中国报告大厅网讯，在当前高分子材料加工领域，聚丙烯塑料凭借其轻质、耐腐蚀、易加工等特性，被广泛应用于汽车、包装、建筑等多个行业。随着行业对聚丙烯塑料行业连接质量要求的不断提升，传统热熔焊接和黏接技术逐渐暴露出不足 —— 热熔焊接对厚板聚丙烯塑料焊接效果不佳，易导致焊后力学性能下降;黏接技术则存在剥离强度低、难以实现自动化生产等问题。在此背景下，搅拌摩擦焊接作为一种新型固相焊接技术，因具有热变形小、无污染、接头质量高等优势，开始在聚丙烯塑料连接领域受到关注，其工艺参数对聚丙烯塑料连接区宏观形貌及力学性能的影响，成为行业技术研究的关键方向之一。以下是2025年聚丙烯塑料行业技术分析。

  一、聚丙烯塑料搅拌摩擦连接的实验方案设计

  1.1 实验设备与材料选用

  实验选用的搅拌摩擦连接设备，搭配 40Cr 合金钢搅拌头，该搅拌头轴肩直径为 21mm，搅拌针呈锥形且带有螺纹线，长度为 8.3mm。聚丙烯塑料板材选用两种规格，分别为 170mm×115mm×10mm 和 170mm×40mm×10mm，采用边缘对接焊方式进行焊接。焊接前，需用喷枪对搅拌头加热 20s 进行预热处理，以保证焊接过程的稳定性。

  1.2 工艺参数设置

  《2025-2030年中国聚丙烯塑料行业发展趋势及竞争策略研究报告》指出，搅拌摩擦连接的核心工艺参数包括旋转速度、前进速度和下压量。实验中主轴倾角设定为 0°，下压量固定为 0.1mm。通过前期试验验证，当旋转速度处于 600~1000r/min、前进速度为 70mm/min 时，聚丙烯塑料焊接成型效果良好;若参数超出此范围，会出现飞边、孔洞、未焊合、黏头、犁沟等缺陷，影响焊接质量。基于此，实验在保持下压量 0.1mm、前进速度 70mm/min 不变的前提下，将旋转速度以 100r/min 为间隔，从 600r/min 逐步提升至 1000r/min，共设置 5 组不同参数的试样。

  1.3 性能测试与表征方法

  按照特定尺寸切取聚丙烯塑料拉伸和摩擦磨损试样，每组测试均取 3 组试样的平均值以确保数据准确性。测试前，利用铣床将焊接试样上下表面各去除 1.5mm 厚度，再用砂纸打磨去除铣床加工痕迹。拉伸性能测试采用微机控制电子万能试验机，拉伸速度设定为 5mm/min;摩擦磨损性能测试采用高温摩擦磨损试验机;同时，借助场发射高温扫描电镜观察拉伸断口形貌和摩擦磨损形貌，全面分析聚丙烯塑料连接区的性能表现。

  二、聚丙烯塑料搅拌摩擦连接区的性能分析结果

  2.1 聚丙烯塑料焊接接头表面宏观形貌特征

  在金属搅拌摩擦焊接过程中，材料会因轴肩高速旋转摩擦产热而软化，并形成 “环纹” 现象，但聚丙烯塑料等高分子材料因冷却速度较慢，轴肩行走后无法迅速冷却定型，难以形成 “环纹”。当旋转速度为 600r/min 时，由于产热量较少，聚丙烯塑料未能充分软化，连接表面出现部分未充分熔融体;随着旋转速度的增加，焊接产热不断提高，聚丙烯塑料软化程度逐渐提升;当旋转速度达到 1000r/min 时，聚丙烯塑料充分软化，搅拌头轴肩产生的铣削形式完全消失，焊接表面趋于平整。

  2.2 聚丙烯塑料接头的拉伸性能变化规律

  在前进速度 70mm/min、下压量 0.1mm 的条件下，不同旋转速度对聚丙烯塑料接头拉伸性能影响显著。随着旋转速度的增加，抗拉强度先显著上升，在旋转速度为 800r/min 时达到最高值 22.05MPa，该数值为聚丙烯塑料母材抗拉强度(31MPa)的 71%;继续增加旋转速度，抗拉强度则呈现下降趋势。这一现象的原因在于：旋转速度为 600r/min 时，搅拌头产热较少，聚丙烯塑料塑化程度低，黏性差，导致接头强度较低;随着旋转速度提升，产热增加，聚丙烯塑料塑性材料增多，接头强度随之增强;当旋转速度为 800r/min 时，搅拌头产热适中，聚丙烯塑料塑化与结合效果最佳，拉伸强度达到峰值;而旋转速度进一步增加时，产热过量使聚丙烯塑料过度融化，且因前进速度未变，熔体在轴肩下的保持时间不变，旋转速度与前进速度不匹配，导致熔体不受搅拌头控制而产生缺陷，最终造成拉伸强度下降。此外，各连接试样的伸长率变化趋势与抗拉强度大致一致，在旋转速度为 800r/min 时，伸长率达到最大值 25.1%。

  2.3 聚丙烯塑料拉伸断口形貌的差异对比

  聚丙烯塑料母材拉伸试样呈现典型的韧性断裂特征。在拉伸速度为 4mm/min 的条件下，随着拉伸时间的增加，母材试样不断被拉长并形成细颈，从微观形貌可观察到明显的取向纤维结构。这是由于材料内部的错位滑移作用，促使细颈处力学性能强化，同时母材内部晶粒被不断拉长，最终生成纤维状晶粒。而聚丙烯塑料连接试样的拉伸断口则呈现脆性断裂特征，断口微观形貌表现为河流花样，无明显晶粒形状。这是因为拉伸过程中，连接试样内部晶粒来不及充分运动以适应外力变化，横截面上的主应力率先达到断裂强度临界值，从而直接发生脆性断裂。

  2.4 聚丙烯塑料摩擦磨损性能的参数影响

  在前进速度 70mm/min、下压量 0.1mm 的测试条件下，聚丙烯塑料试样的摩擦磨损过程具有明显阶段性：起始阶段摩擦系数波动较大，约 5min 后摩擦系数进入稳定波动状态。随着旋转速度的增加，平均摩擦系数呈现先缓慢下降、再显著下降、随后显著上升的变化趋势 —— 在旋转速度为 800r/min 时，平均摩擦系数达到最小值 0.338;且所有连接试样的平均摩擦系数均高于母材的 0.300。从磨痕形貌来看，聚丙烯塑料母材及连接试样表面的磨损形式均主要为塑变磨损，具体表现为摩擦表面流变层沿摩擦副相对滑动方向形成薄片状凸出物，这些凸出物在滑动过程中与接触表面分离，进而导致表层材料发生塑性流动。

  三、全篇总结

  本研究围绕聚丙烯塑料搅拌摩擦连接工艺展开，通过系统设置不同旋转速度参数，结合宏观形貌观察、拉伸性能测试、断口分析及摩擦磨损实验，明确了工艺参数对聚丙烯塑料连接区性能的影响规律。当旋转速度为 600~1000r/min、前进速度为 70mm/min、下压量为 0.1mm 时，聚丙烯塑料焊接成型良好，无明显表面缺陷。旋转速度对聚丙烯塑料连接区性能具有关键调控作用：在 800r/min 时，接头抗拉强度达到最高值 22.05MPa(为母材的 71%)，同时平均摩擦系数降至最低 0.338;低于或高于该旋转速度，抗拉强度会下降、摩擦系数会上升。此外，聚丙烯塑料母材拉伸断裂为韧性断裂，伴有细颈和晶粒纤维化现象，而连接试样则为脆性断裂，母材与连接试样表面磨损形式均以塑变磨损为主。这些研究结果为2025年聚丙烯塑料行业优化搅拌摩擦连接工艺、提升产品连接质量提供了重要的量化依据和技术参考。