热塑性塑料由于其优良的物理性能和耐腐蚀性能以及易设计和加工性使其在现代工业中有着广泛的应用。本文以高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)和聚碳酸酯(PC)作为研究材料,开展搅拌摩擦焊接及表面复合改性的研究,结合实验结果提出用于热塑性塑料搅拌摩擦焊接/加工的基本理论,丰富搅拌摩擦焊接技术的内涵。研究了HDPE搅拌摩擦焊接头的结构特征、焊接温度变化,工艺参数对接头焊接缺陷和抗剪强度的影响,并对接头不同区域的结晶度和规整度进行分析。实时温度监测表明,焊接峰值温度随着旋转速度的增加而增加,焊后冷却速度随着焊接速度的增加而加快;缺陷分析表明焊接过程中当工艺参数选取不当时,接头表面会出现瘤状物、毛刺、飞边等缺陷,内部会出现孔洞、未焊合、气泡等缺陷;DSC结果显示接头的结晶度由母材向焊核区逐渐降低;SAXS显示母材和焊核区的规整度较热影响区和热-机影响区均一;拉剪实验结果表明接头的抗剪强度随着旋转速度的增加先升高后降低,随着焊接速度的增加而降低,随着下压量的增加而增加。以ABS/PC和HDPE/ABS为研究对象,开展了异种热塑性塑料搅拌摩擦焊的研究。ABS/PC搅拌摩擦焊实验结果表明,当工艺参数选取适当时,可以实现相容性较好的异种热塑性塑料的连接。而对于相容性较差的HDPE和ABS材料,结果表明,通过引入碳纳米管可以改善接头的成形质量和性能,碳纳米管加入后,接头的表面粗糙度降低,接头内部的缺陷数量减少,碳纳米管在接头内部分散均匀,抗剪强度得到很大的提高,显微硬度低于原始接头的显微硬度。通过水下搅拌摩擦加工技术制备碳纳米管增强HDPE复合改性层,并研究了工艺参数和碳纳米管含量对改性层结构和性能的影响。结果表明,复合改性层的宏观表面较纯HDPE表面光滑,且缺陷较少;微观结构分析发现碳纳米管在基体中以云状形式分布,组织相对均匀;DSC结果显示复合改性层的结晶度随着碳纳米管含量的增加而下降;当碳纳米管含量为1%和2%时,复合改性层抗拉强度均随着工艺参数的增加先增加后减小;当碳纳米管含量为4%时,复合改性层抗拉强度随着行进速度的增加而降低,随着旋转速度的增加而减小。以HDPE为基体,以Cu为增强相,研究了水下搅拌摩擦加工技术制备聚合物/金属复合改性层的可行性。结果表明铜粉在搅拌头“裹挟”和软化HDPE的流动作用下随基体的流动而发生分散,其分散的方向与流动方向基本一致,复合改性层表层的均匀性要高于芯部,前进侧的均匀性要高于后退侧。添加铜粉后材料的结晶度相对于未添加铜粉材料的结晶度有所提高。复合改性层的抗拉强度要低于母材,但高于相同工艺参数下未添加Cu粉的样品的强度,显微硬度高于母材和未添加Cu粉的样品的硬度。