复合材料实验 - 图文

材料科学与工程专业实验

第三篇 复 合 材 料 实 验

材料科学与工程学院

材料系

目 录

实验1 酚醛树脂凝胶时间、挥发分、树脂含量和固体含量测定 实验2 单丝强度和弹性模量测定

实验3 丝束（复丝）表观强度和表观模量测定（参照GB3362-82） 实验4 树脂浇注体制作及其巴科尔硬度测试 实验5 手糊成型工艺试验 实验6 复合材料模压工艺试验 实验7 层压工艺试验 实验8 热塑性塑料注射成型

实验 9 复合材料真空导入成型工艺试验 实验10 RTM成型工艺试验

实验1 酚醛树脂凝胶时间、挥发分、树脂含量和固体含量测定

一、实验目的

掌握对酚醛树脂几个重要技术参数的测定方法，证实酚醛树脂由B阶向C阶段过度时放出小分子的事实。 二、实验原理

酚醛树脂由于苯酚上羟甲基（—CH2OH ）的作用，它的固化与环氧树脂和不饱和聚酯树脂不同，在加热固化过程中两个—CH2OH作用将会脱下一个H2O和甲醛（CH2O），甲醛又会马上与树脂中苯环上的活性点反应生成一个新的—CH2OH。这个过程的快慢和放出水分子的本质，将需要用试验证实，从而帮助学生理解树脂含量和固体含量的不同含义。 三、实验仪器和设备

分析天平、智能电热板、秒表、称量瓶或坩埚等。 四、实验步骤

1、 将智能电热板设定至150±1℃且恒定，用一小块铝箔迅速取A阶酚醛树脂的乙醇溶液1g~1.5g放到智能电热板上，同时用秒表记时并开始用玻璃棒摊平和不断搅动，树脂逐渐变成粘稠起丝，直至起丝挑起即断时为终点，停止秒表，记录此时间，即为该树脂样品的150℃条件下的凝胶时间，以秒数表示。重复操作三次，同一树脂每次相差不应大于5s，取其平均值。

2、 取一已恒重的称量瓶或坩埚，称量为m1,取1g 左右的A阶酚醛树脂溶液于称量瓶中，称量总重为m2,然后将它放入80±2℃的恒温烘箱中处理60min，取出放入干燥器中冷却至室温，称量m3,则树脂含量Rc是指挥发溶剂后测出的溶液中树脂的百分比，即：

RC?m3?m1?100%

m2?m13、 将称量为m3的试样再放入160±2℃恒温烘箱中处理60min，取出在干燥器中冷却至室温后称量为m4，则固体含量Sc是指A阶树脂进入C阶后树脂的百分比，即：

SC?m4?m1?100%

m2?m1挥发分Vc就是指B阶树脂进入C阶段树脂过程中放出的水和其他可挥发的成分所占B阶树脂的百分比，即：VC?m3?m4?100%

m3?m1高温固化绝对脱水量（m3－m4）和溶剂量（m2－m3）与树脂溶液总量（m2－m1）之比称为总挥发量Fc：

FC?由此，Vc与Fc的区别是显而易见的。 思考题

m2?m4?100%

m2?m11． 酚醛树脂凝胶时间测定中取树脂溶液的量多量少是否影响测量准确性?为什么?

2． 酚醛树脂与环氧树脂在固化过程中的差别可以了解为什么模压酚醛树脂模塑料（预浸料）时

要中途放气1～3次的原因，也能了解不同著作中所指树脂挥发分的物理意义。

实验2 单丝强度和弹性模量测定

一、实验目的

掌握单丝强度和弹性模量的试验方法。 二、实验原理

单丝试样与材料力学实验的试样比较，其试样尺寸微小，因此，其测试设备也微小，但拉伸过程极为相似，计算拉伸强度和弹性模量的方法也相似。 三、实验仪器与设备

单丝强力仪、带微米刻度的显微镜或千分尺、尖镊子。 四、实验步骤

1. 了解单丝强力仪的工作原理和操作方法。它的主要技术参数有7项：负荷量程范围；0～5N；最小伸长读数0.01mm;下夹持器下降速度为2mm/min～60mm/min，最大行程100mm；最小负荷感量10

4

－

N；工业电源：220V，50Hz。单丝强力仪实际上是一台小型电子万能试验机，负荷数和伸长量均数

字显示，外形由主机台、控制器和打印机三部分组成。

2. 准备和校验：将主机台控制器和打印机三部分用19芯和5芯连线连接，通电预热30min。检查“上升”和“下降”开关，看下夹器运动是否正常。用100g砝码调满，然后去砝码调零，再用50g砝码校核负荷显示数，如有误差可反复调零和调满。 3. 选择拉伸速度2mm/min。

4. 按图1所示选择单根碳纤维或玻璃纤维于纸框中位粘好。试样至少10个，并编号。

图 1 单丝试样制作纸框图

1-单丝；2-折迭痕；3-纸框；4-上夹头夹处

5-剪断处；6-下夹头夹处

5. 依编号将纸框在主机上夹头夹好，慢慢上升下夹持器，使之正好夹住纸框下端。小心剪断纸框两边。

记录上下夹持器距离L0。

6. 开启“下降”进行拉伸。一般要求在20s之内将纤维拉断。显示屏自动显示最大负荷数和断裂伸长值。

7. 取下被拉断的单丝，放在显微镜物台上测量单丝的直径d，或用杠杆千分表测d值。 8. 按如下公式计算单丝拉伸强度和模量：

拉伸强度：?拉＝4P ?d24P?4P?L应力?d2拉伸模量：E? ＝?应变?L?d2?LL0式中：P--断裂负荷，N；

P’--记录直线段上某一点的负荷，N; d--纤维单丝直径，mm; L0--起始受拉单丝长度，mm;

ΔL--对应于P’那一点单丝伸长的长度，mm。

9. 依编号拉伸，将所有有效试验的σ拉和E分别计算其算术平均值X、标准差S和离散系数Cv。

实验3 丝束（复丝）表观强度和表观模量测定（参照GB3362-82）

一、 实验目的

掌握丝束表观强度和表观模量测定法。 二、 实验原理

丝束（复丝）和单丝不一样，它是一个多元体，如果直接加载拉伸，则纤维断裂参差不齐，所以国际规定将丝浸上树脂，让其粘结为一个整体。然而这个整体由纤维和树脂掺杂组成，不是一个均匀体，于是就将此种情况下测试的丝束强度和模量用“表观”二字限定。 三、 实验仪器和材料

万能试验机、牛皮纸和环氧树脂及固化剂。 四、 实验步骤

1． 选定已知支数和股数的玻璃纤维或碳纤维，使之浸渍常温固化的环氧树脂和固化剂的混合物（如E-51 100g、丙酮20g、二乙烯三胺10g）。然后将已浸树脂的丝束剪成长度为360mm左右的丝束，共10根，并排放在脱膜纸上，并保证有250mm长的平直段，两头用夹子夹住拴一小重物使

（5）将石膏模具表面铲平，粗磨，达到手模无明显粗粒和凹坑为止，再用棉纱擦净浮粉，然后用毛刷或用镊子夹住一小团棉纱沾自配封孔剂涂于模具工作表面，通涂一遍后晾干。

（6）对模具工作表面精磨和抛光，以400水磨砂纸小心精磨模具工作表面，直至细腻光滑；擦净浮粉后再用抛光膏和抛光轮对模具表面抛光。

2．玻璃布、毡剪裁

（1） 按铺层顺序选择表面毡和玻璃布，并分别预算各自的层数；

（2） 按制品的形状画出几何展开图，如圆锥形展开成扇形，球形可展开成瓜片形平面图，并要按玻璃布拼接是搭接还是对接，算好具体形状的尺寸；

（3） 复杂形状处可利用45°剪裁或斜纹布易变形的特点，尽量减少局部剪开的方法。 3．手糊成形试验操作

（1）对模具表面涂脱模剂，反复涂擦以免有局部遗漏。脱模剂可自己配制：取石蜡和凡士林以

1：1质量比在铝盒中加热到80℃-100℃溶化、搅匀，再加入0.3份煤油调匀，即可使用。

（2）配制胶衣树脂（按不饱和聚酯树脂常规配方，胶衣树脂也是不饱和聚酯树脂的一种），首

先在模具表面涂刷一层胶衣树脂，保证400g/m-500g/m的用量，稍候，观察胶衣树脂即将凝胶时，将表面毡轻轻铺放于模具表面，注意不要使表面毡过分变形，以贴合为宜。

（3）取引发剂与不饱和聚酯树脂按比例配合搅匀，然后再加入促进剂，搅匀，马上淋浇在表面毡

上，并用毛刷正压（不要用力刷涂，以免表面毡走样），使树脂浸透表面毡，观察不应有明显气泡。这一层是富树脂层，一般应保证65﹪以上的树脂含量。

（4）待表面毡和树脂凝胶时马上铺上第一层玻璃布，并立即涂刷树脂，一般树脂含量约50﹪；

紧接着第二层、第三层依次重复操作，注意玻璃布接缝错开位置，每层之间都不应有明显气泡，即不应有直径1mm以上的气泡。

（5）最后外层是否需要使用表面毡应视制品要求。

（6）手糊完毕后需待玻璃钢达一定强度后才能脱模，这个强度定义为能使脱模操作顺利进行而

制品形状和使用强度不受损坏的起码强度，低于这个强度而脱模就会造成损坏或变形。通常气温在15℃-25℃、24h即可脱模；30℃以上10h对形状简单的制品可脱脂；气温低于15℃则需要加热升温固化后再脱模。

（7）修毛边，并美化装饰。 4．自我质量评定

（1） 表面质量是否平整光滑，有否肉眼可见气泡、分层？ （2） 形状尺寸与设计尺寸是否相符？ 5．手糊阻燃复合材料平板

（1）按如下比例配制不饱和聚酯树脂： 191# 不饱和聚酯树脂 100质量份

四溴邻苯二甲酸二烯丙酯 10质量份

22#Sb2O3粉 3质量份

50﹪过氧化环己酮二丁酯混合液 5质量份 0.42﹪钴浓度环烷酸钴苯乙烯糊 2-3质量份

（2）在一平板上铺一脱模纸，然后按手糊方法，将300mm×30mm的20玻璃布（0.2mm厚）10块，分层涂刷树脂，然后叠合起来，再覆上一张脱模纸，用平板平压，可得到约4mm厚的玻璃钢平板。同样取300mm×300mm的18玻璃布（0.18mm厚）8~9张手糊操作，可得到约3mm后的玻璃钢平板。12h以后可脱区脱模纸，放在平整地方留待其它实验用。

（3）按上述操作，做一块不添加阻燃剂的不饱和聚酯树脂与玻璃布复合的300mm×30mm×3mm的平板，以备燃烧试验比较之用。 思考题

1． 模具表面为什么要用封孔剂封孔？

2． 为什么要待表面毡树脂开始凝胶时才能进行铺玻璃布和涂刷树脂？ 3． 判断制品是否达到脱模强度有什么方法？有哪些因素影响制品脱模顺利？

4． 什么是富树脂层？它起什么作用？有人说“树脂含量高，且树脂含量表里可以做到不一”是手

糊制品的独有特点，对否？

实验6 复合材料模压工艺试验

GB3961—83第6.18节对模压成型名词解释为“在封闭的模腔内，借助压力，一般尚需加热以成型一种塑料制品的方法。”它概括了“模压”二字并附加“加热”条件这样一种成型方法。因此，本实验训练的重点也是在模、压、热三个条件上。

一、实验目的

１、 掌握模压工艺的基本过程与技术要点； ２、 学会使用油压机，并操作实践；

３、 通过对酚醛树脂预浸料的进一步了解，学会拟定模压工艺条件的方法。

二、实验内容

１、 制备模塑料（预浸料）；

２、 模压比热容试验的试样，模压φ50mm~100mm、厚1mm~3mm的圆形试样用；或根据平板导热仪加热板尺寸压制厚度大于或等于5mm的试样供其它实验用。

三、实验原理

A阶酚醛树脂具有明显的B阶段，且由B阶段向C阶段转变只需加热就能完成。采用A阶酚醛树脂浸渍玻璃纤维及其织物的预浸料被广泛地应用于模压玻璃钢制品，在电器、汽车、机械、化工等工业中占有重要地位。B阶酚醛树脂由于分子中的羟甲基每两个要脱下一水分子和一甲醛分子，

##甲醛马上与树脂中苯环上的活性点反应又生成一个羟甲基，该羟甲基与另一羟甲基再反应脱下一水分子和一甲醛分子，如此持续下去最终交联进入C阶段。这一转化过程要放出水分，如果不在高压下进行，这些水分子在高温下形成水蒸气逸出来就会使树脂形成孔泡，性能下降，因此，凡酚醛树脂固化就需在高温、高压下完成，并且在树脂凝胶之前提起半个模具使之放气多次，即使气泡形成缺陷也还能再加压加以弥补。

四、 实验仪器和原材料

液压机（又称油压机）、钢模具、氨酚醛树脂乙醇溶液、玻璃纤维或玻璃布。

油压机的工作原理是巴斯卡定律，压力泵将油加压于油缸的活塞，活塞作用于上下平台并加压力，油道阀门控制并改变阀门方向使之加压和卸压并使平台上下运动。通常两块平台之一是固定不动，另一块可上下运动。目前国内生产的油压机以吨位命名，常用的有45t、100t、250t、500t等，大型油压机在1000t以上。

油压机一般由主机架、油泵、油缸和活塞、工作平台、阀门、压力指示表、加热和温控系统组成。

油压机的额定压力与指示表压之间的关系，通常是按下式计算的：

Pc?10?Pm?1?D24 公式1

式中： Pc——油压机的额定压力，kN；

Pm——允许的油缸的最大压强（表压），MPa；

D——油缸活塞受压面直径（注意此活塞直径不一定是可见到的带动平台运动的外

部的圆柱的直径），cm。

如图1所示，往往D>d , d误认为是D，直接测量d代入公式1中将造成Pm大于允许的最大表压值的错误，因此，应特别注意。

图1 上压式液压机执行机构示意图

1— 液压缸 2—活塞 3—密封 4—动横梁（平台）

5—下横梁 6—顶杆 7—拉杆 8—顶出横梁

有的模压制品不容易从阴模中脱模，所以模具设计时可以充分利用油压机的下方的顶出杆，帮

助脱模。

工业生产预浸料采用Z型捏合机和疏松机，本次实验用量少，只能采用手工捏合和疏松。 五、实验步骤

1．预浸料制备（因量少，只能手工制备）

（1） 取酚醛树脂乙醇溶液（含胶量60%～65%）1200克，玻璃乱纤维1000g，将玻璃纤维剪成20mm～40mm的短纤维（如是玻璃布可剪成20mm×20mm的碎片）在容器内混合，又称为捏合； （2） 带上乳胶手套在容器内揉搓，使玻璃乱纤维充分浸润，该预浸料干树脂含量可达40%以上。注意树脂太浓，纤维不能充分浸润，树脂太稀又使纤维吸收不完。纤维捞出凉干后树脂含量偏低，凉干后马上疏松。

（3） 将已疏松的浸上树脂的乱纤维摊在平铝板上（或铁丝网上）于80℃温度烘30min，既达到不发粘，挥发分（含乙醇溶剂）总量又不高于6.5%。 （4） 将预浸料装塑料口袋封严待用。 2．模压成型操作

（1） 模具准备：具“封闭的模腔”的模具一般是由阴、阳模组成，首先是准确测量模具型腔的容

积V，然后是涂脱模剂，确定没有遗漏局部后将阴阳模同时预热到170℃、30min.

（2） 按下式计算预浸料的用量G:

G=(1+γ)ρν 公式 2 式中：γ-——损耗系数，取值0.05

ρ——模压成型后制品的密度 g/cm ν——模具型腔容积或制品实占空间体积，cm

３

3

准确称取预浸料，精确到０.１g。模压料不应偏多或偏少，以免造成制品尺寸不能到位或缺陷． （３）在90℃～110℃预热预浸料15min，然后趁模具热、模压料软时填压预浸料入模腔，迅速合模，置于油压机工作平台上，轻轻加压使之模压料密致。

（４）在170℃高温下初压力不宜太高，以５MPa—10MPa合适，３min～5min后将上模提起一点，起＂放一次气＂的作用，每隔１min就放气一次，质量或壁厚较大的制品，放气３～５次即可加压—放气—加压反复操作；同时注意模具中挤压流出来的树脂，用一小木棒挑动，观察凝胶前粘度变化；

（５）按公式3和模具型腔投影面积S计算模腔中模压料所受压强的大小；

?D2P?pm式中：p一模压料压强，Mpa

pm一油压机压力指示表值，MPa D一油缸活塞受压面直径，cm

4S 公式 3

S一模压制品或模具型腔的投影面积，m2

掌握加压时机，当外流出来的树脂粘度变大，快接近凝胶时迅速升压，达到３０MPa～50MPa,注意表压不应超过公式１所说明的最大油缸压强，保温保压30mi n ～60min。 （6）保温保压时注意流胶状态．

（７）随机降温，当达８０℃以下可以脱模，修毛边。

（８）目测模压制品的外观质量，测量其材料密度ρ和外行尺寸；如果模压的是后续实验，比热容实验的试样，则应将试样放于干燥器中，待用。 思考题

1.热固性酚醛树脂为什么可以不加固化剂而会固化完全？环氧树脂和不饱和聚酯树脂不加固化剂能固化吗？

2.预浸模塑料工艺要点是哪几点？ 3.加压时机为什么很重要？

4.模压料用量与挥发分（包含溶剂和缩合水两部分）有什么关系？挥发分大小对模压制品的质量有否影响？

5.从模压工艺全过程看，由哪几个因素可以较好地控制模压制品质量？ 6.怎样根据模压制品特性和工艺要求去合理选择油压机？

7.通过模压工艺操作请谈谈封闭式模腔模具设计中的技术要点。如何估算制品的外形尺寸收缩量？

实验7 层压工艺试验

目前，国内外绝缘材料平板基本上是采用层压成型工艺生产的。用此工艺方法生产的复合材料制品还有印刷电路敷铜板、纺织器材、管材、渔竿、木材三合板、五合板等。

一、实验目的

1． 进行层压板生产工艺操作训练，掌握层压板制作过程的技术要点； 2． 了解纤维织物铺层方式对层压板性能的影响。 二、实验内容

1． 预浸布制作；

2． 预浸布铺层和层压板成型。 三、实验原理

层压方式可以生产多种不同用途的板材和大型结构的平行试样，所采用的树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、其基本工艺如下：

玻璃布→高温脱蜡→偶联剂处理→烘干→浸胶→烘至B阶段→收卷→剪裁→铺层→层压→脱模修边。

层与层之间完全靠树脂在压力帮助下加温固化而粘牢在一起形成一定厚度的板。生产中除温度、

压力因素外，预浸布树脂含量是一重要因素。

四、实验设备及器材

浸胶机、层压机（油压机）、不锈钢薄板、树脂、玻璃布等。

浸胶机如图1所示，包括布架、脱蜡炉、偶联剂浸槽、烘干炉、浸胶槽、烘至B阶树脂的加热炉、收卷等七部分。

图1 玻璃布浸胶机示意图

层压机也是液压机的一种、只是工作平台是多层的，工作原理和操作与油压机类似，如图2所示。

图2 层压机示意图

1—固定横梁；2—导柱；3—压板；4—活动横梁；5—辅助工作缸；

6—辅助油缸柱塞；7—主工作缸；8—主油缸活塞

层压机的工作台面积大，公称压力大，一般都在1000t以上，有的达3000t甚至更大。常用2000t层压机有18-20层，工作台面尺寸1050mm×1850mm,通常主工作油缸在下面，平台由下向上运行加压，与一般油压机相反。油压机和层压机的加热方式有电热和蒸汽加热两种。本次实验实际上不用这么大的层压机，只能用平台平整光滑的油压机和平整的不锈钢板成型层合板。

本次实验若没有浸胶机，亦可采用手工法浸胶。其方法是将玻璃布剪成1.5m长，布宽视烘炉和层压板宽度而定，将其高温脱蜡后浸偶联剂，晾干或烘干，在一胶槽中浸透树脂，然后用圆管夹住玻璃布，再将玻璃布提抽而过，最后烘至B阶段，待用。这样做的缺点是预浸布含胶量不均匀。

五、实验步骤 1．

浸胶布制作

（1） 选择玻璃布，国内的玻璃布分有碱和无碱，制层压板的多是无碱玻璃布。玻璃布规格分

号，号越大，厚度和单位面积质量也大，例如13号布为160g/m,18号布为240g/m。注意经纬密度各是多少，布宽有900mm和1200mm等多种。

（2） 配置偶联剂水溶液，一般浓度为1?-3?，如树脂选用酚醛树脂，则偶联剂用KH-550;

如是环氧树脂则用KH-550或KH-560；如是不饱和聚酯树脂，偶联剂最好用KH-570,一定不用KH-550。

（3） 配制树脂，对树脂要求是有明显的B阶段，并且浸胶布在常温下有5-7天以上的存放期。

这里提供三个配方供学生选用：

① 氨酚醛树脂的乙醇溶液，60﹪的胶含量；

② 环氧树脂（E-44）100质量份与胶含量为60﹪-65﹪的氨酚醛树脂100质量份混在一起，

经80℃搅拌反应脱水60min-90min，加少量丙酮调至含胶量60﹪可用于浸胶。 ③ 不饱和聚酯树脂184#或199#在聚合完毕时不加苯乙烯稀释就直接出料，冷却后为固体，

取其100质量份用40份丙酮溶解，然后配入邻本二甲酸二丙烯酯（DAP）15～20份，过氧化二异丙苯2份，过氧化苯甲酰0.3份，搅匀即可用于浸渍玻璃布制备不饱和聚酯树脂浸胶布。

（4） 制备浸胶布的具体操作：按图1所示进行。脱蜡炉温度调至400℃～430℃，偶联剂烘炉

为110℃～120℃，胶槽后的烘炉调至70℃～90℃，即可开机预浸。在收卷处取样分析如下指标：挥发分高低、胶含量和不容性树脂含量三项。如布发粘，收卷后不易退卷，应提高后炉温度；挥发分过高，不溶性树脂含量低于3％，也应提高后炉温度；反之要降低温度；含胶量由控胶辊的压力控制，一般在33%～37%。

注意浸胶布牵引速度快慢对上述三项亦有影响，一般控制在1.0m/min～3.0m/min的速度为宜，但不能一概而论，因为牵引速度受很多因素影响，如脱蜡炉的长度、浸胶槽的形式与浸渍时间、后炉温度、树脂种类等。

（5）浸胶布的质量指标也往往随层压制品的要求而有差别，千万不要对某些指标（如含胶量35%

左右）看成是不变的，产品的千变万化，浸胶布的质量指标数值最终还是要由产品质量来确定。

（6）收卷密封装袋，待用。

2． 浸胶布铺层和层压成型。

（1） 取浸胶布置于洁净平台上铺平，按规定尺寸剪裁，注意经纬密度不同的方向性； （2） 按公式（1）计算浸胶布用量

G=ρAh 公式 1

式中：G—浸胶布总量；g

ρ—层压板密度；g/cm3 A—层压板面积，cm2

2

2

h—板预定的厚度，cm

对15mm、10mm、4mm厚度的板各压制一块，以备其他实验用；

（3） 将单片预浸布按预定次序逐层对齐叠合，上、下面各放一张聚酯膜，并置于两不锈

钢薄板之间，然后一起放入层压机中。不锈钢板应对齐，以免压力偏斜，使试样厚度不均。

（4） 加热、加压分三个阶段进行：

预热阶段：温度100℃，压力5.0MPa，保温30min；

保温保压阶段：将温度升到165℃～170℃，压力6MPa～10MPa，时间60min～80min； 降温阶段：保压降温，随层压机冷却，待温度低于60℃后可卸压脱模取板，最后修边，目

测层压板内部分层等缺陷。

思考题

2． 如玻璃布经纬密度不一样，在铺设预浸布时不按中面对称原则，会发生什么现象，不妨在制备

层压板时一试。

3． 层压板可能出现哪些缺陷？又如何解决？ 4． 层压板加压是否也有时机问题？

5． 在连续浸胶生产中如何监督预浸布的质量？

实验 8 热塑性塑料注射成型

一、概述：

热塑性塑料的注射成型其原理是物料在注射机料筒内，受到机械剪切力，摩擦热及外部加热的作用。塑化熔融为流动状态，然后以较高的压力和较快的速度，流经喷嘴注射到温度较低的闭合模具内，经过一定时间冷却之后开启模具，取得制品。

注射成型时，塑料在热、力、水分、氧气等作用下，引起高分子的化学变化之外，主要是一个物理变化过程。塑料的流变性，热性能结晶行为，定向作用等因素，对注射工艺条件及制品性质都会产生很大影响。本实验是按热塑性塑料试样注射制备方法的基本要求制备塑料试样的，然后测定塑料的性能。通过实验要求学生了解实验设备的基本结构，动作原理和使用方法；熟悉制备试样的操作要点；掌握工艺因素，实验设备与注射成型制品的关系。 二、仪器及原料：

注射成型机 TT80型 1台 试样模具 长条、圆片、哑铃 1组 测温计（量程0-300℃，精确度±2℃） 1只 秒表 一块 原料：ABS、PS、PE和PP等

三、实验步骤及内容： （一） 内容：

根据原料成型工艺特点及试样质量要求，拟出实验方案。

1、 塑料原料的干燥条件； 2、 注射压力、注射速度； 3、 注射、保压、冷却时间； 4、 料筒温度、喷嘴温度；

5、 模具温度、塑化压力、螺杆转速，加料量； 6、 制品后处理条件。

在制样过程中，上列2、3、4、5项内容，可以采用不同的方案，以考察注射工艺条件与试样性能的关系。 （二） 实验步骤

1、 按注射成型机使用说明书或操作规程做好实验设备的检查、维护工作。 2、 用“调整操作”方式，安装好试样模具。

3、 注射机温度仪指示达到实验条件时，再恒温10-20分钟，恒温时间到后，加入塑料进行对空注射。如从喷嘴流出的料条光滑明亮，无变色、银丝、气泡，说明料筒温度和喷嘴温度比较合适，即可按拟出的实验条件用半自动操作方式开动机器，制备试样。此后，每次调整料筒温度也应有适当的恒温时间。

在成型周期固定的情况下，用测温计测定塑料熔体的温度，制样过程中料温测定不少于两次。 4、 在成型周期固定的情况下，用测量计分别测量模具动、定模型腔不同的部位的温度，测量点不少于三处，制样过程中，模温测定不少于两次。

5、 注射压力以注射时螺杆头部施加于塑料的压力表示。

6、 成型周期各阶段的时间，在固定情况下，用继点器和秒表测量。 7、 制备试样过程中，模具的型腔和流道不允许涂擦润滑性物质。

8、 制备试样数量，按测试需要而定，制备每一组试样时，一定要在基本稳定的工艺条件下重复进行。必须在至少舍去五模后，才能开始取样。若某一工艺条件有变动，则该组已制备的试样作废。所选取的试样在去流道类赘物时，不得损伤试样本体。

9、 试样的外观质量应符合塑料试验方法GB1039-79或本实验标准的规定。

10、试样处理应按塑料试验方法GB1039-79或产品标准的规定，或本实验提出的条件进行。 四、实验结果记录及作业

（一） 填写实验记录（见附录）

（二） 将制成的试样用应力仪观察应力分布情况。 （三） 试样作下列性能检验：

冲击强度测定（方法见实验GB1043-70）

压缩强度测定（方法见实验GB1041-70） 五、问题讨论

（一） 提出实验方案的料筒温度、注射压力、注射——保压时间应考虑哪些问题。 （二） 试样产生缺料、溢料、凹痕、气泡、真空泡时，与哪些因素有关？ 六、注意事项

（一） 因电气控制线路的电压为220伏，操纵机器时，应防止人身触电事故发生。 （二） 在闭合动模、定模时，应保证模具方位整体的一致性，避免错合损坏。 （三） 安装模具的螺栓、压板、垫铁应适用牢靠。

（四） 禁止料筒温度在未达到规定要求进行手塑或注射动作。手动操作方式在注射——保压时间未结束时不得开动预塑。

（五） 主机运转时，严禁手臂及工具等硬质物品进入料斗内。 （六） 喷嘴阻塞时，忌用增压的办法清除阻塞物。 （七） 不得用硬金属工具接触模具型腔。

（八） 机器正常运转时，不应随意调整油泵溢流阀和其它阀件。

（九） 严防人体触动有关电器，而使机器出现意外动作造成设备、人身事故。 附录：

试验记录 一、原料规格

塑料名称 牌号、规格 二、干燥条件

干燥方法 干燥温度（℃） 干燥时间（小时） 干燥后含水率（%） 三、模具特征

模具结构 每模试样数 进料口尺寸（mm） 四、注射机特性参数

注射机型号 螺杆结构与直径 喷嘴结构

（2） 实验仪器

空气压缩机；RTM模具；储料罐；尼龙管、金属卡箍；玻璃纤维或碳纤维布、丙酮、聚酯、促进剂、固化剂、脱模剂；扳手、秒表等。 五、实验内容 1.准备：

（1） 清理模具；

（2） 剪玻璃布200*200mm一块并称重； （3） 清理上下模具表面及各浇口、涂脱模剂；

（4） 把玻璃布放入模具中；盖上上模，对角紧螺栓，至少三遍； （5） 取树脂按比例加入促进剂放入供料容器中；

（6） 将固化剂倒入固化剂瓶中；至少要高于出料口5厘米；

（7） 将提料管插入供料容器中；调节气压阀；使材料泵缓慢运动；直到清晰的树脂从回流管

流出；

（8） 固化剂比例选择，拔出固化剂泵上端连接件的销子，将此端对准所选固化剂比例值位置，

插入销子，再拔下固化剂泵下端连接件上的销子，固定在与上端同样值的位置。

（9） 用手上下抽动固化剂泵臂，使固化剂从回流管中流出到固化剂瓶中，连续抽动，直到无

气泡稳定的固化剂流出现。

2.注射：

（1） 将注射枪上的阀门和固化剂阀门置于注射位置。 （2） 将主机控制板面上的注射回流开关置于注射位置。 （3） 设置好固化剂的位置。

（4） 按住注射枪上的气动阀门，开始注射。; （5） 释放注射枪上气动阀门，停止注射。

（6） 清晰枪头，步骤为：气净----丙酮清洗-----气净； （7） 完成以上步骤后，将注射枪上的阀门置于回流的位置。

3.清洗：

（1）确保清洗剂压力调节阀门关闭，压力表指针在最小处，将阀门旋钮逆时针转到底； （2）慢慢拉起释放阀，小心泄掉清洗罐中的压力；

（3）当清洗罐中的压力全部泄掉打开顶盖，倒入适量清洗的丙酮，盖上顶盖； （4）将压力阀顺时针调节到合适范围；

（5）将注射头对准一个合适的容器，轮换打开清洗罐上的空气球阀与丙酮球阀，将枪头进行空气和溶剂反复清洗，直到清除枪体中所有残余溶剂。 4.卸模：

（1） 松开螺栓；

（2） 拧紧卸模螺栓，使上下模分离，取出成品板； （3） 去除多余固化树脂，称重计算树脂含量； （4） 清理模具。 六、写出实验感想

五、成型条件

料筒和喷嘴温度 1段（℃）2段（℃）3段（℃） 物料温度（℃） 模具温度 定模（℃） 动模（℃） 成型压力（kg/cm） 注射压力 ″ ″ ″ 保压压力 ″ ″ ″ 预塑压力 ″ ″ ″ 螺杆转速（转/分） 时间 （秒）

实验 9 复合材料真空导入成型工艺实验

一、 实验目的

1、 了解并且学会真空导入成型实验原理。

2、掌握复合材料成型工艺技术要点、操作程序和技巧

3、进一步理解不饱和聚酯树脂和胶衣树脂配方、凝胶等物理概念和实际意义。

二、 实验原理

随着在游艇、风力发电叶片等制品上的应用，真空导人工艺 (Vacuum Infusion Process，VIP )近几年得到了快速发展，作为一种相对高性能低成本的成型技术，正被越来越多的人认识和采用。

真空导人工艺具体的成型方法是将纤维增强材料直接铺放在模具上，在纤维增强材料上再铺放剥离层和高渗透介质，然后用真空薄膜包覆及密封，抽出体系中的空气，利用真空产生的负压把树脂注人并浸渍增强材料，最后充满整个模具。制品固化后，揭去真空材料，在模具上得到所需的制品。

真空导入工艺能被广泛的应用，有其理论基础的，这就是达西定律（Darcy’s Law）

2 t =? 2h/(2 k DP )

t 是导入时间，由四个参数来决定。

h-树脂粘度，从公式上可以看出所用树脂的粘度低，则所需导入时间就短，因此真空导入所

用的树脂粘度一般不能太高。这样可以使树脂能够快速的充满整个模具。

?-注射长度，指的树脂进料口与到达出料口的之间的距离，距离长当然所需的时间亦长。 DP-压力差, 体系内与体系外压力差值越大，对树脂的驱动力也越大，树脂流速越快，当然

所需导入时间也越短。

k = 渗透性，指玻纤，夹心材料等对树脂浸润好坏的参数。k值大说明浸润好，象连续毡，

多向毡要比方格布，短切毡易被树脂浸润。因此为了使得树脂在增强材料被压实的情况下能方便的充满体系，一般会人为设置一些导流槽，比如在夹心泡沫上下打孔等。

三、真空导入工艺优点及对原材料的要求

与其他工艺相比，真空导人工艺具有非常多的优点 ：①作为一种闭模成型工艺，树脂在固化过程中减少了交联单体的挥发 ，对环境几乎无污染 ，减少了操作者与有害物质的接触；②处于真空负压下的树脂能够完全浸渍纤维增强材料 ，并且体系中不留有多余的树脂，成型的制品纤维含量高、性能高 、孔隙率低 ；③在成型条件一样的情况下 ，真空导人工艺成型的制品具有很好的可重复性，受人为因素的影响减少 ，这对于重量要求稳定的玻璃钢制品是很关键的；④对模具要求不高 ，模具制作相对简单。使用单面模具，就可以得到两面光滑平整的制品，节约了模具制造成本。

由于真空导入工艺具有很多的优点 ，所以对原材料的要求就相对比较高，特别是对在真空负压下流动的树脂 ，①具有低粘度 ，一般需控制在300cP以下 ，仅借助真空即可在增强材料堆积的预成型体中流动 、浸透 ，而且要有足够长时间不变的最佳粘度和流动性 ；②能够常温固化 ，具有良好的力学性能 、低收缩 、低放热的性能；③具有较好的固化特性 ，有适宜的凝胶时间和快速固化的性能。凝胶时间太短树脂较难填满整个模腔，凝胶时间过长将会影响制品的脱模时间和生产效率。基体树脂是复合材料成型的基础材料 ，在真空导人工艺成型中，目前最常用的基体树脂是不饱和聚酯树脂 (U nsaturated Polyester Resins，UPR )，因为相对于乙烯基酯树脂和环氧树脂，不饱和聚酯树脂具有综合性能优良、价格低 、流动性能好 、易加工等一系列的特点。 四、 实验仪器及原料 1、实验仪器

真空泵，接口，压力表，导流管，脱模布，导流布，真空袋等等。 2、 实验原料

不饱和聚酯树脂、过氧化甲乙酮、环烷酸钴等 五、 实验步骤

1、准备模具

和其它积层工艺一样， 对VIP来说高质量的模具也是必须的。表面要有较高的硬度和较高的光泽，并且模具边缘至少保留15厘米，便于密封条和管路的铺设。对模具进行清理干净，然后打脱模蜡或抹脱模水。 2、施工胶衣面

可以根据制品的要求，可以用产品胶衣和打磨胶衣，选用类型有邻苯，间苯和乙烯基。用手刷和喷射的方法施工胶衣。 3、增强材料铺设

选用增强材料-玻璃纤维，碳纤维，夹心材料?这要依据制品强度要求来定。选择增强材料对积层工艺来说是很重要的一步，但对于VIP要多考虑几点。 虽然所有织物都可以用，但不同的材料和织法会影响树脂流速。

4、真空袋材料铺设

先铺上脱模布，接着是导流布，最后是真空袋。在合上真空袋之前，要仔细考虑树脂和抽真空管路的走向，否则有的地方树脂会无法浸润到。铺设时要非常小心，以免一些尖锐物刺破真空袋。

5、抽真空

铺完这些材料后，夹紧各进树脂管，对整个体系抽真空，尽量把体系中空气抽空，并检查气密性，这一步很关键，如有漏点存在，当树脂导入时，空气会进体入体系，气泡会在漏点向其它地方渗入，甚至于有可能整个制品报废。

6、配树脂

抽真空达到一定要求后，准备树脂。按凝胶时间配入相应的促进剂和固化剂，切记不能忘加固化剂，否则很难弥补。不过一般真空导入树脂含有固化指示剂，可以从颜色上来判断是否加了固化剂。

7、导入树脂

把进树脂管路插入配好的树脂桶中，根据进料顺序依次打开夹子，注意树脂桶的量，及时补充。

8、脱模

树脂凝胶固化到一定程度后，揭去真空袋材料。从模具上取出制品并进行后处理。

六、 思考题及实验感想

1、 真空导入法成型工艺有什么优点？ 2、 真空导入成型工艺对原料有什么要求？ 3、 实验感想

复合材料树脂传递模塑（RTM）成型工艺实验

一、 实验目的

1. 掌握RTM成型工艺，操作方法； 2. 了解RTM成型工艺的实验原理及影响因素 二、实验原理

树脂传递模塑成型简称RTM（Resin Transfer Molding）。RTM起始于50年代，是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术，可以生产出两面光的制品。在国外属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺（Resin Injection）和压力注射工艺(Pressure Infection)。

RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模成型制品。

成型设备 RTM成型设备主要是树脂压注机和模具。①树脂压注机由树脂泵、注射枪组成。树脂泵是一组活塞式往复泵，最上端是一个空气动力泵。当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时，树脂泵将桶中树脂经过流量控制器、过滤器定量地抽入树脂贮存器，侧向杠杆使

固化剂泵运动，将固化剂定量地抽至贮存器。压缩空气充入两个贮存器，产生与泵压力相反的缓冲力，保证树脂和固化剂能稳定的流向注射枪头。注射枪口后有一个静态紊流混合器，可使树脂和固化剂在无气状态下混合均匀，然后经枪口注入模具，混合器后面设计有清洗剂入口，它与一个有0.28MPa压力的溶剂罐相联，当机器使用完后，打开开关，溶剂自动喷出，将注射枪清洗干净。②模具 RTM模具分玻璃钢模、玻璃钢表面镀金属模和金属模3种。玻璃钢模具容易制造，价格较低，聚酯玻璃钢模具可使用2000次，环氧玻璃钢模具可使用4000次。表面镀金属的玻璃钢模具可使用10000次以上。金属模具在RTM工艺中很少使用，一般来讲，RTM的模具费仅为SMC的2%～16%。 三、成型技术特点及应用

RTM成型技术的特点：①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模 的玻璃钢产品生产（20000件/年以内）；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况例题铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建厂投资少，上马快。

RTM技术适用范围很广，目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业 领域。已开发的产品有：汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋浆、8.5m长的风力发电机叶片、天线 罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等

四、实验用原材料及仪器 （1）RTM原材料

RTM用的原材料有树脂体系、增强材料和填料。 树脂体系 RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂。

增强材料 一般RTM的增强材料主要是玻璃纤维，其含量为25%～45%（重量比）；常用的增强材料有玻璃纤维连续毡、复合毡及方格布。

填料 填料对RTM工艺很重要，它不仅能降低成本，改善性能，而且能在树脂固化放热阶段吸收热量。常用的填料有氢氧化铝、玻璃微珠、碳酸钙、云母等。其用量为20%～40%。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u01v.html