综合实验4：成型工艺

综合实验4：成型工艺内容摘要：

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。 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。 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 ,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 所示 )，冷却定型后，打开模具取出制品。 四、实验条件 SZ60A 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 ） 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 13 白磁盘 一个 脱模剂 若干 图 注射成型原理 图 注射机操纵箱 五、实验步骤 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 150200V， (在正常成型后 ,可将喷嘴控制电压调节到 100150v)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； 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； 14 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，将主机启动，空车运转 2分钟，将烘箱内的料取出倒入料斗内； 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； 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 34次； 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 510秒钟（注射头不动），此时安全门可以打开； 转动扳把开关 4指向旋转，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。 4050 秒后，转动开关 3 开模，取出制品； 重复 67 动作 5次，完成冲击试样的制备；见图 所示； 图 操作程序图 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； 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，重新启动机床（按 2）； 1重复 67动作 5次，获得拉伸试样 5模； 1重复 910动作，换上另一套模芯； 1重复 67动作 5次，获得电性能测试试样 5模； 1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； 1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； 1最后关闭冷却水阀门。 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 15 六、实验结果讨论 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。 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。 简述影响注射成型制品质量的因素。 注射成型中，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 试简述注射成型原理。 什么是注射成型周期。 其确定依据是什么。 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 成都科技大学主编，塑料成型工艺学，中国轻工业出版社； 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）。 16 复合材料增强体渗透率实验 一、实验目的 了解复合材料增强体渗透率的含义及作用； 掌握复合材料增强体渗透率的测试方法； 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 平纹织物（不同纤维体积含量）； 经编织物（不 同纤维体积含量）； 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（ ）为： LPAKQ   （ ） 式中 Q 为流过截面 A 的流量； P为流体在 L 流距长度上的压力降； 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 ）和流体连续性方程（式 ）描述： Pkv   （ ） 0zwyvxu  (） 式中 v 是树脂流动 速度矢量 ； P 是沿流动方向的压力降梯度； k 是渗透率张量； u、 v 及w 分别为 v 在 x、 y及 z方向的速度分量。 考虑预成型体各向异性时有： zzzyzxyzyyyxxzxyxxkkkkkkkkkK () 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（ =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， 17 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η表示，渗透率用 K表示，则 根据达西定律有： KdxdPdtdx / () 考虑一维流动特性，则又有： xPdxdP () 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 ()代入到式（ ）中，经整理有： PdtKxdx () 将式 []两边同时积分，有：   tx dtpkdxx 00 / () 最后积分结果为： 22 xKPt  () 根据式（ 9）做 tx2图，可以得到斜率，在η与 P 已知的情况下，可以求 得渗透率 K。 单位： xcm,η Pa s, PMPa , ts, kcm2 , 1CP=1mPa s 四、实验条件 1）实验设备及工具 注射设备 1台 旋转粘度计 1台 渗透率测试模具 4套 钢板尺 4把 计时器 4个 剪刀 2把 2）实 验材料 平纹布 若干 短切毡 若干 实验测试专用液 若干 18 五、有可能的实验设计路线举例 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 12 层，短切毡铺放 5层；合模，检查模具密封情况； 渗透率测试液的粘度测试 对渗透率测试液进行粘度测试，并记录粘度值； 注射 调节注射设备至 适当压力范围，一般为 ，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。 实验报告 根据实验指导书中的方法，作 t－ x2曲线，求出斜率，并计算渗透率值。 六、 实验结果与讨论 根据实验结果作作 t－ x2曲线，求出斜率，并计算渗透率值； 分析各种织物不同纤维。