本發明涉及一種可激光直接成型高分子復合材料及其制備方法。
背景技術：
lds(laserdirectstructuring)激光直接成型技術是一種專業鐳射加工、射出與電鍍制程的3d-mid生產技術，其原理是將普通的塑膠元件/電路板賦予電氣互連功能、支撐元器件功能和塑料殼體的支撐、防護等功能，以及由機械實體與導電圖形結合而產生的屏蔽、天線等功能結合于一體，形成所謂3d-mid。過去傳統塑膠元件要具有電氣性能，需通過與金屬焊接等工序來完成，其制品不易做到微小化、高精度化。而添加了lds助劑可使塑膠制件(如手機天線等)通過鐳射雕刻和化學電鍍等工序后，直接具有電氣互連功能，使塑膠產品做到微小化、高精度。在一種新型的塑料件上利用激光鐳射技術直接三維打印電路板的技術，顯而易見，不再需要傳統的電路板，線路設計也更靈活，同時零件的組裝也更方便，最重要的是可以使產品的體積顯著縮小。目前最常見的應用是手機天線，一般常見手機天線內建方法，大多采用將金屬片以塑膠熱融方式固定在手機背殼或是將金屬片直接貼在手機背殼上，lds可將天線直接雷射在手機外殼上，不僅避免了內部手機金屬干擾，而且縮小了手機體積。
并不是所有的高分子材料都可以用于lds成型，要實現lds工藝，關鍵是要在高分子材料中添加一種或多種有機金屬復合物(激光敏感添加劑)，經過激光照射后，使有機金屬復合物還原，并釋放出金屬粒子集聚成金屬顆粒，金屬顆粒黏附在被激光燒蝕過的樹脂表面形成金屬核心，這種金屬核心在后續的無電化學鍍過程起著重要作用。故所謂的lds高分子復合材料是指一種內含有機金屬復合物激光敏感添加劑的改性高分子材料。
目前，大部分lds高分子復合材料使用的lds助劑均為cu-cr尖晶石類的激光敏感添加劑，其中含有重金屬cr，具有毒性，會污染環境，而且其顏色為黑色，故而無法制成淺色高分子材料以及其他不同顏色的高分子材料，限制了它的應用。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種淺色可激光直接成型高分子復合材料，其具有較好的lds性能，能用于配置不同顏色，而且無毒環保。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
一種淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯52～86份，abs0～30份，增韌劑4～6份，潤滑劑0.1～1份，抗氧劑0.2～2份，改性激光敏感添加劑9～13份；
所述改性激光敏感添加劑的制備步驟為：
s1.將質量比為16:3:3的硼酸、正丁醇、乙二醇混合均勻后得到混合溶液，攪拌條件下升溫至75℃，用分水器將混合溶液中生成的水分離出去直至沒有水生成，得到硼酸酯；
s2.將質量比為(2～6):6:1的堿式磷酸銅、鈦白粉、氧化鈰混合均勻后得到激光敏感添加劑，將質量比為1:1的硅烷偶聯劑kh550、硼酸酯混合均勻后得到改性劑，以99:1的質量比將激光敏感添加劑、改性劑加入高速攪拌機中，80℃、450轉/min轉速下攪拌均勻后得到改性激光敏感添加劑。
優選地，本發明所述增韌劑為mbs。
優選地，本發明所述潤滑劑為pets。pets是季戊四醇硬脂酸酯的英文簡寫。
優選地，本發明所述抗氧劑由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成。
本發明要解決的另一技術問題是提供上述淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法。
為解決上述技術問題，技術方案是：
一種淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法，包括以下步驟：
按照重量份數稱取各組分后混合均勻得到混合料，將混合料加入雙螺桿擠出機的主喂料口中，熔融擠出后從模頭的出口引出，水冷后用切粒機切粒得到淺色可激光直接成型高分子復合材料。
優選地，雙螺桿擠出機的螺桿轉速為300～350轉/min。
優選地，熔融擠出的溫度為250～310℃。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
1)本發明采用的激光敏感添加劑中主要成分堿式磷酸銅具有優異的lds性能，其顏色為淺綠色，鈦白粉是一種白色顏料，氧化鈰則具有很強的光散射和漫反射能力，能提高白度，因此添加了該激光敏感添加劑的高分子材料的顏色是淺灰色，能用于配制不同的顏色。
2)本發明采用的激光敏感添加劑不含鉻元素，因此無毒環保；而且用堿式磷酸銅制備的lds高分子復合材料的激光加工窗口寬，無電化學鍍沉積的金屬鍍層比較致密，性能優良。
3)本發明采用的激光敏感添加劑為無機材料，與有機材料聚碳酸酯之間的兼容性不佳，導致激光敏感添加劑在基體樹脂中分散不均勻，不能充分發揮其lds性能，且會降低材料的機械性能，因此本發明合成制得了硼酸酯，并用其與硅烷偶聯劑kh550制成改性劑，用其對激光敏感添加劑進行表面改性處理，有效改善了激光敏感添加劑與聚碳酸酯之間的兼容性，改性激光敏感添加劑能均勻地分散于聚碳酸酯中，從而進一步提高了lds高分子復合材料的lds性能，而且對機械性能的影響較小；此外，本發明制得的改性劑中含有耐高溫的硅、硼元素，因此還能有效提高lds高分子復合材料的耐熱性能。
3)本發明所添加的增韌劑能消除激光敏感添加劑對lds材料的沖擊性能所產生的不良影響，有效改善了lds高分子復合材料的沖擊性能。
4)在雙螺桿擠出機的擠出過程中，螺桿轉速過低的話不利于各組分的均勻分散，過高的話則會由于剪切過于劇烈而導致物理性能的下降，因而本發明選取了較為適中的螺桿轉速范圍，從而進一步提高了lds高分子復合材料的物理性能。
具體實施方式
下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
實施例1
淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯86份，abs0份，mbs5份，pets1份，由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成的抗氧劑1份，改性激光敏感添加劑9份。
該淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法包括以下步驟：
s1.將質量比為16:3:3的硼酸、正丁醇、乙二醇混合均勻后得到混合溶液，攪拌條件下升溫至75℃，用分水器將混合溶液中生成的水分離出去直至沒有水生成，得到硼酸酯；
s2.將質量比為2:6:1的堿式磷酸銅、鈦白粉、氧化鈰混合均勻后得到激光敏感添加劑，將質量比為1:1的硅烷偶聯劑kh550、硼酸酯混合均勻后得到改性劑，以99:1的質量比將激光敏感添加劑、改性劑加入高速攪拌機中，80℃、450轉/min轉速下攪拌均勻后得到改性激光敏感添加劑；
s3.按照重量份數稱取各組分后混合均勻得到混合料，將混合料加入螺桿轉速為300～350轉/min的雙螺桿擠出機的主喂料口中，250～310℃溫度下熔融擠出后從模頭的出口引出，水冷后用切粒機切粒得到淺色可激光直接成型高分子復合材料。
實施例2
淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯84份，abs0份，mbs4份，pets0.1份，由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成的抗氧劑0.2份，改性激光敏感添加劑11份。
該淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法包括以下步驟：
s1.將質量比為16:3:3的硼酸、正丁醇、乙二醇混合均勻后得到混合溶液，攪拌條件下升溫至75℃，用分水器將混合溶液中生成的水分離出去直至沒有水生成，得到硼酸酯；
s2.將質量比為4:6:1的堿式磷酸銅、鈦白粉、氧化鈰混合均勻后得到激光敏感添加劑，將質量比為1:1的硅烷偶聯劑kh550、硼酸酯混合均勻后得到改性劑，以99:1的質量比將激光敏感添加劑、改性劑加入高速攪拌機中，80℃、450轉/min轉速下攪拌均勻后得到改性激光敏感添加劑；
s3.按照重量份數稱取各組分后混合均勻得到混合料，將混合料加入螺桿轉速為300～350轉/min的雙螺桿擠出機的主喂料口中，250～310℃溫度下熔融擠出后從模頭的出口引出，水冷后用切粒機切粒得到淺色可激光直接成型高分子復合材料。
實施例3
淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯82份，abs0份，mbs6份，pets0.5份，由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成的抗氧劑2份，改性激光敏感添加劑13份。
該淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法包括以下步驟：
s1.將質量比為16:3:3的硼酸、正丁醇、乙二醇混合均勻后得到混合溶液，攪拌條件下升溫至75℃，用分水器將混合溶液中生成的水分離出去直至沒有水生成，得到硼酸酯；
s2.將質量比為6:6:1的堿式磷酸銅、鈦白粉、氧化鈰混合均勻后得到激光敏感添加劑，將質量比為1:1的硅烷偶聯劑kh550、硼酸酯混合均勻后得到改性劑，以99:1的質量比將激光敏感添加劑、改性劑加入高速攪拌機中，80℃、450轉/min轉速下攪拌均勻后得到改性激光敏感添加劑；
s3.按照重量份數稱取各組分后混合均勻得到混合料，將混合料加入螺桿轉速為300～350轉/min的雙螺桿擠出機的主喂料口中，250～310℃溫度下熔融擠出后從模頭的出口引出，水冷后用切粒機切粒得到淺色可激光直接成型高分子復合材料。
實施例4
淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯72份，abs10份，mbs5份，pets1份，由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成的抗氧劑1份，改性激光敏感添加劑13份。
該淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法與實施例3相同。
實施例5
淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯62份，abs20份，mbs4.5份，pets0.6份，由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成的抗氧劑0.8份，改性激光敏感添加劑13份。
該淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法與實施例3相同。
實施例6
淺色可激光直接成型高分子復合材料，由以下重量份數的組分制備而成：聚碳酸酯52份，abs30份，mbs5.5份，pets0.4份，由等質量的抗氧劑1010和抗氧劑pepq混合而成的抗氧劑1.6份，改性激光敏感添加劑13份。
該淺色可激光直接成型高分子復合材料的制備方法與實施例3相同。
對比例1
與實施例1所不同的是改性激光敏感添加劑的制備步驟中沒有使用硼酸酯。
對比例2
與實施例1所不同的是激光敏感添加劑中不包含鈦白粉和氧化鈰。
對比例3
與實施例1所不同的是激光敏感添加劑中不包含氧化鈰。
對比例4
與實施例1所不同的是激光敏感添加劑替換為cu-cr尖晶石。
對比例5
與實施例1所不同的是激光敏感添加劑沒有經過改性處理。
經測試，實施例1-6、對比例1-3的各項性能如表1所示：
表1
關于機械性能(拉伸強度、拉伸模量、缺口沖擊強度)，實施例1-6、對比例1-4均明顯好于對比例5，表明改性處理能有效消除激光敏感添加劑對機械性能的不良影響。
關于材料顏色，可用表1中的l*值來表征，l*值越高表明顏色越淺，實施例1-6、對比例1的l*值處于最高水平，然后從高到低依次是對比例3、對比例5、對比例2、對比例4，表明本發明的顏色最淺，硼酸酯對顏色的影響較小(對比例1)，氧化鈰對顏色的變淺有一定貢獻(對比例3)，但不如鈦白粉的貢獻大(對比例2)，改性處理能有效提高激光敏感添加劑的分散性(對比例5)，cu-cr尖晶石的顏色最深(對比例4)。
關于lds性能，可用表1中的pi值來表征，pi值越高表明lds性能越好，實施例1-6、對比例1、2的pi值處于最高水平，然后從高到低依次是對比例3、對比例5、對比例4，表明本發明的lds性能很好，硼酸酯(對比例1)、鈦白粉(對比例2)對lds性能的影響較小，氧化鈰(對比例3)對lds性能有一定的影響，改性處理能有效提高激光敏感添加劑的分散性(對比例5)，cu-cr尖晶石的lds性能相對較差(對比例4)。
關于耐熱性能，可用表1中的熱變形溫度來表征，熱變形溫度越高表明耐熱性能越好，實施例1-6、對比例2、3的熱變形溫度處于最高水平，然后從高到低依次是對比例4、對比例1、對比例5，表明本發明的耐熱性能很好，cu-cr尖晶石的耐熱性能一般(對比例4)，硼酸酯(對比例1)對耐熱性能的影響較大，改性處理(對比例5)對耐熱性能的影響最大，說明硼酸酯和硅烷偶聯劑kh550均是影響耐熱性能的重要因素。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理以及功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。