一种能透射激光束的树脂组合物及透光性黑色塑料制品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光焊接专用塑料技术领域，具体涉及一种能透射激光束的树脂组合 物及透光性黑色塑料制品。
【背景技术】
[0002] 塑料作为一种工程材料，使用不断增加，因为其良好的强度，成本低、加工成型技 术简单、成品重量轻、物理特性优良、能提供各种工程性能，其应用于工业制造和日常使用 非常广泛。塑料作为价格昂贵的钢铁、铝、镁等金属和其他一些非金属材料在工程上的替代 品。
[0003] 塑料由于注塑工艺等因素的限制，在相当一部分形状和结构复杂的塑料制品不能 一次注塑成型，往往需要多个部件粘接而成。因此，在塑料制品的加工过程中人们渴望一 种更加快速、有效、干净的塑料加工方式。
[0004] 近年来，已经开发了工业领域的塑料零件的各种连接方法，主要有振动摩擦焊接、 热板式塑料焊接及超声波焊接等焊接技术，这些现有方法存在着某些限制。热板焊接方法 将塑料件容易和加热源粘接在一起且会造成空气污染；热影响区大，表面会有变形等影响 外观。而且焊接制品的热应力很大，导致内部组件的老化速度很快或开裂现象。大大缩短 了产品的使用寿命。摩擦焊接将会对焊接部件施加较大的机械力，会降低焊接强度，焊接产 品质量不稳定等缺陷。超声波焊接工件的缺陷不仅发生于结合面，而且也经常发生在焊接 件表面，其中表面热破坏是较常见的一种，表面热破坏对材料的破坏最终也影响到制品的 强度、表观质量及使用寿命，另外超声波焊接受到被粘合在一起的物体形状和尺寸的限制。 在电子元件的装配方面，超声波焊接会损坏一些电子元件。
[0005] 因此，激光焊接作为一种能较好克服这些缺点的新方法正日益受到重视。激光以 其相干性好、能量密度高、准直性好等优异特性，可以焊接形状特殊的工件其受热敏感的材 料等诸多优点。
[0006] 塑料激光焊接技术是一种方兴未艾的非接触焊接技术。同其它焊接方法相比，它 具有非接触、不透气、不漏水、焊接速度快、精度高、焊缝强度高、无飞边、无残渣、无振动、无 废气物、无污染、没有噪音、热应力最小、灵活性好、适应性好、自动化精密数控成本相对较 低等诸多优点。塑料的激光焊接技术主要用于普通焊接技术难以适应的塑料制品（如高密 度线路板)、形状复杂的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品（如医药设备、电子传感器 等）等。
[0007] 塑料激光焊接的基本原理为：将两种塑料在低压力下被夹紧在一起，近红外线激 光NIR (波长810-1064nm)穿过一个制品(近红外线激光透射)然后被另外一个制品吸收(近 红外线激光吸收)。吸收激光能量的制品将光能转化为热能，在塑料的接触面熔化，同时热 也传导到透射近红外线激光的制品的表面，形成熔化区。在夹紧力的作用下，两零件的熔化 区紧密接触。在材料热膨胀产生的内力和夹紧外力的共同作用下，熔化区域产生分子间混 合，在快冷过程中形成焊缝。
[0008] 激光对热塑材料的焊接主要是采用激光透射焊接的方法。此方法对被焊接的两种 材料性质有一定的要求，为了实现激光焊接，待焊两塑料零件在特定波长下的光学吸收性 能不应相同。上部零件应尽可能透射激光，底部零件应具有高的吸收率，在激光焊接过程 中，吸收性的零件升温并且局部熔化，通过热传导将能量传递到透光的零件。在外部的压力 下两个零件结合在一起。两零件的反射率应保持最小，因为随着反射量的增加，需要更多的 能量产生焊接所需的热量。同样的道理，上部零件的吸收率应最小。上部零件吸收率过大 的话，还可能在底部零件开始软化之前就发生降解。为了防止热分解，透射激光材料比吸收 激光材料熔点低是有利的。
[0009] 激光焊接的应用还存在一定局限性，在激光透射焊接中，一直使用非着色的塑料 作为透射塑料材料。此种材料的使用限制了材料在汽车工业和电气/电子工业中要求各种 颜色的制品方面的应用。尤其重要的是，这些领域中使用的黑色材料目前尚未满意地普遍 采用传统激光焊接操作。
[0010] 影响塑料激光焊接性的一个主要因素是塑料对激光的透射率。材料种类、壁厚、 填充物含量和染料影响透射程度。研究表明，聚合物对近红外线激光的透射率至少达到 20-50%，采用激光焊接技术才能获得优良的焊接效果。由于黑色塑料在可见光和激光波长 处的透过率近似为零，且吸收高。例如黑色塑料在激光波长处的吸收率达到90%~95%(黑 色塑料对近红外线激光的透射率极低5%~10%，则激光无法穿透)，这种情况下即不能采用 激光焊接。所以在塑料激光焊接工艺上，将两个黑色塑料焊接在一起较困难，因为激光能量 在到达焊接界面之前就已经被吸收。另外，有人建议，黑色颜料可以经过稀释并用于透射塑 料的部分中或甚至采用较薄形状的材料来提高透射率。然而，此种做法不能保证制成零件 的满意外观且零件设计的灵活性大受限制。
[0011] 另一方面，塑料对近红外线激光的吸收率也是影响激光焊接效果的重要因素。吸 收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺，塑料激光焊接的本质是将热作用区的 待焊接塑料融化，随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的 激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好，但一般在不添加吸收剂的 情况下，塑料对光波的吸收性不是很好，吸收效率很低，融化效率不理想。为了实现良好焊 接，需要在底部塑料中添加吸收剂以增强吸收效果。从而大大提高塑料的热吸收效果，使得 热作用区的材料融化更快、效果更好。
[0012] 针对黑色塑料激光焊接的上述技术难题，有必要研发一种能透射激光束的树脂组 合物及透光性黑色塑料制品。
【发明内容】
[0013] 为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种能透射激光 束的树脂组合物，该树脂组合物能应用于激光焊接并表现出更好的可模塑性、在热塑性树 脂中的溶解性、耐化学品性、耐渗色与起霜性以及对激光束波长的透明性。
[0014] 本发明的另一目的在于提供一种能透射激光束的透光性黑色塑料制品，该透光性 黑色塑料制品在可见光区域（400-700nm)具有较大的光学吸收系数，同时，在近红外区域 (波长800-1200nm)具有较大透光系数；且耐热性和力学性能优异。
[0015] 本发明的另一目的在于提供一种能透射激光束的透光性黑色塑料制品的制备方 法，该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0016] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种能透射激光束的树脂组合物，所述树 脂组合物包括如下重量份的原料： 热塑性树脂 100份 透光性黑着色剂 0. 01-15份； 所述热塑性树脂是由聚氨酯和聚酯以重量比1:1. 2-1. 8组成的混合物； 所述透光性黑着色剂是由蒽醌染料和紫环酮染料组成的混合物。
[0017] 本发明通过采用聚氨酯和聚酯作为热塑性树脂复配使用，并控制其重量比为 1:1. 2-1. 8,具有受热软化、冷却硬化的性能，加工成型简便，具有较高的机械物理性能；而 且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。
[0018] 本发明通过采用蒽醌染料和紫环酮染料作为透光性黑着色剂复配使用，制得的透 光性黑色塑料制品在可见光区域（400-700nm)具有较大的光学吸收系数，同时，在近红外区 域(波长800-1200nm)具有较大透光系数。
[0019] 优选的，所述聚氨酯是由聚己内酰胺和聚己二酰己二胺以重量比2-3:1组成的混 合物。
[0020] 本发明通过采用聚己内酰胺和聚己二酰己二胺作为聚氨酯复配使用，并控制其重 量比为2-3:1，具有受热软化、冷却硬化的性能，加工成型简便，具有耐磨、耐温、密封、隔音、 加工性能好、可降解等优异性能。
[0021] 优选的，所述聚酯是由聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯以重量比 1:0. 5-1. 5组成的混合物。
[0022] 本发明通过采用聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯作为聚酯复配 使用，并控制其重量比为1:0. 5-1. 5,具有良好的成纤性、力学性能、耐磨性、抗蠕变性、低吸 水性以及电绝缘性能；且低温结晶速度快、成型性能好。
[0023] 优选的，所述透光性黑着色剂是由蒽醌染料的蓝染料、紫染料或绿染料与紫环酮 染料的红染料、橙染料和蒽醌染料的黄染料或紫环酮染料的黄染料以重量比6:2:1组成的 混合物。即所述透光性黑着色剂是由蒽醌染料的蓝染料、紫染料或绿染料三种中的任意一 种与紫环酮染料的红染料、橙染料两种中的任意一种和蒽醌染料的黄染料或紫环酮染料的 黄染料两种中的任意一种以重量比6:2:1组成的混合物。
[0024] 本发明通过采用蒽醌染料的蓝染料、紫染料或绿染料与紫环酮染料的红染料、橙 染料和蒽醌染料的黄染料或紫环酮染料的