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碳纤维热塑性材料对超声波焊头的影响（二）

来源： | 发布日期：2023-01-13

材料形态学参数，即结晶度(Degree of crystallinity, DoC)和晶相比(α/γ)对碳纤维增强尼龙 6(CF/PA6)超声波焊接接头质量的影响。

尼龙 6 是一种半结晶高分子，其微观组织包括结晶相和无定型相，其中结晶相又分为 α 相和 γ 相。γ相是不稳定相，其在外部温度或机械载荷作用下会转变为 α 相[66-67]。LEE 等发现原始板材的结晶度分布越均匀，其超声波焊接质量一致性越好；α 相与 γ相的比例越高，即晶相比越大，焊接接头强度越大。LEE 等提出通过焊接前对板材进行退火处理，可以使板材内结晶度分布更均匀(图 6)，同时促进 γ 相向α 相转变，提高晶相比，从而提高超声波焊接接头质量。

KÖHLER 等[68]研究了纤维方向平行(0°)或垂直(90o)于板材长度方向时，对单向碳纤维增强的聚醚酮酮(CF/PEKK)超声波焊接过程和接头质量的影响。研究指出，当纤维方向为 0°时，工件侧边缘会出现纤维挤出缺陷，而通过对导能筋尺寸的优化可避免这种缺陷，接头最大强度达 37.4 MPa；当纤方向为 90°时，产热更加均匀且焊接速度更快，最大接头强度为 25.2 MPa。

接头强度的差异是由于接头断裂模型的不同引起的，如图 7 所示，当纤维方向为 0°时，接头从内部撕裂，而纤维方向为 90°时，接头为平整的界面断裂。从上文介绍来看，CFRTP 材料本身对其超声波焊接质量影响的研究是不足的。将碳纤维引入纯树脂基体，势必在一定程度上改变材料的物理、化学性能；碳纤维的存在也势必会影响超声振动在材料体系内的传播。然而，目前尚缺乏碳纤维含量、碳纤维分布、碳纤维长度等因素对 CFRTP 超声波焊接过程与接头质量影响的研究。因此，在这些方面尚存在很大的研究空间。

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