一种可彩色镭雕复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种可彩色镭雕复合材料及其制备方法。

背景技术

镭雕，也叫激光雕刻或者激光打标，是一种用光学原理进行表面处理的工艺。利用激光器发射的高强度聚焦激光束在焦点处，使材料氧化因而对其进行加工；打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化出痕迹或者是通过光能烧掉部分物质，而“刻”出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图形、文字。一般镭雕材料因为镭雕助剂或镭雕技术的限制只能镭雕出黑色或白色或金色的文字或图案，尚无法镭雕出其他色彩，导致镭雕产品的标记色彩单一且缺乏视觉吸引力，限制了激光标记技术的应用拓展。因此扩展镭雕材料的激光标记色彩，提升镭雕的色彩丰富度和外观视觉效果，对增强镭雕产品的市场竞争力具有重要意义

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种可彩色镭雕复合材料，该可彩色镭雕复合材料通过在高分子聚合物中添加镭雕助剂、着色剂和显色剂，使制得可彩色镭雕复合材料可直接作为彩色镭雕材料使用，无需其他添加剂，使用方便且效果好，采用普通的镭雕设备即可镭雕出各种颜色的文字或图案，且镭雕的文字或图案清晰，持久，另外该可彩色镭雕复合材料还具有良好的光泽度、加工流动性和耐热性，且生产成本低的特点。

本发明的另一目的在于提供一种可彩色镭雕复合材料的其制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，降低了生产成本，产品质量稳定，制得的可彩色镭雕复合材料具有良好的镭雕性能、光泽度、加工流动性和耐热性，且生产成本低的特点，可用于大规模生产。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种可彩色镭雕复合材料，包括如下重量份的原料：镭雕助剂2-6份、高分子聚合物30-60份、玻璃纤维8-12份、着色剂1-5份、偶联剂1-5份、分散剂1-3份、增韧剂4-8份、填料1-3份和显色剂0.5-1.5份。优选的，所述高分子聚合物为聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂中的至少一种；更优选的，所述高分子聚合物是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂按照重量比为0.6-1.0:0.8-1.2:0.1-0.5:0.4-0.8组成的混合物。

本发明的可彩色镭雕复合材料通过在高分子聚合物中添加镭雕助剂、着色剂和显色剂，使制得可彩色镭雕复合材料可直接作为彩色镭雕材料使用，无需其他添加剂，使用方便且效果好，采用普通的镭雕设备即可镭雕出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的文字或图案，且镭雕的文字或图案清晰，持久，另外该可彩色镭雕复合材料还具有良好的光泽度、加工流动性和耐热性，且生产成本低的特点，在保持镭雕助剂着色的材料基础黑色的基础上扩展了镭雕标记的色彩丰富度，进一步拓展了镭雕技术应用，满足了更高的包装要求。其中，采用的采用基体树脂为聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂的混合物来确保合金材料的综合性能，使得制备的复合材料具有性能高、镭雕效果好的优点，其中聚碳酸酯的引入，使得复合材料具备优异的热稳定性及机械性能，并在一定程度上改善标记清晰度，另外，通过调整复配ABS中比例，改善了标记与底板色的对比度偏低等问题；而玻璃纤维的加入同时增强了复合材料的力学性能，进而在保证力学性能优良的基础上，使制得的可彩色镭雕复合材料具备优异的力学性能，大大地改善因为玻璃纤维的流动性问题引发浮纤以及留痕等的外观问题，具有良好的外观和优异的可镭雕性。

优选的，所述着色剂包括如下重量份的原料：聚烯烃树脂5-20份、粘结性树脂5-20份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1-3份和色母粒30-60份；所述色母粒为颜料黄93、颜料红179、颜料橙71和铁蓝中的至少一种。

本发明着色剂中采用的上述聚烯烃树脂和粘结性树脂对复合材料的拉伸强度具有一定的提升作用，在复配时需要严格控制聚烯烃树脂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和粘结性树脂质量，若质量份过少将降低制品整体极性，影响复合材料的拉伸强度，若质量份过大将减少色母粒的占比，不利于提高复合材料镭雕显色作用，而所采用的色母粒可是使得复合材料镭雕后显示各种颜色的文字或图案，且镭雕的文字或图案清晰、颜色均一，持久，另外该可彩色镭雕复合材料还具有良好的光泽度。

优选的，所述镭雕助剂是由二氧化硅包覆的云母氧化铁、黑雕白镭雕粉、默克黑打白8835和四氧化三铁粉末按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8:0.8-1.2:0.1-0.5组成的混合物。

本发明中采用的镭雕助剂加入之后，镭雕助剂通过吸收激光能量，将激光束转换成热能，对复合材料产生加热、碳化、蒸发作用及化学反应，不仅解决了雕刻难的问题，而且比直接加镭雕助剂分散均匀，降低了产品的废品率；同时加入的剂量少，不会影响产品本身性能，有益效果明显；其中云母粉，采用溶胶-凝胶合成法，在云母氧化铁表面上包覆纳米二氧化硅，纳米SiO2包覆云母氧化铁后使其表面具有纳米材料特性，改善了云母在基材的分散性能，得到的粒径均匀且偏小，有助于云母分散在基材中，对镭射光进行反射作用更均匀细腻，且其与着色剂和显色剂复配的作用下，可有效改善素材本色镭雕的效果。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷中的至少一种；更优选的，所述偶联剂是由硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8:0.1-0.5组成的混合物。

本发明通过采用上述偶联剂，能促进镭雕助剂、高分子聚合物、增韧剂和着色剂的聚合交联作用，提高可彩色镭雕复合材料的机械强度。

优选的，所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉中的至少一种；更优选的，所述分散剂是由乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8:0.8-1.2组成的混合物。

本发明中采用上述混合物分散剂有助于各原料在高分子聚合物中分散作用，使各原料可以很好的分散到高分子聚合物进行复合。

优选的，所述增韧剂为聚辛烯-马来酸酐接枝物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚己内酯和聚己二酸对苯二甲酸丁酯中的至少一种。

本发明中采用的增韧剂具有增韧能力强、降低生产成本等优点，可实现可彩色镭雕复合材料的高效增韧，另外，本发明通过严格控制增韧剂的种类、复配及重量配比，可以提高各组分间分子链间的作用力和加工流动性，并通过复配具有协同效应，提高了混合增韧剂的性能。

优选的，所述填料为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、高岭土和石墨中的至少一种。本发明中采用的上述填料可以进一步增强复合材料的力学性能。

优选的，所述显色剂为硼酸锂、碳酰胺和焦磷酸按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8:0.1-0.5组成的混合物。本发明中采用的上述显色剂可辅助着色剂在高分子聚合物的聚集态结构。

本发明还提供了一种可彩色镭雕复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：

1)按照重量份，将高分子聚合物和填料加入搅拌机中搅拌混合5-10min，再将镭雕助剂、偶联剂和分散剂加入，继续搅拌10-20min，得到混合物A，备用；

2)按照重量份，将着色剂、增韧剂和显色剂加入步骤1)中得到混合物A，并一起加入高速搅拌装置中以6000-10000r/min持续搅拌20-40min至均匀，得到混合物B，备用；

3)将混合物B从主喂料口加入到挤出设备中，同时玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出设备中，进行混炼、挤出和造粒，得到可彩色镭雕复合材料；造粒时双螺旋杆挤出装置的一区温度为200-220℃，二区温度为220-240℃，三区温度为200-230℃，四区温度为200-220℃，螺杆转速为300-400r/min，干燥时的温度为60-80℃。

本发明中的可彩色镭雕复合材料通过采用上述方法制得，而利用上述方法折制得的可彩色镭雕复合材料可直接作为彩色镭雕材料使用，无需其他添加剂，使用方便且效果好，采用普通的镭雕设备即可镭雕出各种颜色的文字或图案，且镭雕的文字或图案清晰、持久，极大的拓展了PLA复合材料的应用领域；另外，在制备过程中需要严格控制步骤2)中的及搅拌速率为6000-10000r/min，若搅拌速率过快则会导致的着色剂、增韧剂和显色剂在混合物A中出现离心作用，反倒分散效果不佳，若加班速率过慢同样也不利于各原料之间的分散作用，影响最终制得复合材料的综合性能。

本发明的有益效果在于：本发明的可彩色镭雕复合材料通过在高分子聚合物中添加镭雕助剂、着色剂和显色剂，使制得可彩色镭雕复合材料可直接作为彩色镭雕材料使用，无需其他添加剂，使用方便且效果好，采用普通的镭雕设备即可镭雕出各种颜色的文字或图案，且镭雕的文字或图案清晰，持久，另外该可彩色镭雕复合材料还具有良好的光泽度、加工流动性和耐热性，且生产成本低的特点。

本发明一种可彩色镭雕复合材料的制备方法操作简单，控制方便，降低了生产成本，产品质量稳定，制得的可彩色镭雕复合材料具有良好的镭雕性能、光泽度、加工流动性和耐热性，且生产成本低的特点，可用于大规模生产。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种可彩色镭雕复合材料，包括如下重量份的原料：镭雕助剂2份、高分子聚合物30份、玻璃纤维8份、着色剂1份、偶联剂1份、分散剂1份、增韧剂4份、填料1份和显色剂0.5份。

所述着色剂包括如下重量份的原料：聚烯烃树脂5份、粘结性树脂5份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1份和色母粒30份。

所述色母粒是由颜料黄93、颜料红179和颜料橙71按照重量比为0.8:0.1:0.4组成的混合物。

所述高分子聚合物是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂按照重量比为0.6:0.8:0.1:0.4组成的混合物。

所述镭雕助剂是由二氧化硅包覆的云母氧化铁、黑雕白镭雕粉、默克黑打白8835和四氧化三铁粉末按照重量比为0.6:0.4:0.8:0.1组成的混合物。

所述偶联剂是由硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷按照重量比为0.6:0.4:0.1组成的混合物。

所述分散剂是由乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉按照重量比为0.6:0.4:0.8组成的混合物。

所述增韧剂为聚辛烯-马来酸酐接枝物。所述填料为碳酸钙。

所述显色剂为硼酸锂、碳酰胺和焦磷酸按照重量比为0.6:0.4:0.1组成的混合物。

所述可彩色镭雕复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：

1)按照重量份，将高分子聚合物和填料加入搅拌机中搅拌混合5min，再将镭雕助剂、偶联剂和分散剂加入，继续搅拌10min，得到混合物A，备用；

2)按照重量份，将着色剂、增韧剂和显色剂加入步骤1)中得到混合物A，并一起加入高速搅拌装置中以6000r/min持续搅拌20min至均匀，得到混合物B，备用；

3)将混合物B从主喂料口加入到挤出设备中，同时玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出设备中，进行混炼、挤出和造粒，得到可彩色镭雕复合材料；造粒时双螺旋杆挤出装置的一区温度为200℃，二区温度为220℃，三区温度为200℃，四区温度为200℃，螺杆转速为300r/min，干燥时的温度为60℃。

实施例2

一种可彩色镭雕复合材料，包括如下重量份的原料：镭雕助剂3份、高分子聚合物38份、玻璃纤维9份、着色剂2份、偶联剂2份、分散剂1.5份、增韧剂5份、填料1.5份和显色剂0.7份。

所述着色剂包括如下重量份的原料：聚烯烃树脂8份、粘结性树脂8份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1.5份和色母粒38份。

所述色母粒是由颜料黄93、颜料红179和颜料橙71按照重量比为0.9:0.2:0.5组成的混合物。

所述高分子聚合物是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂按照重量比为0.7:0.9:0.2:0.5组成的混合物。

所述镭雕助剂是由二氧化硅包覆的云母氧化铁、黑雕白镭雕粉、默克黑打白8835和四氧化三铁粉末按照重量比为0.7:0.5:0.9:0.2组成的混合物。

所述偶联剂是由硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷按照重量比为0.7:0.5:0.2组成的混合物。

所述分散剂是由乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉按照重量比为0.7:0.5:0.9组成的混合物。

所述增韧剂为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。所述填料为滑石粉。

所述显色剂为硼酸锂、碳酰胺和焦磷酸按照重量比为0.7:0.5:0.2组成的混合物。

所述可彩色镭雕复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：

1)按照重量份，将高分子聚合物和填料加入搅拌机中搅拌混合6min，再将镭雕助剂、偶联剂和分散剂加入，继续搅拌13min，得到混合物A，备用；

2)按照重量份，将着色剂、增韧剂和显色剂加入步骤1)中得到混合物A，并一起加入高速搅拌装置中以7000r/min持续搅拌25min至均匀，得到混合物B，备用；

3)将混合物B从主喂料口加入到挤出设备中，同时玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出设备中，进行混炼、挤出和造粒，得到可彩色镭雕复合材料；造粒时双螺旋杆挤出装置的一区温度为205℃，二区温度为225℃，三区温度为208℃，四区温度为205℃，螺杆转速为325r/min，干燥时的温度为65℃。

实施例3

一种可彩色镭雕复合材料，包括如下重量份的原料：镭雕助剂4份、高分子聚合物45份、玻璃纤维10份、着色剂3份、偶联剂3份、分散剂2份、增韧剂6份、填料2份和显色剂1.0份。

所述着色剂包括如下重量份的原料：聚烯烃树脂12份、粘结性树脂12份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2份和色母粒45份。

所述色母粒是由颜料黄93、颜料红179和颜料橙71按照重量比为1.0:0.3:0.6组成的混合物。

所述高分子聚合物是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂按照重量比为0.8:1.0:0.3:0.6组成的混合物。

所述镭雕助剂是由二氧化硅包覆的云母氧化铁、黑雕白镭雕粉、默克黑打白8835和四氧化三铁粉末按照重量比为0.8:0.6:1.1:0.3组成的混合物。

所述偶联剂是由硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷按照重量比为0.8:0.6:0.3组成的混合物。

所述分散剂是由乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉按照重量比为0.8:0.6:1.0组成的混合物。

所述增韧剂为聚己内酯和聚己二酸对苯二甲酸丁酯中。所述填料为二氧化硅。

所述显色剂为硼酸锂、碳酰胺和焦磷酸按照重量比为0.8:0.6:0.3组成的混合物。

所述可彩色镭雕复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：

1)按照重量份，将高分子聚合物和填料加入搅拌机中搅拌混合8min，再将镭雕助剂、偶联剂和分散剂加入，继续搅拌15min，得到混合物A，备用；

2)按照重量份，将着色剂、增韧剂和显色剂加入步骤1)中得到混合物A，并一起加入高速搅拌装置中以8000r/min持续搅拌30min至均匀，得到混合物B，备用；

3)将混合物B从主喂料口加入到挤出设备中，同时玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出设备中，进行混炼、挤出和造粒，得到可彩色镭雕复合材料；造粒时双螺旋杆挤出装置的一区温度为210℃，二区温度为230℃，三区温度为215℃，四区温度为210℃，螺杆转速为350r/min，干燥时的温度为70℃。

实施例4

一种可彩色镭雕复合材料，包括如下重量份的原料：镭雕助剂5份、高分子聚合物52份、玻璃纤维11份、着色剂4份、偶联剂4份、分散剂2.5份、增韧剂7份、填料2.5份和显色剂1.3份。

所述着色剂包括如下重量份的原料：聚烯烃树脂16份、粘结性树脂16份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2.5份和色母粒52份。

所述色母粒是由颜料黄93、颜料红179和颜料橙71按照重量比为1.1:0.4:0.7组成的混合物。

所述高分子聚合物是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂按照重量比为0.9:1.1:0.4:0.7组成的混合物。

所述镭雕助剂是由二氧化硅包覆的云母氧化铁、黑雕白镭雕粉、默克黑打白8835和四氧化三铁粉末按照重量比为0.9:0.7:1.1:0.4组成的混合物。

所述偶联剂是由硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷按照重量比为0.9:0.7:0.4组成的混合物。

所述分散剂是由乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉按照重量比为0.9:0.7:1.1组成的混合物。

所述增韧剂为聚辛烯-马来酸酐接枝物。所述填料为石墨。

所述显色剂为硼酸锂、碳酰胺和焦磷酸按照重量比为0.9:0.7:0.4组成的混合物。

所述可彩色镭雕复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：

1)按照重量份，将高分子聚合物和填料加入搅拌机中搅拌混合9min，再将镭雕助剂、偶联剂和分散剂加入，继续搅拌18min，得到混合物A，备用；

2)按照重量份，将着色剂、增韧剂和显色剂加入步骤1)中得到混合物A，并一起加入高速搅拌装置中以8000r/min持续搅拌35min至均匀，得到混合物B，备用；

3)将混合物B从主喂料口加入到挤出设备中，同时玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出设备中，进行混炼、挤出和造粒，得到可彩色镭雕复合材料；造粒时双螺旋杆挤出装置的一区温度为215℃，二区温度为235℃，三区温度为223℃，四区温度为215℃，螺杆转速为375r/min，干燥时的温度为75℃。

实施例5

一种可彩色镭雕复合材料，包括如下重量份的原料：镭雕助剂6份、高分子聚合物60份、玻璃纤维12份、着色剂5份、偶联剂5份、分散剂3份、增韧剂8份、填料3份和显色剂1.5份。

所述着色剂包括如下重量份的原料：聚烯烃树脂20份、粘结性树脂20份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物3份和色母粒60份。

所述色母粒是由颜料黄93、颜料红179和颜料橙71按照重量比为1.2:0.5:0.8组成的混合物。

所述高分子聚合物是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯和ABS树脂按照重量比为1.0:1.2:0.5:0.8组成的混合物。

所述镭雕助剂是由二氧化硅包覆的云母氧化铁、黑雕白镭雕粉、默克黑打白8835和四氧化三铁粉末按照重量比为1.0:0.8:1.2:0.5组成的混合物。

所述偶联剂是由硅烷偶联剂KH550、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷按照重量比为1.0:0.8:0.5组成的混合物。

所述分散剂是由乙撑双硬脂酰胺、硅油和聚乙烯蜡粉按照重量比为1.0:0.8:1.2组成的混合物。

所述增韧剂为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。所述填料为高岭土。

所述显色剂为硼酸锂、碳酰胺和焦磷酸按照重量比为1.0:0.8:0.5组成的混合物。

所述可彩色镭雕复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：

1)按照重量份，将高分子聚合物和填料加入搅拌机中搅拌混合10min，再将镭雕助剂、偶联剂和分散剂加入，继续搅拌20min，得到混合物A，备用；

2)按照重量份，将着色剂、增韧剂和显色剂加入步骤1)中得到混合物A，并一起加入高速搅拌装置中以10000r/min持续搅拌40min至均匀，得到混合物B，备用；

3)将混合物B从主喂料口加入到挤出设备中，同时玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出设备中，进行混炼、挤出和造粒，得到可彩色镭雕复合材料；造粒时双螺旋杆挤出装置的一区温度为220℃，二区温度为240℃，三区温度为230℃，四区温度为220℃，螺杆转速为400r/min，干燥时的温度为80℃。

对比例1

本对比例与上述实施例1的区别在于：本对比例的可彩色镭雕复合材料中直接采用聚丙烯替换了高分子聚合物。本对比例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。

对比例2

本对比例与上述实施例3的区别在于：本对比例的可彩色镭雕复合材料的原料中没有添加玻璃纤维，其余原料按照实施例3的比例混合物。本对比例的其余内容与实施例3相同，这里不再赘述。

对比例3

本对比例与上述实施例5的区别在于：本对比例的可彩色镭雕复合材料的原料中用默克黑打白8835代替了镭雕助剂。本对比例的其余内容与实施例5相同，这里不再赘述。

对实施例1、3和5和对比例1-3制得的可彩色镭雕复合材料进行性能测试：

拉伸强度的测试按照ISO527；弯曲强度、弯曲模量的测定按照ISO178；光泽和色彩采用观察的形式判定，将光泽和色彩的效果均分为1-10等级，等级越高效果越好，10级为最高级测试结果如表1所示：

表1

由表中数据可知，本发明实施例1、3和5中制得的可彩色镭雕复合材料具有优良的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、镭雕效果、光泽和色彩，其综合力学性能优异，而高分子聚合物、玻璃纤维和镭雕助剂的加入有效改善了可彩色镭雕复合材料的综合性能，使其具有交好镭雕效果和力学性能，其综合力学性能优异。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。