專利名稱：異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及塑料零部件或制件之間的組裝連接技術，更為具體地說，是涉及極性 異相熱塑性塑料零部件或制件之間的焊接加工技術。
背景技術：
近年來隨著塑料在汽車、家電等行業(yè)上的大量應用，塑料零部件或制件之間的組 裝、連接等問題越來越受到工業(yè)界和學術界的關注。目前在汽車、家電等行業(yè)中，許多塑料 零部件或制件在成型以后需要通過二次加工進行組裝連接。連接方式主要的原理是通過外 部加熱、力學作用(摩擦、振動、超聲波等)、電磁場作用(感應、高頻、紅外、激光等)在連接 界面產(chǎn)生一定的熱量，使其界面處熔化后再進行焊接連接。以上的辦法雖然能對熱塑性的 塑料零部件、制件進行有效的組裝和連接，但作為一個單獨的工序，增加了生產(chǎn)過程中的成 本。注射成型是熱塑性塑料最主要的成型加工方法，如果能設計一種在注射成型過程 中實現(xiàn)塑料零部件或制件間的有效連接的技術方案，那么就可以省去對零部件進行二次加 工的程序，從而具有生產(chǎn)周期短、工藝簡單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點。目前此技術在日本汽車功 能性零部件(如發(fā)動機進氣歧管)等方面已經(jīng)有所應用，但連接界面基本為極性同相的聚 合物材料，對于極性相反材料注射成型的塑料零部件或制件間還不能實現(xiàn)在注射成型過程 中連接。極性相反聚合物注射成型的塑料零部件或制件，由于存在熱動力學的不相容性，異 相材料界面的連接往往需要在其一相材料中加入功能化聚合物，利用聚合物官能團之間的 原位反應，在界面處形成共價鍵，提高界面的粘結強度。本申請的發(fā)明人在將功能化聚合物 加入到極性或非極性一相聚合物材料中以提高兩相材料界面粘結強度的探索研究中發(fā)現(xiàn)， 存在如下的問題(1)為了達到有效的界面粘結強度，需要加入大量的功能化聚合物；(2) 由于注射過程的梯度冷卻作用，加入的功能化聚合物大部分不能參與到界面的反應性增強 過程中，造成功能化聚合物的浪費；(3)在其中一相中加入大量的功能化聚合物會改變此 相材料的一些性能(如流變、力學性能等)。

發(fā)明內(nèi)容
針對熱塑性塑料零部件(或制件)間的連接技術現(xiàn)狀，以及發(fā)明人在探索提高極 性異相聚合物材料界面粘結強度的研究中發(fā)現(xiàn)的問題，本發(fā)明旨在提供一種極性異相的熱 塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，使極性異相熱塑性塑料零部件間實現(xiàn)焊接，達到提 高界面粘接強度，簡化工序，降低生產(chǎn)成本的目的。本發(fā)明的基本思想是，在極性異相的熱塑性塑料零部件之間的焊接界面引入聚合 物焊層，利用后注射成型的熱塑性塑料零部件在注射成型過程中的高溫熱量使焊接界面上 的焊層聚合物和對應焊接面熔融，通過聚合物分子鏈間的物理和化學作用達到有效增強界 面連接強度，實現(xiàn)材料極性異相的熱塑性塑料零部件間的焊接連接。本發(fā)明公開的極性異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法在先注射成型的熱塑性塑料零部件的焊接界面上覆設聚合物焊層，再將該熱塑性塑料部件的焊接面端置入 后注射成型熱塑性塑料零部件的模具型腔，之后在模具型腔內(nèi)注入與先注射成型的熱塑性 塑料零部件材料極性相反的聚合物熔體，利用注射成型過程中的高溫熔體的熱量，使聚合 物焊層和對應焊接面的表層熔融，利用界面間的物理和化學作用將極性異相的熱塑性塑料 零部件焊接成一體。在上述的技術方案中，相互焊接材料極性相異的兩熱塑性塑料零部件，其中先注 射成型的熱塑性塑料零部件，可采用成批注射加工，也可采用雙筒注射機在焊接現(xiàn)場單件 注射成型加工，加工好后緊跟著進行焊接。對于后一種情況，先注射成型的熱塑性塑料零部 件需待冷卻定型后，才能將其置入后注射成型熱塑性塑料零部件的模具型腔。在上述技術方案中可在同一臺注射機、同一個模具模腔中進行，也可在兩臺注射 機不同模具模腔中完成，對于前一種情況，需要在模具模腔中加入鑲塊，在完成先注射成型 部件加工后，取下鑲塊，再注入與先注射成型的熱塑性塑料零部件材料極性相反的聚合物 熔體。也就是說后成型的模腔由先成型部件和后成型部件形狀組合而成，后成型模腔中必 須包含有先成型部件的模腔一樣的構造結構。在上述的技術方案中，相互焊接的熱塑性塑料零部件，其中有的零部件材料為非 極性聚合物，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， 以及它們的共混物等；有的零部件材料為極性聚合物，包括聚酰胺類、聚酯類、聚碳酸酯類 和聚酰亞胺類的聚合物，以及它們的共混物等；作為焊層的聚合物，可以是含有極性基團的 聚合物，也可以是含有極性基團的聚合物與非極性聚合物的混合物。含有極性基團的聚合 物，一般選用接枝率在0. 01-20. Owt-%范圍的聚合物，優(yōu)先選用接枝率在0. 5-10. Owt-% 范圍的聚合物。含極性基團聚合物可由馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸羧乙酸、甲基丙烯酸 縮水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯中的一種與聚烯烴改性得到的具有極性基團的改性聚合物。在上述的技術方案中，如果焊層是由含極性基團的聚合物與非極性聚合物混合構 成，焊層中含極性基團的聚合物的重量含量不應低于5%，即焊層中必須有含極性基團的聚 合物，且可全部使用含極性基團的聚合物，而不使用非極性聚合物。在極性異相的熱塑性塑 料零部件之間的焊接界面引入的聚合物焊層，最好是采用聚合物薄膜的形式，將焊層聚合 物吹制成一定厚度聚合物薄膜，覆設在先注射成型的熱塑性塑料零部件的焊接界面上。作 為焊層的聚合物薄膜，其厚度一般控制在0. 1 u m-50 u m的范圍。本發(fā)明通過在極性異相的熱塑性塑料零部件之間的焊接界面引入聚合物焊層，利 用在后注射成型的熱塑性塑料零部件在其注射成型過程中的高溫熔體的熱量，使連接焊層 和對應焊接面的表層發(fā)生熔融，分子鏈間產(chǎn)生相互擴散，當聚合物分子鏈上的可反應官能 團相遇，發(fā)生化學反應，在聚合物界面處形成帶有共價鍵的共聚物充當連接“橋梁”，在隨后 成型冷卻過程中，由化學反應形成“橋梁”的兩端分別在各自的界面結晶固定下來，從而實 現(xiàn)異相界面的焊接。本發(fā)明的技術方案充分利用了聚合物成型過程中的物理化學作用，實 現(xiàn)極性異相熱塑性塑料零部件間的界面焊接，應用廣泛，工藝簡單，尤其適合大面積、多部 件、整體一次性焊接，得到的焊接界面強度高，并且可以通過工藝條件調(diào)節(jié)控制焊接質(zhì)量。 應用本發(fā)明的方法可實現(xiàn)汽車零部件，如保險桿、儀表板等高分子材料制品的組裝和修補， 與直接加入功能化聚合物相比，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。


附圖1是極性異相的兩熱塑性塑料零部件之間的焊接示意圖。附圖2是極性異相熱塑性塑料零部件之間的焊接界面強度測試示意圖。在上述附圖中各圖示標號表識的對象分別是1_先注射成型的熱塑性塑料零部 件；2-后注射成型的熱塑性塑料零部件；3-聚合物焊層。
具體實施例方式下面以列表的形式給出本發(fā)明的實施例。有必要在此指出的是，以下實施例只用 于對本發(fā)明進一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術人員可以 根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明思想對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整后進行具體實施。具體實施舉例 在上述各實施例中，材料極性異相的熱塑性塑料部件1和部件2相互焊接的過程 是，首先通過注射成型得到部件1和通過吹膜法制備作為連接焊層的聚合物薄膜，在部件1 的連接界面處上覆設一層聚合物薄膜，最后將覆設有連接薄膜的部件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的聚合物熔體，冷卻定型后就可得到由部件1和部 件2組成的成品。焊接界面的強度測試采用lap-ioint剪切法，如附圖2所示。
權利要求
一種異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是首先在先注射成型的熱塑性塑料零部件(1)的焊接界面上覆設聚合物焊層(3)，再將該熱塑性塑料部件(1)的焊接面端置入在后注射成型的熱塑性塑料零部件(2)的模具型腔，之后在模具型腔內(nèi)注入與先注射成型的熱塑性塑料零部件(1)材料極性相反的聚合物熔體，利用注射成型過程中高溫熔體的熱量，使聚合物焊層和對應焊接面的表層熔融，將極性異相的熱塑性塑料零部件焊接成一體。
2.根據(jù)權利1要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是所 述非極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，以及它們的共混物。
3.根據(jù)權利1要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是所 述極性聚合物包括聚酰胺類、聚酯類、聚碳酸酯類和聚酰亞胺類的聚合物，以及它們的共混 物。
4.根據(jù)權利1或2或3要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特 征是作為焊層的聚合物為含極性基團的聚合物，或含極性基團的聚合物與非極性聚合物的 混合物。
5.根據(jù)權利4要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是含極 性基團的聚合物為接枝率0. 01-20. Owt-%的聚合物。
6.根據(jù)權利5要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是含極 性基團的聚合物為接枝率0. 5-10. Owt-%的聚合物。
7.根據(jù)權利4要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是含極 性基團聚合物為由馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸羧乙酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和甲基丙 烯酸甲酯中的一種與聚烯烴改性后得到的具有極性基團的改性聚合物。
8.根據(jù)權利4要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是在由 含極性基團的聚合物與非極性聚合物混合構成的焊層聚合物中，含極性基團的聚合物其重 量含量不低于5%。
9.根據(jù)權利4要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是所述 聚合物焊層為聚合物薄膜。
10.根據(jù)權利9要求所述的異相熱塑性塑料零部件界面反應性焊接方法，其特征是所 述聚合物焊層為厚度0. 1 u m-50 u m的聚合物薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種極性異相熱塑性塑料零部件界面的焊接方法。首先在先注射成型的熱塑性塑料零部件焊接界面上覆設聚合物焊層，再將該熱塑性塑料部件的焊接面端置入后注射成型的熱塑性塑料零部件的模具型腔，之后在模具型腔內(nèi)注入與先注射成型的熱塑性塑料零部件材料極性相反的聚合物熔體，利用注射成型過程中高溫熔體的熱量，使聚合物焊層和對應焊接面的表層熔融，冷卻定型后將極性異相的熱塑性塑料零部件焊接成一體。本發(fā)明的方法可在熱塑性塑料零部件注射成型的過程中實現(xiàn)零部件間的焊接，大大節(jié)約了生產(chǎn)時間和成本，操作方便，適合大面積、多部件、整體一次性焊接。可用于大型聚合物零件組裝生產(chǎn)，高分子材料的修補、焊接等領域。
文檔編號B29C65/42GK101863125SQ20101016163
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權日2010年5月4日
發(fā)明者吳宏, 蔣根杰, 郭少云, 閻博文 申請人:四川大學