不相容聚合物激光透射連接機(jī)理、工藝與數(shù)值模擬研究.pdf

1、激光透射連接技術(shù)以其精度高、污染小、易控制的優(yōu)點(diǎn)，越來越多地被應(yīng)用于熱塑性聚合物之間的連接。然而由于聚合物相容性和熔點(diǎn)的差異，不同種材料的連接強(qiáng)度并不是很高。
　　本文通過在玻纖增強(qiáng)尼龍66（GFR-PA66）和尼龍66（PA66）表面鍍金屬Al層改善材料相容性，提高了聚碳酸酯（PC）/ GFR-PA66和聚氯乙烯（PVC）/PA66的激光透射連接強(qiáng)度，對PC/GFR-PA66與PVC/PA66接頭的連接機(jī)理和工藝進(jìn)行了研究，并通

2、過有限元模擬了PVC/PA66連接過程中的溫度場分布。
　　首先，分別采用冷噴涂技術(shù)和磁控濺射技術(shù)在GFR-PA66和PA66表面鍍金屬Al層，改善上下層材料相容性。使用VHX-1000型超景深三維顯微鏡觀察鍍層后PC/GFR-PA66、PVC/PA66接頭處焊縫的微觀組織形貌和纖維分布以及Al原子的分布，分析了焊縫區(qū)域由熱降解產(chǎn)生的高壓均勻小氣泡、玻璃纖維與熔融聚合物之間形成的微機(jī)械錨接作用以及Al原子在熔融聚合物之間的遷移對接

3、頭連接質(zhì)量的影響。采用表面接觸角測量儀研究了金屬Al原子的加入對PA66表面接觸角的影響（即鍍膜后PA66表面自由能的變化），從而計(jì)算出鍍膜對上下層材料分子范德華力的影響，在物理連接方面解釋了接頭強(qiáng)度提高的原因。使用XPS分析焊縫處的化學(xué)鍵信息，分析了連接過程中生成了新化學(xué)鍵Al-O-C和Al-Cl，從而在化學(xué)反應(yīng)的原理上解釋了形成高強(qiáng)度接頭的原因。
　　然后，使用響應(yīng)面法（RSM）對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了設(shè)計(jì)規(guī)劃，建立了工藝參數(shù)（濺射參

4、數(shù)和焊接參數(shù)）與接頭寬度和連接強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)模型，分析了工藝參數(shù)對連接質(zhì)量的交互式影響，同時(shí)基于最大連接強(qiáng)度和最小焊接成本（最小焊縫寬度）的原則，優(yōu)化了工藝參數(shù)組合。
　　最后，運(yùn)用ANSYS軟件建立了PVC與PA66激光透射焊接的溫度場有限元模型，得到了接頭連接界面處溫度場隨時(shí)間變化的規(guī)律。通過數(shù)值模擬計(jì)算了在不同激光功率或掃描速度條件下，接頭焊縫處溫度場和接頭寬度的變化趨勢，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)趨勢基本一致，驗(yàn)證了溫度場有限元模擬結(jié)果的