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纤维增强型复合材料及其应用-实验指导书教案.docx

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纤维增强型复合材料及其应用-实验指导书教案.docx

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纤维增强型复合材料及其应用-实验指导书教案.docx

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纤维加强型复合资料及其应用-实验指导书教课设计
纤维加强型复合资料及其应用-实验指导书教课设计
纤维加强型复合资料及其应用
实验指导书
李俊琳编著
金陵科技学院资料工程学院监制
二零一三年9月
纤维加强型复合资料及其应用-实验指导书教课设计
纤维加强型复合资料及其应用-实验指导书教课设计
纤维加强型复合资料及其应用-实验指导书教课设计
前言
1、本课程是与资料科学与工程专业《纤维加强型复合资料及其应用》
课相当套的一个重要实践教课环节。经过本课程的学****学生能够获
得高性能纤维复合资料检测技术和表面办理方面的基础知识,能够运
用各样检测手段对高性能纤维复合资料的性能、结构和表面办理进行
检测;运用计算机剖析软件,剖析纤维加强型复合资料的受力状况。
2、为了使学生更好地理解和深刻地掌握这些知识,并在此基础
上,开设了玻璃纤维丝束的拉伸性能试验、天然棉、木纤维素形态与
溶胀、纤维的苯乙烯乳液聚合改性实验和多层碳纤维复合资料板力学
性能模拟计算实验。
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目录
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实验一:玻璃纤维丝束的拉伸性能试验
实验学时:4
实验种类:(考证)
实验要求:(必修)
一、实验目的
经过本实验的学****使学生认识纤维拉伸断裂强度的观点,掌握拉力试验机的使用方法,检测玻璃纤维的拉伸断裂强度。二、实验内容
学****拉力试验机的操作方法,检测玻璃纤维的拉伸断裂强度。
三、实验原理、方法和手段
玻璃纤维加强塑料的拉伸性能取决于其组分的性能,此中更大程度上取决于玻璃纤维的性能。为了便于玻璃纤维加强塑料性能估量的实质应用,在有关国家测试标准的基础上,本实验主要对玻璃纤维丝束的拉伸性能做对照性试验研究。
玻璃纤维丝束的拉伸性能测试有两种方法:单丝拉伸,丝束拉伸。前者获得
的结果失散性很大。这与单丝中的缺点有关:试样越长、单丝直径越大,则存在
缺点的几率越大,测出的数据越小,已有大批的试验研究表示,玻璃纤维的单丝
拉伸强度基本切合正态散布。
玻璃纤维丝束的拉伸测试获得的数据失散性很小,更直观的反响了玻璃纤维作为加强相在FRP资猜中所作的贡献,其结果对实质工程更有益用价值。
本实验利用拉力试验机,检测玻璃纤维丝束的拉伸强度,使学生对纤维的拉伸强度有必定的直观认识,同时学会拉力试验机的操作。
实验方法:本实验选用对象是单丝直径为16μm的玻璃纤维丝束,采纳2种实验方法,分别对4种不一样粗细的丝束进行拉伸试验。试样准备过程中要注意:丝束应平顺齐整,尽量减少曲折度和捻度。2中夹持方式以下:
方法1:平板气动夹具,直接测试丝束,有效长度为300mm;方法2:圆弧气动夹具,直接测试丝束,有效长度为300mm。
经过试验,希望能够获得三方面结论:1、丝束拉伸损坏机理;2、哪一种夹持
方式测试获得的结果能够应用到相应的复合资料性能估量上去;3、丝束的粗细为多少时试验结果最正确。
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四、实验组织运转要求
依据本实验的特色、要乞降详细条件,本实验以指导教师操作集中讲课形式
组织教课,指导教师集中讲解实验原理、进行实验过程操作。
五、实验条件
拉力试验机
六、实验步骤
分组拉力试验机的结构及操作方法。

分组检测玻璃纤维丝束的拉伸强度。
七、实验报告
学生实验报告的内容主要包含实验预****实验记录和实验报告三部分。仔细
填写实验内容、实验目的、实验仪器、设施及资料、测定原理、实验步骤。
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实验二:天然棉、木纤维素形态与溶胀
实验学时:4
实验种类:(考证)
实验要求:(必修)
一、实验目的
1、认识纤维素的形态与结构内在联系与差别。
2、掌握光学显微镜的使用方法。
3、掌握纤维素溶胀率的测定方法。
二、实验内容
掌握显微镜的使用方法和纤维素溶胀率的测定方法。
三、实验原理、方法和手段
纤维素分子链上大批羟基的存在,十分有益于形成分子内和分子间的氢键,使得纤维素分子链易于集聚在一同,趋于平行摆列而形成晶性的原纤结构。纤维素分子内氢键和分子间氢键对纤维素链形态和反响性有着深远的影响,不单加强了纤维素分子链的线性完好性和刚性,并且使其分子链密切摆列而成高测序的结晶区,此中也存在着分子链松散堆砌的无定形区。这即是纤维素织态结构研究中最流行的两相共存学说。两相结构的存在严重影响着纤维素的物理化学性质和反响性能,纤维素所以很难溶于一般溶剂,决定了多半的化学反响都是在多相介质中进行。
大多半反响试剂只好穿透到纤维素的无定形区,而不可以进入密切的结晶区,
对同一化学试剂表现出不一样的可及度。只有当纤维素粒子表面部分充分代替,其次外层才为反响介质所及。所以,纤维素的多相反响一定经历由表及里的逐层反响过程。很显然,纤维素这类局部地区的不行及性,阻碍了多相反响的均匀进行。为了战胜内部反响的非均匀偏向和提升纤维素的反响能力,在进行多相反响以前,纤维素资料往常都经历溶胀办理。
纤维素的预办理方法以碱金属氢氧化物办理法最为常用。碱金属氢氧化物与纤维素互相作用时,主要表此刻纤维素纤维溶胀,纤维素的结晶度降低。有机介质固然不与纤维素和碱金属氢氧化物发生反响,但却对纤维素的碱化有侧重要影响。
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依据下式计算纤维润胀率:
SR=(d1-d2)/d0×100%
式中SR是纤维润胀率;d1是碱办理后纤维素纤维的直径,mm;d0是原纤维
素纤维的直径,mm。
实验方法:先配置必定浓度的碱金属应氧化物溶液,用显微镜分别检测原纤
维素纤维直径和碱办理办理后的纤维素纤维直径,经过公式计算出纤维润胀率。
四、实验组织运转要求
依据本实验的特色、要乞降详细条件,本实验以指导教师操作集中讲课形式
组织教课,指导教师集中讲解实验原理、进行实验过程操作。
五、实验条件
1、光学显微镜、带刻度的目镜、载玻片、盖玻片
2、磁力搅拌器
3、电子天平
4、尖嘴镊子
5、粉状纤维素、NaOH(AR)
六、实验步骤
称取1gNaOH置于50ml烧杯中,快速加入19ml水,搅拌至完好溶解。
取少许纤维素粉放在载玻片上,用尖嘴镊子使纤维尽量分开,盖上盖玻
片,在显微镜下察看。任取相邻的5跟纤维丈量直径,取均匀值,记为d0。
取已配好的NaOH溶液1滴,滴于纤维素上,盖上盖玻片,在显微镜下察看。任取相邻的5跟纤维丈量直径,取均匀值,记为d1。
依据公式计算纤维素纤维的溶胀率。
七、实验报告
学生实验报告的内容主要包含实验预****实验记录和实验报告三部分。仔细
填写实验内容、实验目的、实验仪器、设施及资料、测定原理、实验步骤。
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实验三:纤维的聚苯乙烯乳液聚合改性实验
实验学时:4
实验种类:(考证)
实验要求:(必修)
一、实验目的
1、掌握合成聚苯乙烯的乳液聚合的实验原理与操作步骤;
2、认识聚合方法的配方及各组分的作用,并认识表面办理机理;
3、掌握聚苯乙烯作为办理剂的功能及其对资料性能的影响。
二、实验内容
掌握乳液聚合改性方法,认识聚苯乙烯的制备工艺,掌握纤维表面办理技术的应用。
三、实验原理、方法和手段
乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下,分别在介质中加入水溶性引起剂,在机械搅拌或振荡状况下进行非均相聚合的反响过程。它不一样于溶液聚合,又不一样于悬浮聚合,它是在乳液的胶束中进行的聚合反响,产品为拥有胶体溶液特色的聚合物胶乳。
乳液聚合系统主要包含:单体、分别介质(水)、乳化剂、引起剂,还有调理剂、pH缓
冲剂及电解质等其余协助试剂,它们的比率大概以下:水(分别介质):60%~80%(占
乳液总质量),单体:20%~40%(占乳液总质量),乳化剂:%~5%\(占单体质
量),引起剂:%~%(占单体质量),调理剂:%~1%(占单体质),乳化剂
是乳液聚合中的主要组分,当乳化剂水溶液超出临界胶束浓度时,开始形成胶束。在一般乳液配方条件下,因为胶束数目极大,胶束内有增溶的单体,所以在聚合初期链引起与
链增加绝大多半在胶束中发生,乳液聚合的反响速度和
产物相对分子质量与反响温度、反响地址、单体浓度、引起剂浓度和单位体积内单体聚合物颗粒数目等有关。而系统中最后有多少单体-聚合物颗粒主要取决于乳化剂和引起剂的种类和用量。当温度、单体浓度、引起剂浓度、乳化剂种类一准时,在必定范围内,乳化剂用量越多、反响速度越快,产物相对分子质量越大。乳化剂的另一作用是减少分别与分别介质间的界面张力,使单体与单体聚合物颗粒分别
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在介质中形成稳固的乳浊液乳液聚合的长处是:①聚合速度快、产物相对分子质量高。②因为使用水作介质,易于散热、温度简单控制、花费也低。③因为聚合形成稳固的乳液系统粘度不大,故可直接用于涂料、粘合剂、织物浸渍等。
本实验中采纳苯乙烯作为办理剂,采纳无皂乳液聚合法,在玻璃纤维表面包裹一层厚度可控制的聚苯乙烯薄膜,无皂乳液聚合即不采纳乳化剂,依旧实现了聚苯乙烯的各项参数可控。玻璃纤维在水系统中,表面富含大批的羟基,采纳偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)作为引起剂(阳离子引起剂),聚乙烯吡咯烷***(PVP)作为稳固剂,实现聚苯乙烯在比率纤维表面的包覆。
四、实验组织运转要求
依据本实验的特色、要乞降详细条件,本实验以指导教师操作集中讲课形式组织教课,指导教师集中讲解实验原理、进行实验过程操作。五、实验条件
四颈烧瓶(配套氮气包、温度计、机械搅拌、冷凝管),玻璃纤维,机械搅拌器,苯乙烯,偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA),聚乙烯吡咯烷***(PVP)。
六、实验步骤
1、在250mL四颈烧瓶中加入90g蒸馏水,加入5g玻璃纤维,,机械搅拌并升温至70℃,四颈烧瓶配套氮气包、温度计、机械搅拌、冷凝管。
2、***,10min后,加入3g苯乙烯
3、,停止反响,抽滤,并用酒精清洗,抽滤,90℃烘干即可。
七、实验报告
学生实验报告的内容主要包含实验预****实验记录和实验报告三部分。仔细
填写实验内容、实验目的、实验仪器、设施及资料、实验原理、实验步骤。
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实验四:多层碳纤维复合资料板力学性能模拟计算
实验学时:4
实验种类:操作
实验要求:必修
一、实验目的
熟****ANSYS软件的主要组件及各组件的主要功能。
娴熟ANSYS软件的基本操作
加深对多层碳纤维复合资料板结构剖析的理解二、实验内容
成立了多层碳纤维复合资料层合板的有限元模型。计算在外力作用下复合资料层合板的应力散布,察看应力散布、位移变化。
三、实验组织运转要求
实验室开放,以学生自主训练为主,指导教师在场答疑。
四、实验步骤
几何模型
板材有4层,厚度为,铺层方向为0°、90°、90°、0°,几何属性如图,资料属性见表。

EX/MPEY/MPEZ/MPGXY/MPGYZ/MPGXZ/MPPRXYPRYZPRXZ
300300502050
有限元模型
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