论文部分内容阅读
热塑性聚合物在建筑、包装、汽车、农业、电气和电子、生物医疗等领域有着广泛应用，随即带来了热塑性聚合物的连接问题。激光透射连接作为一种高效的新兴连接技术，逐渐得到了工程技术人员的重视，并成为当前的研究热点。 本文选用PC（聚碳酸酯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）作为连接材料，对激光透射连接PC和PMMA的可连接性机理和连接工艺进行了研究，并对连接过程中的温度场进行了有限元模拟。 首先，研讨了激光透射连接异种热塑性聚合物的可连接性理论，包括材料的光学性能、运动学性能、热力学性能和聚合物界面处连接强度的建立，为后续的实验结果分析奠定理论基础。激光透射率测试实验、连接强度相关实验、缠结网络尺寸以及流变实验分析与计算结果表明:激光透射连接PC和PMMA不仅可以实现连接，而且可以得到较高的连接强度，并且其可连接性机理是(1)PC和PMMA之间的平衡界面宽度与PC的管直径、PMMA的管直径具有可比性，(2)PC和PMMA的reptation时间均比材料处于熔体状态的时间小了3个数量级，以上说明在PC和PMMA的连接界面处可以发生两种分子链间的缠结，且对于PC和PMMA熔体来说有足够的时间进行分子链的蠕动、扩散、解缠结和再生缠结，从而在PC和PMMA的连接界面处建立强度，实现激光透射连接。 其次，使用单因素法研究了各连接工艺参数（激光功率、扫描速度、夹紧力）对激光透射连接PC和PMMA的连接质量（接头宽度和连接强度）的影响，得到了合理的工艺参数范围。采用响应曲面方法进行了实验设计，使用Design-Expert V8软件分别建立了接头宽度和连接强度与激光功率、扫描速度、夹紧力之间数学模型，通过方差分析研究了激光功率、扫描速度、夹紧力对接头宽度和连接强度的交互影响。最后将模型预测值和实验值进行了对比，验证了模型的可靠性，并对连接工艺参数进行了优化，找到了满足优化准则的最优工艺参数组合。 最后，基于有限元方法，应用ANSYS软件的热分析模块对激光透射连接PC和PMMA的温度场进行了数值模拟，使用APDL语言编程成功加载了移动热源，获得了不同时刻下和不同工艺参数下的连接区域温度场分布，研究了连接过程中的温度场变化规律，分析了激光功率和扫描速度对温度场的影响，对比了接头宽度的模拟结果与实验结果，发现二者随着激光功率和扫描速度的变化有相同的变化趋势，说明应用ANSYS软件模拟激光透射连接PC和PMMA的温度场是可行的。 本文的研究为激光透射连接异种热塑性聚合物的可连接性研究奠定理论基础，并为PC和PMMA间的激光透射连接提供实际的技术参考。