專利名稱：樹脂成形體的結合方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用激光熔接法結合2個熱塑性樹脂成形體的方法。
背景技術：
作為解決作為樹脂成形體的結合方法而廣泛使用的超聲波熔接法、熱板熔接法、膠粘劑結合法、螺釘緊固連接法等存在的問題的方法，激光熔接法受到關注。使用激光熔接法時，存在只適用于需要結合的2種樹脂成形體的顏色不同的情況的問題(JP-B 62-49850)，作為解決這個問題的方法，已知有JP-A 2001-71384。
在JP-A 2001-71384中，公開了將第一樹脂構件和第二樹脂構件用激光熔接的技術，在實施例中，公開了使用廣泛使用的染料和炭黑著色的黑色樹脂構件間熔接的方法。
但是，記載中，第一樹脂構件優(yōu)選對于照射的激光具有95％或95％以上穿透率，第二樹脂構件是對于激光具有充分吸收性的樹脂，可以配合包含無機或有機物的填料等。這樣，為維持高的激光穿透率，在第一樹脂構件中就不能配合無機以及有機的填充劑等，這便成為限制了應用于廣泛用途的主要原因。
發(fā)明內容
如上所述，在使用激光熔接法時，不能在第一樹脂構件中配合無機或有機填充劑等的情況則成為限制用途的主要原因，再有，從廢棄物處理的觀點來看，在焚燒處理分別回收再利用后的廢棄物時，為了不會產生燃燒殘渣，因此希望配合有機填充劑。但是，作為有機填充劑，眾所周知的纖維素纖維向樹脂成形體中的分散性差，這就給熔接強度帶來不良影響，且有損害成形體外觀等問題。
作為本發(fā)明的課題，提供一種適用于激光熔接法的結合方法，該結合方法即使是在位于激光照射側的成形體中配合纖維素纖維時，也能夠使2個樹脂成形體牢固地結合。
本發(fā)明提供一種結合方法，該方法是作為解決課題的措施，使用激光熔接法結合2種熱塑性樹脂成形體的方法，其中第1樹脂成形體是合有熱塑性樹脂以及α-纖維素含量在80％或80％以上的纖維素纖維的激光透過性成形體，第2樹脂成形體是含有熱塑性樹脂和著色材料的激光吸收性成形體從第1樹脂成形體的一側照射激光，使第1樹脂成形體和第2樹脂成形體熔接的結合方法。
在本發(fā)明的結合方法中，第1樹脂成形體(或者第1和第2樹脂成形體)優(yōu)選在熱塑性樹脂與纖維素纖維混合時，纖維素纖維解纖，分散于熱塑性樹脂后成形得到的成形體。
在本發(fā)明中，所謂的“激光透過性”以及“激光吸收性”是通過實施例記載的方法求得的。
使用本發(fā)明的結合方法得到的樹脂成形體，不受是否配合纖維素纖維的限制，但是除所謂的白點少，外觀優(yōu)美以外，由于含有纖維素纖維，與不含有纖維素纖維等填充劑的成形體相比較，彎曲彈性模量等機械性質優(yōu)異，因此，與原有的相比，可以使用于更為廣泛的用途。
再有，使用纖維素纖維時，除了對成形體可賦予高激光穿透率和高彎曲彈性模量的良好平衡外，還在燃燒后不會產生殘渣這點上，也是優(yōu)異的。
附圖的簡單說明
圖1是樹脂成形體的結合方法的說明圖。而且，圖中的符號1表示聚丙烯成形體，2表示熱塑性樹脂成形體。
發(fā)明的詳細說明以下，對本發(fā)明的結合方法按照工序順序進行說明，但工序的順序和操作方法并不限定于以下說明，可以適當改變。
首先將作為結合對象的第1樹脂成形體和第2樹脂成形體重合后，通過夾持器等固定裝置進行固定。這里，第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的部分接觸面或全部接觸面被熔接成為結合部分。
第1樹脂成形體是含有熱塑性樹脂以及α-纖維素含量在80％或80％以上的纖維素纖維(以下，只記做“纖維素纖維”)的激光透過性成形體。
在能夠解決本發(fā)明的課題的范圍，可以在第1樹脂成形體中配合少量的無機填充劑，在全部填充劑中，優(yōu)選纖維素纖維含量在50質量％或50質量％以上，較為優(yōu)選70質量％或70質量％以上，更為優(yōu)選85質量％或85質量％以上，但是特別優(yōu)選實質上為100質量％的纖維素纖維。
第1樹脂成形體的激光穿透率優(yōu)選10％或10％以上，較為優(yōu)選15％或15％以上，更優(yōu)選20％或20％以上。
第1樹脂成形體的形狀、大小、厚度等可以按結合后的用途以及在滿足上述激光穿透范圍適當設定。但是，即使是激光穿透率低的材料，通過使成形體的厚度變薄，可以抑制熔接性的降低，為此，視用途，在熔接厚度比較薄的成形體時，也可以使用激光穿透率比較低的成形體。
作為熱塑性樹脂，可以舉出，烯烴類樹脂(優(yōu)選聚丙烯)、苯乙烯類樹脂(均聚物、AS樹脂、HIPS等)、含有橡膠的苯乙烯類樹脂(ABS樹脂、AES樹脂、ABSM樹脂、AAS樹脂等)、聚酰胺樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚碳酸酯樹脂、非結晶(透明)尼龍、液晶聚合物、(甲基)丙烯酸類樹脂、聚縮醛樹脂、聚苯醚樹脂、丙烯腈·苯乙烯共聚樹脂等，這些熱塑性樹脂可以單獨使用也可以2種或2種以上混合使用。另外，以這些聚合物為主體的共聚物或混合物也可以舉出，向它們中配合橡膠或橡膠狀樹脂等的彈性體的熱塑性樹脂以及含有這些樹脂10重量％或10重量％以上的聚合物合金等。
聚丙烯優(yōu)選均聚物，但和乙烯之類的其他烯烴單體、(甲基)丙烯酸酯等其他單體的共聚物也可以。在制成共聚物時，優(yōu)選聚丙烯以外的單體使用量(原料基準)不足50質量％。
纖維素纖維是α-纖維素含量在80％或80％以上，優(yōu)選85％或85％以上，α-纖維素不足80％的，如眾所周知的洋麻纖維和黃麻纖維，不能用來解決本發(fā)明的課題。
平均纖維徑優(yōu)選0.1～1000μm、較為優(yōu)選100μm或100μm以下，更為優(yōu)選10～50μm，特別優(yōu)選20～30μm。
平均長度優(yōu)選0.1～1000mm、較為優(yōu)選0.2～500mm，更為優(yōu)選0.3～50mm，特別優(yōu)選0.5～5mm。
纖維素纖維的配合量相對于熱塑性樹脂100質量份為1～500質量份、優(yōu)選5～300質量份、較為優(yōu)選5～100質量份，更為優(yōu)選10～50質量份。
得到適用于本發(fā)明的第1樹脂成形體的場合，纖維素纖維向熱塑性樹脂中的分散性是很重要的。這種分散性不充分時，就會在成形體表面散布有被稱作所謂“白點”的大的纖維素纖維塊，成為有損外觀的主要原因。這些“白點”的產生，用一般的雙螺桿擠出機是不能充分解決的，在本發(fā)明中，為抑制這樣的“白點”發(fā)生，可以使用如下方法得到第1樹脂成形體，即在混合熱塑性樹脂和纖維素纖維時，將纖維素纖維解纖，分散于熱塑性樹脂中后，進行成形。另外，解纖、分散時，包含解纖后分散的方法和解纖與分散同時進行的方法。下面，說明該方法(解纖和分散的方法)的優(yōu)選實施方案。
(方法1)在上述比例范圍使用熱塑性樹脂以及纖維素纖維(最好事先予混)，將其投入亨舍爾混合器(例如，三井礦山社制，帶加熱器)中，邊攪拌邊加溫。此時的條件如下將熱塑性樹脂以及纖維素纖維共1000～3000g投入到混合槽容量為20L的混合器內，在所用樹脂的熔融溫度附近、以10～50m/sec的圓周速度，混煉10～30分鐘。
(方法2)將熱塑性樹脂和纖維素纖維的預先混合物50kg，投入到雙螺桿高速混煉型擠出機[例如，希得伊(シ一ティ一イ一)社(CTE公司)制，HTM65，螺桿直徑65mm，帶熱切割器(水中)切割]中，在所用的樹脂的熔融溫度附近，在螺桿轉數200～800r/m下熔融混煉。
通過使用這樣的解纖和分散方法得到第1樹脂成形體，能夠得到外觀美觀，抑制“白點”產生的成形體。在本發(fā)明中，第1樹脂成形體中優(yōu)選成形體表面的每50cm2，最大直徑或最大長度為1mm或1mm以上的未解纖或解纖的纖維素纖維的塊數在10個或10個以下的，更為優(yōu)選5個或5個以下的。所謂最大直徑，在球的情況下，是指直徑，而在橢圓的情況下，是指長徑，而在不規(guī)則形狀的情況下，是指最大長度。
另外，使用α-纖維素含量在80％或80％以上的纖維素纖維時，與使用例如α-纖維素含量不足80％的洋麻纖維或黃麻纖維相比，由于熱穩(wěn)定性好，因此在得到成形體時，模具中幾乎沒有生成淀積物(纖維的附著物)，也幾乎沒有發(fā)生成形體著色。
視需要，使用無機填充劑時，為不損害激光透過性，優(yōu)選使用與在第1樹脂成形體中使用的熱塑性樹脂的折射率接近的。例如，使用聚丙烯(均聚物的折射率為1.49；制成共聚物時，希望為與上述折射率接近的值。)時，作為無機填充劑，優(yōu)選折射率為1.4～1.7的，更為優(yōu)選折射率為1.45～1.55的。
作為這樣的無機填充劑，可以從滑石(折射率1.54～1.59)、云母(折射率1.55～1.59)、重質碳酸鈣(折射率1.47～1.69)、輕質碳酸鈣(折射率1.47～1.69)、玻璃纖維(折射率1.46～1.56)、玻璃片(折射率1.46～1.56)、玻璃珠(折射率1.46～1.56)、硅灰石(折射率1.63)、硫酸鋇(折射率1.64～1.65)、氧化鋁(折射率1.56)、氫氧化鎂(折射率1.54)、膨潤土(折射率1.52)、硫酸鈣(2水鹽)(折射率1.52～1.53)、堿式碳酸鎂(折射率1.50～1.53)水合硅酸鈣(折射率1.47～1.50)、濕式法白炭黑(折射率1.44～1.50)中選擇的1個或2個或2個以上。
無機填充劑可以使用粒狀、纖維狀、片狀等不定形狀的。使用粒狀的時候，優(yōu)選平均粒徑為0.01～100μm的。使用纖維狀的時候，優(yōu)選直徑為0.1～100μm、長1～100μm的。使用片狀的優(yōu)選最大長度為5000μm或5000μm以下的。
第1樹脂成形體中可以配合不損害激光透過性的種類及范圍的著色材料。
第2樹脂成形體是含有熱塑性樹脂和著色材料的激光吸收性的成形體。熱塑性樹脂成形體的激光穿透率優(yōu)選0％。
作為熱塑性樹脂，可以舉出與上述相同的。作為著色材料，可以舉出炭黑、無機顏料、有機顏料、染料等。相對于熱塑性樹脂的著色材料的配合量根據結合后成形體的用途、與激光的穿透率等的關系來決定，但是，相對于熱塑性樹脂100質量份，優(yōu)選0.001～10質量份、較為優(yōu)選0.01～5質量份、更為優(yōu)選0.05～5質量份。
在第2樹脂成形體中，視需要，可以配合上述纖維素纖維以及無機填充劑，第1樹脂成形體和/或第2樹脂成形體中，可以視需要配合增色劑、分散劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、改性劑、紫外線吸收劑或者光穩(wěn)定劑、抗氧劑、防靜電劑、潤滑劑、脫模劑、結晶促進劑、結晶成核劑以及耐沖擊性改良用彈性體等。
向第1樹脂成形體中配合染料時，優(yōu)選上述染料和第2樹脂成形體所包含的著色材料為相同色，但黑色不必要，黑色以外的組合也可以配合用途使用。
接著，對重合的第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的接觸部分，從第1樹脂成形體側照射激光，將第1樹脂成形體和第2樹脂成形體在它們的接觸面熔接。
作為在本發(fā)明中使用的激光，可以使用具有800～1200nm震蕩波長的激光，可以使用YAG激光器、半導體激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、He-Ne激光器、氮激光器、鰲合物激光器、染料激光器等已知的激光器。這些激光器的輸出功率在5～30W左右即可，但在結合厚的成形體時，可以使用更高輸出功率的。
激光器的照射時間以及激光器與被照物體(第1樹脂成形體和第2樹脂成形體)的間隔考慮激光的輸出功率、成形體的厚度、成形體的激光穿透率等進行調整。
對于采用本發(fā)明的樹脂成形體的結合方法的結合原理進行說明。在將第1樹脂成形體和第2樹脂成形體重合的狀態(tài)下，從第1樹脂成形體的一側照射激光時，激光穿透第1樹脂成形體后，到達第2樹脂成形體的表面。此時，由于在第1樹脂成形體上“白點”的產生受到抑制，因此激光的穿透率穩(wěn)定(成形體內的激光的穿透率的差別小)、對激光器輸出功率的高低的依賴性也會變小。
由于第2樹脂成形體是激光吸收性的，激光不能穿過第2樹脂成形體，則在第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的界面作為能量而滯留。其結果，由于在第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的界面上伴隨溫度上升而發(fā)生熔融，從而使兩成形體牢固地結合。
特別在第1樹脂成形體中，因為“白點”的產生受到抑制，與在第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的接觸面上存在大量“白點”(超過10個/50cm2的數值)的情況相比，由于第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的激光照射前的密合程度提高，因此可以認為用激光照射時容易熔接，并且也提高了熔接的強度。
另外，由于在第1樹脂成形體中，配合纖維素纖維，抑制了“白點”的產生，故外觀美觀，并可以對機械的強度等性質進行調節(jié)，因此，能夠在更為廣泛的領域中使用于各種用途。
根據本發(fā)明的結合方法，作為激光穿透一側的第1樹脂成形體中，不管是否配合本來作為激光穿透阻礙的主要原因的纖維素纖維，也可以維持高激光穿透率，其結果，可以牢固地結合2個熱塑性樹脂成形體。甚至，根據希望，可以對2個熱塑性樹脂成形體著色為同色或異色。
實施例(實施例中使用的原料)·聚丙烯PMB60A(薩恩亞路瑪(サンアロマ一)社制)·纖維素纖維使用將溶解紙漿NDT-T(日本制紙社制)的片用撕碎機制成5mm見方的小片(平均纖維徑為20～40μm，α-纖維素含量為91％)。
·酸改性聚丙烯優(yōu)梅克斯(ユ一メックス)1010(三洋化成工業(yè)社制)(比較例使用的原料)·纖維素纖維1洋麻纖維(切段長為5mm的纖維，α-纖維素含量約50％，奈洽特拉斯特(ネイチャ一トラスト)社制)·纖維素纖維2黃麻纖維(切段長為3mm的纖維，α-纖維素含量約70％)·炭黑商品名 A1-1000 DIC社制(纖維分散性評價)在樹脂成形體的一面(面積50cm2)使用放大鏡(10倍)，對直徑1mm或1mm以上的纖維塊(白點)進行計數。另外，同樣的，對最大直徑(最大長度)1mm或1mm以上的纖維塊的個數也進行計數(比較例2、3)。
(激光穿透率的測定方法)對成形體從垂直方向照射激光(波長1064nm，YAG激光器，輸出功率1.5W)(Laser Marker(レ一ザ一マ一カ一)，NEC制，馬卡恩基(MarkenEngine(マ一カ一エンジン)SL475H)時，通過激光功率記錄器(COHERENT制，LASERMATE10)接收通過成形體的激光和不放置成形體時的激光，由連接在激光功率記錄器的萬用表測定電壓(V)，將電壓作為激光的強度，通過下式計算。
激光的穿透率(％)＝[穿透成形體的激光的強度(V)/照射在成形體上激光的強度(V)]×100(熔接強度)使用熔接的實驗片，用奧里恩得克(オリエンデック)社制的坦錫倫(デンシロン)UCT-1T進行拉伸實驗，測定其最大點荷重(單位kg重)。另外，對激光輸出功率40W、60W、80W進行測定。
(熔接部分附近的狀態(tài)觀察)由目測對熔接部分附近進行觀察。具體地，觀察激光照射時，是否發(fā)生樹脂或纖維素纖維分解產生氣體，固化的氣體成分是否附著在熔接部分附近的現象。
實施例1～3、比較例1～4使用表1所示的成分(除炭黑外，用質量％表示，而炭黑用相對于其他成分合計100質量份的質量份表示)，通過下述方法制得原料顆粒。
<熔融混煉方法等>
方法1(由亨舍爾混合器混合)將原料成分(第1樹脂成形體或者第2樹脂成形體的原料成分)合計2000g投入到三井礦山社制的亨舍爾混合器(帶加熱器，容量20L)，在140℃加熱狀態(tài)下，以3000r/m攪拌20分鐘。
聚丙烯開始熔融時，排出到相連接的其他的攪拌機(冷卻攪拌機)中，邊冷卻邊攪拌，制得包含聚丙烯和纖維素纖維的造粒物(直徑約1cm)。將該造粒物用帶有熱切器(水中)的單螺桿擠出機(螺桿直徑40mm、使用全螺紋型螺桿)進行擠出造粒。
方法2(帶有轉子的高混煉型擠出機)將原料成分(第1樹脂成形體或者第2樹脂成形體的原料成分)均勻混合后，將50kg投入雙螺桿高速混煉型擠出機[希得伊社制，HTM65，螺桿直徑65mm，帶熱切器(水中)切割]，在螺桿轉數400r/m下熔融連續(xù)混煉后，擠出、造粒。
方法3(雙螺桿擠出機)將原料成分(第1樹脂成形體或者第2樹脂成形體的原料成分)均勻混合后，將10kg投入雙螺桿擠出機[日本制鋼所社制TEX30，螺桿直徑為30mm，帶熱切器(水中)切割]，在螺桿轉數400r/m下熔融混煉后，擠出、造粒。
<第1樹脂成形體或者第2樹脂成形體的制造>
接著，使用各原料顆粒，在80℃下，熱風干燥4小時后，通過注射成形(住友重機社制，SH100，料筒溫度200℃)，制得縱10cm、橫5cm、厚2mm的板狀成形體(樹脂成形體1和樹脂成形體2)。
<通過激光的結合>
在第1樹脂成形體1和第2樹脂成形體2以圖1所示的組合狀態(tài)下，用夾具和支承構件(未圖示)固定后，從與接觸部分垂直方向(圖中箭頭方向)，使用法恩得拜斯(ファインデバイス)社制的激光熔接機FD200(半導體激光器)，以10mm/sec照射激光(輸出功率40W、60W、80W)。激光的點徑為0.6mm，用激光按照描繪出一個直徑1cm的圓那樣照射。
表1
α
第1樹脂成形體，由于適用于方法1或方法2，因此確認可以獲得白點數少，穿透率的不均勻小的產品。這意味著纖維素纖維被解纖，均勻分散。
另外，實施例1～3的第1樹脂成形體和第2樹脂成形體的熔接強度不受激光輸出功率的限制，表現出穩(wěn)定的數值。
權利要求
1.一種結合方法，該方法是使用激光熔接法結合兩個熱塑性樹脂成形體的方法，其中第1樹脂成形體是含有熱塑性樹脂、以及α-纖維素的含量是80％或80％以上的纖維素纖維的激光透過性的成形體，第2樹脂成形體是含有熱塑性樹脂和著色材料的激光吸收性的成形體，從第1樹脂成形體一側照射激光，熔接第1樹脂成形體和第2樹脂成形體。
2.按照權利要求1所記載的結合方法，其中至少第1樹脂成形體是在混合熱塑性樹脂和纖維素纖維時，將纖維素纖維解纖，并分散于熱塑性樹脂中后進行成形制得的樹脂成形體。
3.按照權利要求1或2所記載的結合方法，其中第1樹脂成形體中所含的纖維素纖維的平均纖維徑為100μm或100μm以下。
4.按照權利要求1或2所記載的結合方法，其中在第1樹脂成形體中，成形體表面的每50cm2，最大徑或最大長度在1mm或1mm以上的未解纖或解纖的纖維素纖維的塊數為10個或10個以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種樹脂成形體的熔接結合方法，該方法可以以高熔接強度結合2個樹脂成形體、使用激光熔接法的結合方法。詳細地，是一種使用激光熔接方法，將2個熱塑性樹脂成形體結合的方法，第1樹脂成形體是含有熱塑性樹脂以及α－纖維素含量在80％或80％以上的纖維素纖維的激光透過性成形體，第2樹脂成形體是含有熱塑性樹脂和著色材料的激光吸收性成形體，是從第1樹脂成形體一側照射激光，將第1樹脂成形體和第2樹脂成形體熔接結合的方法。
文檔編號B29C65/00GK1883925SQ20051007940
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權日2004年6月21日
發(fā)明者板倉雅彥, 相根弘, 大江裕一 申請人:大賽璐高分子株式會社