玻纤增强热塑性复合材料超声焊接界面结晶度的调控

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超声焊接（USW）是连接热塑性复合材料的快速高效方法，具有优异的接头强度，可制造轻质耐用结构，是传统连接技术的经济高效替代方案。焊接界面的结晶度影响接头的力学性能和化学耐蚀性。由于超声焊接过程的快速冷却速率，其焊接界面的结晶机制仍不充分理解。本研究采用聚丙烯（PP）和多壁碳纳米管/PP（MWCNT/PP）薄膜对玻纤/PP（GF/PP）材料进行超声焊接，重点研究工艺参数对焊接界面结晶度、晶相、晶粒尺寸与间距、层状结构、各向异性及分子结构的影响。采用差示扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和小角X射线散射（SAXS）等手段深入表征焊接界面的晶体结构。测试了四组焊接工艺参数：（1）500 N、38.1 μm；（2）500 N、54.0 μm；（3）1500 N、38.1 μm；（4）1500 N、54.0 μm。研究表明，尽管过程中存在快速冷却，但更高的焊接压力和振幅显著提高了结晶度，纯PP薄膜焊接接头的结晶度达到55%，MWCNT/PP薄膜达到约60%，相比焊接前的35%和41%分别提升。值得注意的是，振幅对焊接界面结晶度的影响大于压力。SAXS实验表明，纯PP和MWCNT/PP薄膜焊接前呈各向同性结构，焊接后表现出明显的各向异性。研究结果表明焊接过程中发生应变诱导结晶，各向异性程度与焊接压力和振幅相关联。

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