激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，其吸收激光部分包括聚酰胺、激光吸收成分磷酸盐类化合物或水性高分子分散剂改性的粒径不大于900nm的稀土金属元素的硼化物微粒、卤化铜金属化合物、卤化金属盐化合物和玻璃纤维，透射激光部分包括聚酰胺、粒径为30‑400nm经表面改性的包含二氧化钛的白色矿物填料为主的激光散射剂、卤化铜金属化合物、卤化金属盐化合物和玻璃纤维，玻璃纤维由20‑100％扁平玻璃纤维和0‑80％的普通玻璃纤维组成，扁平玻纤长短轴直径比≥2，且玻纤短轴直径长度≥3μm，该复合材料具有较长的使用寿命，且为浅色或无色体系的应用提供了选择。

Long life flat fiber modified polyamide composite for laser welding

The invention discloses a laser welding of Polyamide Composites Modified with long-life flat fiber, the laser absorption part comprises a polyamide, laser absorption components of phosphate compound or aqueous polymer dispersant modified particle size of not more than 900nm of rare earth metal boride particles, copper halide metal compounds, metal halide salt compound and glass fiber laser transmission part comprises a polyamide, particle size of 30 400nm by white mineral filler surface modification of titanium dioxide containing mainly copper halide laser scattering agent, metal compounds, halogenated compounds and metal salts of glass fiber, glass fiber by ordinary glass fiber 20 100% flat glass fiber and 0 80% flat glass composition, the length of the shaft diameter ratio is more than 2, and the short axis diameter of glass fiber length of more than 3 m, the composite material has a longer service life, It also provides the choice for the application of light or colorless system.

【技术实现步骤摘要】
激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料
本专利技术涉及一种激光焊接用复合材料，尤其涉及一种激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，属于改性高分子复合材料

技术介绍
激光焊接的概念始于20世纪70年代，其通常使用波长在700-1200nm之间的二极管激光或掺钕钇铝石榴石合成晶体(Nd:YAG)激光在焊接部位产生大量的热，即通过透射激光部分到达吸收激光部分产生热量，从而使元件接触区域熔融而形成焊接部位。与传统塑料焊接工艺相比，激光焊接能够应用在灵活多变的各种结构上，其焊接强度高，所具有的快速的升温降温速率能够减少对材料的热影响，对焊件不产生外力作用从而使焊件的应力和变形都非常小；此外激光焊接的焊接工艺稳定、焊缝的表面和内在质量都非常好，其在真空、空气或其他气体环境中均能施焊，对焊接的介质要求不高，并能够透过玻璃或其他对光束透明的材料进行焊接。由于激光焊接具有上述独特的优点，其已成功应用于微小型零件的精密焊接中。但在塑料领域中应用激光焊接具有一定的特殊性，这是因为聚合物在激光对应的波长范围内大多是透明的，因此需要在聚合物体系中添加额外的激光吸收剂或激光扩散吸收剂等成分来获得相应的吸收性能。目前现有技术中通常使用炭黑作为能够进行激光焊接的塑料的吸收激光部分中使用的激光吸收剂，但炭黑不仅在近红外区域有较强的吸收，而且在可见光波长和红外光波长范围内也有较强的吸收，因此炭黑无法应用在浅色或透明的塑料产品中。尼龙由于具有优异均衡的机械性能、耐热性、润滑性、耐疲劳蠕变和耐有机溶剂性能而在各种领域中被广泛利用，尤其是随着尼龙材料在汽车、电子、电器、家电、工业设备中大规模普及应用与技术革新，以及在使用激光焊接代替传统焊接工艺的发展趋势下，可供激光焊接的尼龙材料成为备受青睐的材料之一。但如前所述，尼龙材料在激光焊接的波长下也是透明的，虽然可以通过添加添加剂可以获得相应吸收性能，但由于目前常用于尼龙材料的激光吸收剂通常是炭黑，它虽然在可见光区域和IR区域中均显示出非常高的吸收，但将其应用在浅色和透明体系中是不可能的。在现有技术中，通常允许以浅色来着色的用于激光打标记的添加剂有锑、氧化锑、导电颜料、TiO2等，它们被添加到吸收激光部分的配制剂中并使其具有能够激光焊接的性能。虽然在吸收激光部分中单独添加上述激光打标记的添加剂，使材料具有可焊性是可以的，但由于需要较长的加工时间而不能被业界在实际加工时所接受；此外这些添加剂对焊接用激光波长的吸收程度远低于炭黑对激光波长的吸收程度，例如TiO2是表面吸收剂并因此不允许激光辐射的高穿透深度。除了上述对成品外观以及焊接工艺步骤的要求外，焊接强度也是塑料高分子焊接技术所关注的指标。通常焊接后的高分子的性能相比于树脂本身的性能会发生衰减，尤其是在添加了一定长径比的填料(如玻纤、硅灰石等)之后，焊接材料的焊接强度相较未焊接材料本身的性能有明显的衰减，主要存在于焊接强度的应力集中、缺陷及性能衰减波动等方面，这些大大降低了最终焊接产品的使用寿命。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，该复合材料具有较长的使用寿命，且为浅色或无色体系的应用提供了选择。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供了一种可激光焊接的长寿命聚酰胺复合材料，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计的各组分：聚酰胺80-100份，所述聚酰胺为一种或多种二元羧酸和一种或多种二元胺的缩合产物，或聚酰胺为一种或多种氨基羧酸的缩合产物，或聚酰胺为一种或多种环内酰胺的开环聚合产物，优选聚已内酰胺以及聚己二酰己二胺，上述可选用市面上的常规产品。激光吸收成分0.5-10份，优选为0.5-8.0份，更优选为0.5-6.0份，进一步优选为0.5-4.0份。该激光吸收成分为磷酸盐类化合物或激光吸收微粒，其中磷酸盐类化合物为磷酸盐、次磷酸盐、磷酸氢盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐、聚偏磷酸盐、三聚磷酸盐和氢氧化磷酸盐中的一种，优选为磷酸钙、次磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、焦磷酸钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、聚偏磷酸钾、三聚磷酸钾、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三铵、磷酸二氢铵、磷酸铁、焦磷酸铁、磷酸氢镁、磷酸镁、次磷酸锰、焦磷酸铁钠、氢氧化磷酸铜和磷酸铜中的至少一种，优选为氢氧化磷酸铜和磷酸铜中的至少一种。其中激光吸收微粒为粒径不大于900nm的稀土金属元素的硼化物微粒，优选为LaB6、CeB6、GdB6和YB6中的一种，此外为了提高激光吸收微粒在吸收激光部分中的分散性，可以选择制作激光吸收微粒的分散液，提前加入分散剂包覆在激光吸收微粒表表面进行预分散，该分散剂为含有亲水性官能团的高分子分散剂，优选为聚酰胺类分散剂、聚酯类分散剂、丙烯酸类分散剂和聚氨酯类分散剂中的至少一种，上述高分子分散剂中含有的亲水性官能团为激光吸收微粒与聚酰胺树脂提供了亲和性，可以使用任何可行的分散手段将激光吸收微粒与分散剂和溶剂一起均匀分散于激光吸收部分，例如可以使用珠磨机、球磨机、砂磨机、超声分散等方法，具体如可以使用小分子量聚酰胺与激光吸收微粒在有机溶剂下共混，通过真空干燥除去有机溶剂并通过高温烘烤形成外观疏松的固体粉末。卤化铜金属化合物0.05-2.0份，该卤化铜金属化合物中的卤离子为氯离子、溴离子和碘离子中的至少一种，且所述铜离子为Cu+和Cu2+中的至少一种。卤化金属盐化合物0.1-10份，该卤化金属盐化合物中的金属元素为碱金属元素和碱土金属元素中的至少一种，优选为氯化锂、氯化钙、碘化钾和溴化钾中的至少一种；卤化金属盐化合物的加入有利于改善聚酰胺复合材料的结晶结构，更有利于提高激光焊接的强度，尤其是当其作用于透射激光部分时更加明显。玻璃纤维5-80份。所述透射激光部分包括下述按重量份计的各组分：聚酰胺80-100份，所述聚酰胺为一种或多种二元羧酸和一种或多种二元胺的缩合产物，或聚酰胺为一种或多种氨基羧酸的缩合产物，或聚酰胺为一种或多种环内酰胺的开环聚合产物，优选聚已内酰胺以及聚己二酰己二胺，上述可选用市面上的常规产品。激光散射剂0.01-5.0份，该激光散射剂为粒径为30-400nm的经表面改性的包含二氧化钛的白色矿物填料，该经表面改性的包含二氧化钛的白色矿物填料为经有机物表面处理的二氧化钛或经水合无机物表面处理的二氧化钛，该有机物或水合无机物的用量占所述经表面改性的包含二氧化钛的白色矿物填料重量的1-5％。所述有机物表面处理的二氧化钛是通过先将有机偶联剂由化学键合作用包覆在二氧化钛表面后，再将有机表面改性剂通过化学作用力与有机偶联剂作用连接包覆形成的。其中有机偶联剂为有机硅氧烷类化合物和钛酸酯类化合物，所述有机表面改性剂为C1-8烯烃类不饱和单体、高级脂肪族金属盐和酰胺类化合物，C1-8烯烃类不饱和单体为C1-8烷基丙烯酸酯中的一种，高级脂肪族金属盐为硬脂酸铝、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、月桂酸铝、月桂酸钙、月桂酸镁和月桂酸锌中的一种。一般为利用有机偶联剂的官能团与二氧化钛颗粒表面的官能团(一般为羟基)发生键合，经有机偶联剂预处理后的二氧化钛在催化剂(或引发剂)作用下生成多个反应活性中心，进一步与有机表面改性剂参与下发生反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，包括吸收激光部分和透射激光部分，其特征在于：所述吸收激光部分包括下述按重量份计的各组分：聚酰胺80‑100份、激光吸收成分0.5‑10份、卤化铜金属化合物0.05‑2.0份、卤化金属盐化合物0.1‑10份和玻璃纤维5‑80份；所述透射激光部分包括下述按重量份计的各组分：聚酰胺80‑100份、激光散射剂0.01‑5.0份、卤化铜金属化合物0.05‑2.0份、卤化金属盐化合物0.1‑10份和玻璃纤维5‑80份；其中所述激光吸收成分为磷酸盐类化合物或激光吸收微粒，其中磷酸盐类化合物为磷酸盐、次磷酸盐、磷酸氢盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐、聚偏磷酸盐、三聚磷酸盐和氢氧化磷酸盐中的一种；所述激光吸收微粒为粒径不大于900nm的稀土金属元素的硼化物微粒，且该激光吸收微粒的表面包覆有含有亲水性官能团的高分子分散剂；所述卤化铜金属化合物中的卤离子为氯离子、溴离子和碘离子中的至少一种，且所述铜离子为Cu

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，包括吸收激光部分和透射激光部分，其特征在于：所述吸收激光部分包括下述按重量份计的各组分：聚酰胺80-100份、激光吸收成分0.5-10份、卤化铜金属化合物0.05-2.0份、卤化金属盐化合物0.1-10份和玻璃纤维5-80份；所述透射激光部分包括下述按重量份计的各组分：聚酰胺80-100份、激光散射剂0.01-5.0份、卤化铜金属化合物0.05-2.0份、卤化金属盐化合物0.1-10份和玻璃纤维5-80份；其中所述激光吸收成分为磷酸盐类化合物或激光吸收微粒，其中磷酸盐类化合物为磷酸盐、次磷酸盐、磷酸氢盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐、聚偏磷酸盐、三聚磷酸盐和氢氧化磷酸盐中的一种；所述激光吸收微粒为粒径不大于900nm的稀土金属元素的硼化物微粒，且该激光吸收微粒的表面包覆有含有亲水性官能团的高分子分散剂；所述卤化铜金属化合物中的卤离子为氯离子、溴离子和碘离子中的至少一种，且所述铜离子为Cu+和Cu2+中的至少一种；所述卤化金属盐化合物中的金属元素为碱金属元素和碱土金属元素中的至少一种；所述激光散射剂为粒径为30-400nm的经表面改性的包含二氧化钛的白色矿物填料；所述玻璃纤维由20-100％扁平玻璃纤维和0-80％的普通玻璃纤维组成，所述扁平玻璃纤维沿该玻璃纤维径向垂直的横截面的长轴直径和与之垂直的短轴直径的比值不小于2，且玻璃纤维横截面短轴直径的长度不小于3μm，该扁平玻璃纤维以短切纤维束形式存在，且长度为2-50mm；所述普通玻璃纤维的直径为5-20μm，且该普通玻璃纤维的长度为0.05-30mm。2.根据权利要求1所述的激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，其特征在于：所述磷酸盐类化合物为磷酸钙、次磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、焦磷酸钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、聚偏磷酸钾、三聚磷酸钾、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三铵、磷酸二氢铵、磷酸铁、焦磷酸铁、磷酸氢镁、磷酸镁、次磷酸锰、焦磷酸铁钠、氢氧化磷酸铜和磷酸铜中的至少一种。3.根据权利要求2所述的激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，其特征在于：所述磷酸盐类化合物为氢氧化磷酸铜和磷酸铜中的至少一种，且该磷酸盐类化合物在所述吸收激光部分中的用量为0.5-4.0份。4.根据权利要求1所述的激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，其特征在于：所述稀土金属元素的硼化物微粒为LaB6、CeB6、GdB...

【专利技术属性】
技术研发人员：林洁龙，丁正亚，杨波，李志路，陈春华，杨军，孙刚，夏建盟，李雅雅，
申请(专利权)人：江苏金发科技新材料有限公司，上海金发科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32