《材料加工工程實驗》教學大綱

1、材料加工工程實驗課程實驗教學大綱課程代碼：MSEN3010 大綱執(zhí)筆人：課程名稱：材料加工工程實驗 大綱審批人：英文名稱： Experiments of Material Processing課程學時： 72 實驗學時：56實驗室名稱：高分子實驗室實驗課性質(zhì)：獨立設(shè)課適用專業(yè)：材料科學與工程一、本課程實驗教學目的與要求材料加工工程實驗是我校材料科學與工程專業(yè)的最后一個實驗教學環(huán)節(jié)。主要包括三個體系的加工試驗內(nèi)容，即，塑料加工試驗、纖維紡絲實驗、復(fù)合材料制備實驗。要求學生熟悉書本上相關(guān)的聚合物加工工藝、加工原理、加工設(shè)備等理論知識，并且能夠與加工實驗過程中的工藝條件、實驗結(jié)果相聯(lián)系。本實驗教學的

2、教學目的是以材料科學與工程專業(yè)本科學生為基本對象，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維訓練、基本科研技能訓練、知識整合項目訓練、科研成果向生產(chǎn)轉(zhuǎn)化等多種具體實踐訓練。二、主要儀器設(shè)備及現(xiàn)有臺套數(shù)1、濕法紡絲設(shè)備（采購中）10、聲速取向儀12、小型熔融紡絲機（采購中）11、單絲拉力機13、雙螺桿擠出機212、萬能材料制樣機24、熱壓平板硫化機113、切粒機25、冷壓平板硫化機114、高速混合機16、纏繞機115、注塑機17、電子張力器116、沖片機18、拉擠機117、開放式混煉機19、鼓風式烘箱218、萬能拉力機1三、實驗課程內(nèi)容和學時分配序號實驗項目名稱目的要求學時分配實驗類型每組人數(shù)必開、選開1聚合物加工工程實

3、驗講座介紹塑料加工、纖維紡絲、復(fù)合材料加工實驗相關(guān)知識和注意事項。6實驗理論課必開2聚丙烯腈濕法紡絲以聚丙烯腈為例進行濕法紡絲，了解纖維的成型原理以及后拉伸等作用12綜合性6-10必開3熔融紡絲通過本實驗掌握熔融紡絲原理，掌握熔紡與濕紡纖維成型原理的不同8綜合性6-10必開4雙輥混煉掌握塑練原理及混煉技術(shù)4綜合性3-5必開5模壓成型制樣掌握平板硫化機工作原理、模壓成型方法4綜合性2必開6雙螺桿擠出改性材料制備掌握雙螺桿擠出機的工作原理、操作方法4綜合性6-10必開7注塑成型制樣掌握注塑成型原理及操作方法4綜合性3-5必開8復(fù)合材料拉擠成型掌握復(fù)合材料拉擠成型原理及成型方法8綜合性6-10必開9

4、復(fù)合材料纏繞成型掌握復(fù)合材料纏繞成型原理及成型方法8綜合性6-10必開10材料制樣及力學性能測試掌握制樣方法及測試原理4綜合性2必開11實驗考試綜合測評2考核必開四：實驗項目的內(nèi)容和要求實驗一 聚合物加工工程實驗講座給學生講解本組安排的系列實驗的內(nèi)容、原理及操作注意事項，在保證安全的前提下，做好實驗，把書本上的理論知識與實踐相結(jié)合。實驗二 聚丙烯腈濕法紡絲成型一、實驗內(nèi)容 （1）干燥 鼓風干燥或真空干燥聚丙烯腈原料，設(shè)定溫度7080，干燥時間，10小時 (2) 溶解 開動攪拌，加熱溶解聚丙烯腈，以DMF為溶劑，溶解溫度為75左右，質(zhì)量分數(shù)為25%，溶解時間為12小時。（3）壓料 打開溶解釜的出

5、料閥，將紡絲料液從溶解釜壓入到紡絲釜，紡絲釜溫度設(shè)定為60。壓料時打開溶解釜的加壓閥，關(guān)閉真空閥，打開紡絲釜的真空閥，關(guān)閉加壓閥。（4）脫泡 壓料結(jié)束后，關(guān)閉溶解釜的壓力閥、出料閥，打開紡絲釜的真空閥，每隔半小時抽一次真空，脫泡結(jié)束后關(guān)閉真空閥（5）設(shè)定凝固液溫度，并將凝固液放入凝固槽，將水洗浴槽、拉伸浴槽加滿水，開始升溫，水洗浴溫度，70，拉伸浴90，并設(shè)定好各輥轉(zhuǎn)速；設(shè)定熱輥溫度、轉(zhuǎn)速，設(shè)定好熱定型箱溫度并開始加熱，開動卷繞輥（6）紡絲 各浴以及加熱輥、熱定型箱溫度升高到指定值時開始紡絲，裝上鵝形管、噴絲頭，設(shè)定計量泵轉(zhuǎn)速；打開紡絲釜出料閥，打開紡絲釜加壓閥，開始紡絲。（7）卷繞 利用導絲

6、鉤將纖維依次纏繞到各輥，通過熱定型箱，然后進行卷繞（8）實驗結(jié)束，清洗溶解釜以及紡絲釜，清理實驗場地二、實驗要求 烘干原料時防止溫度過高，使得原料黃化；纏繞各輥時注意安全，出現(xiàn)斷頭時要用割絲刀劃短輥上纖維后再清理；熱輥以及熱定型箱均為高溫，嚴禁用手觸摸實驗三 熔融紡絲一、實驗內(nèi)容 （1）預(yù)處理 使用真空干燥器進行干燥，設(shè)置合適的溫度 （2）熔融擠出 適當?shù)募徑z溫度，適當?shù)膯谓z紡絲速度，噴絲孔孔徑的設(shè)計，計量泵的泵供量設(shè)計（3）冷卻 采用側(cè)吹風冷卻工藝（4）熱定型 采用熱輥加熱定型（5）卷繞二、實驗要求 紡前要將切片干燥到恒重，盡量減少原料的含水率，設(shè)定好螺桿溫度 ，選擇合適的冷卻方式，對出生纖

7、維設(shè)定一個合適的紡絲速度，控制好出生纖維的均勻性并且要防止纖維中出現(xiàn)氣泡實驗四 雙輥混煉一、實驗內(nèi)容 （1）稱料，儀器設(shè)定溫度，待到所需溫度后保溫10min； （2）開始混煉，混煉過程中調(diào)節(jié)輥間距，薄通5-10次；（3）打三角包3-5次；（4）待物料的色澤均勻、截面上不顯毛粒、塑料片具有一定強度時，出料。二、實驗要求 非常要注意安全。加料時，雙手不可過低，以防被卷入雙輥中；塑煉打包時，雙手不可高于雙輥的中上部，切忌不可從雙輥的縫隙中剝離輥上的塑煉膠，以防雙手被夾入雙輥中；緊急情況時，使用緊急制動按鈕。實驗五 模壓成型制樣一、實驗內(nèi)容（1）首先將模壓機預(yù)熱到聚合物樣品的成型溫度，保溫30min；

8、 (2) 將混煉好的塑料片材稱重后放入模壓模具，放置平板硫化機上；（3）設(shè)定模壓時間、排氣次數(shù)后，按下啟動鍵，開始實驗；（4）等熱壓結(jié)束后，打開模壓板，取出模具后放置于平板冷壓機上；（5）設(shè)定模壓時間、排氣次數(shù)后，按下啟動鍵，開始實驗；（6）實驗結(jié)束后，打開模具，取出樣品，去除溢料，清理模具。二、實驗要求模具表面一定要清潔，不可以用尖銳的工具取刮傷模具；在平板硫化機上壓制時，需要設(shè)定一定的排氣次數(shù)，保證塑料制品中沒有氣泡；在熱壓機上操作時，要帶好隔熱手套，以防燙傷。實驗六 雙螺桿擠出改性材料制備一、實驗內(nèi)容（1）預(yù)熱機器，等儀表顯示機器溫度到達設(shè)定溫度后準備擠出實驗，設(shè)定進料速度和主機的轉(zhuǎn)速，

9、打開冷卻水。（2）將配好的樣品初步混合后，再經(jīng)混合機進一步共混均勻，然后加入到雙螺桿擠出機的料倉，開始進料。（3）將擠出的聚合物熔體小心地引入水槽，冷卻固化后引入切粒機進行切粒，然后將其烘干至成品。二、實驗要求在預(yù)熱機器時，要考慮到不同聚合物樣品的熱力學性質(zhì)差異而設(shè)定實驗溫度，同樣設(shè)定主機轉(zhuǎn)速和進料速度時葉要考慮聚合物的流變學特性；擠出的聚合物熔體引入冷卻水水槽時要避免彼此粘連；切粒機的速度要與擠出機的擠出速度協(xié)調(diào)，爭取切出的聚合物顆粒大小均勻。實驗七 注塑成型制樣一、 實驗內(nèi)容（1） 原料準備。需要對原料進行干燥，原則是控制塑料的含水率低于0.1%。（2） 擬定各項成型工藝條件，對料筒進行加

10、熱，至預(yù)定溫度后，保溫30min。（3） 注射成型操作。包括，閉模、注射充模、保壓、加料預(yù)塑、開模、取出制品。（4） 重復(fù)上述操作程序，在不同的保壓時間和冷卻時間下注射制品。（5） 測定制品的成型收縮率，測試注射樣品的力學性能。二、 實驗要求沒有經(jīng)過正式培訓的同學，不可以擅自操作注射機或任意改變注射機控制儀表上的按鈕和開關(guān)。根據(jù)實驗的要求，可以選擇點動、手動、半自動、全自動等操作方式。不得將金屬工具接觸模具型腔。實驗八 復(fù)合材料拉擠成型一、 實驗內(nèi)容（1）預(yù)熱機器；（2）增強材料（玻璃纖維無捻粗紗、玻璃纖維連續(xù)氈及玻璃纖維表面氈等）在拉擠設(shè)備牽引力的作用下，在浸膠槽里得到充分浸漬后，經(jīng)過一系列

11、預(yù)成型模板的合理導向，得到初步定型，最后進入被加熱的金屬模具，在一定溫度作用下反應(yīng)固化，從而得到連續(xù)的、表面平滑、尺寸穩(wěn)定且高強度的復(fù)合材料型材。 二、 實驗要求沒有經(jīng)過正式培訓的同學，不可以擅自進入操作流水線工作。在原料準備過程中，熱固性的聚合物膠液的組成配比要選擇好；增強材料也要預(yù)先干燥處理。對于不同的膠液和增強材料，根據(jù)最終產(chǎn)品的性能要求，選擇合適的牽引速度。實驗九 復(fù)合材料纏繞成型一、實驗內(nèi)容（1）軸對稱帶曲面封頭的纖維纏繞芯模制作；（2）按網(wǎng)格理論設(shè)計內(nèi)壓數(shù)據(jù)，共聚纖維纏繞規(guī)律與成型調(diào)試進行實際纏繞工藝操作； （3）內(nèi)胎制作和內(nèi)壓爆破試驗。二、實驗要求理解纖維纏繞工藝的基本特點，熟悉

12、纏繞規(guī)律，學會纏繞線形的調(diào)試方法。實驗十 材料制樣及力學性能測試一、實驗內(nèi)容（1）根據(jù)材料的種類選擇制樣條件；（2）拉伸、沖擊等力學性能試樣條的制備；（3）根據(jù)國標要求，選擇試樣測試條件，進行性能測試。二、實驗要求首先要詳細了解不同聚合物材料的力學性能測試的國標要求；根據(jù)試樣條的要求，選擇合適的加工工藝制樣；用萬能拉力機進行拉伸測試時，請根據(jù)國標選擇合適的測試條件。五、考核方式1、 實驗報告：在做每一個實驗之前，每位同學要做好預(yù)習報告；實驗結(jié)束后要及時處理實驗數(shù)據(jù)，按時上交實驗結(jié)果報告。2、 考核方式考核形式：按平時實驗（70）、考試實驗（30）結(jié)合進行總評。評分標準：1、平時實驗：態(tài)度20、操作40、報告10、結(jié)果302、考試實驗：態(tài)度10、操作20、報告10、結(jié)果60。每組學生有專門的成績記錄冊，對每個學生的每次實驗都按評分標準記錄實驗成績。每次實驗要求學生把原始數(shù)據(jù)及時記錄到專門的原始數(shù)據(jù)記錄冊，由指導實驗的老師簽字并進行計算核對，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。六、實驗教材、參考書實驗教材：韓哲文，高分子科學實驗，華東理工大學出版社，2009年參考書：1. 潘祖仁，高分子化學，化學工業(yè)出版社，20022. 金日光、華幼卿，高分子物理，化學工業(yè)出