综合实验4：成型工艺.doc

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1、材料科学与工程专业本科生综合实验之四材料的工艺成型技术综合实验指 导 书北京航空航天大学 材料科学与工程学院2003年6月22日材料的工艺成型技术综合实验大纲(四年一期)指导思想以材料一级学科的课程为实验理论基础，深刻把握课程教学目标、课程教学内容、相关课程的特色与交叉结构、以及高速发展的先进材料与工程技术的发展趋向，综合基础课程和专业课程的共性与基本问题，开展材料工艺与成型技术综合实验，全面推进素质教育，促进教学和管理等方面的进步，发挥学生的创新思想，提高学生的材料工程实验能力与材料研究的整体素质。设计思路1、在整体上，将高分子材料、聚合物基复合材料、金属材料等有机的结合起来，同期进行材料工

2、艺与成型技术综合实验，使学生能在同期内进行实验方法的比较；2、充分考虑不同材料的工艺与成型技术综合实验特点，要求同学设计出一条完整的实验方案：选材、基本物性的了解、成型方法与相关工艺参数的确定、成型过程的分析、成型试样的性能表征手段与数据处理、结果分析等。3、在实验项目上，学生可以开展其中2/3个实验项目进行实验，但采取行政上的学分引导和学生自主选择相结合的方法，充分体现学生自主选择权。4、要求实验者与时俱进、开拓创新、端正态度，密切处理好五个关系：理论与实践、继承与发展、课程实验与科研实验、共性与个性、总结与提高等。为此，（1）对于实验思考题，希望命题者坚持 “出活题、考能力”的指导思想；（

3、2）学生应该认真书写实验报告，教师应该认真批改。实验程序第一步、集中上实验课公开实验项目接待学生参观、了解实验情况学生自主填报志愿实验老师公告实验者名单、实验时间、接待人数等；第二步、接待实验者指导和自主实验实验结果分析与讨论实验报告；第三步、批改、总结、汇报，为下一年度的综合实验提出改进方法。实验要达到的目的 1、使同学初步掌握实验设备的基本结构与使用方法；2、使同学初步掌握不同材料成型所需设备、工艺参数的确定方法及工艺过程；3、使同学了解成型工艺影响材料流动性和成型试样质量的规律；4、使同学初步掌握材料变形与结构变化规律；5、对相关课程的理论进行验证； 6、使同学初步掌握分析问题和解决问题

4、的基本方法，锻炼学生书写科学实验报告的能力。实验的主要内容与指导教师 序号负责人学时实验名称实验目的和主要内容实验类型12344.1王 瑛6高分子材料挤出成型系统与自动控制综合实验目的：使学生掌握高分子材料挤出成型工艺和自动控制等基本技能，使相关课程理论得以验证。内容：测定高分子材料熔体的流动性和流变性能，确定挤出成型工艺，进行实际挤出成型操作。P4.2王 瑛4高分子材料注射成型工艺与力学性能试样制备综合实验目的：使学生在掌握高分子材料注射成型工艺原理，为力学性能实验和材料物理实验制备试样。内容：测定高分子材料熔体的流动性和流变性能，确定注射成型工艺，进行实际注射成型操作。P4.3段跃新4复合

5、材料增强体渗透率实验目的：了解增强体的渗透特性,要求学生掌握纤维增强体的渗透特性与压力的关系。内容：设计影响渗透特性的因素，进行渗透工艺与原理实验。P4.4段跃新4LCM工艺流动充模过程实验目的：要求学生掌握先进树脂基复合材料长程流动的LCM成型。内容：结合实验4.3，进行温度、粘度、压力、流程对RTM成型性能的影响实验，分析工艺原理，优化工艺参数。P4.5周铁涛胡成宇4金属材料轧制成型过程流变规律实验目的：使学生掌握金属材料塑性成型工艺的基本技能，使相关课程理论得以验证。内容：对几种金属材料进行实际轧制成型工艺实验。P4.6周铁涛胡成宇4金属材料塑性变形机制实验及分析目的：提高学生运用有关物

6、理概念和数学解析方法分析解决本专业工程实际问题的能力。内容：运用科研开发的数值模拟软件对铸件充型的流场及凝固的温度场进行数值模拟。P4.1 高分子材料挤出成型系统与自动化控制综合实验（一）高分子材料熔体流动速率的测定(MFR)一、实验目的通过对高分子材料熔体流动速率的测定，使同学们基本掌握熔融指数测定仪的结构和使用方法，了解高分子材料种类、分子量及分布影响流动性的规律，验证相关课程的理论。二、实验内容1、不同高分子材料的熔体流动速率。在PE、PP、PS、ABS中至少选择3种，设定熔体压力为0.325kg、或1200kg、或2160kg、或5000kg，在同一塑化温度下测试熔体流动速率，分析不同

7、高分子材料的熔体流动速率间的差异。2、高分子材料熔体流动速率随塑化温度的变化规律。在PE、PP、PS、ABS中任选其一；在熔点以上每升高5为一个测试温度，连续选择塑化温度；熔体压力从0.325kg、1200kg、2160kg、5000kg的砝码中任选一个，测定一种高分子材料熔体流动速率随塑化温度的变化规律。3、高分子材料熔体流动速率随熔体压力的变化规律。自行在PE、PP、PS、ABS中任选其一，并确定一个塑化温度；分别测定熔体压力0.325kg、1200kg、2160kg、5000kg下的熔体流动速率，总结变化规律。测试条件可参照表4.1-1自行设计。三、实验原理由于高分子材料加热到熔点以上，

8、将变成粘稠的熔体，在压力作用下产生流动，其流动速率随温度和压力变化而变化。高分子材料熔体流动速率的测定，就是利用高分子材料的这种特性,将高分子材料加热到熔融温度以上，使熔体在不同温度和压力下通过规定的标准口模，测定熔体在不同条件下每10分钟通过口模的质量，单位为g/10min。由于在实验中料筒内各段的温度稍有变化, 料筒内的料量也随之变化。因此,试样必须连续截取(为了减少误差)5件,要求试样表面组织光滑细腻,无气泡。称量后取其平均值进行计算。计算方法见公式（4.1-1）。 (克/10分钟) （4.1-1） 式中：MFR熔体流动速率，克/10分钟； w切取试样重量平均值，克； t样条切断间隔时间

9、，秒；计算结果取小数点后两位有效数字。对于同一种高分子材料而言,熔体流动速率越大,粘度越小,分子量亦越低,交联程度也越小，成型容易；反之,分子量亦越大,交联程度就越高，成型困难。四、实验条件需要 一台XRZ-400型熔体流动速率仪；见图4.1-1所示。台式天平（托盘） 一台电子天平 一台台 称 一台烧 杯 一只毛 刷 一把镊 子 两把纱 布 若干石 蜡 若干线手套 两副布手套 一副 搪瓷盘 一个秒 表 一块PP,PE,PS,PA,ABS等 若干图4.1-1 XRZ-400型熔体速率仪五、实验步骤 1、 将高分子材料原料放入搪瓷盘内，把搪瓷盘放到烘箱内，在70下烘干2小时；2、 往熔融指数测定仪

10、里装料筒，将料筒R弧对准炉体口部螺丝钉，垂直轻轻地送入炉内，然后用螺丝刀按图4.1-2所示方向旋紧螺钉；图4.1-2 料筒装配图3、装口模，按图4.1-3所示，将炉体底部拉板沿水平方向向里推进，口模要用清洗棒穿上轻轻放入料筒；图4.1-3 口模装配4、将活塞套上导向套一起放入料筒然后开始升温；5、按表4.1-1所示选定测试条件；也可按自选实验内容自由选择实验条件；表4.1-1 标准测试条件序号标准口模内径/mm试验温度/口模系数/gmm2负荷/kg11.18019046.62.16022.095190700.32532.0951904642.16042.09519010735.00052.09

11、5190214610.00062.095190463521.60072.09520010735.00082.095200214610.00092.095220214610.000102.095230700.325112.0952302581.200122.0952304642.160132.0952308153.800142.09523010735.000152.095275700.325162.0953002581.200高分子材料测试条件选取：聚乙烯 （PE） 1, 2, 3, 4, 6,聚丙烯 （PP） 12, 14,聚苯乙烯（PS） 5, 7, 11, 13, 丙稀晴-丁二稀- 苯乙烯

12、共聚物(ABS) 7, 9,尼龙(PA) 10, 15 6、接通电源开关，数字温度计的显示器全亮，并有红色数字显示此时的环境温度（室温）。顺时针方向旋转控温定值旋钮一圈，电流表指示加热电流2A，说明已通电加热，再将此钮反时针方向旋至“0”点，电流表指示应为“0”点；如不为“0”点，再反复旋转旋钮。表如仍不为“0”点，应马上关机检查其原因；7、任选所提供材料其中一种材料，按表4.1-1设定测试温度，具体调试方法见图4.1-4所示；图4.1-4 温度设定方法a. 温度粗调(见图4.1-4所示)按每圈50的变化率来设定温度，每圈100个小格，每两个小格为1；粗调公式： 旋转圈数=例如：设定温度为19

13、0 旋转圈数=3.8(圈)即将温度设定值旋钮按顺时针方向转3圈80个小格即可升温。b. 温度细调当炉温达到粗调温度时，数字温度计显示出该点的温度值，如所示温度与所需温度有差异时，按图4.1-4所示的方法继续转动旋钮，每2小格为1，直至表温所示为所需温度为止进行恒温。8、恒温30分钟后，将内标准开关按进去，看温度显示数是否为0.2。不一致时用小改锥调一下；9、按表4.1-2所示，称量烘干后的待测高分子材料,按表4.1-2选取试样切割条件；表4.1-2 试样加入量与切样时间间隔流动速率/g（10min）-1试样加入量/g切割时间间隔/s0.1-0.53-4120-2400.5-1.03-460-1

14、201.0-3.54-530-603.5-106-810-3010-256-85-1010、恒温30分钟后，将预热后的活塞取出，把称好的料用漏斗加入到料筒中，并用活塞随时将料压实（减少气泡）。整个过程必须在1分钟内完成；11、高分子材料装入料筒后用手或小砝码加压，使活塞上的下环形标记（下刻线）在5分钟内降到离导向套长表面5mm-10mm处，再加选定载荷。当下刻线进入料筒时，开始切取试样。依次切取3-5个无气泡且表面组织光滑细腻的试样（必须连续切取试样）；12、计算结果 试样切取冷却后，用电子天平称量，取其平均值按公式4.1-1进行计算高分子材料熔体流动速率,计算结果取小数点后两位有效数字； 1

15、3、清洗a. 测试完毕后，挤出余料，取出活塞,表面涂少许石腊用干净棉纱清洗干净；b. 往外拉出炉体拉板，用清洗杆将口模轻轻压下来（一定要接住，千万不要掉地下！），立即用口模清洗棒将孔内余料顶出，并用棉纱将外表清洗干净；c. 将棉纱缠到清料杆上，插入料筒内进行清洗（可放入少量石腊），直至干净为止；注意：清洗工作都是在加热状态下进行的，一定要戴手套，各个零件都严禁磕碰。14、打扫工作场地，将工具清理后放回工具箱。有条件的可将测试结果用计算机整理,以图表的方式更直观表达测试结果。六、实验结果讨论1、 绘制熔体流动速率与塑化温度、或熔体压力间的变化规律，试从分子运动的观点分析变化原因。2、 简述高分子

16、材料熔体出口时会发生什么现象？为什么？七、思考题1、 测定高分子材料的熔体流动速率主要目的是什么？熔体流动速率的大小能反映高分子材料的哪些性质？2、 影响高分子材料流动性的因素有哪些？八、参考书或文献 1、周维祥主编，塑料测试技术，化学工业出版社； 2、美维苏珊著，徐定宇，王豪忠译，塑料测试技术手册，中国石化出版社。（二）高分子材料挤出共混改性一、实验目的通过实验使同学对高分子材料挤出机基本结构有所了解，并能基本掌握挤出机的使用方法和各部分的作用，初步了解高分子材料共混改性原理、改性效果与改性主要方法，分析影响共混改性的因素，提高同学们研究新材料的能力和动手能力，使相关课程的理论得以见证。二、

17、实验内容1、组分材料对改性材料性能的影响。按A/B=80/20wt%的配比关系，自行从PP、PE、PS、PA、ABS等高分子材料中组合（如PP/PE、PP/PS、PP/PA、PP/ABS，PE/PP、PE/PS、PE/PA、PE/ABS，PS/PP、PS/PE、PS/PA、PS/ABS，PA/PP、PA/PE、PA/PS、PA/ABS，ABS/PP、ABS/PE、ABS/PS、ABS/PA等）24组，进行共混改性。测定不同组分材料对改性材料性能的影响，分析性能变化机理。2、共混材料配比对改性材料拉伸性能的影响。从PP、PE、PS、PA、ABS等高分子材料中选择2种，在90/10、80/20、7

18、0/30、60/40、50/50、40/60、30/70、20/80、10/90配比中确定24组，进行共混改性，测定共混材料配比对改性材料拉伸性能的影响，分析性能变化机理。3、共混工艺条件对改性材料拉伸性能的影响。选择3种以上混合温度或3种以上的螺杆转速，自行从PP、PE、PS、PA、ABS等高分子材料中任选2种（如PP/PE、PP/PS、PP/PA、PP/ABS，PE/PP、PE/PS、PE/PA、PE/ABS，PS/PP、PS/PE、PS/PA、PS/ABS，PA/PP、PA/PE、PA/PS、PA/ABS，ABS/PP、ABS/PE、ABS/PS、ABS/PA等），按A/B=80/20w

19、t%的配比关系，进行共混改性。测定改性材料的性能，测定共混工艺条件对改性材料拉伸性能的影响，分析性能变化机理。三、实验原理图4.1-5 料筒与螺杆的基本结构1、机头口模；2、过滤板；3、料筒；4、螺杆；5、加热圈； 6、料斗高分子材料在挤出机的料筒内受料筒外加热圈传导热的影响和高分子材料在料筒内料与料、料与螺杆、料与料筒之间互相挤压、剪切、摩擦生热的影响，温度越来越高,高分子材料逐渐由固态变成粘流态.见图4.1-5所示。料筒和螺杆是挤出机的心脏部位,一根等距不等深(螺棱的距离相等而螺糟的深度不等)的大螺杆悬浮在料筒的中心。螺杆的螺棱与料筒内径的间隙约0.15mm左右,螺杆和料筒根据在挤出中的作

20、用,通常可分外三段，即:加料段(玻璃态),熔融段(熔点以上)也叫粘流段,均化段(熔点以上),高分子材料在螺槽中随着螺杆旋转料不断的向机头方向推进，在螺杆的最前端与机头之间有一块过滤板,熔料通过过滤板将料过滤，使一些没有塑化好颗粒和杂质不能进入机头,并同时建立机头压力，同时也改变了高分子材料的运动方向，熔料由旋转运动变为直线运动.熔料通过调节牵引比可达到所需的外型尺寸,连续挤出条状物经冷却后切粒。四、实验条件图4.1-6 挤出机共混造粒基本结构1、加料段温度调节表；2、熔融段温度调节表;3、机头口模段温度调节表 4、调速手柄；5、电源指示灯；6、主机停止；7、主机启动;8、料筒；9、口模；10、

21、冷却水槽； 11、牵引；12、切粒需要18挤出机一台（45）；高速搅拌机一台；烘箱两个； 高分子材料（PP,PE,PS,PA,ABS等） 若干(2Kg/次) 高分子材料桶 一个 白磁盘 三个 腻子刀 两把 镊子 两把 台秤 一台 秒表 一块 剪刀 一把 卡尺 一只 合尺 一只 高分子材料代 若干 棉纱、石蜡 若干 五、实验步骤 1、按设计的配方称量好高分子材料，将料倒入白磁盘内放入烘箱烘干（70-2小时）。将挤出机（见图4.1-6）电源接通并将冷却水阀门打开；2、检查指示灯5是否亮了,如不亮再检查电源。指示灯亮后开始调节温控表1、2和表3；3、按预先设计好的温度调节表1、2和3先将其搬把指向通

22、，然后再旋转表盘，调节好预定温度并开始升温，并随时观察表温；4、从烘箱内取出烘好的料，然后放入高速搅拌机内混合2-3分钟后取出待用；5、观察表温达到预定温度后，恒温15分钟（机头有熔融料流出）后，按下主机启动按钮7。主机开始运转，此时调节手柄4，顺时针旋转逐渐加速，达到预定转速后，将混合好的料放入料斗内；将高分子材料桶放到切粒机下面,准备接料；6、当机头内有熔料连续挤出时，将前端稍发黄的料不要，后面的料条用镊子夹住引入水槽，从挡块下面通过在冷水中冷却，使其从水槽中的孔中拉出，送入牵引辊中，并进行切粒。（注意：将料条送入此牵引辊前，应把前方较粗的部分剪掉，把粗细均匀的部分送入牵引辊中。）；7、机

23、头挤出正常后，测其线速度和粒径大小；8、挤出完毕后，调节手轮4，逆时针旋转使其转速为最小（缓慢调节），达到零时，关闭主机按下铵钮6；9、关闭总电源后，清理实验场地。用刷子将切粒机内余料扫净，然后将高分子材料桶内的料放入白瓷盘中铺平，料层25mm，然后送入烘箱，恒温80烘干4小时后待用；10、将挤出机擦干净后，再关水并清理实验场地。六、实验结果与讨论1、 试绘制共混配方与拉伸强度和拉伸模量间的关系图，并分析共混改性效果与原因。2、 讨论共混改性原理。七、思考题1、 论述你选材的主要依据是什么？任何两种高分子材料都能通过挤出共混提高力学性能吗？试述理由。 2、 试分析影响挤出共混效果的因素。八、参

24、考书或文献1、成都科技大学主编，塑料成型工艺学，中国轻工业出版社 ；2、北京塑料工业公司编，塑料成型工艺， 轻工业出版发行社出版。九、实验报告（格式见附件）。4.2 高分子材料注射成型工艺与力学性能试样制备综合实验 一、实验目的通过实验，使同学初步了解注射成型原理、注射成型机、注射模具的基本结构，并能基本掌握高分子材料注射机的使用方法，分析影响注射成型试样力学性能的因素，使相关课程的理论得以见证；其次，为力学实验室提供试样。二、实验内容 1、注射成型速率的测定。2、测试注射成型压力与成型试样表观形貌和密度。至少选择3个压力，注射用高分子材料从PP、PE、PS、PA、ABS以及共混改性材料中选择

25、一种。3、测试注射成型温度与成型试样表观形貌和密度。至少选择3个温度，注射用高分子材料从PP、PE、PS、PA、ABS以及共混改性材料中选择一种。4、测试注射成型压力与力学性能（冲击、弯曲、拉伸）。至少选择3个压力，注射用高分子材料从PP、PE、PS、PA、ABS以及共混改性材料中选择一种。5、测试注射成型温度与力学性能（冲击、弯曲、拉伸）。至少选择3个温度，注射用高分子材料从PP、PE、PS、PA、ABS以及共混改性材料中选择一种。三、实验原理 高分子材料注射成型机基本上是由一台小的挤出机,模具的开合,锁模机构,液压传动系统及控制系统组成。由于螺杆与料筒的长径比小,因此它不具备共混改性功能,

26、料筒与螺杆只是将高分子材料加热熔融。将挤出共混后的粒料，由加料口放入注射机料筒内，由螺杆旋转将熔料前推至料筒最前端，高分子材料在前进的过程中,受加热圈的影响及摩擦生热的影响,高分子材料颗粒逐渐由固态变成粘流态,在喷嘴与料筒的前端储存待用。然后，螺杆轴向移动将熔料经喷嘴注入到封闭的模腔内 (见图4.2-1所示)，冷却定型后，打开模具取出制品。四、实验条件SZ-60A高分子材料注射成型机（在实验室进行现场讲解，操重箱见图4.2-1）试样模各一套 （拉伸、冲击、电性能模芯各一套）镊子 一把试电笔 一支内六方形扳手 一套铁锤 一把铜棒 一根剪子 一把改锥 一把白磁盘 一个脱模剂 若干图 4.2-1 注

27、射成型原理图4.2-2 注射机操纵箱五、实验步骤1、用钥匙将设备总电源开关5打开。温控表呈绿灯亮开始升温，并按预先设计好的温度调节控温表的预定温度（从右往左为熔融段、加料段）。喷嘴由调压器调节电压大小控制温度。开始可调节为150-200V，(在正常成型后,可将喷嘴控制电压调节到100-150v)料筒各段开始升温，同时要把注射机背面的冷却水阀打开，用循环水冷却加料座下端，使其始终处于比较低的温度；2、观察表温，各块表都达到预定温度后，恒温30分钟。此时应用油壶将机器各注油孔内加油。加油前应先将机器擦干净，除去灰尘；3、料筒各段达到预定温度后,注射机喷嘴有熔料流出时,按下操纵台上绿色按钮，将主机启

28、动，空车运转2分钟，将烘箱内的料取出倒入料斗内；4、关闭设备的安全门，将模具控制按钮3指向闭模，模具完全闭合后，将扳把开关4指向转动。螺杆旋转，料会从料斗内源源不断地往喷嘴方向输送。当螺杆上挡块撞开行程开关后，螺杆将停止转动，加料停止；5、将扳把开关4指向注射，熔融料会从喷嘴内快速喷出（对空注射）。清洗料筒内残存的料，然后让螺杆转动，一再注射，反复冲洗料筒3-4次；6、料筒冲洗干净后，将扳把开关4指向转动，让螺杆旋转，为下次注射准备。扳动7使注射座前进，喷嘴头与定模主浇道的半圆形凹坑贴紧后，将扳把开关4指向注射，注射完毕后保压5-10秒钟（注射头不动），此时安全门可以打开；7、转动扳把开关4指

29、向旋转，螺杆又开始转动，预塑。料筒内料满后，螺杆停止转动。扳动开关7使注射座后退，开始计时进行冷却。40-50秒后，转动开关3开模，取出制品；关安全门合 模射体前进注射保压螺杆转动取出制品开 模冷 却射体后退开安全门8、重复6-7动作5次，完成冲击试样的制备；见图4.2-3所示； 图 4.2-3 操作程序图9、更换模芯，将模具重新闭合后再开启，但不能完全打开（注射机顶杆不能与模具的顶出底板相接触），将模具的顶出系统后置，不妨碍模芯移动；10、按下按钮6，将主机停转后，用内六方形扳手旋松模块挡块，轻轻地移动，将定模芯抽出，并按规定方向闭合放置一旁，再装上另一套模芯（拉伸试样模），将模芯挡块旋紧后

30、，重新启动机床（按2）；11、重复6-7动作5次，获得拉伸试样5模；12、重复9-10动作，换上另一套模芯；13、重复6-7动作5次，获得电性能测试试样5模；14、试样完成后，要将料筒内的料全部注空。模具闭合后，重复5的动作数次，直到螺杆不再后退为止。关闭按钮6，并关闭5；15、用棉纱擦拭机床，并清理工具放回原处。打扫地面，整理试样，将有用的留下，浇注系统废料放入废料袋内；16、最后关闭冷却水阀门。六、实验结果讨论1、总结注射成型压力或注射成型温度影响成型试样表观形貌和密度的规律。2、总结注射成型压力或温度影响力学性能（冲击、弯曲、拉伸）的规律。3、简述影响注射成型制品质量的因素？4、注射成型

31、中，保压时间是如何计算的？它的时间长短会影响制品的哪些性能？七、思考题1、 试简述注射成型原理。2、 什么是注射成型周期？其确定依据是什么？3、 影响高分子材料成型制品质量因素有哪些？八、参考书或文献1、成都科技大学主编，塑料成型工艺学，中国轻工业出版社；2、北京塑料工业公司编，塑料成型工艺，轻工业出版发行社出版。九、实验报告（格式见附件）。4.3 复合材料增强体渗透率实验一、实验目的1、了解复合材料增强体渗透率的含义及作用；2、掌握复合材料增强体渗透率的测试方法；3、了解影响复合材料增强体渗透率的主要因素。二、可供自选的实验内容1、平纹织物（不同纤维体积含量）；2、经编织物（不同纤维体积含量

32、）；3、短切毡（不同纤维体积含量）。三、实验原理树脂在增强材料预成型体中的流动浸润可视为是一种渗流过程，其流动规律应遵从Darcy定律。Darcy定律是十九世纪物理学家Darcy在研究液体对土壤的渗透过程中发现的一种流体在多孔介质中的渗流规律，数学表达式（4-3.1）为： （4-3.1） 式中Q为流过截面A的流量；DP为流体在DL流距长度上的压力降；h为流体粘度；K是多孔介质的一个特性常数，称为渗透率，反映流体在多孔介质中流动的难易程度。考虑纤维预成型体多孔介质的各向异性，LCM工艺中树脂与增强材料预成型体中的流动浸润需采用各向异性流动的Darcy定律（式4-3.2）和流体连续性方程（式4-3

33、.3）描述： （4-3.2） (4-3.3）式中是树脂流动速度矢量；是沿流动方向的压力降梯度；是渗透率张量；u、v及w分别为在x、y及z方向的速度分量。考虑预成型体各向异性时有： (4-3.4)式中，Kij(i=x,y,z；j= x,y,z)为相应方向上的渗透率分量。同时，树脂流动充模过程是一动边界过程。因此仅在各向同性渗透率和等温注射（h=Constant）条件下，单向或一维流场(Unidirectional or 1D flow)及二维放射流场（Planar radial or 2D flow）时，树脂流动充模过程可以有简析解。其余情况下的流动充模过程均为非线性行为，很难直接得到简析解。一

34、维单向流动主要指单管流动或二维线形注射流动，其中二维线形注射在理想情况下流动前峰是平移推动的，在垂直于流动方向上不发生质流交换，从而实际树脂填充过程也是一维单向流动的效果。假设流动方向为X方向，时间参量用t表示，压力用P表示，粘度用表示，渗透率用K表示，则根据达西定律有： (4-3.5)考虑一维流动特性，则又有： (4-3.6)上式中p为流动方向上流体中某时刻两点间的压力差，x为此两点间的距离，将式(4-3.6)代入到式（4-3.5）中，经整理有： (4-3.7)将式3.3两边同时积分，有： (4-3.8)最后积分结果为： (4-3.9)根据式（9）做t-x2图，可以得到斜率，在与P已知的情况

35、下，可以求得渗透率K。单位： x-cm,-Pas, P-MPa , t-s, k-cm2 , 1CP=1mPas四、实验条件1）实验设备及工具1、注射设备 1台2、旋转粘度计 1台3、渗透率测试模具 4套4、钢板尺 4把5、计时器 4个6、剪刀 2把2）实验材料1、平纹布 若干2、短切毡 若干3、实验测试专用液 若干五、有可能的实验设计路线举例1、剪裁纤维将待测纤维织物（方格布）根据模具尺寸进行剪裁；2 、安装模具 将剪裁好的纤维织物铺放在模具中，平纹布铺放6、8、10、12层，短切毡铺放2、3、4、5层；合模，检查模具密封情况；3、渗透率测试液的粘度测试对渗透率测试液进行粘度测试，并记录粘度

36、值；4、注射调节注射设备至适当压力范围，一般为0.2-0.4Mpa，将直尺放置于模具面板，注射，记录单位距离树脂流过的时间。5、实验报告根据实验指导书中的方法，作tx2曲线，求出斜率，并计算渗透率值。六、 实验结果与讨论1、根据实验结果作作tx2曲线，求出斜率，并计算渗透率值；2、分析各种织物不同纤维体积含量对渗透率的影响规律。七、 思考题影响复合材料增强体渗透率的主要因素是什么？八、 参考书或文献1、Timothy G. Gutowski, Advanced Composite Manufacturing, Massachusetts Institute of Technology, Cam

37、bridge, MA, 393-456.2、C D Rudd, A C Long, K N Kendall and C G Mangin, Liquid Molding Technologies,Woodhead Publishing Limited, 100-123.九、 实验报告（格式见附件）1、根据实验结果作作tx2曲线，求出斜率，并计算渗透率值；2、分析各种织物不同纤维体积含量对渗透率的影响规律；3、完成思考题。4.4 LCM工艺流动充模过程实验一、实验目的1、了解LCM工艺过程2、了解LCM工艺参数的选择原则3、了解工艺参数对LCM工艺的影响二、可供自选的实验内容1、注射方式（中心点

38、注射、边缘线注射、角点注射）2、复杂形状注射三、实验原理LCM技术是指以RTM、RFI以及RRIM(Reinforced Reactive Injection Molding)为代表的复合材料液体成型类技术。其主要原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用注射树脂体系注入闭合模腔或加热熔化模腔内的树脂膜，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维。并且模具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料构件。图4.4-1为RTM工艺示意图。复合材料液体成型技术还包括了VARTM/VRTM(Vacuum-Assi

39、sted RTM)、UVRTM（UV-Curing RTM）、ERTM(E-Beam RTM)、CRTM（Continuous RTM）、TERTM（Thermal Expansion RTM）、SCRIMP（Seemanns Composite Resin Infusion Manufacturing Process）、RIM（反应注射成型）和RI（Resin Infusion）等复合材料成型技术。LCM工艺与其它复合材料成型工艺的本质区别在于LCM工艺纤维/树脂的浸润是由低粘度的树脂在闭合模腔中流动渗入增强材料预成型体并排除增强材料织构中的气体而完成纤维/树脂的浸润，如图4.4-2所示。由图可看出，LCM工艺纤维/树脂流动浸润过程与手糊成型、喷射成型、缠绕成型、模压成型和预浸料/热压罐成型等传统工艺的纤维/树脂浸润过程相比具有很大的不同，其特点可总结如下：图4.4-1 RTM工艺示意图l 纤维/树脂的浸润是由树脂在流动充模过程中同时完成（发生在闭合模腔内），随后树脂迅速固化成型，因此LCM是典型的一步浸润（One step wetting）机理；l 纤维/树脂流动浸润过程中包含多种复杂的流动浸润过程和机理，如层间和束间的宏观流动浸润（Macro-flow impre