高透光性黑色塑料制备及其激光焊接性能研究

发布时间：2017-12-16 03:09

  本文关键词：高透光性黑色塑料制备及其激光焊接性能研究

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【摘要】：随着科技发展和生活水平提高,消费者对产品的轻量化、安全性、美观性和环保性提出了更高的要求。工程塑料在满足前面要求基础上还因具有高综合性能及低成本逐步向以塑代木、以塑代钢格局转变。对于形状结构特别复杂的产品,往往无法一次注塑成型,需要利用各种连接技术将注塑件连接起来。近年来,对比传统塑料连接方法,激光透射塑料焊接具有连接质量好,自动化程度高,环保清洁,高经济效益的优势,在工业生产中迅速崛起。由于激光透射塑料焊接对材料光学特性有特殊要求,限制了该技术广泛运用,针对这一问题本文从寻找适用于激光透射焊接塑料出发,制造出能进行激光焊接的双黑色塑料,并对制备塑料的焊接性能进行分析研究。文中通过分析不同添加剂对塑料的激光特性的影响,提出了激光透射黑色塑料制备方法,采用蒽醌、紫环酮与聚碳酸酯(PC)经不同比例混合制备出高透光性的黑色聚碳酸酯注塑件。1%碳黑比例与PC颗粒混合制备具有吸光特性PC部件。通过光学测试发现0%添加剂透光率大约91%,2%、4%、6%及8%比重添加剂PC部件的透光率大约分别为:87%、82%、76%和71%;而吸光特性PC部件的吸光效率高达96%以上,符合激光透射焊接对塑料的要求。基于实验和数值模拟相结合的方法,研究激光透射焊接工艺参数对焊接质量的影响。首先通过实验定性分析了激光功率、焊接速度、透射率及离焦量对焊接处的拉伸强度、焊缝宽度和深度的影响规律;然后利用曲面响应法建立了焊接强度与焊接工艺参数之间的数学模型,用来定量预测不同工艺参数组合时的焊接强度,并以该模型为目标函数,编写粒子群算法进行多目标优化;最后基于有限元法对激光焊接过程中温度变化及热应力进行数值模拟计算,通过跟塑料特性密切相关的温度变化解释实验过程中会出现不同焊接质量及焊接区域缺陷的原因,并将模拟的焊缝宽度与实验中测量焊缝宽度进行对比,论证数值模拟的正确性。通过热应力分析说明不同断裂位置的原因。研究结果表明,制备高透光性黑色PC部件和吸光性黑色PC部件采用激光透射焊接能获得满意的效果;焊接工艺参数对焊接质量有很大的影响,在焊接过程中温度保持在230℃-360℃之间,焊接质量较好;通过目标优化获得最佳焊接参数为P=35、V=5mm/s、T=91%、L=120mm,与实验误差较小,为工业生产的参数优化提供参考方法。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ320.6;TG456.7

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本文编号：1294449