超声波焊接热塑性复合材料界面在静态和循环弯曲载荷下的机电响应研究——基于纳米复合材料

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本研究采用超声波焊接技术将玻纤/聚丙烯粘接件与含多壁碳纳米管（MWCNTs）的多功能纳米复合聚合物膜焊接在一起，该膜嵌入界面处。通过电阻变化评估了两种不同接头构型在弯曲载荷下的应变和损伤监测潜力。首先对焊接单搭接接头进行了不同间隔时间的循环弯曲试验，分析了不同MWCNT质量分数（5 wt%～20 wt%）的稳定性。随后对单膜和双膜构型的三点弯曲接头（3PBJs）进行超声波焊接，并施加静态和循环载荷，通过机电响应评估监测能力。采用纳米复合膜焊接的3PBJs弯曲强度提高了20.6%。单膜3PBJs表现出稳定的电阻增加，但未能捕捉到对应损伤起始的载荷变化。预裂纹单膜焊接件和双膜焊接件在焊接界面处经历裂纹扩展，光学显微镜观察证实了这一点，导致电阻曲线变化高达300%。双膜焊接件在低循环弯曲载荷下进行测试，纳米复合膜在拉伸状态下的电阻出现循环变化。总体而言，所提出的纳米复合膜在实现热塑性复合材料接头界面的超声波焊接和集成传感方面显示出应用潜力。

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