熱塑性塑料攪拌摩擦焊接及表面復(fù)合改性研究.pdf

1、熱塑性塑料由于其優(yōu)良的物理性能和耐腐蝕性能以及易設(shè)計和加工性使其在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。本文以高密度聚乙烯（HDPE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）和聚碳酸酯（PC）作為研究材料，開展攪拌摩擦焊接及表面復(fù)合改性的研究，結(jié)合實驗結(jié)果提出用于熱塑性塑料攪拌摩擦焊接/加工的基本理論，豐富攪拌摩擦焊接技術(shù)的內(nèi)涵。
　　研究了HDPE攪拌摩擦焊接頭的結(jié)構(gòu)特征、焊接溫度變化，工藝參數(shù)對接頭焊接缺陷和抗剪強度的影響，并對接頭不同區(qū)域

2、的結(jié)晶度和規(guī)整度進行分析。實時溫度監(jiān)測表明，焊接峰值溫度隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加，焊后冷卻速度隨著焊接速度的增加而加快；缺陷分析表明焊接過程中當工藝參數(shù)選取不當時，接頭表面會出現(xiàn)瘤狀物、毛刺、飛邊等缺陷，內(nèi)部會出現(xiàn)孔洞、未焊合、氣泡等缺陷；DSC結(jié)果顯示接頭的結(jié)晶度由母材向焊核區(qū)逐漸降低；SAXS顯示母材和焊核區(qū)的規(guī)整度較熱影響區(qū)和熱-機影響區(qū)均一；拉剪實驗結(jié)果表明接頭的抗剪強度隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加先升高后降低，隨著焊接速度的增加而降低，

3、隨著下壓量的增加而增加。
　　以ABS/PC和HDPE/ABS為研究對象，開展了異種熱塑性塑料攪拌摩擦焊的研究。ABS/PC攪拌摩擦焊實驗結(jié)果表明，當工藝參數(shù)選取適當時，可以實現(xiàn)相容性較好的異種熱塑性塑料的連接。而對于相容性較差的HDPE和ABS材料，結(jié)果表明，通過引入碳納米管可以改善接頭的成形質(zhì)量和性能，碳納米管加入后，接頭的表面粗糙度降低，接頭內(nèi)部的缺陷數(shù)量減少，碳納米管在接頭內(nèi)部分散均勻，抗剪強度得到很大的提高，顯微硬度低于

4、原始接頭的顯微硬度。
　　通過水下攪拌摩擦加工技術(shù)制備碳納米管增強 HDPE復(fù)合改性層，并研究了工藝參數(shù)和碳納米管含量對改性層結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，復(fù)合改性層的宏觀表面較純HDPE表面光滑，且缺陷較少；微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)碳納米管在基體中以云狀形式分布，組織相對均勻；DSC結(jié)果顯示復(fù)合改性層的結(jié)晶度隨著碳納米管含量的增加而下降；當碳納米管含量為1％和2%時，復(fù)合改性層抗拉強度均隨著工藝參數(shù)的增加先增加后減?。划斕技{米管含量為4%

5、時，復(fù)合改性層抗拉強度隨著行進速度的增加而降低，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而減小。
　　以HDPE為基體，以Cu為增強相，研究了水下攪拌摩擦加工技術(shù)制備聚合物/金屬復(fù)合改性層的可行性。結(jié)果表明銅粉在攪拌頭“裹挾”和軟化HDPE的流動作用下隨基體的流動而發(fā)生分散，其分散的方向與流動方向基本一致，復(fù)合改性層表層的均勻性要高于芯部，前進側(cè)的均勻性要高于后退側(cè)。添加銅粉后材料的結(jié)晶度相對于未添加銅粉材料的結(jié)晶度有所提高。復(fù)合改性層的抗拉強度要低于