Технология композиционных материалов

Технология композиционных материалов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Сибирский государственный технологический университет»

Факультет механической технологии древесины

Кафедра технологии деревообработки

отчет

по лабораторным работам

 (ТКМ. 000000. 108. ПЗ)

Руководитель:

______________ Криворотова А. И.

                 (подпись)

___________________________

                (оценка, дата)   

Разработал:

студент группы 44-1

______________ Иванов И. А.

                      (подпись)

 Содержание

Лабораторная работа № 1. 3

Лабораторная работа № 2. 5

Лабораторная работа № 3. 7

Лабораторная работа № 4. 9

Лабораторная работа № 5. 10

Лабораторная работа № 1

Изготовление цементно-стружечных плит

Приборы и материалы: лабораторный гидравлический пресс, сушильный шкаф, шаблон с пуансоном, металлическая матрица, рабочий стол, металлические прокладки, весы технические, весы товарные, поддон толщиной 4 мм, древесные частицы влажностью не более 20%, вяжущее – портландцемент М-500, сернокислый алюминий, хлористый кальций, жидкое стекло, вода, машинное масло, ортофосфорная кислота.

1 Расчет сырья

          Размеры формы: , , .

            Плотность плиты:

            Компоненты необходимо смешивать в следующих пропорциях:

стружка : цемент :   :  : вода = 40 : 100 : 1,5 : 3,5 : 55

1.1   Расчет массы плиты

1.2   Расчет компонентов смеси

          где    m – масса плиты, кг;

                   n – количество каждого компонента в плите;

                    – масса искомого компонента смеси.

1.3   Расчет режима прессования

Продолжительность цикла прессования рассчитывается по формуле:

          где    - время на загрузку матрицы в пресс;

                    - время на смыкание плит пресса;

                    - время на поднятие давления;

                    - время на выдержку под давлением;

                    - время на сброс давления;

                    - время на размыкание плит пресса;

                    - время на выгрузку кассеты из пресса.

Лабораторная работа № 2

Изготовление плит на магнезиальном вяжущем

Цель работы: изготовление плит на каустическом магнезите в лабораторных условиях.

Приборы и оборудование: лабораторный гидравлический пресс, смеситель, рабочий стол, шаблон с пуансоном, весы технические, весы товарные.

Материалы: древесные частицы, каустический магнезит, хлористый магний, бишофит.

                   2.1 Методика проведения работы

          Количество компонентов на одну плиту рассчитывается, исходя из размеров, плотности плиты и соотношения компонентов смеси:

             массовых частей, т.е. сумма массовых частей составляет 300.

          2.2. Расчет массы плиты

                                                                                                                        (2.1)

          где     - плотность плиты, ;

                         - объем плиты, .

                   2.3. Расчет необходимого количества древесных частиц и окиси магния

          Расчет каждого компонента плиты определяется с учетом их соотношения при помощи следующей пропорции:

                                                                                                                     (2.2)

          где    300 – сумма соотношения массовых частей всех компонентов плиты;

100 – соответственно количество древесных частиц и окиси магния в плите;

 – масса плиты, кг;

 – масса древесных частиц, кг.

                   2.3 Выбор режима прессования

          По справочной литературе определяем основные параметры прессования.

                   Температура прессования:              

                        Давление прессования:                   

                   Продолжительность прессования:  при

                                                                              при

                                                                              при

                        2.4 Технология приготовления минерально-стружечной смеси

1. Приготовить жидкость затворения: растворить в воде бишофит при температуре воды (18...20) °С и залить в ёмкость для распыления.
2. Древесные частицы поместить в смеситель.
3. При включенном смесителе распылить жидкость затворения на стружку (по окончании распыления перемещать 5 -7 минут).
4. Всыпать в смеситель каустический магнезит, перемещать в те­чение 1 мин.
5. Включить смеситель и перемешать в течение (10. .12) мин.
6. На сетчатый поддон установить шаблон.
7. Формировать пакет в шаблоне.
8. Уплотнить пакет с помощью пуансона.
9. Загрузить пакет в пресс, установить режим и прессовать плиту.
10. Выгрузить готовую плиту.

Охлаждение плит производить в вертикальном положении (при от­крытых пластях). Выдержка плиты до испытания не менее 7 суток.

Лабораторная работа № 3

Изготовление арболита

Цель работы: изучение физико-механических свойств арболита:

а) расчет компонентов состава арболита;

б) изготовление образцов арболита;

в) анализ прочности, водопоглощения, набухания, усадки, сорбционного увлажнения.

Приборы и материалы: сушильный шкаф, шаблон с пуансоном, металлическая матрица, рабочий стол, весы технические, весы товарные, древесные частицы влажностью не более 20%, вяжущее – портландцемент М-500, хлористый кальций, вода.

          Расчет компонентов состава:

Размеры формы: , , .

            Плотность плиты:

3.1 Расчет массы плиты

3.2  Расчет компонентов смеси

По таблицам определяем ориентировочный расход компонентов арболитовой смеси.  

Расход минерализатора (CaCl) принимаем в количестве 2% к весу цемента.

                   3.3 Изготовление образцов

Образцы арболита могут готовиться в металлических или деревян­ных формах, заранее смазанных отработанным маслом. Размер образцов зависит от цели их изготовления.

Подготовка массы для изготовления арболита производится в сле­дующем порядке:

• рабочая смесь дробленой древесины подается в мешалку;
• при перемешивании в мешалку заливается заранее установленное количество раствора минерализатора и воды; перемешивание осуще­ствляется около 1 мин. Мешалка выключается;
• в мешалку подается цемент и смесь вновь перемешивается в течение 3 мин. до однородного по виду состава.

После этого осуществляется взвешивание нужного количества фор­мовочной смеси в пластмассовых чашах на весах ВНЦ (расход смеси на 1 образец - кубик устанавливают заранее), взвешенная смесь подается в фор­мы и уплотняется ручным прессом (трамбованием, вибрацией и т.д.) с фик­сацией массы в формах с помощью крышек.

В фиксированном состоянии образцы выдерживают в течении 1 су­ток, после чего их извлекают из форм, взвешивают, замеряют и оставляют на стеллажах для последующего вызревания и испытаний.

Лабораторная работа № 4

Изготовление ГСП

Цель работы: изготовление ГСП в лабораторных условиях.

Приборы и материалы: лабораторный пресс, сушильный шкаф, матрица, весы технические, древесные частицы с влажностью не более 20 %, гипс, вода.

1 Порядок выполнения работы

                   1.1 Расчет сырья на 1 плиту

                                                                                                                (4.1)

                   где    - плотность, 1000 кг/м2;

                              - объем.

                        1.2. Расчет компонентов смеси

                                                                                                                      (4.2)

                   Массовое соотношение:

                             вода : стружки : гипс = 30 : 30 : 100

Лабораторная работа № 5

Испытания физико-механических свойств
композиционных материалов

Цель работы: изучить физико-механические свойства цементно-стружечных плит и арболита.

Приборы и материалы: испытательная машина марки М-500, приспособления для испытания образцов на механическую прочность, штангенциркуль, сушильный шкаф марки СЭШ, весы марки ВЛТ.

                   1 Порядок выполнения работы

                   1.1 Определение влажности композиционных материалов.

          Влажность композиционных материалов определяется на образцах размером 15×15×10 мм.

          Образцы зачищаются от заусенец, и после взвешивания с точностью до 0,01 г., помещаются в сушильный шкаф. Выдерживаются при температуре 100 ±5○С до постоянной массы. После высушивания взвешиваются с той же точностью и вычисляют их влажность с точностью 0,1% по формуле:

                                                                                                   (5.1)

          Результаты замеров образцов и массы заносятся в таблицу 5.1.

                   1.2 Определение плотности композиционных материалов

          Для определения плотности композиционных материалов используются образцы для определения влажности. Высушенные до абсолютно сухого состояния образцы измеряют по ширине, толщине и длине с точностью до 0,1 мм и вычисляют их объем (с точностью до 0,01 см3).

          Плотность каждого образца определяется по формуле:

                                                                                                           (5.2)

                   Таблица 5.1 – Результаты измерений.

1.3 Определение предела прочности композиционных материалов при статическом изгибе

Определение предела прочности композиционных древесных пласти­ков при статическом изгибе производится согласно ГОСТ 4640-71 методом, основанным на определении величины разрушающей силы при изгибе стандартного образца под действием этой силы. Разрушающая сила сосре­доточена посередине между опорами.

Образцы для испытаний должны иметь форму бруска прямоугольного стечения с размерами сторон 10 ± 0,2 × 15 + 0,2 мм и длиной 120 ±2 мм, дол­жен иметь гладкую поверхность без трещин, вздутий, сколов и раковин. Число образцов - 3 шт.

Испытания проводятся при температуре 18-22 °С. В случае отклоне­ния температуры помещения от указанной образцы для испытания предва­рительно выдерживают в термостате при 18-22 °С в течение 1 ч. Каждый образец вынимают из термостата непосредственно перед испытанием.

Перед испытанием измеряют ширину и толщину образца в его сере­дине с точностью до 0,1 мм.

При проведении испытания образец должен своей широкой стороной свободно лежать на опорах. Расстояние между опорами - 100±0,5 мм. Ско­рость нагружения образца - 50 мм/мин. Предел прочности при статическом изгибе определяется по формуле:

                                                                                    (5.3)

где    - величина разрушающей или максимально изгибающей силы;

           - расстояние между опорами, м;

           - ширина образца, м;

           - толщина образца, м.

          Вычисления производятся с точностью до 1 МПа. Результаты испы­таний заносятся в табл. 5.5.

Полученные результаты сравнить с данными ГОСТ 11368-78. Про­анализировать результаты экспериментов и сделать выводы о влиянии тех­нологических режимов прессования КПД на их качество.

          Таблица 5.2 – Результаты испытаний

                   1.4 Определение водопоглощения композиционных материалов

          Водопоглощение и разбухание ЦСП определяют на образцах 100×100×h следующим образом. После кондиционирования образцы взвеши­вают с погрешностью до 0,01 г и по­гружают в сосуд с питьевой водой в вертикальном положении при темпера­туре (20 + 2) °С. Образцы не должны соприкасаться друг с другом, стенками и дном емкости. Слой воды над образцами должен быть не менее 20 мм. После выдержки в воде в течение 24 ч мин образцы извлекают из воды, осушают фильтрованной бумагой, вторично взвешивают. Водо­поглощение вычисляют по формуле

                                       ,                                             (5.4)

где    – масса водонасыщенного образца, кг;

           – масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг.

Результаты вычислений заносят в таблицу 5.3.

          Таблица 5.3 – Результаты испытаний