CN107163571A - 激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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领域。
背景技术
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。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明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。
本发明的技术方案是：
本发明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，如在引发剂作用下与C1-8烯烃类不饱和单体发生聚合反应，上述引发剂可选用作用于不饱和单体的引发剂；或在催化剂作用下通过其他化学作用力与高级脂肪族金属盐或酰胺类化合物发生作用，来提高二氧化钛在聚合物复合材料中的可润湿性，所述其他化学作用力为化学键结合力、氢键、范德华力等。经上述有机物表面处理的二氧化钛的分散性和稳定性能在聚合物中大大提高。有机物进行表面处理二氧化钛并不局限于上述方法，对于通过行业内所熟知工艺得到的二氧化钛颗粒具有以上类似结构或用途都可以采用。
所述水合无机物表面处理的二氧化钛是通过使用研磨法、共沉淀法或共氧化法将水合无机物包覆于二氧化钛表面所形成的，所述水合无机物为水合硅酸钠、水合铝化物、水合锆化物和水合锌化物中的一种，上述水合无机物优选为五水合硅酸钠、九水合硅酸钠、十八水合硫酸铝、十六水合硫酸铝、十二水合硫酸铝铵、十二水合硫酸铝钾和六水合氯化铝中的一种。优选采用研磨法将水合无机物包覆于二氧化钛表面，具体为将含有结晶水的水合无机物进行研磨使结晶水发生分离形成固液反应微池，并形成溶胶包覆于二氧化钛表面，进一步研磨形成氧化物包覆于二氧化钛表面上。以水合硅酸钠为例，通过研磨形成硅酸钠固液微池，进一步研磨形成硅酸溶胶包覆于二氧化钛表面，硅酸溶胶进一步凝胶化形成凝胶，再进一步形成二氧化硅覆盖于二氧化钛表面。此外限定了激光散射剂的粒径，其平均粒径大于限定范围时会导致二氧化钛本身对激光的吸收或反射程度加剧，不能使激光透过，尤其不适于应用在透射激光部分，易导致激光焊接不牢固。
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。
上述吸收激光部分和透射激光部分所含有的玻璃纤维均由20-100％扁平玻璃纤维和0-80％的普通玻璃纤维组成，优选为所述玻璃纤维由20-80％扁平玻璃纤维和20-80％普通玻璃纤维组成，或优选为所述玻璃纤维全部由扁平玻璃纤维组成。相比普通玻璃纤维而言，所述扁平玻璃纤维具有非圆形横截面，横截面一般为椭圆形，该扁平玻璃纤维沿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比值不小于2，该比值优选为2-5，更优选为3-4；此外所述扁平玻璃纤维横截面短轴直径的长度不小于3μm，优选为3-20μm；而横截面长轴直径的长度为6-40μm，而上述扁平玻璃纤维以短切纤维束的形式存在，其长度为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。与普通的玻璃纤维相比较，扁平玻璃纤维的加入极大程度提高了该用于激光焊接的复合材料的机械性能和焊接制件的外观，尤其是玻璃纤维沿着流动性取向之后，与流动方向垂直的方向，扁平玻纤具有明显增强的机械性能。
此外，上述吸收激光部分和透射激光部分还分别包括其他助剂，该其他助剂为冲击改进剂、增塑剂、紫外光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、成核剂、流动增强剂、润滑剂和着色剂中的至少一种。
本发明的有益技术效果是：本申请所述激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料的激光透过部分和吸收激光部分，具有白色、浅色彩色或透明的特点，但并不限定本发明所提供的聚酰胺复合材料应用于深色或黑色配色产品，解决了传统激光焊接通过添加炭黑、苯胺黑作为激光吸收剂的同时还能够吸收可见光的不足，即解决了无需通过添加无机颜料如炭黑和或有机颜料如苯胺黑来呈现激光吸收性。其中激光透过部分采用了特定粒径的经表面改性的经表面改性的包含二氧化钛的白色矿物填料，可以有效控制半结晶聚酰胺的晶核尺寸，调整树脂与填料的折射率比例，同样填料尺寸大小会影响激光或可见光的吸收、反射、散射和透过，该特定尺寸极大程度保证了以上光源的透过，确保激光光能到达焊接处转化为热能，与吸收激光部分熔合；而吸收激光部分含有的激光吸收成分极大程度的促进了光能的吸收，在激光入射到激光吸收成分上时，该波长范围的激光激发激光吸收成分的自由电子产生电子共振，从而吸收能量，本申请所述的激光吸收成分同时具有在可见光波长范围内380nm-780nm较小吸收的特点；再者，两部分都含有能促进提升激光焊接强度的卤化金属盐，其针对聚酰胺的结晶速度和结晶温度、结晶度都有目的性地实现了调整，使得本发明所述的聚酰胺复合材料的焊接强度进一步获得提升。此外，本申请制备所得的激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料具有较高的可见光透过率(＞30％)，其吸收激光部分对800-1100nm处有吸收的极大值；其激光透过部分对半导体或YAG或二氧化碳激光源激光同样具有较大的透过率，激光透过部分对激光透过率大于30％；且在相同的测试条件下获得的性能与本体材料的拉伸强度进行对比，性能保持率达到来85％以上，甚至达到90％以上，甚至达到了96％以上。通常作为家电用品、汽车外饰件、外观件、手持电子产品等应用，对制品外观有较为严苛的要求，包括无明显颜色、光泽分散不均、无杂质、麻点、流痕、缩痕，尤其是高含量玻璃纤维增强产品必须具备无明显浮纤表面以及较高的光泽度。经过使用扁平玻璃纤维增强的用于激光焊接的浅色或无色聚酰胺复合材料具有比普通玻璃纤维更加优异的外观。使用扁平玻纤是本发明的材料还具有更高的刚性，尤其是垂直于玻璃纤维流动方向的模量及焊接强度。扁平玻璃纤维的非圆形横截面高低直径比值明显高于普通玻璃纤维的圆形横截面高低直径比值(约为1)，在同样添加量的情况下，使用本发明的可激光焊接的聚酰胺复合材料，不仅在与玻璃纤维流动方向平行或垂直的方向，都具有提升的强度及刚性。使得其模制得到的产品具有更长的使用寿命，包括具有更高的耐疲劳性能。由该复合材料制备所得的制品非常适合通过激光焊接并且具有长期使用寿命，因此它们特别适合用于制作覆盖物、外壳、添加组件和传感器，例如用于汽车、电子产品、电信、信息技术、计算机、家用、运动、医疗、或娱乐领域中。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述具体实施例和对比例中所采用的原材料及相应的型号如下所述：
聚酰胺：聚酰胺6(PA6)选用俄国古比雪夫氮公司的Volgamid24；聚酰胺66(PA66)选用中国神马集团生产的EPR24。
磷酸盐类化合物：氢氧化磷酸铜(CAS No.:10103-48-7)选自广东翁江化学试剂有限公司；磷酸铜(CAS No.:7798-23-4)选自阿法埃莎(中国)化学有限公司；磷酸钠选自上海麦克林生化科技有限公司，规格为无水磷酸钠；磷酸铁选自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司。
激光吸收微粒：六硼化镧(LaB6)、六硼化钆(GdB6)和六硼化钇(YB6)均选自住友金属矿山公司。
卤化铜金属化合物：碘化亚铜选用青岛拓海碘制品有限公司的TH-V；溴化铜选自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
卤化金属盐化合物：溴化钠选自郑州易阳化工产品有限公司，规格为工业级；碘化钾选自上海习致化学有限公司；溴化钾选自国药集团化学试剂有限公司。
激光散射剂：Sb2O3选自湖南益阳闪星锑业有限公司；有机硅氧烷处理TiO2(200nm)选用美国亨斯迈的FRC5；氧化铝处理TiO2(180nm)选用科美基公司的Tronox CR834；金属氧化物表面处理TiO2(250nm)选用日本石原产业的Tipaque R93；金属氧化物表面处理TiO2(50nm)选用日本石原产业的TipaqueTTO-55D；滑石粉选用上海祁聚化工有限公司1250目的滑石粉。
普通玻璃纤维：普通短切玻璃纤维选用重庆国际复合材料有限公司的ECS301CL，直径10μm。
短切扁平玻璃纤维：购自日本Nitto Boseki，牌号为NITTOBO CSG3PA-820，3mm长，横截面长轴直径长度28μm，短轴直径长度7μm。
具体实施例1
吸收激光部分：90份PA66、5份氢氧化磷酸铜、0.05份碘化亚铜、1份溴化钠；
透射激光部分：90份PA66、2份Sb2O3、0.5份二氧化钛FRC5、0.05份碘化亚铜、1份溴化钠。
具体实施例2
吸收激光部分：70份PA66、2份磷酸铜、0.5份溴化铜、2份碘化钾、10份ECS301CL、10份CSG3PA-820；
透射激光部分：70份PA66、1.0份二氧化钛R930、0.5份溴化铜、2份碘化钾、10份ECS301CL、10份CSG3PA-820。
具体实施例3
吸收激光部分：60份PA66、1份磷酸钠、2份碘化亚铜、5份溴化钠、10份ECS301CL、20份CSG3PA-820；
透射激光部分：60份PA66、0.01份二氧化钛CR834、2份碘化亚铜、5份溴化钠、10份ECS301CL、20份CSG3PA-820。
具体实施例4
吸收激光部分：50份PA6、0.5份磷酸铁、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、10份ECS301CL、30份CSG3PA-820；
透射激光部分：50份PA6、2份Sb2O3、0.5份二氧化钛TTO-55D、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、10份ECS301CL、30份CSG3PA-820。
具体实施例5
吸收激光部分：50份PA6、0.5份磷酸铁、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、40份CSG3PA-820；
透射激光部分：50份PA6、2份Sb2O3、0.5份二氧化钛TTO-55D、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、40份CSG3PA-820。
具体实施例6
吸收激光部分：90份PA66、2份LaB6、0.05份碘化亚铜、1份溴化钠；
透射激光部分：90份PA66、2份Sb2O3、0.5份二氧化钛FRC5、0.05份碘化亚铜、1份溴化钠。
具体实施例7
吸收激光部分：70份PA66、2份GdB6、0.5份溴化铜、2份碘化钾、10份ECS301CL、10份CSG3PA-820；
透射激光部分：70份PA66、1.0份二氧化钛R930、0.5份溴化铜、2份碘化钾、10份ECS301CL、10份CSG3PA-820。
具体实施例8
吸收激光部分：60份PA66、1份GdB6、2份碘化亚铜、5份溴化钠、10份ECS301CL、20份CSG3PA-820；
透射激光部分：60份PA66、0.01份二氧化钛CR834、2份碘化亚铜、5份溴化钠、10份ECS301CL、20份CSG3PA-820。
具体实施例9
吸收激光部分：50份PA6、0.5份LaB6、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、10份ECS301CL、30份CSG3PA-820；
透射激光部分：50份PA6、2份Sb2O3、0.5份二氧化钛TTO-55D、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、10份ECS301CL，30份CSG3PA-820。
具体实施例10
吸收激光部分：50份PA6、0.5份LaB6、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、40份CSG3PA-820；
透射激光部分：50份PA6、2份Sb2O3、0.5份二氧化钛TTO-55D、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、40份CSG3PA-820。
对比例1
吸收激光部分：90份PA66、5份氢氧化磷酸铜；
透射激光部分：90份PA66、2份Sb2O3。
对比例2
吸收激光部分：70份PA66、2份磷酸铜、20份ECS301CL；
透射激光部分：70份PA66、20份ECS301CL。
对比例3
吸收激光部分：60份PA66、1份磷酸钠、2份碘化亚铜、5份溴化钠、30份ECS301CL；
透射激光部分：60份PA66、2份碘化亚铜、5份溴化钠、30份ECS301CL。
对比例4
吸收激光部分：50份PA6、0.5份磷酸铁、0.5份碘化亚铜、40份ECS301CL；
透射激光部分：50份PA6、0.5份二氧化钛TTO-55D、2份Sb2O3、0.5份碘化亚铜、40份ECS301CL。
对比例5
吸收激光部分：50份PA6、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、40份ECS301CL；
透射激光部分：50份PA6、0.5份二氧化钛TTO-55D、0.5份碘化亚铜、1份溴化钾、40份ECS301CL。
对比例6
吸收激光部分：70份PA66、2份GdB6、20份ECS301CL；
透射激光部分：70份PA66、20份ECS301CL。
对比例7
吸收激光部分：60份PA66、1份GdB6、2份碘化亚铜、5份溴化钠、30份ECS301CL；
透射激光部分：60份PA66、2份碘化亚铜、5份溴化钠、30份ECS301CL。
对比例8
吸收激光部分：50份PA6、0.5份LaB6、0.5份碘化亚铜、40份ECS301CL；
透射激光部分：50份PA6、0.5份二氧化钛TTO-55D、2份Sb2O3、0.5份碘化亚铜、40份ECS301CL。
上述具体实施例和对比例中的吸收激光部分和透射激光部分的聚酰胺复合材料可以经注塑、挤出、模压、发泡等根据需要由本领域技术人员决定的常用成型方法形成各种塑料制品，该各种塑料制备可以用于激光焊接，该激光焊接的激光辐照时间、辐射功率等焊接条件根据各自的实际应用而定。在下述具体实施例中和对比例中将上述复合材料分别制成板材，所使用的激光波长在150nm～15μm之间，优选808nm～1100nm之间，下述举例中采用由Nd:YAG或各种符合要求波长的二极管激光作为激光光源。
对具体实施例和对比例中配方制备所得样条进行下述各项测试，测试方法如下所述。
焊接样条抗拉强度保持率：将采用上述具体实施例和对比例中配方用量制备所得的吸收激光部分和透射激光部分的板材，放入连续波长激光器中，使用Nd:YAG的激光器以40mm/s的速度进行焊接，将焊接后所得板材根据ISO 527标准裁成哑铃状的拉伸试样，并使焊接面位于样条跨距的中间位置，在23℃下相对湿度为50％以及含水率不高于0.2％的干燥状态下进行抗拉强度测试。然后将吸收激光部分和透射激光部分以质量比为1:1共混后直接根据ISO 527标准模制成型制成测试棒，在与上述相同的条件下进行测试，分别测试至少5根相同构成的测试棒，以它们的抗拉强度均值作为最终测试结果。最后记录经激光焊接形成的焊接样条的抗拉强度与直接注塑形成的注塑样条的抗拉强度的比值，记为焊接样条抗拉强度的保持率，单位为“％”。
疲劳测试：采用疲劳测试仪对将截取的将上述焊接样条和测试棒的拉伸试样进行疲劳测试，测试频率10HZ，应力比R＝0.1，选用80MPa的载荷，测试温度80℃，以断裂时所需的循环次数评价模拟材料在高频率受力或振动的环境下的使用寿命。
激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料的外观评价通过注塑工艺模制350mm×100mm×4mm的方板，使用位于方板长轴方向的一侧的单个浇口进行注塑，根据方板外观浮纤的情况进行评价，并分为5(优)、4(良)、3(中等)、2(差)、1(极差)五个不同等级。
具体实施例与对比例的测试结果参见下表所述。
表1具体实施例与对比例焊接强度及耐疲劳测试结果
从上表可以看出，本发明所述的激光焊接用长寿命扁平纤维改性聚酰胺复合材料，具有较高的可见光透过率(＞30％)，其吸收激光部分对800-1100nm处有吸收的极大值；其激光透过部分对半导体或YAG或二氧化碳激光源激光同样具有较大的透过率；其与无焊接结合面的本体材料强度进行比较，具有较高的强度保持率，其性能保持率基本高达75％以上，大多能够达到85％以上，甚至能够达到98％以上；此外由于焊接强度的提升使得耐疲劳能力也获得大幅提升，本发明使用扁平玻纤获得具有明显改善的外观。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
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、GdB6和YB6中的一种，且所述含有亲水性官能团的高分子分散剂为聚酰胺类分散剂、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。
5.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：所述卤化金属盐化合物为氯化锂、氯化钙、碘化钾和溴化钾中的至少一种。
6.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％。
7.根据权利要求6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，所述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，其中C1-8烯烃类不饱和单体为C1-8烷基丙烯酸酯中的一种，所述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。
8.根据权利要求6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：所述水合无机物表面处理的二氧化钛是通过使用研磨法、共沉淀法或共氧化法将水合无机物包覆于二氧化钛表面所形成的，所述水合无机物为水合硅酸钠、水合铝化物、水合锆化物和水合锌化物中的一种，该水合无机物为五水合硅酸钠、九水合硅酸钠、十八水合硫酸铝、十六水合硫酸铝、十二水合硫酸铝铵、十二水合硫酸铝钾和六水合氯化铝中的一种。
9.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：所述玻璃纤维由20-80％扁平玻璃纤维和20-80％普通玻璃纤维组成，或所述玻璃纤维全部由扁平玻璃纤维组成，其中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为3-4，且玻璃纤维横截面短轴直径的长度为3-20μm，玻璃纤维横截面长轴直径的长度为6-40μm。
10.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：所述吸收激光部分和透射激光部分还分别包括其他助剂，该其他助剂为冲击改进剂、增塑剂、紫外光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、成核剂、流动增强剂、润滑剂和着色剂中的至少一种。
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