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随着科技的进步,单一的材料已经很难满足产品多功能化的要求,异种材料的直接连接技术受到广泛关注,特别是塑料/金属直接连接可以满足不同零部件多功能需求,在汽车轻量化和3C电子产品上具有广泛应用,塑料/金属直接连接技术已成为相关产业的重要研究方向。本文基于界面微观机械互锁理论,对玻纤增强的改性聚丙烯(GFRPP)/铝合金压制成型技术进行研究,通过对无规共聚聚丙烯(PP)进行接枝马来酸酐(MAH)再添加30%短玻纤进行增强,制备粘结性能和力学性能优良的改性聚丙烯树脂,采用恒流阳极氧化法在铝合金表面制备微纳米的多孔氧化膜,通过热压实现GFRPP/铝合金一体成型,并对界面连接性能和机理进行研究。1、无规共聚聚丙烯接枝改性与纤维增强研究为了提高无规共聚PP与铝合金的粘结性能,采用双螺杆挤出机对聚丙烯进行马来酸酐接枝改性,并添加苯乙烯提高接枝率,傅里叶红外光谱(FTIR)证明马来酸酐成功接枝在聚丙烯主链上,熔融指数(MFR)和旋转流变研究表明,改性聚丙烯的流动性提高,这有利于树脂填充进入铝合金表面凹槽。X射线衍射(XRD)与差示扫描量热法(DSC)结果表明改性后的聚丙烯结构规整度变差;且改性聚丙烯力学性能损失较大,故对其添加30%短玻纤以增强其力学性能,玻纤增强的改性聚丙烯(MPP-30GF)拉伸强度、冲击强度和弯曲强度分别为67.08MPa、10.21KJ/m~2、112.36MPa,较纯聚丙烯提高了100%、30%和112%。通过Owens-Wendt二液法计算树脂表面能,纯聚丙烯表面能为26.53 m J/m~2,而MPP-30GF(GFRPP)表面能增加到31.82 m J/m~2,这说明玻纤增强的改性聚丙烯(GFRPP)其粘结性能和力学性能均符合结构件树脂基体的要求。2、改性聚丙烯(GFRPP)与铝合金一体化压制成型研究铝合金采用机械抛光和阳极氧化的处理方式,电解过程中采用不同的电解液和电流密度来制备不同微观尺度的多孔铝合金表面。抛光处理的试样(S-Al),表面平整光滑,粗糙度仅为5.7nm,MPP-30GF与S-Al的搭接试样(S-Al P)剪切强度和断裂功为1.76MPa和1.26KJ/m~2;经过抛光和草酸阳极氧化处理的试样,氧化电流密度分别为2A/dm~2、6A/dm~2制备的S/O1-Al和S/O2-Al的氧化膜孔径分别为35.1nm和71.9nm,相应的粗糙度(Ra)分别为14.2nm和15.3nm,与MPP-30GF压制成型的S/O1-Al P和S/O2-Al P的剪切强度分别为6.41MPa和6.58MPa,较砂磨打磨抛光的压制试样剪切强度分别提高了264%和273%。磷酸阳极氧化处理的试样,孔径和粗糙度进一步增加,电流密度分别为2A/dm~2、6A/dm~2制备的S/P1-Al和S/P2-Al阳极氧化试样的孔径分别为192nm和201nm,其粗糙度(Ra)分别为108.1nm和126.1nm,与MPP-30GF连接的搭接试样S/P1-Al P和S/P2-Al P试样的剪切强度分别达到了10.05MPa和10.91MPa,断裂失效出现了明显的塑性断裂。通过扫描电镜(SEM)对拉伸失效后的界面进行表征分析,S-Al P失效后的金属表面光滑无树脂残留,试样横截面显示铝合金与树脂平整相接,无互锁结构,失效模式为界面失效;S/O1-Al P和S/O2-Al P试样的铝合金失效界面存在部分树脂残留,且塑料失效表面出现部分拔丝和韧窝,横截面显示界面处出现不对称的凹槽,树脂填充进铝合金表面凹槽,但部分区域存在残留空隙,失效模式为界面+内聚混合失效。S/P1-Al P和S/P2-Al P试样的金属失效断面基本被树脂覆盖,界面处未发生脱胶失效,树脂本体发生了塑性变形,界面失效为内聚失效,制件横截面显示界面结合紧密。SEM线扫描显示不同表面处理的搭接试样界面处均发生了元素扩散,形成了中间层,XPS显示界面连接处形成了化学键,进一步改善了界面连接性能。综上,通过对无规共聚聚丙烯接枝马来酸酐实现增粘改性,并添加30%玻纤实现增强改性聚丙烯;阳极氧化处理铝合金表面制备微纳米孔氧化膜,随电流密度的增大,铝合金表面的孔径和粗糙度增加,使改性聚丙烯更易与铝合金表面形成微观互锁结构,提高了压制成型试样的连接性能,实现了玻纤增强的改性聚丙烯与铝合金一体化成型。