熱塑性組合物、制備方法及其制品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及熱塑性組合物，尤其是激光可焊接的熱塑性組合物、制備方法及其制 品。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱塑性組合物用于制造多種產(chǎn)品，包括激光焊接的產(chǎn)品。通過透射焊接的兩個聚 合物部件的激光焊接要求聚合物部件中的一個對于激光基本上是透明的，用于將其透射至 焊接界面，而另一部件吸收大量的激光，從而產(chǎn)生用于在部件的界面處焊接的熱量。施加外 部壓力以確保部件的表面之間的無間斷接觸，并且部件之間的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致吸收部件和透射 部件中的聚合物熔融，從而在界面處提供焊接。
[0003] 近紅外（NIR)波長激光用于焊接。通過透明部件的NIR透射水平應(yīng)當(dāng)使得足夠的 激光密度到達界面以促進有效且快速焊接。另外，通過激光焊接連接兩個部件將是不切實 際的或者受限于慢的掃描速度。期望的是用于組裝部件的循環(huán)時間盡可能短。
[0004] 結(jié)合其在熔融時的優(yōu)異的流動性與其在冷卻時的快速結(jié)晶，聚（對苯二甲酸丁二 酯）（PBT)非常適合用于注射模制成固體制品及其部件。PBT可以用玻璃纖維或礦物填料增 強，并且，由于其優(yōu)異的電阻、表面光潔度、以及韌性，因此其可以用于多種應(yīng)用，特別是在 汽車工業(yè)和電氣工業(yè)中。此外，結(jié)合PBT或類似的部分結(jié)晶的樹脂的產(chǎn)品可以在產(chǎn)品經(jīng)歷 短期高熱暴露的應(yīng)用（特別是電氣部件或汽車部件）中提供耐熱性。例如，激光焊接可以 用于組裝用于機動車輛中的傳感器或其他電氣裝置的殼體。
[0005] 然而，基于部分結(jié)晶的樹脂（如PBT)的焊接材料的潛在問題在于，這類樹脂也可 以使入射輻射部分地分散或散射。因此，可以減小到達連接界面的激光能量的程度，從而降 低待焊接部件之間的粘附性。特別地，對于施加至待焊接制品的給定量的激光能量，焊接強 度的下降可以導(dǎo)致激光焊接組裝循環(huán)時間顯著增加。
[0006] 另一潛在問題在于，已知引入至可焊接組合物以增加耐溫性的填料不利地影響可 焊接組合物的性能。具體地，尤其是當(dāng)焊接的零部件的層厚度大于1. 5mm時，存在的填料 (如玻璃纖維）增加了光散射。
[0007] 在透明的第一（上部）部件中的激光的內(nèi)部散射可以導(dǎo)致溫度升高，尤其是在厚 壁部件中。這可以導(dǎo)致連接區(qū)域的移動和變形，所述移動和變形可以導(dǎo)致焊接不穩(wěn)定或部 件斷裂。因此，在激光透射的部件中具有高耐熱性是有利的。根據(jù)ISO306在120°C/小時 和50牛頓（N)負荷下，廣泛使用維卡軟化溫度以提供熱塑性組合物的耐熱性的精確測量。
[0008] 鑒于以上，將期望的是改善NIR激光通過可焊接的第一部件至可焊接界面的透射 水平，尤其是當(dāng)所述第一部件由包含填充的部分結(jié)晶的樹脂的組合物形成時，從而促進第 一部件連接至吸收而不是透射激光的第二部件。期望的是可焊接的第一部件具有用于焊接 穩(wěn)定性的優(yōu)異的熱性能，并且焊接的第一部件具有用于各種應(yīng)用（尤其是要求耐久性的電 子、汽車、或其他應(yīng)用）的有利的機械性能。對于用于可焊接的透射部件的組合物，還將有 利的是在一定的厚度和加工條件范圍內(nèi)提供一致的激光透明度，以達到一致的焊接強度。
[0009] 為了增加PBT類組合物的激光透明度，已經(jīng)研宄了一種方法是將PBT與無定形組 分（如聚碳酸酯或聚酯碳酸酯）共混。在DE10230722 (美國專利號20070129475)、美國專 利號7396428、美國專利公開號20050165176、以及美國專利公開號2011/0256406中公開了 這類組合物。
[0010] 增加激光透明度的可替代的方法是使用化學(xué)成核劑加速組合物的結(jié)晶速率。這可 以通過成核劑和PBT聚合物的聚合物端基之間的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生增強結(jié)晶速率的離子端 基而發(fā)生。例如，在美國專利公開2011/0288220和美國專利公開2011/0306707中公開了 這類組合物。然而，添加的這類化學(xué)成核劑可以降低結(jié)晶材料的分子量并且導(dǎo)致不穩(wěn)定的 熔融粘度。此外，這類化學(xué)成核劑可以基本上使用于PBT共混物的多種無定形材料如聚碳 酸酯和聚酯碳酸酯降解，導(dǎo)致不穩(wěn)定的熔融粘度和其他不期望的缺陷如張開和噴射（由于 湍流導(dǎo)致的變形）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 考慮到上述和涉及的挑戰(zhàn)，對于激光可焊接的熱塑性材料，尤其是包含玻璃纖維 或提供耐熱性的其他填料的組合物，期望獲得改善的NIR透射。
[0012] 在一個實施方式中，由包括熔融共混下述的組合的方法制備的可焊接的組合物：
[0013] (a)大于10至70重量百分數(shù)的部分結(jié)晶的熱塑性聚酯組分，所述熱塑性聚酯組分 選自聚（對苯二甲酸丁二酯）、聚（對苯二甲酸乙二酯）、聚（對苯二甲酸丁二酯）共聚物、 聚（對苯二甲酸乙二酯）共聚物、以及它們的組合；
[0014] (b) 10至60重量百分數(shù)的無定形聚碳酸醋，所述無定形聚碳酸醋具有大于150ppm 至10,OOOppm的弗里斯重排的單體單元；
[0015] (c) 5至50重量百分數(shù)的填料；以及
[0016] (d)可選地，0.01至10重量百分數(shù)的抗氧化劑、脫模劑、著色劑、穩(wěn)定劑、或它們的 組合，其中，熔融共混組合物具有至少300ppm的聚碳酸酯芳基羥基端基含量；并且其中，當(dāng) 模制成具有2. 0_厚度的制品時，組合物在960納米處提供了大于45%的近紅外透射。
[0017] 在另一實施方式中，可焊接的組合物包含由熔融共混下述的組合的方法制備的產(chǎn) 物：
[0018] (a) 20至60重量百分數(shù)的部分結(jié)晶的聚酯組分，所述聚酯組分選自部分結(jié)晶的聚 (對苯二甲酸丁二酯）、聚（對苯二甲酸乙二酯）、聚（對苯二甲酸丁二酯）共聚物、聚（對 苯二甲酸乙二酯）共聚物、以及它們的組合；
[0019] (b) 20至50重量百分數(shù)的無定形聚碳酸醋，所述無定形聚碳酸醋具有250ppm至 lOOOOppm的弗里斯重排單元；
[0020] (C)10至40重量百分數(shù)的玻璃填料；以及
[0021] (d)可選地，0. 1至5重量百分數(shù)的抗氧化劑、脫模劑、著色劑、穩(wěn)定劑、或它們的組 合，其中，熔融共混組合物具有大于350ppm的聚碳酸酯芳基羥基端基含量；并且其中，當(dāng)模 制成具有2. 0_厚度的制品時，組合物在960納米處提供了大于50%的近紅外透射和至少 120°C的維卡軟化溫度。
[0022] 特別地，具有2. 0mm厚度并且由組合物模制的制品在960納米處具有大于50,具體 地，大于55%的近紅外透射。
[0023] 在另一實施方式中，在本文中公開了包含以上組合物的制品。
[0024] 也公開了用于將待焊接的制品的透射激光的第一部件焊接至吸收激光的第二部 件的方法，其中，第一部件包含如以上描述的組合物并且第二部件包含含有NIR吸收劑的 熱塑性制品，并且其中，將第一部件的至少部分表面以與第二部件的至少部分表面物理接 觸放置，所述方法進一步包括將NIR激光（電磁）輻射施加至第一部件，使得輻射通過第一 部件并且被第二部件吸收，因此產(chǎn)生足夠的熱量以便有效地將制品的第一部件焊接至第二 部件。
[0025] 進一步公開了激光焊接的模制品，所述模制品包括含有焊接至第二吸收激光的 部件的第一透射激光的部件的第一部件，其中，第一部件包括如以上描述的產(chǎn)物以及第一 (上部）部件與第二（下部）部件之間的激光焊接軌隙連接器（laserweldedbond)。
[0026] 通過參考以下附圖和【具體實施方式】，以上描述的及其他特征和優(yōu)點將變得更加顯 而易見。
【附圖說明】
[0027] 圖1示出了具有高弗里斯重排（Friesrearrangement)含量并且存在于根據(jù)本發(fā) 明的組合物的一個實施例中的聚碳酸酯（PC172X)的質(zhì)子核磁共振CHNMR)譜。
【具體實施方式】
[0028] 大多數(shù)無定形聚合物如聚碳酸酯是通過兩種商業(yè)方法之一生