接枝改性聚乙烯與尼龍66激光透射焊接實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、激光透射焊接已廣泛應用于聚合物之間的焊接。尼龍66和聚乙烯作為常用的塑料，在汽車等行業(yè)應用很廣泛。但尼龍66和聚乙烯兩者極性差異太大，無法直接用激光進行透射焊接。針對這一問題本文通過對聚乙烯進行改性來改善聚乙烯與尼龍66的激光透射焊接性能，實現(xiàn)良好焊接，探究改性聚乙烯和尼龍66激光透射可焊性的機理，并對改性聚乙烯和尼龍66的焊接工藝和溫度場數(shù)值模擬進行了探究。
　　首先，對聚乙烯分別進行了甲基丙烯酸縮水甘油酯和馬來酸酐改性，探究了

2、改性對聚乙烯熱學力學和光學屬性的影響。發(fā)現(xiàn)改性對聚乙烯熱學力學的影響不大，而在光學屬性（包括材料的透射率，吸收率和反射率）方面，改性對聚乙烯與尼龍66之間的激光透射焊接是有益的。
　　其次，探究了改性聚乙烯與尼龍66激光透射可焊性的機理。通過焊縫區(qū)域的微觀形貌觀測和斷裂形式分析，研究結果表明：改性使聚乙烯與尼龍66在熱熔狀態(tài)下更加容易相互擴散，最后在焊縫區(qū)域形成了類似鉚釘?shù)逆i緊結構，這是導致焊接性能得到大幅度提高的原因之一，且馬來

3、酸酐改性的效果比甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的效果更好；而焊縫區(qū)域的氣泡在一定程度上對提高焊接強度有一定的益處，但是過高激光功率導致的過大的氣泡會導致焊接強度降低；甲基丙烯酸縮水甘油酯改性聚乙烯與尼龍66焊接件的斷裂形式是塑性和脆性的混合斷裂形式，而馬來酸酐改性聚乙烯與尼龍66焊接件的斷裂形式是塑性斷裂。通過接觸角測量，發(fā)現(xiàn)改性提高了聚乙烯的極性，使聚乙烯與尼龍66之間的極性差異變小，相容性變強，這樣有利于兩者在熱熔狀態(tài)下的擴散。通過X射線

4、光電子能譜分析(XPS)，發(fā)現(xiàn)改性聚乙烯與尼龍66在焊接過程中發(fā)生了化學反應，這也是導致焊接性能得到大幅度提高的另外一個重要的原因。
　　隨后，研究了激光透射焊接工藝參數(shù)（激光功率，掃描速度和夾緊力）對改性聚乙烯與尼龍66焊接性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著激光功率的增大，焊縫寬度呈現(xiàn)出增大的趨勢，隨著掃描速度的增大，焊縫寬度隨之逐漸下降，隨著夾緊力的增大，焊縫寬度先增大后減少；焊接強度隨著激光功率，掃描速度和夾緊力的增大都是先增大后減少。接

5、著研究了改性聚乙烯與尼龍66的線能量-焊接強度曲線，發(fā)現(xiàn)馬來酸酐改性聚乙烯與尼龍66的焊接強度更高，且因為馬來酸酐改性聚乙烯的透射率更小，導致馬來酸酐改性聚乙烯與尼龍66的線能量-焊接強度曲線在甲基丙烯酸縮水甘油酯改性聚乙烯與尼龍66的線能量-焊接強度曲線的右側。通過響應曲面法，建立了激光透射焊接馬來酸酐改性聚乙烯和尼龍66的焊接質量（焊縫寬度和焊接強度）的數(shù)學模型，探究了焊接工藝參數(shù)對焊接質量的交互式影響，對模型進行了驗證，并使用數(shù)學