明中还提供了一种高超声波焊接强度的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)按照高超声波焊接强度聚丙烯材料的重量份数称取各原料；

步骤(2)将步骤(1)中各原料混合，将混合后的物料用挤出机熔融挤出、造粒即得提高超声波焊接强度的聚丙烯材料。

本发明中制备方法简单，且易操作，适用于大工业化生产。

优选地，步骤(2)中所述挤出机中，进料段温度160℃-180℃，压缩段温度170℃-190℃，塑化段温度180℃-190℃，均化段温度190℃-200℃，模口温度190℃-200℃。

优选地，步骤(2)中采用高速混合机将各原料混合，转速为650-1500转/分。

优选地，步骤(2)中挤出机采用双螺杆挤出机，转速250-400rpm，机筒温度160℃-200℃、水槽水温：20-50℃。

优选地，造粒后选取切粒机切粒，转速为600-900rpm。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高超声波焊接强度的聚丙烯材料及其制备方法，采用本发明中的配方及制备方法获得的聚丙烯材料具有较高的超声波焊接强度。本发明中添加的超声焊接敏化剂添加量极小，不会影响材料本身的综合机械性能，且改性成本低，从而在所需超声焊接的应用领域具有极其深远的应用价值。促进超声波能量的传导及热量的吸收，从而提高聚丙烯焊接面焊接强度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

下述实施例中，聚丙烯选用巴塞尔的熔体流动速率(230℃×2.16KG)为0.5-60g/10min的嵌段共聚丙聚。甲基丙烯酸糠醇酯的CAS号为3454-28-2，N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺的CAS号为13676-54-5；甲基丙烯酸糠酯优选华夏试剂公司市售产品，N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺优选武汉峰耀同辉化学制品有限公司的市售产品。

实施例1：

高超声波焊接强度的聚丙烯材料：

聚丙烯	64.2kg
		陶氏POE8200	12kg
聚丙烯马来酸酐接枝物	2kg
		无机填充母粒	18kg
甲基丙烯酸糠酯	1kg
		N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺	1kg
Irgafos168	0.6kg
		UV-327	0.6kg
硬脂酸钙	0.6kg

上述原料的制备方法为：将上述原料放入高速混合机中以800转/份的速度混合4分钟，然后将混合好后的物料放入挤出机熔融以320rpm的速度挤出、造粒，采用切粒机以800rpm的速度切粒即得；其中挤出机为双螺杆挤出机，机筒温度为180℃，进料段温度170℃，压缩段温度180℃，塑化段温度185℃，均化段温度195℃，模口温度195℃。

实施例2：

高超声波焊接强度的聚丙烯材料：

聚丙烯	58.1kg
		POE8200	15kg
聚丙烯马来酸酐接枝物	1.8kg
		无机填充母粒	20kg
甲基丙烯酸糠酯	1.08kg
		N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺	1.62kg
受阻胺类944	0.8kg
		UV-360	0.8kg
硬脂酸钙	0.8kg

上述原料的制备方法为：将上述原料放入高速混合机中以1200转/份的速度混合4分钟，然后将混合好后的物料放入挤出机熔融以350rpm的速度挤出、造粒，采用切粒机以700rpm的速度切粒即得；其中挤出机为双螺杆挤出机，机筒温度为170℃，进料段温度170℃，压缩段温度180℃，塑化段温度185℃，均化段温度195℃，模口温度195℃。

实施例3：

高超声波焊接强度的聚丙烯材料：

聚丙烯	72kg
		POE8200	8kg
无机填充母粒	15kg
		甲基丙烯酸糠酯	1.94kg
N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺	1.56kg
		DSTDP	0.5kg
UV-244	0.5kg
		硬脂酸钙	0.5kg

上述原料的制备方法为：将上述原料放入高速混合机中以900转/份的速度混合4分钟，然后将混合好后的物料放入挤出机熔融以300rpm的速度挤出、造粒，采用切粒机以850rpm的速度切粒即得；其中挤出机为双螺杆挤出机，机筒温度为190℃，进料段温度175℃，压缩段温度175℃，塑化段温度185℃，均化段温度190℃，模口温度195℃。

实施例4：

高超声波焊接强度的聚丙烯材料：

上述原料的制备方法为：将上述原料放入高速混合机中以650转/份的速度混合4分钟，然后将混合好后的物料放入挤出机熔融以250rpm的速度挤出、造粒，采用切粒机以600rpm的速度切粒即得；其中挤出机为双螺杆挤出机，机筒温度为160℃，进料段温度160℃，压缩段温度170℃，塑化段温度180℃，均化段温度190℃，模口温度190℃。

实施例5：

高超声波焊接强度的聚丙烯材料：

聚丙烯	44kg
		陶氏POE8842	20kg
聚丙烯马来酸酐接枝物	3kg
		无机填充母粒	25kg
甲基丙烯酸糠酯	1.67kg
		N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺	3.33kg
受阻胺类770	1kg
		聚-[6-(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二甲基]	1kg
硬脂酸钙	1kg

上述原料的制备方法为：将上述原料放入高速混合机中以1500转/份的速度混合4分钟，然后将混合好后的物料放入挤出机熔融以400rpm的速度挤出、造粒，采用切粒机以900rpm的速度切粒即得；其中挤出机为双螺杆挤出机，机筒温度为200℃，进料段温度180℃，压缩段温度190℃，塑化段温度190℃，均化段温度200℃，模口温度200℃。

结果测试：

将按上述方法制备的聚丙烯粒子材料，在80～90℃的鼓风烘箱中干燥3～4小时，然后再将干燥好的聚丙烯粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样，用超声波焊接设备进行焊接，焊接工艺条件是：超声波振频20KHz，焊接时间2.5S，焊接压力150N。

表1用拉脱力试验拉力值来表征焊接强度

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						拉力值/N	652	687	616	627	701

表2力学性能测试结果

由表1-2中可看出本发明制得的改性聚丙烯材料具有很高的超声波焊接强度，且仍能保持优异的机械性能，从而在所需超声焊接的应用领域具有极其深远的应用价值，极大地扩展了聚丙烯材料的使用领域。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。