专利名称：聚合物部件的组件的制作方法
聚合物部件的组件本发明涉及包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的部件的组件，两种聚合物组合物均含半结晶聚合物，第一部件和第二部件通过第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间的界面相互紧固。本发明也涉及制造所述组件的方法以及含所述组件的各种产品。包含通过界面相互紧固的含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的聚合物部件的组件可通过各种方法制得，例如通过单独生产两个单独部件之后组合两部件，例如通过两部件的机械紧固或胶合；使用带两个平行注射单元的成型机，由熔体共注塑成型两材料，从而通过材料熔体的熔合形成接头(该方法通常用于夹层模塑中)；或通过使用带两个串联注射单元的成型机利用二次注塑成型方法注塑成型两材料，其中两材料都被注射到能够从一种模具腔体结构重构为另一腔体结构的模具中，从而先在第一模具腔体结构中由第一个材料生产第一部件，然后将第一部件重新定位于第二模具腔体结构中并通过在第二模具腔体结构中包覆模塑第一部件来生产第二部件。在所述后一方法中，通常不得不采用特别措施来在部件间产生足够强大的连接，例如提供具有凸出元件的第一部件以在第一部件和第二部件间产生机械互锁和/或预热第一部件和/或充分加热第二材料的熔体以在注射第二材料时促使第一部件的熔融，导致两材料之间的熔融熔合连接。对含半结晶聚合物的两种聚合物组合物，所述熔合连接的实现非常关键并且需要更极端的加工条件，而机械互锁的产生在模具结构和部件脱模上具有严重问题。所述组件从例如US 5114791中可知，其中公开了二组分注塑成型的制品，所述制品包含在其界面处接合的两种聚合物组分。所述制品用于前大灯的反射器中，以及用作技术装备制品的壳体。在US 5114791中生产的制品为芯-壳结构，其中至少一个部件包含聚亚芳基硫醚。根据US 5114791，制品表现出很小的构件之间分裂的趋势，基本不受快速变化的温度影响且未表现出剥离的迹象。然而，本发明人发现，在已知的组件中聚合物部件之间的界面往往强度不足，特别是当在两部件中的聚合物组合物都包含半结晶聚合物时，所述部件相当容易彼此脱离并且部件间发生粘接失效。对于遭遇高剥离力的应用，甚至对于其中部件不易脱离的组件，也发现其界面能或粘合能仍得改进。在US2001/022303中也提到这个问题，该专利申请描述了用于瓶子的多层层叠中空成型预制品。这些预制品由半结晶聚酯或半结晶聚酰胺等制成。在这样的多层层叠预制品情况下，问题涉及壁层的分离，换而言之剥离。由US2001/002230提供的对该问题的解决方案为，先提供一单层坯(通常为中空成型体)，在其表面(不论在其内和/或外表面)有至少一个突起区域；加热坯的所述表面，以使突起熔化或塑化；施加塑化的或液体的塑料层于坯表面并至少在突起和层的相邻表面之间形成点状或区状焊接位置以生产预制品；以及冷却预制品并固化焊接位置。在一个特别优选的实施方式中，突起具有鳞片状结构。突起的效果是不同层的机械互锁。带有机械互锁突起(其从部件的将用第二材料包覆模塑的表面突出以机械互锁所产生的第二部件)的部件需要复杂模具设计以及具有以相对于部件表面以非法向方向移动的不同滑块的模具。为了制造在其内表面和/或外表面具有至少一个突起区域的中空型体也需要非常复杂的模具和复杂的脱模工艺。此外，US2001/022303的需要中间加热步骤的方法非常复杂。根据US2001/022303，在第一模具中制成坯，并在第二模具中施加塑化的或液体的塑料层到坯的表面。其间，坯的表面例如可通过气体火焰、微波、高频或红外辐射的方式或通过插入坯中的感应线圈加热。所述方法不太适合于工业规模的生产。因此，本发明的目标可以是提供聚合物部件相互紧固的组件，其中所述界面无整体模塑的机械互锁元件且其中聚合物部件间的粘附性至少与已知制品相同。本发明的另一目标也可以是提供聚合物部件相互紧固的组件，其中聚合物部件间的粘附性被改善超过相应的已知制品。本发明提供包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的多个部件的组件，其中第一聚合物组合物包含半结晶聚合物(简称为“第一聚合物”)和任选的一种或多种其他组分，第二聚合物组合物包含半结晶聚合物(简称为“第二聚合物”)和任选的一种或多种其他组分，所述第一部件和所述第二部件通过所述第一聚合物组合物和所述第二聚合物组合物之间的界面相互紧固，其中所述界面无整体模塑的机械互锁元件，并且其中所述第一聚合物组合物的热导率称为TC1，且所述第二聚合物组合物的热导率称为TC2，其中TC2以TC2/TC1为至少1. 5的倍数高于TCl。本文中的聚合物组合物可理解为含聚合物和一种或多种另外组分(例如辅助添加剂、增强纤维和/或填料)的组合物。“整体模塑的机械互锁元件”在本文中可理解为在模塑部件上的突起、底切、孔和任何其他元件，其所具有的形状使得当与所述部件整体模塑时，不能在带形成空腔的两个半模的模具中模塑，且不能在不破坏部件或机械互锁元件情况下通过取走其中一个半模简单地打开两个半模来脱模，但需要其中通过多个模具元件形成空腔的模具并且脱模需要移开几个模具元件。业已发现在根据本发明的方法制成的本发明的所述组件中，第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间的界面的强度至少与相应的不含导热组合物或只含相对较低热导率的组合物的已知制品的界面粘结强度相同，其中第二聚合物组合物被注塑于第一部件上以在第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间产生界面，两个聚合物组合物均包含半结晶聚合物，且第二聚合物组合物的热导率较高，为至少1. 5倍。根据本发明，在部件组件中的第一部件和第二部件通过在第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间的界面相互紧固。本文中的紧固可理解为所述界面具有足够的界面粘结能以适当固定部件，而不需要另外的紧固手段例如胶、螺栓、铆钉、模制于其中的机械互锁元件及其类似物。具体地，业已发现形成本发明的部件的组件的部件的界面粘结能足够高，以防止部件剥离，即使在高剥离力下。更具体地，在大多数情况下界面粘结能如此高而不能测量界面粘结能，因为在剥离测试中，一个部件的内部发生失效，而不是在部件界面处分离。换句话说，组件失效是由于其中一个部件的内聚破坏，而非界面处的粘接破坏，说明界面粘结能高于任一一种或甚至两种聚合物组合物的内聚能。因此，在根据本发明的组件的一个具体实施方式
中，第一部件和第二部件通过界面彼此紧固，所述界面的界面粘结能比第一聚合物组合物的内聚能或第二聚合物组合物或两者的内聚能都闻。值得注意的是，如本文中下面进一步描述的，通过所谓的双悬臂梁(DCB)测试来分别测量界面粘结能以及内聚能。在那些其中一个部件内发生内聚破坏而非部件间粘接破坏的情况下，没有测量所述界面粘结本身，而是隐含地认为所述界面粘结高于表现出内聚破坏的聚合物组合物的内聚能，这引申为没有排除其粘结能也可比另一聚合物组合物的内聚物高的可能性。本发明也涉及制造包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的多个部件的组件的方法，其中第一聚合物组合物包含半结晶聚合物(简称为“第一聚合物”)和任选的一种或多种其他组分，第二聚合物组合物包含半结晶聚合物(简称为“第二聚合物”)和任选的一种或多种其他组分，第一部件和第二部件通过第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间的界面相互紧固。通过多组分注塑成型、优选地通过双组分注塑成型来实施所述方法，其中先注塑成型含第一聚合物组合物的部件，再在第一部件上注塑成型含第二聚合物组合物的第二部件，以在第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间产生界面，并且其中第二聚合物组合物的热导率(TC2)以TC2/TC1为至少1. 5的倍数高于所述第一聚合物组合物的热导率(TCl)。业已发现在通过本发明的方法能得到的部件的组件中界面粘结能比在相应已知制品中常发现的界面粘结能高，所述已知制品基于含半结晶聚合物而不含导热组合物或只含相当和/或低的热导率的组合物的聚合物组合物。双组分注塑成型设备和使用其的方法是本领域已知的。在US 7618577、W002057064、W007113305、W008043540、W008092635 以及 W01998038021 中可找到实例，这些出版物通过引用全文包括于本文中。用于根据本发明的组件以及方法中的聚合物组合物包含两种(半)结晶聚合物。所述(半)结晶聚合物通常具有被称为熔融温度、结晶温度和玻璃化转变温度的物理性质。通过DSC采用第一加热周期、冷却周期和第二加热周期测量本文中提到的物理性质玻璃化温度(Tg)、熔融温度(Tm)和结晶温度(Tcr)，其中在第一加热周期中测量Tg，在冷却周期中测量Tcr，在第二加热周期中测量Tm。对于熔融温度在240°C以下的聚合物，加热周期从(TC到280°C，熔融温度在240°C和310°C间的聚合物从(TC到340°C，并且熔融温度在310或更高的聚合物从0°C到380°C。本文中的术语玻璃化温度(Tg)可理解为如下的温度根据ASTM E 1356-91通过DSC采用加热速度10°C /分钟来测量，并确定为相应于父热曲线的拐点的第一加热周期的父热曲线一阶导数(相对于时间)的峰处的温度。本文中的术语结晶温度(Tcr)可理解为如下的温度根据ASTM D3418-97通过DSC采用冷却速度10°C /分钟来测量、落入熔融范围内并表现出最高的结晶吸热的温度。本文中的术语熔融温度(Tm)可理解为如下的温度根据ASTM D3418-97通过DSC在第二加热周期期间采用加热速度10°C /分钟测量、落入熔融范围内并表现出最高的熔融速率的温度。在根据本发明的方法中，在注塑成型步骤中使用的温度优选地在所述(半)结晶聚合物的熔融温度(Tm)以下实施。聚合物组合物的注射温度优选地在Tm和Tm+70°C之间，其中所述Tm为包含于相应聚合物组合物的聚合物的熔融温度，更优选地所述注射温度在Tm+1 (TC和Tm+50°C之间(即在Tm以上10_50°C )、最优选地在Tm+20°C和Tm+40°C之间(即在 Tm 以上 20-40°C )。在本发明的方法的一个实施方式中，所述方法包括以下步骤(i)以高于第一聚合物的熔融温度(Tml)的注射温度注塑成型第一聚合物组合物(即TC较低的聚合物组合物)，以形成包含其的第一部件；(ii)冷却所述第一部件，从而使第一聚合物组合物达到低于第一聚合物的结晶温度(Tcrl)的表面温度(Tsl);以及(iii)随后，在第一部件上以高于第二聚合物的熔融温度(Tm2)的温度注塑成型所述第二聚合物组合物(即热导率(TC2)较高的聚合物组合物)，以形成第二部件且同时在第二聚合物组合物和第一聚合物组合物之间形成界面。发现对于通过该实施方式的方法得到的本发明的制品，实现了较高的界面粘结倉泛。优选地，允许在上面描述的方法的步骤(ii)中冷却第一部件，从而使第一聚合物组合物达到显著低于其结晶温度Tcrl的表面温度(Tsl)。当在Tcrl-60°C和Tcrl-200°C之间(即Tcrl以下60-200°C )、更优选地在Tcrl-1OOt^P Tcrl_180°C之间(即Tcrl以下IOO-1SO0C )的温度Tsl下冷却第一部件时，在界面粘结能方面得到好的结果。这样的表面温度通过如下获得在模具中模具温度被设为Tsl，并且聚合物组合物在模具中保留短的时间，例如至少15秒或甚至更好至少30秒。当第二聚合物的熔融温度(Tm2)比第一聚合物的熔融温度(Tml)高时，在界面粘结能方面得到较好的结果。优选地，第二聚合物的熔融温度为至少Tml+20°C、更优选Tml+40°C以及还要更优 选Tml+60°C。当在上面描述的方法的步骤(iii)中在第一聚合物组合物上注塑成型第二聚合物组合物期间满足如下根据式I的条件且当至少第一聚合物、更优选第一和第二聚合物均为(半)结晶聚合物时，在界面粘结能方面得到最好的结果
权利要求
1.包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的部件的组件，其中所述第一聚合物组合物包含称为“第一聚合物”的半结晶聚合物和任选的一种或多种其他组分，所述第二聚合物组合物包含称为“第二聚合物”的半结晶聚合物和任选的一种或多种其他组分，所述第一部件和所述第二部件通过所述第一聚合物组合物和所述第二聚合物组合物之间的界面相互紧固，其中所述界面无机械互锁元件，并且其中所述第一聚合物组合物的热导率称为TC1，且所述第二聚合物组合物的热导率称为TC2，其中TC2以TC2/TC1为至少1. 5的倍数高于TCl。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述第一部件和所述第二部分通过界面相互紧固，所述界面的界面粘结能比所述第一聚合物组合物的内聚能高、或比所述第二聚合物组合物的内聚能闻、或比两者都闻。
3.如权利要求1或2所述的组件，其中所述比TC2/TC1为至少3。
4.如前面权利要求1-3中任意一项所述的组件，其中所述第一聚合物组合物的面内热导率为至多1. 25ff/m. K。
5.如前面权利要求1-4中任意一项所述的组件，其中所述第二聚合物组合物的面内热导率为至少3W/m. K。
6.如前面权利要求1-5中任意一项所述的组件，其中所述第一聚合物和/或所述第二聚合物包含半结晶聚酰胺，所述半结晶聚酰胺选自由PA6、PA66、PA46和PA46/4T、及其混合物和共聚物组成的组。
7.如前面权利要求1-6中任意一项所述的组件，其中所述第二聚合物组合物包含导热性填料，所述导热性填料选自由铝、氧化铝、铜、镁、黄铜、碳、氮化硅、氮化铝、氮化硼、石墨、陶瓷纤维以及其混合物组成的组。
8.制造包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的部件的组件的方法，其中第一聚合物组合物包含称为“第一聚合物”的半结晶聚合物和任选的一种或多种其他组分，第二聚合物组合物包含称为第二聚合物的半结晶聚合物和任选的一种或多种其他组分，所述第一部件和所述第二部件利用多组分注塑成型、优选双组分注塑成型通过所述第一聚合物组合物和所述第二聚合物组合物之间的界面相互紧固，其中 -先注塑成型包含所述第一聚合物组合物的所述第一部件，再在所述第一部件上注塑成型包含所述第二聚合物组合物的所述第二部件，以在所述第一聚合物组合物和所述第二聚合物组合物之间产生界面，并且 -所述第二聚合物组合物的热导率(TC2)以TC2/TC1为至少1. 5的倍数高于所述第一聚合物组合物的热导率(TCl)。
9.如权利要求8所述的方法，其包含以下步骤 (i)以高于所述第一聚合物的熔融温度(Tml)的注射温度注塑成型所述第一聚合物组合物，即具有较低热导率(TCl)的聚合物组合物，以形成包含其的所述第一部件； (ii)冷却所述第一部件，从而使所述第一聚合物组合物达到低于所述第一聚合物的结晶温度(Tcrl)的表面温度(Tsl);以及 (iii)随后，在所述第一部件上以高于所述第二聚合物的熔融温度(Tm2)的温度注塑成型所述第二聚合物组合物，即具有较高热导率(TC2)的聚合物组合物，以形成所述第二部件，并且同时在所述第二聚合物组合物和所述第一聚合物组合物之间形成界面。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中所述第一部件和所述第二部件通过界面相互紧固，所述界面的界面粘结能比所述第一聚合物组合物的内聚能高、或比所述第二聚合物组合物的内聚能闻、或比两者都闻。
11.如权利要求8-10中任意一项所述的方法，其中所述TC2/TC1比为至少3，且要么所述第一聚合物组合物的面内热导率至多为1. 25W/m. K，要么所述第二聚合物组合物的面内热导率至少为3W/m. K.
12.如权利要求8-11中任意一项所述的方法，其中所述第一聚合物和/或第二聚合物包含半结晶聚酰胺，所述半结晶聚酰胺选自由PA6、PA66、PA46和PA46/4T以及其混合物和共聚物组成的组。
13.如权利要求8-12中任意一项所述的方法，其中所述第二聚合物组合物包含导热性填料，所述导热性填料选自由铝、氧化铝、铜、镁、黄铜、碳、氮化硅、氮化铝、氮化硼、石墨、陶瓷纤维以及其混合物组成的组。
14.能够通过权利要求8-13中任意一项所述的方法得到的部件的组件，所述部件的组件包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件，其中第二部件包覆模塑于第一部件上，所述第一部件和所述第二部件通过所述第一聚合物组合物和所述第二聚合物组合物之间的界面相互紧固，其中所述第二聚合物组合物的热导率(TC2)以TC2/TC1为至少1. 5的倍数高于第一聚合物组合物的热导率(TCl)。
15.包含如权利要求1-7或14中任意一项所述组件的灯构件，例如灯插座或灯壳体。
全文摘要
本发明涉及包含含第一聚合物组合物的第一部件和含第二聚合物组合物的第二部件的部件的组件，其中两个组合物均含半结晶聚合物以及任选的一种或多种其他组分，第一部件和第二部件通过在第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之间的界面相互紧固，其中所述界面无机械互锁元件且第二聚合物组合物的热导率(TC2)以TC2/TC1为至少1.5的倍数高于第一聚合物组合物的热导率(TC1)。本发明还涉及制造所述组件的方法以及所述组件的各种用途。
文档编号B29C45/16GK103038045SQ201180031341
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年6月25日
发明者汉斯·克拉斯·迪克·范, 约瑟夫·约翰尼斯·弗拉其苏斯·马力·克塞马克斯, 保卢斯·休伯图斯·海伦娜·多尔曼斯 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司