發(fā)布時(shí)間：2020-03-29 13:46

【摘要】：聚乙烯木塑復(fù)合材料作為新型的代木材料,兼具木材和塑料兩種材料的優(yōu)點(diǎn),發(fā)展前景廣闊。為滿足木塑復(fù)合材料的應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)輕量化的需求,膠接連接成為重要的結(jié)構(gòu)連接方式。論文以聚乙烯木塑復(fù)合材料單搭接膠接接頭為研究對(duì)象,通過不同的表面處理方法、膠接工藝,膠黏劑性能、膠接強(qiáng)度、應(yīng)力分布以及膠接耐久失效行為的研究,進(jìn)行單搭接膠接接頭的設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)聚乙烯木塑復(fù)合材料以膠接技術(shù)進(jìn)行的無縫連接和膠接接頭設(shè)計(jì)的合理性。論文的研究可為聚乙烯木塑復(fù)合材料的快速有效連接和膠接接頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路,對(duì)于實(shí)現(xiàn)聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭的優(yōu)化設(shè)計(jì),擴(kuò)展木塑復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域有著重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。聚乙烯木塑復(fù)合材料中低表面能、非極性的聚乙烯成分,使得這類材料難以膠接。對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料進(jìn)行合理的表面處理是實(shí)現(xiàn)膠接的重要手段。論文采用單一氣氛的射流等離子體處理、打磨后再經(jīng)等離子體處理以及打磨/偶聯(lián)劑涂覆/等離子體放電的協(xié)同處理等方法對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面處理,并對(duì)表面處理后的材料表面進(jìn)行表面接觸角、表面自由能、表面形貌、傅立葉紅外光譜(FTIR)、XPS光電子能譜等測試分析,結(jié)合膠接接頭的膠接強(qiáng)度測試和接頭破壞類型探討了不同表面處理方法對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接性能的作用機(jī)制和膠接耐久性能的影響,建立了較為完善的聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭設(shè)計(jì)的表面處理方法。試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料進(jìn)行單一氣氛的射流等離子體表面處理和不同方法的協(xié)同表面處理,材料的表面性質(zhì)發(fā)生較大變化,表面潤濕性得到改善,極性增強(qiáng),材料表面出現(xiàn)大量的-OH、-C=O和-O-C=O等極性基團(tuán),O/C值增加。并且經(jīng)偶聯(lián)劑涂覆協(xié)同表面處理后的材料表面還會(huì)在膠黏劑與材料表面之間生成化學(xué)鍵連接,表現(xiàn)出幾種表面處理方法的協(xié)同作用。表面處理后,不但復(fù)合材料膠接接頭的膠接強(qiáng)度大幅度提高,膠接耐久性也極大的增強(qiáng)。材料的表面處理是聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一。膠接耐久性能夠直觀的反映材料性能和膠接結(jié)構(gòu)的長期使用性能。聚乙烯木塑復(fù)合材料經(jīng)打磨/等離子體處理以及打磨/偶聯(lián)劑涂覆/等離子體放電的協(xié)同表面處理后,在水環(huán)境中浸泡和水煮不同時(shí)間,聚乙烯木塑復(fù)合材料的表面性質(zhì)和膠接性能均發(fā)生了較大變化。研究結(jié)果表明,水分子對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料表面性質(zhì)和膠接性能的改變是導(dǎo)致膠接強(qiáng)度下降和膠接接頭失效的主要原因。水分子引起的聚乙烯木塑復(fù)合材料吸水膨脹及膠接材料和膠黏劑的內(nèi)應(yīng)力是膠接接頭失效的主要原因,自然環(huán)境下膠接接頭的失效則是外部復(fù)雜環(huán)境相互作用的結(jié)果。膠接接頭在受力狀態(tài)下的應(yīng)力分布也是聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。論文結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料單搭接膠接接頭和平搭接膠接接頭建立有限元模型,應(yīng)用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)不同彈性模量(環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯)膠黏劑和不同搭接長度膠接接頭的應(yīng)力分布進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬。研究表明,聚乙烯木塑復(fù)合材料單搭接膠接接頭搭接區(qū)端部為膠接接頭的斷裂失效點(diǎn),應(yīng)力分布與膠黏劑的彈性模量密切相關(guān),而搭接區(qū)長度幾何尺寸的改變對(duì)應(yīng)力分布的影響較小,此結(jié)論為單搭接膠接接頭改良設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。平搭接膠接接頭搭接區(qū)蓋板連接處出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中,可以判斷該部位極易發(fā)生斷裂失效,此結(jié)論與試驗(yàn)中膠接接頭斷裂失效的位置相吻合。有限元模擬結(jié)果進(jìn)一步表明,膠黏劑彈性模量和搭接長度對(duì)平搭接膠接接頭的應(yīng)力分布影響較小,平搭接膠接結(jié)構(gòu)力學(xué)性能與聚乙烯木塑復(fù)合材料性能密切相關(guān)。聚乙烯木塑復(fù)合材料經(jīng)協(xié)同表面處理后,膠接接頭的界面結(jié)合強(qiáng)度高于膠接材料的內(nèi)聚強(qiáng)度,此時(shí)膠接接頭將出現(xiàn)膠接材料的斷裂失效,這對(duì)于膠接接頭設(shè)計(jì)中膠接材料的選擇、膠接形態(tài)的應(yīng)用等方面具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

為熱動(dòng)力學(xué)理論。吸附理論認(rèn)為膠黏劑與被粘物的極性值越大，表面接觸角越小，，物理逡逑吸附貢獻(xiàn)越大。吸附理論是目前被大部分學(xué)者廣泛接受的膠接理論，其核心內(nèi)容是潤逡逑濕，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖１－２所示。逡逑（ａ）邐＾邋Ａｄｈｅｓｉｖｅ逡逑…＿逡逑邐邐邐Ａｄｈｅｒｅｎｄ邋ｗｉｔｈ邋ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ逡逑邐—＿—ｉ邋ｓｍｏｏｔｈ邋ｓｕｒｆａｃｅ逡逑（ｂ）邐ｙ邋Ａｄｈｅｓｉｖｅ逡逑—丨—逡逑Ｉ—邐邐１邋ｒｏｕｇｈ邋ｓｕｒｆａｃｅ逡逑＼邐Ａｉｒ邋ｂｕｂｂｌｅ逡逑ｏｒ邋ｓｏｌｖｅｎｔ逡逑圖１－２膠黏劑對(duì)被粘物表面的潤濕逡逑（ａ）膠黏劑完全潤濕；（ｂ）膠黏劑未完全潤濕逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｗｅｔｔｉｎｇ邋ｏｆ邋ａｎ邋ａｄｈｅｓｉｖｅ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｄｈｅｒｅｎｄ逡逑（ａ）邋Ｗｅｔｔｉｎｇ邋ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｄｈｅｓｉｖｅ；邋（ｂ）邋Ｗｅｔｔｉｎｇ邋ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｄｈｅｓｉｖｅ逡逑被粘物和膠黏劑分子之間的潤濕性越好，兩者之間越容易接觸而產(chǎn)生吸附作用，同逡逑時(shí)在兩者間產(chǎn)生強(qiáng)大的分子間作用力，并排除掉被粘物表面的氣體，使得膠接界面的孔逡逑隙率降低。這是由于膠黏劑與被粘物表面無限接近，產(chǎn)生吸附力，即范德華力，范德華逡逑力越大膠接結(jié)構(gòu)的膠接強(qiáng)度越高。通過吸附理論可知

１．４．３化學(xué)鍵理論逡逑膠接連接涉及三個(gè)均勻相和兩個(gè)膠接面，化學(xué)鍵理論認(rèn)為膠接的形成主要是化學(xué)鍵逡逑力作用的結(jié)果，膠黏劑和被粘物之間產(chǎn)生主價(jià)鍵結(jié)合，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖１－３所示�；义蠈W(xué)鍵主要包括離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵，化學(xué)鍵力要比分子間的作用力大得多。膠黏劑逡逑和被粘物之間產(chǎn)生化學(xué)鍵連接，不但膠接接頭粘附力大幅增加，而且能夠有效防止膠接逡逑界面裂紋擴(kuò)展，使得膠接接頭應(yīng)力分布均R�，环疽r途瞇運(yùn)嬤鑾��；Ъ男緯尚枰義轄航用婊钚災(zāi)行牡牡繾釉潑芏卻锏揭歡ǖ母叨戎擔(dān)航詠油坊竦沒Ъ賞ü韻巒揪跺義匣竦茫哄義希ǎ保

本文編號(hào)：2606053