专利名称：异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法
技术领域：
本发明涉及塑料零部件或制件之间的组装连接技术，更为具体地说，是涉及极性 异相热塑性塑料零部件或制件之间的焊接加工技术。
背景技术：
近年来随着塑料在汽车、家电等行业上的大量应用，塑料零部件或制件之间的组 装、连接等问题越来越受到工业界和学术界的关注。目前在汽车、家电等行业中，许多塑料 零部件或制件在成型以后需要通过二次加工进行组装连接。连接方式主要的原理是通过外 部加热、力学作用(摩擦、振动、超声波等)、电磁场作用(感应、高频、红外、激光等)在连接 界面产生一定的热量，使其界面处熔化后再进行焊接连接。以上的办法虽然能对热塑性的 塑料零部件、制件进行有效的组装和连接，但作为一个单独的工序，增加了生产过程中的成 本。注射成型是热塑性塑料最主要的成型加工方法，如果能设计一种在注射成型过程 中实现塑料零部件或制件间的有效连接的技术方案，那么就可以省去对零部件进行二次加 工的程序，从而具有生产周期短、工艺简单、生产成本低的优点。目前此技术在日本汽车功 能性零部件(如发动机进气歧管)等方面已经有所应用，但连接界面基本为极性同相的聚 合物材料，对于极性相反材料注射成型的塑料零部件或制件间还不能实现在注射成型过程 中连接。极性相反聚合物注射成型的塑料零部件或制件，由于存在热动力学的不相容性，异 相材料界面的连接往往需要在其一相材料中加入功能化聚合物，利用聚合物官能团之间的 原位反应，在界面处形成共价键，提高界面的粘结强度。本申请的发明人在将功能化聚合物 加入到极性或非极性一相聚合物材料中以提高两相材料界面粘结强度的探索研究中发现， 存在如下的问题(1)为了达到有效的界面粘结强度，需要加入大量的功能化聚合物；(2) 由于注射过程的梯度冷却作用，加入的功能化聚合物大部分不能参与到界面的反应性增强 过程中，造成功能化聚合物的浪费；(3)在其中一相中加入大量的功能化聚合物会改变此 相材料的一些性能(如流变、力学性能等)。
发明内容
针对热塑性塑料零部件(或制件)间的连接技术现状，以及发明人在探索提高极 性异相聚合物材料界面粘结强度的研究中发现的问题，本发明旨在提供一种极性异相的热 塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，使极性异相热塑性塑料零部件间实现焊接，达到提 高界面粘接强度，简化工序，降低生产成本的目的。本发明的基本思想是，在极性异相的热塑性塑料零部件之间的焊接界面引入聚合 物焊层，利用后注射成型的热塑性塑料零部件在注射成型过程中的高温热量使焊接界面上 的焊层聚合物和对应焊接面熔融，通过聚合物分子链间的物理和化学作用达到有效增强界 面连接强度，实现材料极性异相的热塑性塑料零部件间的焊接连接。本发明公开的极性异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法在先注射成型的热塑性塑料零部件的焊接界面上覆设聚合物焊层，再将该热塑性塑料部件的焊接面端置入 后注射成型热塑性塑料零部件的模具型腔，之后在模具型腔内注入与先注射成型的热塑性 塑料零部件材料极性相反的聚合物熔体，利用注射成型过程中的高温熔体的热量，使聚合 物焊层和对应焊接面的表层熔融，利用界面间的物理和化学作用将极性异相的热塑性塑料 零部件焊接成一体。在上述的技术方案中，相互焊接材料极性相异的两热塑性塑料零部件，其中先注 射成型的热塑性塑料零部件，可采用成批注射加工，也可采用双筒注射机在焊接现场单件 注射成型加工，加工好后紧跟着进行焊接。对于后一种情况，先注射成型的热塑性塑料零部 件需待冷却定型后，才能将其置入后注射成型热塑性塑料零部件的模具型腔。在上述技术方案中可在同一台注射机、同一个模具模腔中进行，也可在两台注射 机不同模具模腔中完成，对于前一种情况，需要在模具模腔中加入镶块，在完成先注射成型 部件加工后，取下镶块，再注入与先注射成型的热塑性塑料零部件材料极性相反的聚合物 熔体。也就是说后成型的模腔由先成型部件和后成型部件形状组合而成，后成型模腔中必 须包含有先成型部件的模腔一样的构造结构。在上述的技术方案中，相互焊接的热塑性塑料零部件，其中有的零部件材料为非 极性聚合物，包括聚乙烯、聚丙烯的均聚物或共聚物、乙烯_ a -辛烯的共聚物和聚苯乙烯， 以及它们的共混物等；有的零部件材料为极性聚合物，包括聚酰胺类、聚酯类、聚碳酸酯类 和聚酰亚胺类的聚合物，以及它们的共混物等；作为焊层的聚合物，可以是含有极性基团的 聚合物，也可以是含有极性基团的聚合物与非极性聚合物的混合物。含有极性基团的聚合 物，一般选用接枝率在0. 01-20. Owt-%范围的聚合物，优先选用接枝率在0. 5-10. Owt-% 范围的聚合物。含极性基团聚合物可由马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸羧乙酸、甲基丙烯酸 缩水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种与聚烯烃改性得到的具有极性基团的改性聚合物。在上述的技术方案中，如果焊层是由含极性基团的聚合物与非极性聚合物混合构 成，焊层中含极性基团的聚合物的重量含量不应低于5%，即焊层中必须有含极性基团的聚 合物，且可全部使用含极性基团的聚合物，而不使用非极性聚合物。在极性异相的热塑性塑 料零部件之间的焊接界面引入的聚合物焊层，最好是采用聚合物薄膜的形式，将焊层聚合 物吹制成一定厚度聚合物薄膜，覆设在先注射成型的热塑性塑料零部件的焊接界面上。作 为焊层的聚合物薄膜，其厚度一般控制在0. 1 u m-50 u m的范围。本发明通过在极性异相的热塑性塑料零部件之间的焊接界面引入聚合物焊层，利 用在后注射成型的热塑性塑料零部件在其注射成型过程中的高温熔体的热量，使连接焊层 和对应焊接面的表层发生熔融，分子链间产生相互扩散，当聚合物分子链上的可反应官能 团相遇，发生化学反应，在聚合物界面处形成带有共价键的共聚物充当连接“桥梁”，在随后 成型冷却过程中，由化学反应形成“桥梁”的两端分别在各自的界面结晶固定下来，从而实 现异相界面的焊接。本发明的技术方案充分利用了聚合物成型过程中的物理化学作用，实 现极性异相热塑性塑料零部件间的界面焊接，应用广泛，工艺简单，尤其适合大面积、多部 件、整体一次性焊接，得到的焊接界面强度高，并且可以通过工艺条件调节控制焊接质量。 应用本发明的方法可实现汽车零部件，如保险杆、仪表板等高分子材料制品的组装和修补， 与直接加入功能化聚合物相比，大大降低了生产成本，提高了产品质量和生产效率。
附图1是极性异相的两热塑性塑料零部件之间的焊接示意图。附图2是极性异相热塑性塑料零部件之间的焊接界面强度测试示意图。在上述附图中各图示标号表识的对象分别是1_先注射成型的热塑性塑料零部 件；2-后注射成型的热塑性塑料零部件；3-聚合物焊层。
具体实施例方式下面以列表的形式给出本发明的实施例。有必要在此指出的是，以下实施例只用 于对本发明进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以 根据本发明的发明思想对本发明作出一些非本质的改进和调整后进行具体实施。具体实施举例 在上述各实施例中，材料极性异相的热塑性塑料部件1和部件2相互焊接的过程 是，首先通过注射成型得到部件1和通过吹膜法制备作为连接焊层的聚合物薄膜，在部件1 的连接界面处上覆设一层聚合物薄膜，最后将覆设有连接薄膜的部件1放入含部件1和部 件2的成品模具型腔，，注射形成部件2的聚合物熔体，冷却定型后就可得到由部件1和部 件2组成的成品。焊接界面的强度测试采用lap-ioint剪切法，如附图2所示。
权利要求
一种异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是首先在先注射成型的热塑性塑料零部件(1)的焊接界面上覆设聚合物焊层(3)，再将该热塑性塑料部件(1)的焊接面端置入在后注射成型的热塑性塑料零部件(2)的模具型腔，之后在模具型腔内注入与先注射成型的热塑性塑料零部件(1)材料极性相反的聚合物熔体，利用注射成型过程中高温熔体的热量，使聚合物焊层和对应焊接面的表层熔融，将极性异相的热塑性塑料零部件焊接成一体。
2.根据权利1要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是所 述非极性聚合物包括聚乙烯、聚丙烯的均聚物或共聚物、乙烯_ a _辛烯的共聚物和聚苯乙 烯，以及它们的共混物。
3.根据权利1要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是所 述极性聚合物包括聚酰胺类、聚酯类、聚碳酸酯类和聚酰亚胺类的聚合物，以及它们的共混 物。
4.根据权利1或2或3要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特 征是作为焊层的聚合物为含极性基团的聚合物，或含极性基团的聚合物与非极性聚合物的 混合物。
5.根据权利4要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是含极 性基团的聚合物为接枝率0. 01-20. Owt-%的聚合物。
6.根据权利5要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是含极 性基团的聚合物为接枝率0. 5-10. Owt-%的聚合物。
7.根据权利4要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是含极 性基团聚合物为由马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸羧乙酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙 烯酸甲酯中的一种与聚烯烃改性后得到的具有极性基团的改性聚合物。
8.根据权利4要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是在由 含极性基团的聚合物与非极性聚合物混合构成的焊层聚合物中，含极性基团的聚合物其重 量含量不低于5%。
9.根据权利4要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是所述 聚合物焊层为聚合物薄膜。
10.根据权利9要求所述的异相热塑性塑料零部件界面反应性焊接方法，其特征是所 述聚合物焊层为厚度0. 1 u m-50 u m的聚合物薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种极性异相热塑性塑料零部件界面的焊接方法。首先在先注射成型的热塑性塑料零部件焊接界面上覆设聚合物焊层，再将该热塑性塑料部件的焊接面端置入后注射成型的热塑性塑料零部件的模具型腔，之后在模具型腔内注入与先注射成型的热塑性塑料零部件材料极性相反的聚合物熔体，利用注射成型过程中高温熔体的热量，使聚合物焊层和对应焊接面的表层熔融，冷却定型后将极性异相的热塑性塑料零部件焊接成一体。本发明的方法可在热塑性塑料零部件注射成型的过程中实现零部件间的焊接，大大节约了生产时间和成本，操作方便，适合大面积、多部件、整体一次性焊接。可用于大型聚合物零件组装生产，高分子材料的修补、焊接等领域。
文档编号B29C65/42GK101863125SQ20101016163
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者吴宏, 蒋根杰, 郭少云, 阎博文 申请人:四川大学