本文關鍵詞：不相容聚合物激光透射連接機理、工藝與數(shù)值模擬研究

  更多相關文章： 激光透射連接 微錨接 表面接觸角 XPS 響應面 溫度場模擬

【摘要】：激光透射連接技術以其精度高、污染小、易控制的優(yōu)點,越來越多地被應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的差異,不同種材料的連接強度并不是很高。本文通過在玻纖增強尼龍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的激光透射連接強度,對PC/GFR-PA66與PVC/PA66接頭的連接機理和工藝進行了研究,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和磁控濺射技術在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械錨接作用以及Al原子在熔融聚合物之間的遷移對接頭連接質量的影響。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度提高的原因。使用XPS分析焊縫處的化學鍵信息,分析了連接過程中生成了新化學鍵Al-O-C和Al-Cl,從而在化學反應的原理上解釋了形成高強度接頭的原因。然后,使用響應面法(RSM)對實驗過程進行了設計規(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度之間的數(shù)學模型,分析了工藝參數(shù)對連接質量的交互式影響,同時基于最大連接強度和最小焊接成本(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間變化的規(guī)律。通過數(shù)值模擬計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,結果與實驗趨勢基本一致,驗證了溫度場有限元模擬結果的準確性,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理奠定了理論基礎,同時也為實際工業(yè)應用中的激光透射連接PA66與其他聚合物提供了技術支持。
【關鍵詞】：激光透射連接 微錨接 表面接觸角 XPS 響應面 溫度場模擬
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 對透射連接工藝和接頭連接機理的研究14-18
• 1.3.2 激光透射連接數(shù)值模擬研究18-19
• 1.4 國內外現(xiàn)狀評述與課題提出19-20
• 1.5 主要研究內容與意義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 化學改性22-24
• 2.1.1 化學沉積（化學鍍）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28-29
• 第三章 玻纖增強PA66（GFR-PA66）與PC的激光連接性能及接頭連接機理研究29-43
• 3.1 實驗方案29-33
• 3.1.1 實驗材料的選擇29-30
• 3.1.2 材料冷噴涂前處理30-31
• 3.1.3 實驗檢測方法及設備31-33
• 3.2 實驗結果分析及討論33-42
• 3.2.1 氣泡對接頭連接強度的影響33-34
• 3.2.2 玻璃纖維對接頭連接強度的影響34-36
• 3.2.3 Al原子分布對接頭強度影響36-37
• 3.2.4 X射線光電子能譜分析（XPS）37-42
• 3.3 本章小結42-43
• 第四章 改性PA66與PVC的激光透射連接機理與工藝研究43-64
• 4.1 實驗方案43-46
• 4.1.1 實驗材料的選擇43-44
• 4.1.2 材料磁控濺射前處理44
• 4.1.3 實驗檢測方法及設備44-46
• 4.2 實驗優(yōu)化方法46-47
• 4.2.1 響應面法RSM概述46
• 4.2.2 RSM實驗設計方法46-47
• 4.2.3 RSM數(shù)據(jù)處理47
• 4.3 實驗結果與討論47-63
• 4.3.1 接觸角與表面能47-50
• 4.3.2 氣泡對接頭連接質量的影響50-51
• 4.3.3 Al原子分布對接頭連接質量的影響51-52
• 4.3.4 化學鍵生成對接頭連接質量的影響52-55
• 4.3.5 工藝參數(shù)對接頭連接質量的影響55-63
• 4.4 本章小結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 加載及計算70-71
• 5.2.3 后處理71-72
• 5.3 溫度場模擬結果及分析72-77
• 5.3.1 溫度場變化規(guī)律72-73
• 5.3.2 激光功率對溫度場的影響73-74
• 5.3.3 掃描速度對溫度場的影響74-75
• 5.3.4 模擬結果與實驗結果的對比75-77
• 5.4 本章小結77-78
• 第六章 總結與展望78-80
• 6.1 研究結果與總結78-79
• 6.2 展望79-80
• 參考文獻80-87
• 攻讀碩士學位期間承擔科研情況及主要成果87-88
• 致謝88

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本文編號：787418