本文關(guān)鍵詞：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

  更多相關(guān)文章： 激光透射連接 微錨接 表面接觸角 XPS 響應(yīng)面 溫度場模擬

【摘要】：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(duì)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(duì)接頭連接質(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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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)果的準(zhǔn)確性,為通過有限元模擬優(yōu)化工藝參數(shù)提供了依據(jù)。本文為研究相容差的異種熱塑性聚合物之間激光透射連接的機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ),同時(shí)也為實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的激光透射連接PA66與其他聚合物提供了技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：激光透射連接 微錨接 表面接觸角 XPS 響應(yīng)面 溫度場模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 激光透射連接原理12-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 對(duì)透射連接工藝和接頭連接機(jī)理的研究14-18
• 1.3.2 激光透射連接數(shù)值模擬研究18-19
• 1.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀評(píng)述與課題提出19-20
• 1.5 主要研究內(nèi)容與意義20-21
• 1.6 課題來源21-22
• 第二章 聚合物表面金屬化方法22-29
• 2.1 化學(xué)改性22-24
• 2.1.1 化學(xué)沉積（化學(xué)鍍）22-23
• 2.1.2 電沉積（電鍍）23-24
• 2.2 物理改性24-28
• 2.2.1 真空蒸發(fā)鍍膜24-25
• 2.2.2 離子鍍25-26
• 2.2.3 磁控濺射26
• 2.2.4 熱噴涂26-27
• 2.2.5 冷噴涂27-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第三章 玻纖增強(qiáng)PA66（GFR-PA66）與PC的激光連接性能及接頭連接機(jī)理研究29-43
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方案29-33
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇29-30
• 3.1.2 材料冷噴涂前處理30-31
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)檢測方法及設(shè)備31-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論33-42
• 3.2.1 氣泡對(duì)接頭連接強(qiáng)度的影響33-34
• 3.2.2 玻璃纖維對(duì)接頭連接強(qiáng)度的影響34-36
• 3.2.3 Al原子分布對(duì)接頭強(qiáng)度影響36-37
• 3.2.4 X射線光電子能譜分析（XPS）37-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第四章 改性PA66與PVC的激光透射連接機(jī)理與工藝研究43-64
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方案43-46
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇43-44
• 4.1.2 材料磁控濺射前處理44
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)檢測方法及設(shè)備44-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方法46-47
• 4.2.1 響應(yīng)面法RSM概述46
• 4.2.2 RSM實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法46-47
• 4.2.3 RSM數(shù)據(jù)處理47
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論47-63
• 4.3.1 接觸角與表面能47-50
• 4.3.2 氣泡對(duì)接頭連接質(zhì)量的影響50-51
• 4.3.3 Al原子分布對(duì)接頭連接質(zhì)量的影響51-52
• 4.3.4 化學(xué)鍵生成對(duì)接頭連接質(zhì)量的影響52-55
• 4.3.5 工藝參數(shù)對(duì)接頭連接質(zhì)量的影響55-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 激光透射連接PVC和PA66的溫度場數(shù)值模擬64-78
• 5.1 激光透射連接溫度場模擬相關(guān)理論64-68
• 5.1.1 有限元法概述64-65
• 5.1.2 激光透射連接的溫度場理論分析65-66
• 5.1.3 激光透射連接溫度場有限元求解方法66-68
• 5.2 溫度場有限元模擬過程68-72
• 5.2.1 前處理68-70
• 5.2.2 加載及計(jì)算70-71
• 5.2.3 后處理71-72
• 5.3 溫度場模擬結(jié)果及分析72-77
• 5.3.1 溫度場變化規(guī)律72-73
• 5.3.2 激光功率對(duì)溫度場的影響73-74
• 5.3.3 掃描速度對(duì)溫度場的影響74-75
• 5.3.4 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 研究結(jié)果與總結(jié)78-79
• 6.2 展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)科研情況及主要成果87-88
• 致謝88

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