复合材料液体成型工艺特色实验

液体成形复合材料力学性能测试方法研究进展郑锡涛;李光亮;郑晓霞;李泽江【摘要】复合材料液体成形工艺(Liquid Composite Molding,LCM)是将液态聚合物在压力作用下注入铺有纤维预成形体的闭合模腔中,液态聚合物在流动充模的同时完成对纤维的浸润并经固化成形成为复合材料制品的一类制备技术.本文先对复合材料液体成形工艺原理进行了简要概述,接着综述了由液体成形工艺制备的复合材料构件的基本力学性能测试方法,其中基本力学性能主要包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、开孔拉伸、开孔压缩、层间断裂和抗冲击性能等,并对相关的试验标准进行了比较.最后对液体成形复合材料的力学性能测试方法进行了总结和展望.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2010(001)001【总页数】9页(P62-70)【关键词】复合材料;液体成形;力学性能;测试方法【作者】郑锡涛;李光亮;郑晓霞;李泽江【作者单位】西北工业大学,航空学院,西安,710072;西北工业大学,航空学院,西安,710072;西北工业大学,航空学院,西安,710072;西北工业大学,航空学院,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TB332引言常见的复合材料成形方法包括手糊或湿法铺覆、真空袋压、真空成形和热压罐成形、模压成形、热压/冷压模塑成形、注射模塑成形、缠绕成形、挤压成形和复合材料液体模塑成形工艺(Liquid Composite Molding，简称LCM)等。

复合材料液体成形工艺[1](LCM)是将液态聚合物在压力作用下注入铺有纤维预成形体的闭合模腔中，液态聚合物在流动充模的同时完成对纤维的浸润并经固化成形成为制品的一类制备技术。

与其他的纤维复合材料制造技术相比，液体成形工艺技术具有诸多优势，如模具质量轻、成本低、投资小等，且液体成形工艺为闭模成形工艺，能满足日趋严格的苯乙烯挥发控制法规的要求。

因此，液体成形工艺大量应用到纺织复合材料的制备过程中，是目前最常用的成形工艺。

开放实验指导书大纲实验名称: 工程材料液态成型引言什么是液态成型金属的液态成型常称为铸造，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。

图-1 铸造示意图一、实验目的1．了解铸造的概念及基本原理；2．了解并掌握铸造的基本工艺及其主要的工艺参数；3．了解并掌握铸造过程中金属从液态到固态转变过程中影响金属性能和铸件质量的一些基本因素；4．了解金属收缩的基本规律，以及常见铸造缺陷缩的形成机理，及其影响因素。

二、实验原理1.铸造的定义铸造过程是指将金属置于熔炼炉内的坩埚中, 加热熔炼成符合一定要求的液体并浇铸到锭模或铸模中，经冷却凝固, 液态金属转变成固态金属, 清整处理后获得一定形状、尺寸的铸件或铸件的工艺过程。

铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一.铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。

铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

2.铸造的分类铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。

②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。

2.1 普通砂型铸造以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。

钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。

由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

实验报告工程材料液态成型实验报告一、实验目的和要求1.了解铸造工艺的基本过程。

2.通过具体的熔炼浇注工艺，了解基本概念，工艺特点，以用在日常生活中的具体应用。

3.了解一种金属材料(A356铝合金)的熔炼基本工序。

二、实验原理铸造过程是指将金属置于熔炼炉内的坩埚中, 加热熔炼成符合一定要求的液体并浇铸到锭模或铸模中，经冷却凝固, 液态金属转变成固态金属, 清整处理后获得一定形状、尺寸的铸件或铸件的工艺过程。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。

铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造, ②特种铸造. 根据熔制合金的实际重量W ，计算各元素的需要量AA ＝100W×Q三、仪器设备实验所用设备包括：加热熔炼炉, 熔炼用金属, 坩埚, 熔炼工具,模具四、实验内容及实验数据记录1．了解铸造的基本设备并熟悉其基本操作 加热熔炼炉：加热熔炼材料使其在一定的温度下变成液态状，并在此过程中去杂去气，让其纯度更高控制柜：用来控制加热熔炉的温度。

坩埚：加热熔炼材料。

钢钳：用来搬运材料成型实验中的各种器具。

模具：材料浇铸的模板，使熔炼材料冷却后成型。

熔炼用金属：工程材料成型实验的材料原料。

熔炼工具：熔炼过程中的各种辅助工具。

例如：拔渣勺：除渣、取样勺：用来取样观察、钟罩：除气除杂、夹料钳：加料用、搅拌棒：使溶液加热更均匀。

2、配料熔炼A356铝合金20Kg，A356化学成分: Si 6.5～7.5％,Mg0.20～0.40％;铝为余量，计算各元素Al，Mg，Si的需要量。

解：Si比例按7.5%算，Mg按0.40%计算Qsi=7.5 Qmg=0.40 W=20kgAsi=W/100*Qsi=20kg/100*7.5=1.5kgAmg=W/100*Qmg=20kg/100*0.40=0.08kgAal=W-Asi-Amg=20kg-1.5kg-0.08kg=18.42kg所以Al、Mg、Si的需求量分别为：18.42kg、0.08kg、1.5kg。

复合材料液体成型工艺流程复合材料液体成型可是个超有趣的工艺呢！一、复合材料液体成型是啥。

复合材料液体成型啊，简单来说，就是把液体状态的材料变成那种超厉害的复合材料的过程。

就像把一堆有魔法的液体，通过各种奇妙的步骤，变成坚固又好用的东西。

这种工艺在好多地方都能用得上呢，像是汽车制造呀，飞机的一些小零件制造啦，甚至在一些特别酷的运动器材制造里也能看到它的身影。

二、原材料的准备。

在这个工艺里，原材料的准备可重要啦。

你得先选好那些要变成复合材料的材料。

比如说，有一些特殊的树脂，这些树脂就像是魔法药水一样。

它们有不同的种类哦，有的树脂很黏，就像超级黏人的小怪兽，有的树脂流动性很好，就像活泼的小精灵。

除了树脂，还有增强纤维，这些增强纤维就像是给复合材料加了一层超级肌肉，让它变得更结实。

而且，在准备这些原材料的时候，要特别小心，就像照顾小婴儿一样，得让它们保持干净，不能有杂质混进去，不然做出来的复合材料可能就会有小脾气，不好用啦。

三、模具的选用。

模具在这个过程里就像是一个魔法盒子。

你得根据想要做出来的复合材料的形状去选合适的模具。

模具的材质也很有讲究呢。

如果是做一些简单形状的复合材料，可能用比较普通的模具材料就可以啦。

但是如果要做那些超级复杂、超级酷炫的形状，那就得用那种高级的、能够承受很大压力和温度变化的模具材料。

而且啊，模具的表面得光滑得像溜冰场一样，这样做出来的复合材料表面才会滑溜溜的，好看又好用。

四、液体注入。

接下来就是液体注入这个超关键的步骤啦。

就像给一个空瓶子倒水一样，不过这个水可是特殊的液体材料哦。

把那些选好的树脂啊或者其他液体材料，小心翼翼地注入到模具里。

这个时候，就像是一场小心翼翼的冒险。

如果注入的速度太快，那些液体可能会像调皮的小捣蛋鬼一样，在模具里乱跑，这样就会让复合材料里面有很多小气泡，就像脸上长了小痘痘一样，不美观还可能影响性能呢。

如果注入速度太慢呢，又会浪费很多时间，效率就不高啦。

液体成型用环氧树脂体系与碳纤维表面浸润性能研究采用1，4-丁二醇二缩水甘油醚（BDDGE）、聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE）、双酚A聚氧乙烯醚06（BPE-06）3种活性环氧树脂稀释剂，分别制备了低黏度适合复合材料液体成型工艺（LCM）的环氧树脂体系，研究了体系与国产碳纤维（HF10）的表面浸润性。

首先，研究了稀释剂结构、用量对环氧树脂体系与碳纤维湿润性的影响；其次，研究了稀释剂/树脂/固化剂体系的湿润温度、反应程度对树脂与碳纤维表面的浸润性影响。

采用DCAT21表面/界面张力仪分析了树脂与碳纤维界面的前进接触角；采用Young-Dupre法，计算了树脂与碳纤维的热力学粘附功。

结果表明，采用稀释剂降低黏度，可以有效改善树脂体系与碳纤维的浸润性；相同黏度时，不同结构稀释剂提高浸润性效果顺序为：PEGDGE>BPE-06>BDDGE；升高温度可以提高环氧树脂与碳纤维的浸润性；随着反应程度的提高，树脂体系与碳纤维的湿润性变好。

标签：湿润性；接触角；粘附功；环氧树脂；活性稀释剂复合材料中树脂基体与纤维增强体之间是通过界面进行应力传递的，而树脂与纤维间良好的湿润作用是形成优质界面的重要因素。

因此，树脂对纤维的浸润性是影响树脂/纤维复合材料成型质量的关键。

大型碳纤维复合材料构件液体成型（LCM）工艺要求树脂具有低黏度、高浸润性、长适用期等特性，而与玻璃纤维相比，碳纤维的浸润性差，对树脂的流动和浸润性就提出了更高的要求，对于表面浸润性的研究就显得更为重要[1～4]。

本文根据Wilhelmy原理采用DCAT21表面/界面张力仪测试适合复合材料液体成型工艺的低黏度环氧树脂体系与国产碳纤维在工艺温度下的前进接触角以表征浸润性，采用Young-Dupre公式计算出相应的的热力学粘附功以表征界面结合强弱。

1 实验部分1.1 主要原料及树脂体系制备HF10碳纤维，江苏恒神纤维材料有限公司；环氧树脂BPF170，台湾南亚股份有限公司；1，4-丁二醇二缩水甘油醚（BDDGE），广州仑利奇化工原料有限公司；聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE），安徽恒远化工有限公司；双酚A聚氧乙烯醚06（BPE-06）；甲基六氢苯酐（MeHHPA），濮阳惠成电子材料股份有限公司。

复合流体成型工艺是复合材料制备过程中的重要环节，通常涉及以下几个主要步骤：1. 原料准备：包括选择合适的基体材料（如树脂、金属或陶瓷等）和增强材料（如碳纤维、玻璃纤维或其他颗粒、纤维等）。

这些原材料的选择取决于最终产品的使用要求和性能指标。

2. 混炼：将预处理后的基体材料与增强材料进行混合，以获得均匀的材料分散度和增强效果。

混炼可以采用熔融法、溶液法或固相法等多种方法，具体选择应根据材料特性和生产要求进行。

3. 预浸料制备：涉及到将增强材料（如碳纤维）与粘结剂（如树脂）混合，形成预浸料。

这通常包括碳纤维的表面处理和粘结剂的配方调制，以及将碳纤维浸渍到粘结剂中的过程。

4. 模具制作：根据产品的设计要求制作或选择适合的模具。

模具的设计和制造对最终产品的质量有着直接的影响。

5. 成型：将混炼好的材料进行成型，常用的成型方法包括注塑、挤出、压制等。

在成型过程中需要控制温度、压力和速度等参数，以确保产品的质量和性能。

6. 固化：对于树脂基复合材料，固化是一个重要步骤，它涉及通过加热或化学反应使树脂交联固化，从而获得所需的机械性能。

7. 后处理：包括切割、打磨、涂层等步骤，以满足产品的尺寸精度和表面质量要求。

8. 检测与质量控制：对成品进行必要的检测，确保其满足设计规范和使用要求。

9. 包装与出货：最后，合格的产品会被适当包装并送往客户或进入销售渠道。

需要注意的是，不同的复合材料和产品可能会采用不同的成型工艺和流程。

例如，碳陶复合材料的生产工艺流程可能包括热压烧结等特殊步骤，而复合集流体材料的制备可能还会涉及到磁控溅射/蒸镀、水电镀等工艺。

因此，具体的工艺流程可能会根据材料类型、产品要求和生产效率等因素有所不同。