中國報告大廳網(wǎng)訊，在當前高分子材料加工領域，聚丙烯塑料憑借其輕質、耐腐蝕、易加工等特性，被廣泛應用于汽車、包裝、建筑等多個行業(yè)。隨著行業(yè)對聚丙烯塑料行業(yè)連接質量要求的不斷提升，傳統(tǒng)熱熔焊接和黏接技術逐漸暴露出不足 —— 熱熔焊接對厚板聚丙烯塑料焊接效果不佳，易導致焊后力學性能下降;黏接技術則存在剝離強度低、難以實現(xiàn)自動化生產等問題。在此背景下，攪拌摩擦焊接作為一種新型固相焊接技術，因具有熱變形小、無污染、接頭質量高等優(yōu)勢，開始在聚丙烯塑料連接領域受到關注，其工藝參數(shù)對聚丙烯塑料連接區(qū)宏觀形貌及力學性能的影響，成為行業(yè)技術研究的關鍵方向之一。以下是2025年聚丙烯塑料行業(yè)技術分析。

  一、聚丙烯塑料攪拌摩擦連接的實驗方案設計

  1.1 實驗設備與材料選用

  實驗選用的攪拌摩擦連接設備，搭配 40Cr 合金鋼攪拌頭，該攪拌頭軸肩直徑為 21mm，攪拌針呈錐形且?guī)в新菁y線，長度為 8.3mm。聚丙烯塑料板材選用兩種規(guī)格，分別為 170mm×115mm×10mm 和 170mm×40mm×10mm，采用邊緣對接焊方式進行焊接。焊接前，需用噴槍對攪拌頭加熱 20s 進行預熱處理，以保證焊接過程的穩(wěn)定性。

  1.2 工藝參數(shù)設置

  《2025-2030年中國聚丙烯塑料行業(yè)發(fā)展趨勢及競爭策略研究報告》指出，攪拌摩擦連接的核心工藝參數(shù)包括旋轉速度、前進速度和下壓量。實驗中主軸傾角設定為 0°，下壓量固定為 0.1mm。通過前期試驗驗證，當旋轉速度處于 600~1000r/min、前進速度為 70mm/min 時，聚丙烯塑料焊接成型效果良好;若參數(shù)超出此范圍，會出現(xiàn)飛邊、孔洞、未焊合、黏頭、犁溝等缺陷，影響焊接質量?；诖耍瑢嶒炘诒３窒聣毫?0.1mm、前進速度 70mm/min 不變的前提下，將旋轉速度以 100r/min 為間隔，從 600r/min 逐步提升至 1000r/min，共設置 5 組不同參數(shù)的試樣。

  1.3 性能測試與表征方法

  按照特定尺寸切取聚丙烯塑料拉伸和摩擦磨損試樣，每組測試均取 3 組試樣的平均值以確保數(shù)據(jù)準確性。測試前，利用銑床將焊接試樣上下表面各去除 1.5mm 厚度，再用砂紙打磨去除銑床加工痕跡。拉伸性能測試采用微機控制電子萬能試驗機，拉伸速度設定為 5mm/min;摩擦磨損性能測試采用高溫摩擦磨損試驗機;同時，借助場發(fā)射高溫掃描電鏡觀察拉伸斷口形貌和摩擦磨損形貌，全面分析聚丙烯塑料連接區(qū)的性能表現(xiàn)。

  二、聚丙烯塑料攪拌摩擦連接區(qū)的性能分析結果

  2.1 聚丙烯塑料焊接接頭表面宏觀形貌特征

  在金屬攪拌摩擦焊接過程中，材料會因軸肩高速旋轉摩擦產熱而軟化，并形成 “環(huán)紋” 現(xiàn)象，但聚丙烯塑料等高分子材料因冷卻速度較慢，軸肩行走后無法迅速冷卻定型，難以形成 “環(huán)紋”。當旋轉速度為 600r/min 時，由于產熱量較少，聚丙烯塑料未能充分軟化，連接表面出現(xiàn)部分未充分熔融體;隨著旋轉速度的增加，焊接產熱不斷提高，聚丙烯塑料軟化程度逐漸提升;當旋轉速度達到 1000r/min 時，聚丙烯塑料充分軟化，攪拌頭軸肩產生的銑削形式完全消失，焊接表面趨于平整。

  2.2 聚丙烯塑料接頭的拉伸性能變化規(guī)律

  在前進速度 70mm/min、下壓量 0.1mm 的條件下，不同旋轉速度對聚丙烯塑料接頭拉伸性能影響顯著。隨著旋轉速度的增加，抗拉強度先顯著上升，在旋轉速度為 800r/min 時達到最高值 22.05MPa，該數(shù)值為聚丙烯塑料母材抗拉強度(31MPa)的 71%;繼續(xù)增加旋轉速度，抗拉強度則呈現(xiàn)下降趨勢。這一現(xiàn)象的原因在于：旋轉速度為 600r/min 時，攪拌頭產熱較少，聚丙烯塑料塑化程度低，黏性差，導致接頭強度較低;隨著旋轉速度提升，產熱增加，聚丙烯塑料塑性材料增多，接頭強度隨之增強;當旋轉速度為 800r/min 時，攪拌頭產熱適中，聚丙烯塑料塑化與結合效果最佳，拉伸強度達到峰值;而旋轉速度進一步增加時，產熱過量使聚丙烯塑料過度融化，且因前進速度未變，熔體在軸肩下的保持時間不變，旋轉速度與前進速度不匹配，導致熔體不受攪拌頭控制而產生缺陷，最終造成拉伸強度下降。此外，各連接試樣的伸長率變化趨勢與抗拉強度大致一致，在旋轉速度為 800r/min 時，伸長率達到最大值 25.1%。

  2.3 聚丙烯塑料拉伸斷口形貌的差異對比

  聚丙烯塑料母材拉伸試樣呈現(xiàn)典型的韌性斷裂特征。在拉伸速度為 4mm/min 的條件下，隨著拉伸時間的增加，母材試樣不斷被拉長并形成細頸，從微觀形貌可觀察到明顯的取向纖維結構。這是由于材料內部的錯位滑移作用，促使細頸處力學性能強化，同時母材內部晶粒被不斷拉長，最終生成纖維狀晶粒。而聚丙烯塑料連接試樣的拉伸斷口則呈現(xiàn)脆性斷裂特征，斷口微觀形貌表現(xiàn)為河流花樣，無明顯晶粒形狀。這是因為拉伸過程中，連接試樣內部晶粒來不及充分運動以適應外力變化，橫截面上的主應力率先達到斷裂強度臨界值，從而直接發(fā)生脆性斷裂。

  2.4 聚丙烯塑料摩擦磨損性能的參數(shù)影響

  在前進速度 70mm/min、下壓量 0.1mm 的測試條件下，聚丙烯塑料試樣的摩擦磨損過程具有明顯階段性：起始階段摩擦系數(shù)波動較大，約 5min 后摩擦系數(shù)進入穩(wěn)定波動狀態(tài)。隨著旋轉速度的增加，平均摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先緩慢下降、再顯著下降、隨后顯著上升的變化趨勢 —— 在旋轉速度為 800r/min 時，平均摩擦系數(shù)達到最小值 0.338;且所有連接試樣的平均摩擦系數(shù)均高于母材的 0.300。從磨痕形貌來看，聚丙烯塑料母材及連接試樣表面的磨損形式均主要為塑變磨損，具體表現(xiàn)為摩擦表面流變層沿摩擦副相對滑動方向形成薄片狀凸出物，這些凸出物在滑動過程中與接觸表面分離，進而導致表層材料發(fā)生塑性流動。

  三、全篇總結

  本研究圍繞聚丙烯塑料攪拌摩擦連接工藝展開，通過系統(tǒng)設置不同旋轉速度參數(shù)，結合宏觀形貌觀察、拉伸性能測試、斷口分析及摩擦磨損實驗，明確了工藝參數(shù)對聚丙烯塑料連接區(qū)性能的影響規(guī)律。當旋轉速度為 600~1000r/min、前進速度為 70mm/min、下壓量為 0.1mm 時，聚丙烯塑料焊接成型良好，無明顯表面缺陷。旋轉速度對聚丙烯塑料連接區(qū)性能具有關鍵調控作用：在 800r/min 時，接頭抗拉強度達到最高值 22.05MPa(為母材的 71%)，同時平均摩擦系數(shù)降至最低 0.338;低于或高于該旋轉速度，抗拉強度會下降、摩擦系數(shù)會上升。此外，聚丙烯塑料母材拉伸斷裂為韌性斷裂，伴有細頸和晶粒纖維化現(xiàn)象，而連接試樣則為脆性斷裂，母材與連接試樣表面磨損形式均以塑變磨損為主。這些研究結果為2025年聚丙烯塑料行業(yè)優(yōu)化攪拌摩擦連接工藝、提升產品連接質量提供了重要的量化依據(jù)和技術參考。

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