材料复合工艺及进展

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1、 材料复合工艺及进展材料复合工艺及进展 实实 验验 指指 导导 书书 2008 年年 1 实验一、手糊玻璃钢雕塑的制备实验一、手糊玻璃钢雕塑的制备 一、一、实验目的实验目的 1. 用手糊法铺层玻璃纤维毡制浮雕。 1. 2. 了解玻璃钢手糊成型的原理和工艺。 二、二、实验原理实验原理 手糊法又称接触成型， 固化是通过引发剂引发聚酯分子中的双键， 与可聚合的乙烯类单体进行游离基共聚反应，使线型的聚酯分子交联成三维网状的体形大分子结构。 手糊成型工艺的优点：不受尺寸、形状的限制；设备简单、投资少；工艺简单；可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求；产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。 而手糊成型工艺的

2、缺点有：生产效率低，劳动强度大，卫生条件差；产品性能稳定性差；产品力学性能较低。 硅橡胶材料使用前为流体状态，流动性及填充性好。配制后经交联反应形成橡胶弹性体，可具有较大的弹性变形，原模中的水对其交联反应无影响。交联后的硅橡胶密封性好，与原模及玻璃钢皆不粘接。 用其做玻璃钢雕塑模具的表面层材料， 既可以高质量地复制出作品的形状，又可以保证顺利脱模。 三、三、实验实验原料与仪器原料与仪器 （1）实验原料： 树脂 重量分数 聚酯树脂 100 萘酸钴 0.5-4 CaCO3 100 过氧化甲乙酮 2-4 玻璃纤维毡 20 硅橡胶脱模剂 （2）实验仪器： 毛刷；砂纸；口罩；橡胶手套；烧杯；天平 2 四

3、、四、 实验内容实验内容 （1）将配制好的硅橡胶用毛刷蘸分几次涂刷在浮雕原模上，硅像胶层应在 1mm 厚以上，干燥。 （2）按上述比例掺和玻璃纤维毡和基体树脂。 （3）待硅橡胶交联后，在硅橡胶上再用毛刷蘸玻璃纤维毡和基体树脂混合物，铺放在浮雕原模上成型厚度为 3mm 左右的玻璃钢层，室温固化。 （4）玻璃钢层固化后从浮雕上取下，砂纸打磨修饰。 五、五、注意事项及安全问题注意事项及安全问题 戴好口罩和橡胶手套，穿工作服。以防吸入玻璃纤维毛，树脂溅在皮肤（过敏等） 、衣服上难清洗。 六、六、 思考题思考题 1.手糊成型的优点有哪些？缺点是是么? 2 本实验中萘酸钴作用？过氧化甲 3 实验二、实验二

4、、不饱和聚丙烯酸甲酯嵌铸树叶制作人造琥珀不饱和聚丙烯酸甲酯嵌铸树叶制作人造琥珀 一、一、实验目的实验目的 1. 了解嵌铸的原理和工艺步骤。 2. 了解嵌铸可以用来制造工艺品，可做成各种字画、花鸟鱼虫等装饰品和旅游纪念品，激发同学对材料复合技术的兴趣与学习热情。 二、二、实验原理实验原理 静态铸塑可生产各种型材和制品， 又称封入成型， 是将各种非塑料物件包封到塑料中间去的一种成型技术。它是在模型内预先安放经过处理的嵌件，然后将浇铸原料倾入模中，在一定条件下固化成型，嵌件便包裹在塑料中。使用透明塑料嵌铸常用来保存生物的标本、工艺美术品或电气设备。 三、三、实验实验原料与仪器原料与仪器 （1）实验原

5、料： 废弃的有机玻璃碎片。 氯仿(三氯甲烷)。 采集的各种树叶。 模具(木模、纸模均可)。 （2）实验仪器 角匙；橡胶手套；烧杯；广口瓶 四、四、实验内容实验内容 （1）将有机玻璃碎片粉碎，装入瓶内，加入氯仿，盖紧瓶盖，放数日，让其自然充分溶解。二者配比，要由溶液的稀稠而定，以调成鸡蛋清样的稠度为宜。稠了再加氯仿，稀了可加有机玻璃，但必须让其彻底溶解，这样，有机玻璃透明体就配好了。 （2）模具可用硬纸折成，糊成各种需要的形状。 （3）如果要制作以树叶为内容物的人造琥珀工艺品，应首先选择一个比树叶稍大的模具，如手表大小的空腔。先向模具空腔内加一些透明体，然后将树叶轻轻放入再加透明体，直到4 把虫

6、体全部覆盖。 （4）将模具放在清洁干燥处，待自然干燥后即可得到人造琥珀。 五、五、注意事项及安全问题注意事项及安全问题 （1）有机玻璃碎片应清洗干净，然后晾干备用。 （2）加入透明体时要缓慢进行，防止产生汽泡。 （3）可以适当多加一些透明体，避免氯仿蒸发后有机玻璃收缩。 （4）加好透明体的模具一定要平放在无风、清洁、干燥处让其自然晾干。 六、六、思考题思考题 (1) 浇铸法的分类？各种类的特点? (2) 浇铸法的用途？浇铸法的新进展？ 5 实验三、用粉煤灰制造聚酯型大理石实验三、用粉煤灰制造聚酯型大理石 一、一、实验目的实验目的 （1）用粉煤灰制造聚酯型大理石。 （2）了解浇铸成型的原理及工艺

7、。作为装饰材料首先考虑安全性阻燃性，要做氧指数测定。 二、二、实验原理实验原理 粉煤灰是燃煤电厂排放的废渣，由于目前粉煤灰的利用率较低，约为 30%给工厂带来一定的经济损失;另外粉煤灰颗粒度细小易漂浮于空中对环境造成极大的污染，因此，合理开发利用粉煤灰势在必行。 粉煤灰作为一种富含氧化硅和氧化铝的材料， 具有一定的活性， 可用于粉煤灰水泥的生产。它具有较高的硬度及球状的显微形貌，适宜作大型工程的地基填料及高速公路的路基，也可用作塑料材料的填充料，以求改善材料的力学、电学及热学性能。 人造大理石是 20 世纪 30 年代首先在美国出现的新产品。 它是在不饱和聚酯树脂中加入填料和少量引发剂，经一定

8、加工程序制成的材料。这种材料具有足够的强度和刚度，耐水，耐老化，耐腐蚀，完全可替代天然大理石，用于各种建筑装饰场合。目前人造大理石中的填料主要是石粉、碳酸钙、瓷土等，这些填料可取自大然矿藏经粉磨制得，或采用人工合成的方法制得。 如果采用粉煤灰作为填料制造人造大理石可减少大然矿藏的开采和使用，降低产品的生产成本，为粉煤灰的综合利用开辟出一条新途径。人造大理石中填料的作用主要是减小固化收缩、增大弹性模量、增加硬度，但是如填料选用不当也会给制品带来不利影响，如使制品变脆、产生裂纹、翘曲等缺陷。粉煤灰填料的优势在于性能稳定、硬度高、 有规则的显微形貌， 另外它含有 30%-70%的玻璃微珠， 微珠在成

9、型过程中产生“滚珠效应”，增加复合材料的流动性，改善材料成型性能;微珠在高温下能释放 CO2，抑制材料的氧化燃烧过程，具有较好的阻燃性能。因此，以粉煤灰为填料制备人造大理石是一条提高粉煤灰产品附加值的有效途径。 三、三、实验实验原料与仪器原料与仪器 （1） 实验原料：粉煤灰；945 树脂；固化剂:过氧化甲乙酮；促进剂:环烷酸钴；脱模剂 （2） 实验仪器：电动搅拌器；烧瓶；干燥箱；震动台:沈阳建工仪器设备厂产品型材制样6 机；橡胶手套；劳保手套；烧杯；天平；砂纸 四、四、实验内容实验内容 （1）实验操作过程： 945 不饱和树脂 100 份，粉煤灰 20 份，另加过氧化甲乙酮 3 份和环烷酸钴

10、1 份，搅拌机搅拌均匀，震动脱泡，或倒入模具放入烘箱固化完全，放入烘箱固化，120 度 2 小时。取出裁成(70-150mm)X(6.5 0.5mm)X(3.0 0.5)mm 的样条，砂纸打磨。 做氧指数测试的操作： 使用 HC-2 型氧指数测定仪， 测定聚合物燃烧过程中所需氧的体积百分比。 聚合物氧指数值，是指在物质引燃后， ；能保持燃烧 50mm 长或燃烧时间为 3min 时所需要的氧、氮混合气体中最低氧气的体积百分比浓度。 该仪器不仅可以做为鉴定聚合物难燃性的手段， 而且可以做为一种研究工具，从而对聚合物的燃烧过程获得较好的认识。适合于塑料、橡胶、纤维、泡沫塑料等材料的燃烧性能测试。 在

11、实际应用中已经证实是一种测定聚合物燃烧性准确、 重现性好、可以用数字表示结果的方法。因此普遍别世界各国所采用。 （2）测试步骤： （1）GB/T2406 规定燃烧柱内混合气体的流速为 4cm.s。依据燃烧柱的截面积，计算出气体的总流量， 在分别计算出不同比例氧气和氮气的流量。 根据计算我们规定总流量为 10L/min。比如 O2 流量 2L/min，N2 流量应为 8L/min。 （2）取标准试样 10 根。对每根进行测量并记录，在试样一端 50mm 处划线，将另一端插入燃烧柱内试样夹中。 （3）根据资料或经验选定试验所需最初氧的浓度。如果不了解，可以在空气中点燃试样，注意观察燃烧情况。如试样

12、燃烧很快，氧气的最初浓度可以选为 18，如果试样在空气中点燃后离火马上熄灭，则根据点火的难易离火后熄灭的情况选择氧气的浓度 25或更高的氧气浓度。 （4）开启氧气、氮气钢瓶阀门，调节减压阀，压力为 0.2-0.3MPa。调节微量调节阀，得到稳定流速的氧气、氮气流通过转子流量计指示，看浮子上平面。并调节至所需的氧气、氮气流量，与此同时检测仪器压力表指针是否在 0.1MPa 处，否则，应调节至规定压力。N2+O2压力表不大于 0.03MPa 或不显示压力为正常，超过此压力则应检测燃烧柱内是否有结炭、气路堵塞现象，直至符合要求为止。测试前或改变氧气浓度时，系统必须冲洗 30s。 （5）系统冲洗后，用

13、点火器点燃试样，点火器火焰长度为 6mm-25mm，点燃试样上端后，7 立即撤掉火源。 （6）当试样上端点燃后，马上开始计时，并注意观察。如果试样燃烧时间在 3min 以前或50mm 之前熄灭， 必须提高氧气的浓度。 必须测得重复三次， 取三次氧气浓度的平均值计算。试验结束后应关闭气源，对试样夹等进行必要的保洁。 （7）计算：试验次数三次，并求平均值。取小数点后一位。 氧指数：100222NOOOI式中：O2 测定浓度下的体积流量，L/min； N2 测定浓度下的体积流量，L/min； （8） 报告： 在试验报告中， 对实验材料的种类、 来源、 尺寸、 测定氧指数时的燃烧长度 （mm）或燃烧时

14、间（min） ，氧指数的各个值及平均值、点火源、燃烧时熔滴、炭化、弯曲等应详细记录。 五、五、注意事项及安全问题注意事项及安全问题 使用氧指数测定仪要注意实验操作的安全性。 六、六、思考题思考题 (1) 浇铸成型的优点有哪些？缺点是是么? (2) 本实验中粉煤灰的作用是什么？ 8 实验实验四四、荧光材料荧光材料原位复合原位复合 SiOSiO2 2发光发光凝胶的制备凝胶的制备 一、一、实验目的实验目的 1. 了解原位复合技术制备功能复合材料的基本原理。 2. 了解荧光材料的应用与发光机理。 3. 掌握溶胶-凝胶技术制备复合凝胶体的实验原理与实验技术。 二、二、实验原理实验原理 正硅酸乙酯在少量酸

15、的催化下，可在水溶液中形成均匀透明的 SiO2溶胶。在溶胶的形成过程中，可添加可溶性的稀土离子，如 EuCl3，稀土离子将在最终的 SiO2凝胶体系中作为发光中心，制备获得 SiO2发光凝胶。同时，在二氧化硅凝胶中加入一定量的碱金属及碱土金属盐后, 可以有效促使 Eu3+的还原并大大降低转化温度。 （1）影响因素 a. 搅拌时间、加热温度对 SiO2溶胶、凝胶的形成有重要的作用。 b. 稀土离子 EuCl3的加入量对 SiO2发光凝胶的荧光性能具有重要作用。 c. 碱金属及碱土金属盐的加入起着调控 SiO2发光凝胶的荧光性能的作用。 （2）配方 以 0.1K2O 0.3SrO SiO2:0.0

16、1Eu 为目标 SiO2发光凝胶。其中选取的原料包括正硅酸乙酯、乙醇、氧化铕、氯化锶、氯化钾和浓盐酸。按照下面设计的方案配置溶液形成溶胶及凝胶。 Eu3+在 SiO2凝胶中的还原机理 本实验选取的发光中心是三价稀土离子 Eu3+，由于碱金属及碱土金属盐的加入，使得部分稀土三价稀土离子 Eu3+还原形成二价稀土离子 Eu2+，获得蓝紫色荧光的 SiO2发光凝胶。 三、三、实验方法实验方法 (1) 实验方法 本实验采用原位复合技术制备荧光材料/SiO2复合发光凝胶。具体的工艺是溶胶-凝胶合成法，在制备 SiO2溶胶的同时引入荧光材料。首先制得复合凝胶样品，随后将制得的凝胶样品放在马弗炉中进行热处理，得到烧结样品。 9 (2) 实验仪器 烧杯、量筒、移液管、胶头滴管、瓷坩埚、磁力搅拌器、温度计、烘箱、马弗炉。 四、四、实验内容实验内容 （1）荧光材料/SiO2复合溶胶的制备 用量筒分别量取 10.0 mL（约 0.05mol）正硅酸乙酯，5.