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《中南大学》 2002年
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铝薄板/塑料复合成型机理的研究——铝薄板成型及其与聚丙烯的粘接界面特性

陈明安  
【摘要】:针对金属与热塑性塑料的层状复合材料制备与应用中存在的主要问题,本文提出了将金属板料成形、塑料注射成型、塑料与金属板料的粘接融为一体的复合成型的方法,设计并在塑料注射成型机上利用平底凹模和非平底凹模实现了复合成型实验,制备了铝薄板/聚丙烯的层状复合制件。 运用弹塑性大变形更新的Lagrange有限元方法,揭示了铝薄板的成形过程和塑性变形的特点与规律、大塑性变形区的产生位置及其塑性变形特点,探明了复合成型过程中塑料熔体压力及其分布规律以及铝薄板凸缘与模具摩擦系数等主要工艺参数对铝薄板成形过程和塑性变形的影响规律。有限元模拟结果和实验结果具有较好的相符性。 探明了不同的冷却条件、聚丙烯中马来酸酐接枝聚丙烯含量、等温结晶温度和等温结晶时间条件下塑料的结晶形态与尺寸大小及其变化规律;确立了获得细小球晶的结晶条件。 用X—射线衍射仪确定了聚丙烯与铝薄板的界面上聚丙烯结晶的晶体类型,为界面上聚丙烯的成核、长大及结晶形态研究提供了基础。 揭示了铝薄板与聚丙烯界面上聚丙烯的界面结晶形态及工艺参数对它的影响规律;提出了铝薄板/聚丙烯界面上聚丙烯的化学锚固分子链应力集中成核机制;运用该成核机制解释了本文的界面结晶现象,并建立了铝薄板/聚丙烯界面横晶的成长模型。 探明了马来酸酐接枝聚丙烯含量、氨基硅烷偶联剂浓度、等温结晶温度、等温结晶时间等对铝薄板/聚丙烯界面粘接强度的影响规律;获得了得到最佳界面粘接强度的条件;获得了界面拉伸剪切力—位移曲线关系,揭示了马来酸酐接枝聚丙烯含量、氨基硅烷偶联剂浓度、等温结晶温度、等温结晶时间等对它的影响规律。 运用SEM研究了拉伸剪切破坏断面特征;建立了铝薄板/聚丙烯粘接体系拉伸剪切中塑料变形、空隙形成及断裂破坏的模型。 用X—射线光电子能谱(XPS)研究了粘接界面相,探明了XPS谱图特征,确定了破坏面的位置;建立了铝薄板表面聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯分子链分布模型;揭示了马来酸酐接枝聚丙烯和氨基硅烷偶联剂在界面上的作用机制以及铝薄板/塑料界面的化学粘接机理。
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