复合材料实验 - 图文(2)

丝束展直，并在两头粘上牛皮纸加强（如图1），放置80℃烘箱中0.5小时固化定形。

图1纤维束拉伸试验试样 1—纤维束 2—纸片

2. 了解万能试验机的使用方法，选择0~500N的量程和15mm/min的拉伸速度。 3. 将试样的牛皮纸加强部分在试验机上下夹头夹住。取规定的标距200mm。

4. 进行拉伸试验，记录每个样品的断裂载荷Pb和负荷变形曲线。断裂在夹头处的样品作废。有效试样不能低于5根。

5．取一定长度为L的丝束一段，称其质量为m,则该纤维束的线密度t=m/L(g/mm或g/m)。 6．按下式分别计算丝束的表观强度σt、表观模量Eα和股强度f：

?t?PbPb?? At?PL0? A?LEa?f?式中：Pb——断裂载荷，N；

PbP?b

丝束股数n； ?——纤维密度（玻璃纤维2.55g/cm3，碳纤维1.87g/cm3）

A ——丝束的横截面积，A?t?,mm;

2 △P——变形曲线直线段上某一载荷值，N； ?L——对应?P的标距L0的变形量，mm； L0——测试规定的标距，mm； n ——丝束中所含纱的股数。

7．求?t和Eα的算术平均值、标准差和离散系数。

8．学生可以测定一组不浸胶丝束的强度数据，观察断裂模式的不同。

实验 4 树脂浇注体制作及其巴科尔硬度测试

一、 实验目的

1. 掌握树脂浇注体工艺技术要点； 2. 学会清除热应力方法的操作要点；

3. 掌握巴科尔（Barcol）硬度计的使用方法。 二、 实验内容

1． 选择适合于浇注的树脂配方，并进行树脂浇注、固化； 2． 对树脂浇注体试样进行热应力清除；

3． 用巴科尔硬度计检测树脂浇注体的固化情况，比较热应力清除前后巴氏硬度的变化。 三、 实验原理

以聚合物为基体的复合材料制品在设计时基体的性能数据通常用树脂浇注体性能来代替，掌握树脂浇注技术很有必要。

本实验的重点是学习树脂浇注技术，包括选择合理的配方、合理的固化制度以及搅拌、真空脱泡、浇入模具等操作内容。

建议浇注马丁耐热和热变形温度试验的试样（每种3根），其模具空腔尺寸为： 马丁耐热试样：120mm×15mm×10mm 热变形温度试样：120mm×10mm×15mm

树脂浇注体或树脂基复合材料在热固化之后由于高温交联固化反应，体积会发生微量收缩，冷却后就存在不同程度的热应力，如果这种内应力不消除，将导致所测试的某些性能存在很大误差。这也就是为什么要制定“树脂浇注体力学性能试验方法总则（GB2567-81）”和“纤维增强塑料性能试验方法总则（GB1446-83）”的原因。

四、实验仪器和设备

1． 平板浇注模具，马丁耐热和热变形温度试样模具； 2． 巴科尔硬度计； 3． 必要的树脂和固化剂等。 五、实验步骤

1.选择一个合理的浇注用树脂配方并实施浇注和固化

（1）对浇注用树脂配方最重要的要求有两条：一是在加热过程和固化反应中不挥发或不放出可挥发的小分子；二是温度在Ti以下它的粘度较小，或随温度逐渐升高粘度变大缓慢。否则，得不到好的树脂浇注体样品。 （2）提供两个参考配方：

不饱和聚酯树脂配方：

聚酯树脂196# 100（质量份）

过氧化苯甲酰糊 3（质量份） 40℃-50℃预固化3h后再在100℃固化2h 环烷酸钴促进剂 1.0（质量份） 环氧树脂配方：

环氧树脂-51 100（质量份）

MNA 80（质量份） 100℃预固化2小时后再在160℃固化2小时

苄基二甲胺促进剂 1.0（质量份）

（3）清理模具，在配合面和模腔内表面涂上薄薄一层硅脂，一方面便于脱模，另一方面保证树脂在加热后粘度变小时不致漏流；

（4）将称量好的树脂配方中的各组分（其中10g以上精确到0.5g促进剂精确到0.1g）混合并用玻璃棒直立在容器中画圈搅拌均匀，防止把空气打进树脂中。静置10min，观察树脂中的气泡上升在表面集聚的状态，如它们不自动消失就有必要在真空瓶中脱泡，即马上将试样放入真空干燥瓶中，用真空泵与上部的出口阀相连，缓慢打开阀门，使干燥瓶中的试样减压消泡； （5）将模具放入固化炉中，并调置模具于水平状态；

（6）将无气泡树脂流体靠模具一边慢慢倒入模具中（不要断流，切勿带入气泡），马上检查有无漏滴。如有漏流，则应倒出树脂重新清理模具，重新操作； （7）按固化制度升温固化；

（8）将固化好的树脂浇注体冷却脱模、修边或制作试样；

（9）目测固化好的树脂浇注体外观，并作出评价。然后用直尺侧立检查浇注体平面看是否翘曲。有内应力它就会翘曲变形，特别是薄板或面积较大的板。

1． 消除树脂浇注体的内应力（参照GB2567-81）

(1) 油浴消除内应力方法：对油的要求是材料不与其起化学反应，不吸收，不溶解，不被溶胀。加工好的试样用棉纱擦净后平稳地置于盛有油的容器中，且使试样整个地浸入油中，然后将盛有油并浸入试样的容器放入烘箱内，使箱内温度在1小时由室温升至“处理温度”，恒温3小时后关闭电源，随炉冷却到室温；将试样从油浴中取出用滤纸或餐巾纸将表面的油渍擦干。“处理温度”的选择很重要，GB2567-81选为“略低于待测试样材料的软化点”，笔者建议略高于待测试样的Tg。这是因为热固化后的树脂没有软化点，但仍然有玻璃化转变区和Tg。

(2) 空气浴消除内应力方法：将加工好的试样用棉纱擦净后平整地码在一平铝板上，然后将铝板托起平稳地放入烘箱内，箱内温度1h内从室温升至“处理温度”，恒温3h 再随炉冷却，取出后放于干燥器中。

检查试样还存在内应力否，如有，则按前述方法再消除内应力，直至内应力消除为止。 2． 用巴科尔硬度计测定树脂浇注体试样的硬度（参照GB3854-83）

（1） 选择适合于测量热固性树脂和复合材料的HBa-1型或GYZJ934-1型巴氏硬度计，它的结构简图如图1所示；

图1 GYZJ934-1型巴氏硬度计

1- 指示表；2-主轴；3-载荷调整螺丝；4-载荷调整弹簧；5-机壳

6-满度调整螺丝；7-锁紧螺母；8-压头；9-撑脚

（2） 巴氏硬度计虽然是以压痕深浅来表示试样的硬度，但它不是一个绝对硬值，而是一个与玻璃硬度相比较的相对值。所以每次使用前一定要用玻璃校正或标定。具体方法是取一个平板玻璃置于巴氏硬度计压头下，用力压下去，看指针是否指向100，如不是则调整为100；

（3） 树脂浇注体的上表面应平整光滑、无气泡和裂纹。将试样平放于实验台面上，不应悬空和翘曲，然后握住巴氏硬度计以较大的手力往试样上表面压下，同时观察和记录表头指出的最大数。重复10-20次，每次测点应至少相隔5mm，将结果用统计法求出算术平均值、标准差和离散系数； (4) 测量树脂浇注体试样内应力消除之前和之后的巴氏硬度，比较两组结果并讨论；

(5) 测量完以后还应将玻璃片再校核一次，看巴氏硬度计的压头是否受损，如压头受损则玻璃片所测数就不会是100，此时的处理办法是将前面所测数据全面检查，凡反常数据都应丢弃。 思考题：

1． A阶酚醛树脂能否制作浇注体？酚醛树脂玻璃钢的基体性能如何确定？

2． 用脂肪氨作固化剂的环氧树脂浇注体和低沸点交联剂的不饱和聚酯树脂浇注体为什么与预固温度不能太高？

3． 选择低粘度环氧树脂有利于做好浇注体。如果树脂常温下粘度大则配胶时搅动的气泡不易排出，提高温度可使粘度下降，但如固化剂选择不当，在升温时又会使交联反应加快，粘度上升过快，没有足够的低粘度持续时间，树脂中的气泡还是不易排出，因此做完该次实验后各自总结做好树脂浇注体的经验和教训。

实验5 手糊成型工艺试验

手糊成型工艺属于低压成型工艺，所用设备简单，投资少，见效快，有时还可现场制造某些制品，方便运输，所以在国内很多中小企业仍然是以手糊为主要生产方式，就是大型企业中手糊工艺也经常被用来解决一些临时的、单件的生产问题。据有关资料统计，复合材料的制品产量很高的日本，手糊制品约占总产量的1/3。

手糊成型工艺的最大特点是灵活，适宜于多品种、小批量生产。目前，在国内采用手糊成型生产的产品由浴盆、波纹瓦、雨阳罩、冷却塔、活动房屋、贮槽、贮罐、渔船、游艇、汽车壳体、大型圆球屋顶、天线罩、卫星接收天线、舞台道具、航空模型、设备护罩或屏蔽罩、通风管道、河道浮标等。因此，复合材料专业的学生掌握手糊工艺技术很有必要。 一、实验目的

1. 掌握手糊成型工艺的技术要点、操作程序和技巧；

2. 学会用石膏或木材制作简单形状的模具，并使模具表面达到较高质量； 3. 合理剪裁玻璃布和铺设玻璃布；

4. 进一步理解不饱和聚酯树脂和胶衣树脂配方、凝胶、脱模强度、富树脂层等物理概念和实

际意义。

二、实验内容

1. 根据各校具体情况选定某一切实可行的制品，安排制作过程为实验内容； 2. 用添加阻燃剂方法手糊3mm厚和4mm厚且长、宽各300mm的阻燃玻璃钢平板； 3. 按制品要求剪裁玻璃布； 4. 手糊工艺操作；

5. 脱模并修毛边，如有可能还可装饰美化； 6. 对自己手糊制品进行非破坏性质量评定。 三、实验原理

不饱和聚酯树脂中的苯乙烯既是稀释剂又是交联剂，在固化过程中不放出小分子，所以手糊制品几乎90%是采用不饱和聚酯树脂。 四、实验仪器和药品

1.手糊工具：辊子、毛刷、刮刀；

2.模具制作：盒子、刮板、砂纸、木工工具；

3.树脂、引发剂、促进剂、颜料、脱膜膏、封孔剂、阻燃剂等。 五、实验步骤

1. 模具制作

（1）场地准备 制作模具和手糊要占据一定的场地，通常不宜在实验桌上进行。另外，要求手糊场地气温在15－25℃范围，不潮湿，无灰尘飞扬，通风，清洁。

（2）根据模具大小选择木板为底座，便于模具移动。例如做一头盔模具，就需0.4 m×0.4m的木板作底座。

（3）用半水石膏粉（GaSO4.1/2H2O）调入水中堆制粗糙的模型，要求外表面光滑的制品用阴模，要求内表面光滑的制品用阳模。

（4）配制封孔剂，称取25g酒精漆片（又名虫胶漆片）溶于50ml乙醇中，溶解后以纱布滤去渣子，装瓶加盖，待用。

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