非石棉短纤维增强橡胶基密封复合材料的力学设计

第6卷第6期

2011年6月

429

非石棉短纤维增强橡胶基密封复合材料的力学设计黄星路1，孙开俊1，顾伯勤1,2，邵春雷1，周剑锋1

（1. 南京工业大学机械与动力工程学院，南京 210009；2. 浙江国泰密封材料股份有限公司，杭州 311255）

摘 要：探讨了非石棉短纤维增强橡胶基密封复合材料（NAFC材料）的细观结构参数、组分力学性能与横向抗拉强度之间的关系，建立了基于横向抗拉强度的NAFC材料力学设计方法。以横向抗拉强度为指标，对增强纤维表面处理方法、材料的配方以及制备工艺参数进行了设计和优化。将力学设计方法应用于新型NAFC材料的开发，成功研制出一种高性能芳纶-玻璃混杂纤维增强橡胶基密封复合材料。所开发的NAFC材料的主要性能指标符合国家标准，部分性能优于国内外同类产品。研究结果验证了所建立的力学设计方法具有可行性。

关键词：复合材料；密封；力学设计；横向抗拉强度；垫片

中图分类号：TB332文献标志码：A 文章编号：1673－7180(2011)06－0429－0 Mechanical design of rubber-based sealing composites reinforced with

short non-asbestos fibers

Huang Xinglu1，Sun Kaijun1，Gu Boqin1,2，Shao Chunlei1，Zhou Jianfeng1

(1. College of Mechanical and Power Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China;

2. Cathay Packing&Sealing Co., Ltd., Hangzhou 311255, China)

Abstract: The relationship among the micro structural parameters and mechanical properties of the components and the transverse tensile strength of rubber-based sealing composites reinforced with short non-asbestos fibers was discussed. A mechanical design method of the composites based on their transverse tensile strength was put forward. Taking the transverse tensile strength as evaluation index, the surface treatment method of fibers was screened, and the material prescription and preparation technological parameters were optimized. According to the proposed mechanical design method, a new kind of rubber-based sealing composite reinforced with the aramid/glass hybrid fibers was developed. The performances of the developed composite were tested. The main performances of this composite coincide with the requirements prescribed in Chinese national standard, and some performances are even better than those of the similar products from some famous enterprises at home and abroad, which verifies the proposed mechanical design method of NAFC materials.

Key words: composite；sealing；mechanical design；transverse tensile strength；gasket

非石棉短纤维增强橡胶基密封复合材料(NAFC)是20世纪后期开发出的替代石棉制品的绿色密封产品[1-2]，该材料通常采用芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等非石棉纤维作为增强纤维，橡胶基体作为弹性黏结剂制成，它是一种具有广阔应用前景的新型密封复合材料。

短纤维复合材料的细观结构很大程度上决定了材料的宏观力学性能。可以通过选择合适的细观结构参数和材料组分设计出具有所希望的宏观力学性能的复合材料。研究材料细观结构参数与宏观力学性能

收稿日期：2011-01-11

基金项目：国家自然科学基金资助项目(10872088)；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20070291004)

作者简介：黄星路(1960－)，女，副教授，主要研究方向：复合材料、表面工程及密封技术，xlhuang@https://www.wendangku.net/doc/0c8166348.html,

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的关系，有助于优化材料细观结构，指导材料配方设计，实现提高材料宏观力学性能的目的[3]。在依据细观力学理论预测材料宏观力学性能方面，国内外学者已经开展了较为广泛的研究工作。Zhu等[4-5]建立了一种细观力学模型，研究了短纤维增强橡胶基密封复合材料中的应力分布和传递情况；张志成等[6]研究了橡胶基复合材料中的短纤维长径比及其影响其分布的影响因素；朱大胜等[7]研究了单纤维拔出时不同纤维长径比和体积含量对界面相剪应力的分布的影响；张立群等[8]采用有限元法对短纤维橡胶基复合材料内部应力传递和分配规律进行了初步探讨。Shao等[9]研究了纤维长度和纤维取向分布及其对短纤维增强聚合物基复合材料拉伸强度的影响。Johnson等[10]提出一种含有界面相的塑性模型，对纤维间的应力传递状况进行了预测。

上述研究工作主要是从细观力学角度来预测材料的宏观力学性能，有关NAFC材料力学设计理论和方法的研究则鲜见报道。笔者研究细观结构参数与横向抗拉强度间的关系，建立基于横向抗拉强度的NAFC材料力学设计方法；据此指导增强纤维表面处理方法的筛选、材料的配方设计以及制备工艺参数优化；以芳纶-玻璃混杂纤维增强橡胶基密封复合材料为例对材料力学设计过程进行阐述。

1密封材料的基本要求和主要性能

1.1基本要求

密封能力是密封材料品质的综合表现。理想的垫片材料应在较小的预紧应力下，最大限度地消除密封连接处的微间隙，并在操作状态下维持密封所必须的垫片压紧应力。垫片表面除应具有较好的流动性之外，还应有较好的整体回弹性能以补偿操作状态下由于结构变形造成的密封面间的相对分离。

密封材料的蠕变和应力松弛将导致垫片压紧应力的降低，材料的老化将造成密封性能下降。良好的抗蠕变和抗老化性能是垫片材料的基本要求之一。

密封材料应具有良好的温度适应性。材料的力学性能很大程度上受温度的影响。低温会引起密封材料的硬化、脆化和弹性消失；高温将加速密封材料的老化、失重，蠕变和应力松弛增大，导致密封失效。

密封材料还必须具有一定的介质稳定性。密封介质的物理、化学侵蚀会加剧材料性能劣化。

1.2主要性能

非石棉密封材料的性能主要包括密度、横向抗拉强度、柔软性、耐油性等，它们是筛选密封材料的依据。垫片的使用性能包括压缩回弹特性、蠕变松弛特性、泄

漏特性和寿命特性等，它们可用于衡量垫片的综合性

能，并可分别用公式表征[11]。

研究表明，非金属密封垫片的塑性变形量随压紧应

力的增大而增大，其压缩曲线和回弹曲线均非直线且不

重合，具有非线性和非保守性。垫片的蠕变总是存在的，温度越高，蠕变量越大。垫片的基本密封特性是一个综

合性指标，它与工况条件、密封元件的结构和材料特性

等有关。NAFC材料作为一种新型密封复合材料，应具备优良的力学和密封性能，满足规定的指标要求。

纤维对密封材料的增强作用很大程度上取决于材

料中纤维与橡胶基体间界面的结合强度。一般来说，界

面结合强度高的材料，其压缩回弹和蠕变松弛等力学性

能好，材料致密度高，耐介质性能好，密封性能优异。NAFC材料为典型的各向异性材料，橡胶基体的拉伸强度远低于增强纤维，材料的拉伸断裂主要是由于橡胶基体与纤维间的界面破坏引起的，故可用材料的横向抗拉强度表征界面的结合强度。笔者选用横向抗拉强度作为NAFC材料的设计指标。

2NAFC材料的力学设计理论

2.1细观结构参数

短纤维细观结构参数主要包括长径比、取向、材料

孔隙率等，目前对短纤维细观结构参数的测试与表征研

究主要集中在短纤维的长径比和取向两个方面。

短纤维增强复合材料的力学性能很大程度上与材

料中短纤维的长径比有关。准确地测定复合材料中短纤

维的长径比及其分布规律，对于预测复合材料的力学性

能、优化复合材料的制备工艺有着极其重要的意义。目

前，复合材料中短纤维长径比一般采用分离测定法测

定，长径比大小与分布通常采用直方图和概率密度函数

法表征。

短纤维增强橡胶基密封复合材料大多采用模压、挤

压和压延成张等加工工艺制备，受工艺的影响，材料中

的短纤维一般具有较为明显的取向性，这种取向性影响

到材料中应力在纤维、基体间传递的模式和效率，决定

了材料的各向异性特征。对复合材料中短纤维取向度的

表征主要有取向角分布函数法、取向因子法和张量描述

法3种[12]。

2.2组分力学性能

短纤维增强复合材料主要由短纤维增强相、基体相

和界面相组成。NAFC材料基体的主要成份为橡胶以及

部分填料和化学助剂；界面相为纤维表面处理时引入的

中间相。

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4312.2.1 纤维的力学性能

NAFC 材料中通常采用的纤维可视为线弹性体。由于材料基体的强度、刚度远远小于增强纤维，材料受力时，纤维始终处于线弹性、小变形状态。其本构关系可表示为

f f f εσE =， (1) 式中：f σ为纤维材料的应力；f ε为纤维材料的应变。 温度改变时，纤维的本构关系可写为

)(f f f f T E T Δ?=αεσ， (2) 式中：T Δ为温差且0T T T ?=Δ，T 和0T 分别为终态和初始状态下的温度，T f

ε为温度T 时的纤维应变，f α为

纤维的热膨胀系数。 2.2.2 界面相的力学性能

界面相的主要成份是短纤维表面处理时覆盖在其表面上的包裹层，纤维的表面处理方式不同，其界面相的力学特性也不同。笔者所研究的NAFC 材料的界面相主要成分为树脂，其可视为线弹性材料。界面相的力学性能可用结合强度来表征，通常用剪切强度表示：

e is

f e 2πF r l τ=，

(3) 式中：is τ为界面相剪切强度；e F 为纤维拨出力；e l 为纤维包埋长度。

界面平均剪切强度可以通过单纤维拨出实验测得。 2.2.3 基体材料的黏弹特性

NAFC 材料中的基体材料通常由橡胶以及各种填料和化学助剂等组成，其本构关系具有明显的黏弹性特征。基体材料的黏弹性行为主要取决于橡胶高聚物的性能和复合结构，并遵循复合材料的黏弹性理论[13]。

黏弹性材料的基本力学模型有[14]

：弹簧和黏壶串联的Maxwell 模型以及弹簧和黏壶并联的Kelvin 模型。考虑到NAFC 基体材料的非线性黏弹性特点，将Maxwell 模型和Kelvin 模型串联起来建立如图1所示六元件黏弹性模型[15]。

图1 基体材料的黏弹性模型 Fig. 1 Viscoelastic model of the matrix

2.3 细观力学模型

Zhu 等[4-5]依据变温黏弹性理论和纤维复合材料的剪滞理论建立含基体、纤维和界面相的单纤维圆柱体包

细观力学模型，对材料中基体、纤维和界面相间应力传递模式进行了分析，得到了纤维复合材料体系内应力分布函数，为材料的力学设计和宏观力学性能预测提供了依据。

2.4 横向抗拉强度

NAFC 材料的横向抗拉强度与材料组分的力学行为和细观结构参数有关，可由下式表示 [15]：

c

min

cs i f f is (()(/)d l l f f f V f l l d l θστ=∫

max c

c fu

d f m ()(1/2)d )(1)l l f l l l l f V σσ+?+?∫

， (4)

式中：

cu m m εσE =，

(5)

max min

2()cos d f f θθθθθθ=

∫

，

(6)

is fu c 2τσd l =，

(7)

)1(2f f

V f ?=，

(8)

)1(f d V f ?=，

(9) 其中：cs σ为NAFC 材料的拉伸强度，f V 为纤维体积分数，c l 为纤维临界长度，d 为纤维直径，___

m σ为材料拉伸断裂时基体的平均应力，且___

m σ取值范围为1~3 MPa ，

m E 和cu ε分别为材料拉伸断裂时的模量和应变，fu σ为纤维的拉伸强度，is τ为界面的剪切强度，θf 、f f 、d

f 和i f 分别表示纤维取向、纤维干扰、稀释效应和界面相的修正系数，i f 一般取0.5~1。

研究表明，只有当短纤维的长径比大于或等于其临界长径比时，才能充分发挥纤维的增强效应[16]。因而式(4)可改写为：

m f d fu f c f i cs )1()2/1(σσσθV f V l l f f f ?+?=。 (10)

3 NAFC 材料力学设计方法的应用

3.1 纤维表面处理

增强纤维和橡胶基体间界面的结合强度是决定纤维对复合材料增强效果的关键因素之一。纤维和基体中的载荷是通过两者之间的黏合界面传递的。因此，改善界面结合强度是提高NAFC 材料性能的关键。

纤维表面处理可最大程度发挥纤维的增强效果[17]。增强纤维的表面处理方法包括偶联剂处理法、氧化剂处理法以及胶黏剂处理法。偶联剂处理主要是在纤维

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与橡胶基体之间通过偶联剂桥联和缠结，使纤维与橡胶间获得一个较好的界面过渡区，从而改善其界面结构、消除应力突变；氧化剂处理主要是提高纤维的表面活性和改善表面结构从而获得好的界面结合；胶黏剂处理主要是通过胶黏剂分别与纤维和橡胶发生键接作用，形成胶黏体系，从而改善纤维和橡胶的表面结合程度。纤维表面处理效果可以通过材料的横向抗拉强度来评价。

3.2配方设计

NAFC材料通常包括十几种组分，各种组分及其含量对材料性能的贡献不同。大量研究结果表明，对NAFC材料性能影响较大的组分是橡胶黏结剂与增强纤维的含量，而粉状填料和海泡石纤维的用量对材料性能的影响很小[18]。故笔者以橡胶、玻纤和芳纶的质量分数作为试验因素，分别选取3个水平，并以横向抗拉强度为指标对混杂纤维增强NAFC材料的配方进行正交设计。

3.3制备工艺

NAFC板材的制备工艺主要借鉴了传统压缩石棉纤维板的制备工艺，并加以一定的改进。常用的制备工艺有3种，即橡胶混炼模压工艺、胶乳抄取工艺和压缩成张工艺，这3种制备工艺各有优缺点[19]。橡胶混炼模压工艺及相关设备较简单，适用于实验室制备，但不适合大规模工业化生产；胶乳抄取工艺制造的板材柔软，产品尺寸和性能比较稳定、均匀，但制得的NAFC板材的使用温度一般较低，产品致密性差；压延成张工艺中的纤维损伤程度较小、拌料也较均匀、可供选择的原材料范围也较广，产品的尺寸和规格较大，但设备投入和运行费用较大，不适用于实验室研发。故笔者选择橡胶混炼模压工艺进行NAFC材料的实验室制备，制备工艺参数优化时同样采用材料的横向抗拉强度作为评价指标。

3.4性能评价

依据相关标准对NAFC材料的性能进行评价，测定其横向抗拉强度、压缩率、回弹率、应力松弛率、泄漏率以及耐油性等，判定其是否满足标准规定或使用要求。

4设计实例

将建立的NAFC材料的力学设计方法应用于芳纶-玻璃混杂纤维增强密封复合材料的设计制备。

4.1主要组分选择

选择的NAFC材料主要组分列于表1中。

表1 NAFC材料的主要组分

Table 1 Main components of NAFC material

作用成分

增强纤维芳纶纤维、玻璃纤维

无机增容纤维海泡石纤维

黏结剂维 NBR-26

补强性填料白碳黑

增容填料碳酸钙、高岭土等

硫化剂硫磺

促进剂 TT、DM

硫化活性剂氧化锌、酚醛树脂

防老剂 4010NA 4.2纤维表面处理方法筛选

分别采用偶联剂KH-550、KH-560、氧化剂KMnO4、RFL乳液和HRH＋酚醛树脂对纤维表面进行处理，并

测试所制备材料的横向抗拉强度。

经KH-550、KH-560和KMnO4溶液处理后制得的NAFC材料的横向抗拉强度有所提高，但效果并不明显；经RFL和HRH＋酚醛树脂处理后制得的NAFC材

料的横向抗拉强度显著提高。NAFC材料的横向抗拉强

度在高温时效处理后会有不同程度的下降。采用HRH

＋酚醛树脂作为纤维表面处理剂制得的NAFC材料无

论在常温下还是在高温时效处理后均具有最高的横向

抗拉强度，表明其表面处理效果最佳。

4.3配方优化

采用L9(34)正交试验设计对配方进行优化。结果表明，最佳配方为17.5% NBR、8.0%芳纶浆粕、15.0%玻纤，详细配比列于表2。极差分析表明，对NAFC材料

横向抗拉强度的影响程度大小依次为芳纶、玻纤和橡胶。制备的NAFC材料的横向抗拉强度平均值为9.35 MPa。

表2芳纶/玻纤混杂纤维增强NAFC材料的最佳配比

Table 2The best component proportion of Kevlar/ Glass fiber

reinforced NAFC material

组成质量分数/％组成质量分数/％

NBR-26 17.5 碳酸钙 12.0

芳纶纤维8.0 高岭土 5.0

玻璃纤维 15.0 滑石粉 1.0

海泡石纤维34.5

填料

白炭黑 3.0 硫化剂0.5 防老剂0.4 促进剂0.1 氧化锌 1.0

酚醛树脂 2.0

纤维长径比：80，取向：随机

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4334.4 制备工艺

模压法制备工艺包括橡胶的塑炼、橡胶和配合剂的混炼、增强纤维的预处理、橡胶和增强纤维的混炼和模压硫化5个主要工序。优化得到的工艺参数列于表3中。

表3 最优工艺参数

Table 3 The optimum technological parameters 混炼时间/ min

硫化时间/ min

硫化温度/

℃

硫化压力/ MPa

20 30 145 16

4.5 性能评价

根据中国国家标准[20]，对按最优配方制得的NAFC

材料进行性能测试，结果列于表4中。 表4 NAFC 材料的性能

Table 4 Performances of NAFC material

性 能 数 值 实验值 9.35

抗拉强度/MPa 理论预测值 10.08

压缩率 /％ 12.07 回弹率 /％ 50.23

应力松弛率 /％ 25.25

室温 2.17×10－4

泄漏率/(cm 3·s －1) 250 ℃下时效处理5 h 2.04×10－3

厚度增加率/％ 3.39

耐油性

质量增加率/％ 2.14

测试结果表明，材料的横向抗拉强度的实验值与理

论预测值较吻合，两者偏差为7.5.%；材料的主要性能指标符合中国国家标准的要求，部分性能优于国内外同类产品[11, 20]。

5 结 语

探讨了NAFC 材料的细观结构参数、组分力学性能与横向抗拉强度之间的关系，建立了基于横向抗拉强度

的NAFC 材料力学设计方法。以横向抗拉强度为指标，

对增强纤维表面处理方法、材料的配方以及制备工艺参数进行了设计和优化。将力学设计方法应用于新型NAFC 材料的开发，成功研制出一种高性能芳纶-玻璃

混杂纤维增强橡胶基密封复合材料。

芳纶-玻璃混杂纤维增强橡胶基密封复合材料的设计实例表明：材料的横向抗拉强度理论预测和实验结果较为一致，两者偏差仅为7.5%。纤维经过表面处理后，材料横向抗拉强度增加，在所采用的5种处理剂中，HRH ＋酚醛树脂的处理效果最佳。测试结果表明，按照最优配方和制备工艺制备得到的NAFC 材料的主要性能指标符合国家标准，部分性能优于国内外同类产品。可见，所建立的力学设计方法是可行的，该设计方法可为新型密封复合材料的开发和性能评价提供借鉴。

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[19] 王敏, 陈晔, 顾伯勤. 芳纶-玻纤混杂纤维增强橡胶基密封复合材

料制备工艺研究[J]. 润滑与密封, 2007, 32(3): 51-54.

Wang Min, Chen Y e, Gu Boqin. Study on the process technology of

kevlar/glass hybrid fiber reinforced rubber-based sealing composite

material [J]. L ubrication Engineering, 2007, 32(3): 51-54. (in Chinese)

[20] GB/T 9129—2003 管法兰用非金属平垫片技术条件[S]. 北京：中

国标准出版社，2003.

GB/T 9129—2003 Specifications of non-metallic flat gaskets for pipe flanges[S]. Beijing: China Standard Press, 2003. (in Chinese)

橡胶密封件优化设计平台系统

２７４２００６年橡胶新技术交流暨信息发布会 橡胶密封件优化设计平台系统 谭晶１，杨卫民１，李建国１。杨维章２，贺永军２，鲁选才２ （１．北京化工大学机电工程学院，北京１０００２９； ２．西北橡胶塑料研究设计院，陕西咸阳７１２０２３） 摘要：介绍了一种橡胶密封件优化设计平台系统，利用该系统可对各种密封件如０形圈，矩形圈、滑环式组合和油封等进行有限元分析，且能对各种密封件进行参数化设计，各种结构尺寸调整后，设计图形自动更新，并可快速转化为有限元模型进行分析，借助不断丰富的专家知识库和有限元分析结果对橡胶密封件进行分析优化。获得橡胶密封件的最佳结构设计及其对材料和成型工艺条件的具体要求，自动生成密封件制品和模具设计图纸．为今后橡胶密封件制品的结构优化、模具设计和新产品开发奠定了基础． 关键词－９封圈；橡胶密封；优化设计； 随着ＣＡＤ／ＣＡＥ技术的发展和现代化和智能化生产方式的出现，传统的产品设计模式己经不能满足现代生产的需要，ＣＡＥ技术已经成为设计过程中不可缺少的一部分。橡胶由于其特殊的性能和低廉的价格被应用于各行各业，所以对橡胶制品进行有限元分析有着重要的意义。近年来，国内虽有一些企业开始认识到有限元分析在橡胶工程中的巨大作用，也开始应用有限元技术来分析橡胶密封制品，但总的说来，应用效率非常低，仍然摆脱不了传统的设计模式，使得有限元分析与应用严重脱节，不能实现现代化和智能化的生产目的。 本项目研制的“橡胶密封件优化设计平台系统”改变了传统的设计方法和设计理念，对于新产品的研究开发，不需要加工制造及试验的环节，设计人员通过网络了解市场需求以及用户的要求，可直接利用该系统根据用户要求选择密封件的材料从而选择密封件的结构，并可对其进行反复的有限元分析，得到优化后的应力应变及变形图等计算的结果，达到用户要求后即可输出相应的参数结果，从而输出制品图和模具图，即能够在优化设计过程中，实现尺寸驱动，各结构尺寸调整后有限元模型和设计图形会自动更新，给设计者的设 基金项目：国防科工委十?五（二期）重点攻关项目（ｍｋｐｔ一２００４—２９） 计工作带来了方便，缩短了产品的开发周期、降低了产品的投入成本，增强了市场竞争能力。 １橡胶密封件优化设计平台系统介绍 橡胶密封件优化设计平台系统（如图１）和所有的操作软件一样，利用ＧＵＩ的方式展示给使用者，使用方便，操作简单，使用者只需了解简单的ＧＵＩ操作界面，所有的计算都在后台运行，无需掌握计算过程和计算方法，只需点击相应的按钮即可实现相应的功能。 本系统共包括材料和结构数据库、密封件有限元分析系统、专家知识库三大部分。 图Ｉ橡胶密封件优化设计平台系统主截面 ２橡胶密封件优化设计平台系统功能简介２．１材料和结构数据库 橡胶密封件材料参数和制品及模具相关参

金属材料教学设计

金属材料教学设计 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 【教学设计思路】 根据课程标准要求，关于金属材料的学习，在认知领域的教学属于知道和了解水平，且学生已有关于金属和合金的不少生活常识，学习难度不大。为维护课标的严肃性，教学忌拔高知识难度，但在教学中，对于过程与方法，情感态度与价值观可考虑加强一些。使学生在学习过程中去深刻感知金属的物理性质及合金的巨大使用价值。从方法和情感层面获得加强和熏陶，不失为一种教学创新。这样做对知识学习而言，可以变枯燥为生动；对过程与方法而言，可以获得实验探究、调查研究、归纳分析等训练；还可透过关于中国冶金发展史的学习对爱国情感的熏陶等等。同时，本课题教材联系学生生活常识较多。为扩大学习成果，在课前、课中及课后力求安排一些学生活动，以激发化学学习的持久兴趣及升华科学情结。因此，本课题的教学，以指导学生探究学习、发展学生认知能力为出发点及归宿而设计。 【教学目标】

知识与技能： 1、通过日常生活中广泛使用金属材料等具体事例，认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。 2、了解常见金属的物理性质，知道物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但同时还需考虑如价格、资源以及废料是否易于回收等其他因素。 3、认识在金属中加热熔合某些金属或非金属可以制得合金，知道生铁和钢等重要合金，以及合金比纯金属具有更广泛的用途。 过程与方法： 1、引导学生自主实验探究金属的物理性质（重点探究导电、导热性等）。 2、通过讨论探究物质的性质与用途的关系，培养学生综合分析问题的能力。 3、通过查阅合金的资料，培养学生独立获取知识的能力。 情感态度与价值观： 1、通过实验探究活动让学生体验成功的喜悦，逐步养成在学习过程中敢于质疑敢于探究的良好品质。 2、通过调查考察认识化学科学的发展在开发新材料提高人类生存质量方面的重大意义和贡献。 【教学重点】

无机非金属材料工厂工艺设计课程设计任务书

《无机非金属材料工厂工艺设计》 课程设计任务书 无机非金属材料教研室 张俊才 2010年9月26日

无机非金属07《无机非金属材料工厂工艺设计》课程设计题目序号姓名题目类别设计题目 1 王东岩 水 泥 厂 设 计年产普通硅酸盐水泥120万t水泥厂设计 2 王国鑫年产普通硅酸盐水泥100万t水泥厂设计 3 王铁俊年产普通硅酸盐水泥80万t水泥厂设计 4 冯晓雪年产普通硅酸盐水泥60万t水泥厂设计 5 刘文龙年产矿渣硅酸盐水泥150万t水泥厂设计 6 刘伟超年产矿渣硅酸盐水泥120万t水泥厂设计 7 孙海龙年产矿渣硅酸盐水泥100万t水泥厂设计 8 孙铁人年产矿渣硅酸盐水泥80万t水泥厂设计 9 张春宇年产矿渣硅酸盐水泥60万t水泥厂设计 10 徐刚年产普通和矿渣硅酸盐水泥120万t水泥厂设计 11 韩倩年产普通和矿渣硅酸盐水泥100万t水泥厂设计 1 刘立俊年产普通和矿渣硅酸盐水泥80万t水泥厂设计 2 王来全年产普通和矿渣硅酸盐水泥60万t水泥厂设计 3 王金辉年产Ⅰ型硅酸盐水泥120万t水泥厂设计 4 张宏达年产Ⅱ型硅酸盐水泥120万t水泥厂设计 5 张雷年产Ⅰ型硅酸盐水泥100万t水泥厂设计 6 张慧年产Ⅱ型硅酸盐水泥100万t水泥厂设计 7 杨子年产Ⅰ型硅酸盐水泥80万t水泥厂设计 8 苏鑫年产Ⅱ型硅酸盐水泥80万t水泥厂设计 9 崔东丹年产Ⅰ型硅酸盐水泥60万t水泥厂设计 10 韩宝才年产Ⅱ型硅酸盐水泥60万t水泥厂设计 11 韩彬年产Ⅰ型硅酸盐水泥50万t水泥厂设计 12 韩晶年产Ⅱ型硅酸盐水泥50万t水泥厂设计 13 鞠宗华年产Ⅰ型硅酸盐水泥40万t水泥厂设计 1 张宝存 陶 瓷 厂 设 计年产120万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计 2 王洋年产110万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计 3 孙越年产100万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计 4 李智明年产90万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计 5 沈小杰年产80万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计 6 欧阳雁南年产70万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计 7 姜昊年产60万㎡玻化砖辊道窑陶瓷厂设计

橡胶模具设计

橡胶模具设计 凌毅 安徽中鼎密封件股份有限公司 内容提要：橡胶作为一种高分子材料，在现实生活中的应用越来越广泛，橡胶制品的好坏直接影响其使用性能。生胶-塑炼-混炼-成型-硫化-修整（检验）是生产橡胶制品的必要工序，其中硫化是关键工序，对橡胶制品的质量起决定作用。因此，作为橡胶硫化用模具就显得尤为重要，模具的好坏直接影响橡胶制品的质量、成本、能耗等。 关键词：橡胶模具设计概述 橡胶模具的设计是一项系统工程，涉及橡胶加工工艺学、金属材料加工工艺学、材料力学、计算机软件工程等学科。本人初涉模具设计，就橡胶模具的设计谈一些自己肤浅的看法。 橡胶模具设计的基本工作流程：客户图纸评审阶段产品材料评审阶段计算成本确定模具结构利用电脑软件如AutoCAD或Pro/E出图校对试模修改总结。下面我就每一阶段的工作做一个简要的阐述。 客户图纸评审：根据客户提供的图纸，认真吃透、消化顾客对产品的要求，明确产品的使用条件，确定产品工作面、关键尺寸、尺寸公差等。这一阶段的工作非常重要，因为即使你模具设计得非常好，但是生产出来的产品不符合客户的要求也是枉然，有必要的话还需与客户沟通。这一阶段所得到的信息是我们进行模具结构设计的依据。 产品材料评审：依据材料工程师确定的胶料，掌握该胶料的相关性

能，最主要的是硫化速度、焦烧时间、流动性、硬度、胶料收缩率等，该工作阶段获取的信息是确定模穴数、模腔尺寸等的依据。 成本计算：包括胶料的价格、模具费用等相关费用，初步估算产品的单位成本以确定该产品是否宜于开发。 模具结构设计：根据前三个阶段所得到的基本信息，初步确定模具结构，该阶段为重要阶段，是信息的输出阶段，也是设计人员具体水平体现的阶段，这一阶段的工作较多，主要包括以下几方面内容： 1.分型面的选择：依据产品结构，选择分型面。 分型面的选择应考虑：a）保证制品易取出；b）排气方便；c)避免锐角；d）避开制品工作面；e）保证制品精度；f）便于装填胶料，模具易于装拆；g）加工的难易程度等因素，同时进行综合分析，选择最优方案。2.分型面选择好以后，依据硫化机的类型，制品厚度等确定模具层数、高度及其材料。 3.依据硫化条件、压机类型、生产效率、模具材料的强度确定模穴数。 4.导向定位装置的采用。对于那些采用活动模芯的模具应考虑定位。 5.根据胶料收缩率确定模具型腔的基本尺寸，一般高度方向由于飞边的影响，收缩率可放小一点。 6.余料槽的开设。 出图：经过以上步骤后，可以将模具在大脑中形成的初步设想通过AutoCAD或Pro/E等软件绘出来。注意图纸须符合国家标准要求。 校对:对图纸进行校对，可由别人或自己进行。校对顺序依次进行，先粗略看一下整个幅面是否符合国标要求，尺寸是否齐全，公差配合是

复合材料大作业

先进复合材料制造技术复合材料表面的金属化 姓名丁志兵

班级05021104 学号2011301263 复合材料表面的金属化 材料作为社会进步的物质基础和先导，在人类历史发展的过程中一直都是人类进步的里程碑。每一种新材料的发现和利用都会为社会生产力的提高以及人类生活品质的提升带来巨大的变化。同时，材料制造的水平也是衡量一个国家科学技术和经济发展的重要因素之一。 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的发展具有悠久的历史，自20 世界40 年代因航空工业发展的需要而发展出的玻璃纤维增强复合材料（也称玻璃钢），复合材料这一新材料的名称因此而进入人们的视线。复合材料的出现，使得材料科学的内容产生了极大的丰富，并且因其自身的广泛而优异的性能而得到快速的发展，人们将复合材料的出现视为人类进步发展的里程碑。科学家预言：“复合材料在21 世纪中将支撑着科学技术的进步和挑起经济实力的脊梁”，“21 世纪将是复合材料的时代”，“先进复合材料在21世纪中将在航空航天技术领域中发挥越来越重要的作用”。随着时代的进步和科技的发展，复合材料结构已经广泛应用于航空航天、船舶、车辆、建筑工程等多个领域，的确，21 世纪将是复合材料的时代，复合材料必将肩负着重要的责任。 树脂基复合材料以其质轻、高比强度、高比模量、热膨胀系数小、性能可设计性等一系列优点,已经成为国内外航天器结构部件的首选材料,广泛应用于各类卫星天线、相机结构组件、裕架、太阳能电池板等。在航天器中,用复合材料代替金属材料,在保持原有力学性能,甚至更高的同时,可有效减轻航天器的重量,节约发射成本。但是,由于特殊的空间使用环境和航天技术新的发展需求,树脂基复合材料面临以下的问题,严重影响了该类材料的进一步应用。 1)空间防护能力不足,制约航天器向长寿命方向发展。 航天器在空间运行过程中要经受严酷的空间环境考验。近地轨道以大量的原子氧、紫外环境为主。原子氧是一种很强的氧化剂,对树脂基体具有很强的腐蚀作用,当航天器以极高的速度在其中运行时,相当于将航天器浸泡于高温的氧原子气体中,裸露在外的树脂基复合材料结构件表面与其作用形成挥发性的氧化物;在地球同步轨道,空间辐射环境以带电高能粒子如电子,质子和紫外线等为主,带电粒子对卫星结构件的辐射损伤主要是通过以下两个作用方式:一是电离作用,即入射粒子的能量通过被照物质的原子电离而被吸收,另外一种是原子的位移作用,即被高能粒子中的原子位置移动而脱离原来所处的晶格位置,造成晶格缺陷。高能的质子和重粒子既能产生电离作用,又能产生位移作用。所有这些作用都会导致树脂基

材料制备工艺课程设计

课程设计说明书PZT压电陶瓷蜂鸣器片 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：无机非金属材料1001班 学号： 3100703002 学生姓名：程小伟 指导教师：杨娟、周明 2014年1月

目录 前言 (3) 1压电蜂鸣片简介 (4) 1.1蜂鸣器的作用 (4) 1.2蜂鸣器的结构原理 (4) 2 陶瓷工艺设计的目的和意义 (5) 3设计任务及说明 (5) 4计算 (6) 4.1以1mol为基准对Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3 进行计算 (6) 4.2以100g为基准对Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.5wt%Cr2O3+0.3wt%Fe2O3进行计算 (7) 5 PZT陶瓷制备的工艺流程 (7) 5.1称量与混合 (8) 5.2预烧 (8) 5.3粉体制备 (9) 5.4造粒 (10) 5.5成型 (10) 5.6排塑 (11) 5.7烧成 (12) 5.8极化 (15) 5.9焊接 (16) 5.10测试 (17) 6 工艺参数 (18) 6.1预烧工艺参数 (18) 6.2烧结工艺参数 (18) 6.3极化工艺参数 (18) 7主要设备选型 (19) 7.1球磨机 (19) 7.2 喷雾造粒干燥机 (19) 7.3滚压成型机 (20) 7.4 冲片机 (20) 7.5微波烧结装置 (20) 8总结 (21) 参考文献 (22)

前言 1880年，居里兄弟首先在单晶上发现压电效应。在1940年前，人们知道有两类铁电体：罗息盐和磷酸二氢钾盐。在1940年后，发现了BaTiO3是一种铁电体，具有强的压电效应，这是压电材料发展的一个飞跃。在1950年后，发现了压电PZT体系，具有非常强和稳定的压电效应，这是具有重大实际意义的进展。在1970年后，添加不同添加剂的二元系PZT陶瓷具有优良的性能，已经用来制造滤波器、换能器、变压器等。随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求就越来越高了，二元系PZT已经满足不了使用要求，于是研究和开发性能更加优越的三元、四元甚至五元压电材料。 由于PZT压电陶瓷具有优异的压电、介电和光电等电学性能，广泛地应用于电子、航天等高技术领域，用于制备传感器、换能器、存储器等电子元器件，是一种很有发展前途的功能材料。由此，国内外研究学者对PZT压电陶瓷进行了大量的研究，包括PZT压电陶瓷元器件，以PZT为基料的三元、四元压电陶瓷，PZT铁电陶瓷薄膜，PZT纤维等铁电陶瓷材料。由于PZT基压电陶瓷的制备工艺简单，原材料容易获得，价格低廉，并可方便地制成各种复杂的形状，在工程技术方面的应用非常广泛，甚至超过了压电晶体。 PZT系列压电陶瓷的研究已有即几十年的历史,取得了重大进展。其未来的热点趋势主要有:①高转换效率的PZT压电陶瓷。高能量转换效率的PZT压电陶瓷正在兴起，日本富士通研究实验室研制出了由铌酸镍铅、钛酸铅和锆酸铅组成的铅基钙钛矿型压电陶瓷,其烧结温度在1000℃以下,能量转换效率指数 K 33为80.8 %。②低温烧结PZT陶瓷材料的新技术和新工艺。开发低温烧结PZT

复合材料力学设计作业1

1、为什么结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维？ 2、简述树脂基复合材料的优点和缺点？ 3、为什么新一代客机中复合材料用量会大幅提高？其复合材料零部件主要用到复合材料的哪些优点？ 4、为什么卫星中采用了较多的复合材料？ 答：1、利用复合材料的各种良好的力学性能用于制造结构的材料，称为结构复合材料， 它主要有基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料承受主要载荷，提供复合 材料的刚度和强度，基本控制其力学性能；基体材料固定和保护增强纤维，传递纤维 间剪力和防止纤维屈曲，并改善复合材料的某些性能。用以加强制品力学性能或其他 性能的材料，在橡胶工业中又称补强剂。分纤维状和粒状材料两种。增强材料的增强 效应取决于与被增强材料的相容性，为增进相容能力，有些增强材料在使用前需要进 行表面处理。对粒状增强材料，尚需考虑其表面积（决定于粒径、形状和孔隙度）。 据报道，平均粒径在0.2μm以下的增强材料，随粒径的减小，制品的模量、抗张强度、 屈服强度和伸长率均有所增加。平均粒径较大的增强材料，由于粒径分布的不同其结 果不一致。所以，结构力学复合材料力学性能难以控制。增强材料就象树木中的纤维， 混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。例如在 纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性 能。所以说结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维。 2、树脂基复合材料的优点：1）比强度高、比模量大2）耐疲劳性能好3）阻尼减震性 能好4）破损安全性好5）耐化学腐蚀性好6）树脂基复合材料是一种优良的电气绝缘 材料，电性能好7）树脂基复合材料热导率低、线膨胀系数小，优良的绝热材料，热 性能良好。树脂基复合材料的缺点：1)树脂基复合材料的耐热性较低2）材料的性能 分散性大。 3、用复合材料设计的飞机结构，可以推进隐身和智能结构设计的发展，有效地减少了 机体结构重量，提高了飞机运载能力，降低了发动机油耗，减少了污染排放，提高了 经济效益；复合材料优异的抗疲劳和耐介质腐蚀性能，提高了飞机结构的使用寿命和 安全性，减少了飞机的维修成本，从而提高了飞机结构的全寿命期（是指结构从论证 立项开始，有设计研制、生产研制、销售服务、使用运行、维护修理，一直到报废处 理的整个寿命期)经济性；复合材料结构有利于整个设计与整体制造技术的应用，可以 减少结构零部件的数量，提高结构的效率与可靠性，降低制造和运营成本，并可明显 改善飞机气动弹性特性，提高飞机性能。 4、正火箭导弹与航天器均要求结构重量轻,强度高。复合材料不仅兼备这两种优点,而 且还具有一些金属材料无法比拟的优良性能。卫星结构用复合材料具有重量轻、比刚 度、比强度高等特点。其碳纤维复合材料构件还具有弹性模量、热膨胀系数可设计等 特点，对卫星结构件的应用具有材料可设计的特色。

16Mn钢(热处理课程设计)

目录 第一章金属热处理课程设计简介 (1) 一、课程设计的任务与性质 (1) 二、课程设计的目的 (1) 三、设计内容与基本要求 (1) 四、设计步骤 (2) 第二章材料16Mn基本参数 (2) 一、16Mn材料简介 (2) 二、16Mn材料的性能及用途 (3) 三、16Mn材料化学成分 (3) 四、16Mn物理力学性能 (3) 第三章热处理工艺设计 (4) 一、16Mn热处理概述 (4) 二、16Mn热处理 (4) 三、基本参数确定 (9) 第四章 16Mn钢热处理分析 (10) 一、16Mn钢热处理后组织分析 (10) 二、16Mn钢热处理后材料性能检测 (13) 第五章设计与心得体会 (17) 参考文献 (19)

第一章金属热处理课程设计简介 一、课程设计的任务与性质 《金属热处理原理与工艺》课程是一门重要的专业课程，金属材料热处理工艺设计及实验操作是一种重要的教学环节，通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验，可以培养学生掌握热处理实验方法、原理及相关设备，运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论，有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。 二、课程设计的目的 1、课程设计属于《金属热处理原理与工艺》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。 2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。 3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4.提高技术总结及编制技术文件的能力。 5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计内容与基本要求 设计内容：完成合金结构钢（16Mn）的热处理工艺设计，包括工艺方法、路线、参数的确定，热处理设备及操作，金相组织分析，材料性能检测等。 基本要求： 1.课程设计必须独立的进行，每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计，能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数，合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具，认真进行方案分析。 4.正确运用现代材料性能检测手段，进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整，图表清晰。 四、设计步骤 方案确定： 1.根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。

复合材料力学大作业

复合材料力学上机作业 （2013年秋季） 班级力学C102 学生姓名赵玉鹰 学号105634 成绩 河北工业大学机械学院 2013年12月30日

作业1 单向板刚度及柔度的计算 一、要 求 （1）选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题； （2）上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果； （3）材料工程常数的数值参考教材自己选择； （4）上机学时：2学时。 二、题 目 1、已知单层板材料工程常数1E ，2E ，12G ，计算柔度矩阵[S ]和刚度矩阵[Q ]。（玻璃/环氧树脂单层板材料的MPa 1090.341?=E ，MPa 1030.142?=E ，MPa 1042.0412?=G ，25.021=μ，MPa 1001=σ，MPa 302-=σ，MPa 1012=τ） ●Maple 程序 > restart: > with(linalg): > E[1]:=3.9e10: > E[2]:=1.3e10: > G[12]:=0.42e10: > mu[21]:=0.25: > mu[12]:=E[1]*mu[21]/E[2]: > Q[11]:=E[1]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[12]:=mu[12]*E[2]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[13]:=0: > Q[21]:=Q[12]: > Q[22]:=E[2]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[23]:=0: > Q[31]:=Q[13]: > Q[32]:=Q[23]: > Q[33]:=G[12]: >Q:=evalf(matrix(3,3,[[Q[11],Q[12],Q[13]],[Q[21],Q[22], Q[23]],[Q[31],Q[32],Q[33]]]),4);

金属学课程设计——45号钢车床主轴热处理工艺设计

金属学课程设计——45号钢车床主轴热处理工艺设计《金属学与热处理》课程设计 45号钢车床主轴热处理工艺设计 学生姓名:X X X 学生学号:xxxxxxxxxxxxx 院(系):xxxxxxxx学院年级专业:xxxxxxxxxxxxxxx 指导教师:xxxxxxxxxxx 二〇一一年十二月 课程设计任务书 题目 45号钢车床主轴热处理工艺设计 1、课程设计的目的 使学生了解、设计45号钢车床主轴热处理生产工艺，主要目的:(1)培养学生 综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。(2)学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。(3)进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 2、课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等) (1)零件使用工况及对零件性能的要求分析; (2)45号钢材料成分特点及性能特点分析; (3)车床主轴热处理工艺参数; (4)表面淬火方式确定; (5)设计说明书撰写，不低于3000字。 3、主要参考文献

[1] 崔明择主编.工程材料及其热处理[M]. 北京:机械工业出版社，2009.7. [2]崔忠析主编.金属学与热处理(第二版)[M]. 北京:机械工业出版社，2007.5 [3]王建安. 金属学与热处理[M]. 北京:机械工业出版社，1980 [4] 中国机械工程学会.热处理手册[M]. 北京:机械工业出版社，2006.7 [5] 范逸明.简明金属热处理工手册[M].北京:国防工业出版社，2006.3 4、课程设计工作进度计划 第18周:对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第19周:撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师 日期年月日 (签字) 教研室意见: 年月日学生(签字): 接受任务时间: 年月日 课程设计(论文)指导教师成绩评定表题目名称 45号钢车床主轴热处理工艺设计 分得评分项目评价内涵值分 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学01 学习态度 6 工作态度。 工作 表现通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠02 科学实践、调研 7 道获取与课程设计有关的材料。 20% 03 课题工作量 7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题， 04 综合运用知识的能力 10 能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析， 得出有价值的结论。

JSGF HYW 005-2014 密封结构设计技术规范

前言 本技术规范起草部门：技术与设计部 本技术规范起草人：何龙 本技术规范批准人：唐在兴 本技术规范文件版本：A0 本技术规范于2014年8月首次发布

密封结构设计技术规范 1适用范围 本技术规范适用于灯具外壳防护使用密封圈的静密封结构设计。包括气密性灯具密封结构设计。2引用标准或文件 GB/T 3452.1-2005 液压气动用O形橡胶密封圈第1部分：尺寸系列及公差 GB/T 3452.3-2005 液压气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸 GB/T 6612-2008 静密封、填料密封术语 JB/T 6659-2007 气动用0形橡胶密封圈尺寸系列和公差 JBT 7757.2-2006 机械密封用Ｏ形橡胶圈 JB/ZQ4609-2006 圆橡胶、圆橡胶管及沟槽尺寸 《静密封设计技术》（顾伯勤编著） 《橡胶类零部件（物料）设计规范》（在PLM中查阅） 3基本术语、定义 3.1密封：指机器、设备的连接处没有发生泄露的现象（该定义摘自《静密封设计技术》）。 3.2静密封: 相对静止的配合面间的密封。密封的功能是防止泄漏。 3.3泄漏: 通过密封的物质传递。造成密封泄漏的主要原因：（1）机械零件表面缺陷、尺寸加工误 差及装配误差形成的装配间隙；（2）密封件两侧存在压力差。减小或消除装配间隙是阻止泄漏的主要途径。 3.4接触型密封：借密封力使密封件与配合面相互压紧甚至嵌入，以减小或消除间隙的密封。 3.5密封力（或密封载荷）：作用于接触型密封的密封件上的接触力。 3.6填料密封：填料作密封件的密封。 3.7接触压力：填料密封摩擦面间受到的力。 3.8密封垫片：置于配合面间几何形状符合要求的薄截面密封件。按材质分有：橡胶垫片，金属垫 片、纸质垫片、石绵垫片、塑料垫片、石墨垫片等。 3.9填料：在设备或机器上，装填在可动杆件和它所通过的孔之间，对介质起密封作用的零部件。 注：防爆产品电缆引入所指的填料在GB3836.1附录A2.2条中另有定义，指粘性液体粘接材料。 3.10 压紧式填料：质地柔软，在填料箱中经轴向压缩，产生径向弹性变形以堵塞间隙的填料。 3.11 密封圈：电缆引入装置或导管引入装置中，保证引入装置与电缆或导管与电缆之间的密封所使 用的环状物（该定义摘自GB3836.1第3.5.3条对防爆产品电缆密封圈的定义）。 3.12 衬垫：用于外壳接合处，起外壳防护作用的可压缩或弹性材料。（该定义摘自GB3836.1第6.5 条和GB3836.2第5.4条对防爆产品密封衬垫的定义）。 3.13 压缩率：密封圈装入密封槽内受挤压，其截面受压缩变形所产生的压缩变形率。也称作压缩比。注1：上述术语除3.1、3.11和3.12条外，其余均摘自《GB/T6612-2008静密封、填料密封术语》。

高中化学4.2.2《第2节 铝 金属材料 》教案(鲁科版必修1)

第2节铝金属材料 第二课时 【板书】（3）铝的重要化合物——氧化铝和氢氧化铝的两性 【提出问题】为什么在进行铝和氢氧化钠溶液反应的过程中，要事先用砂纸擦去其表面的物质？这种物质是什么？ ①Al2O3：既能溶于强酸又能溶于强碱溶液。 Al2O3+6H+ ===2Al3+ +3H2O （迁移到相关的化学方程式1～2例） Al2O3+2OH—+3H2O ===2[Al（OH）4]—（迁移到相关的化学方程式1～2例） 【提出问题】为什么不用铝制品盛放酸梅汤和碱水等物质？ ②Al(OH)3： 制备：铝盐和氨水反应(实验探索)。w.w.w.k.s.5.u.c.o.m 如Al2(SO4)3 +6NH3·H2O ===2Al(OH)3 ↓+3(NH4)2SO4 AlCl3 +3 NH3·H2O ===2Al(OH)3 ↓+3 NH4 lCl 【提出问题】为什么不用铝盐和强碱溶液反应制备氢氧化铝？ 性质（实验探索——在两份氢氧化铝中分别加入盐酸和氢氧化钠溶液） Al（OH）3+3H+ ===2Al3+ +3H2O Al（OH）3+OH—===[Al（OH）4]— （迁移到相关的化学方程式1～2例） 2.铝合金及其制品 （1）合金：两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。（2）铝及其合金的用途： 【点评】构建知识网络图是学生进行概括和总结的一种方法。教师要善于引导学生学会自我构建知识网络，自我总结，在总结中不断反思，不断提高。 作业：P1221～5题。 【板书】二.金属与金属材料 黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金构成的材料。 有色金属材料：除黑色金属（铁、铬、锰）以外的其他金属材料。 重要的黑色金属材料——钢铁 （1）钢铁的制备 铁矿石→生铁→普通钢→特种钢。 如：3CO +Fe2O3 ===2 Fe +3CO2↑ （2）钢铁的用途：

复合材料力学讲义

复合材料力学讲义 第一部分简单层板宏观力学性能 1.1各向异性材料的应力—应变关系 应力—应变的广义虎克定律可以用简写符号写成为： （1—1） 其中σi为应力分量，C ij为刚度矩阵εj为应变分量．对于应力和应变张量对称的情形(即不存在体积力的情况)，上述简写符号和常用的三维应力—应变张量符号的对照列于表1—1。 按表1—l，用简写符号表示的应变定义为： 表1—1 应力——应变的张量符号与简写符号的对照 注：γij（i≠j）代表工程剪应变，而εij（i≠j）代表张量剪应变 （1—2）

其中u，v，w是在x，y，z方向的位移。 在方程(1—2)中，刚度矩阵C ij有30个常数．但是当考虑应变能时可以证明弹性材料的实际独立常数是少于36个的．存在有弹性位能或应变能密度函数的弹性材料当应力σi作用于应变dεj时，单位体积的功的增量为： （1—3） 由应力—应变关系式(1—1)，功的增量为： （1—4） 沿整个应变积分，单位体积的功为： （1—5） 虎克定律关系式(1—1)可由方程(1—5)导出： （1—6） 于是 （1—7） 同样 （1—8） 因W的微分与次序无，所以： （1—9） 这样刚度矩阵是对称的且只有21个常数是独立的。 用同样的方法我们可以证明： （1—10）

其中S ij是柔度矩阵，可由反演应力—变关系式来确定应变应力关系式为 （1—11） 同理 （1—12）即柔度矩阵是对称的，也只有21个独立常数．刚度和柔度分量可认为是弹性常数。 在线性弹性范围内，应力—应变关系的一般表达式为： （1—13）实际上，关系式(1—13)是表征各向异性材料的，因为材料性能没有对称平面．这种各向异性材料的别名是全不对称材料．比各向异性材料有更多的性能对称性的材料将在下面几段中叙述．各种材料性能对称的应力—应变关系式的证明由蔡（Tais）等给出。 如果材料有一个性能对称平面应力—应变关系式可简化为 （1—14）

复合材料力学

复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215

用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs ） 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed

金属材料工程课程设计

目录 1板带钢的基本简介 (2) 2制定生产工艺流程与工艺制度 (3) 2.1制定生产工艺 (3) 2.2制定工艺制度 (3) 2.3坯料的选择 (3) 2.4轧辊辊身长度的确定 (3) 2.5轧辊辊径的确定 (3) 3基本参数的计算 (4) 3.1轧制道次的计算 (4) 3.2产品尺寸确定 (4) 3.3最大压下量的计算 (4) 3.4压下量的分配 (5) 4轧制速度和轧制时间的确定 (5) 5轧制温度的计算 (16) 6轧制压力的计算 (17)

1板带钢的基本简介 随着中国经济建设的快速发展，各行业对板带钢的需求量逐年递增，板带钢已成为最主要的钢材产品，约占钢材总量的45%，在汽车、造船、桥梁、建筑军工、食品和家用电器等工业上得到了广泛应用。另外，板带钢还是生产焊接钢管、焊接型钢及冷弯型钢的原料。 当前，在工业比较发达的几个主要产钢国，板带钢在轧制钢材中所占比重达60%~70%，甚至更高，板带钢的生产技术水平在轧材中所占的比例，可以作为衡量一个国家轧钢生产发展水平的标志，也可以作为衡量一个国家国民经济水平高低的指标之一。随着国民经济的迅速发展，对板带钢的品种规格、尺寸精度及性能都提出了更为严格的要求。 板带钢按厚度一般可分为厚板（包括中板、厚板及特厚板）、薄板和极薄带材三大类。我国一般称厚度在4.0mm以上的为中厚板（其中4~20mm的为中板，20~60mm的为厚板，60mm以上的为特厚板），4.0~0.2的为薄板，0.2mm以下的为极薄带材或箔材。目前，箔材最薄可达0.001mm，而特厚板可厚至500mm以上，最宽可达5000mm。热轧板带钢的厚度和宽度范围见下表。 分类厚度范围/mm 宽度范围/mm 特厚板>60 1200~5000 厚板20~60 600~3000 中板 4.0~20 600~3000 薄板0.2~4.0 500~2500 带材<6 20~2500 本设计的产品为L 30的中板设计 ?2200 mm mm?

金属铝的教学设计

金属铝的教学设计 20122401160 沈末苑 思维导图： 铝 一．从学科角度分析：（为什么学） ⑴学科价值： ①铝元素在地壳中的含量达7.73%，仅次于氧元素和硅元素，是地壳中含量最多的金属元素，对物质世界有重大的贡献，因而铝元素对化学学科具有重要意义； ②铝元素也是一种典型而特殊的金属元素，铝元素的典型的两性金属元素，为学生学习金属元素及其化合物提供了新的角度和视野； ③铝及其化合物的学习可以进一步丰富学生对金属元素及其化合物知识的认识。 ⑵应用价值： ①铝及其化合物在生产生活中具有重要的应用价值，近五十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一； ②铝合金质量较轻且强度较大，广泛应用于飞机，汽车，火车，船舶等制造工业，此外航天飞船，火箭，人造卫星等也使用大量的铝及其合金； ③利用铝一表面有致密的氧化膜，不易受腐蚀，可以制造化学反应器，医疗器械，燃料单质铝 铝的重要化合物 物理性质：熔点低，导热性，延展性等 化学性质 与酸反应：2Al+6HCl=2AlCl 3+3H 2↑ 与碱反应：2Al+2NaOH+2H 2O=2NaAlO 2+3H 2Al 2O 3：物性/化性/用途 Al(OH)3：物性/化性/用途 KAI(SO 4)2：净水作用——资料阅读了解 铝合金材料：性质/用途 铝表面的氧化膜 应用：炊具，铝箔，铝合金，电两性 还原性：铝与氧气反应/铝热反应——实验/生活中的应用 探究实验：铝与NaOH 和与HCl 的反应 两性的探究实验

管道等； ④利用铝的作为金属的物理性质，如导热导电延展性等可以制作电器，炊具，铝箔等； ⑤利用铝热反应放出高热来焊接钢轨或是铝粉与氧气的反应发出的强光制造信号弹，节日烟花等。 ⑶学生发展价值： ①学生可以从对金属的单一的性质层面的认识，发展出对金属的应用层面，材料层面的认识，使学生对物质的认识层面增加； ②通过铝及其化合物相关知识的学习，进一步发展了学生对元素的感性认识，为后面的元素周期律的学习打下基础； ③同时，因为铝在生活中普遍应用，学生对其结构和性质的学习可以增强化学知识和生产生活的联系，提高学生的化学素养。 二．从教材分析：（是什么） 1.从“物质变化观”出发： 化学是一门研究物质性质的学科。以往在教学中通常采用的教学思路是，结构决定性质，性质决定用途，存在决定提取方法。但是在必修一学生未学习元素和物质结构的内容。新课程必修1模块也给我们提供了关于元素化合物知识教学的理论支持，其中“物质分类观”和“物质变化观”就是我们教学元素化合物部分的重要指导理论（第一专题的第一单元：物质的分类与转化）。我们要注意加强这两种观点对元素化合物部分教学的指导作用。如铝的单元教学，我们从“物质分类”的观点出发（单质、氧化物、酸、碱、盐）来看，自然的就会介绍出现Al、Al2O3、HAlO2·H2O 、Al(OH)3、Al2(SO4)3这5种物质，它们的性质变化和关系网络完全符合“物质变化”中的复分解反应原理，运用“复分解反应原理”会很容易学习好这里的重点和难点知识——两性氧化物、两性氢氧化物、铝元素物质间的转化等。具体地讲，在教学Al(OH)3两性性质时，可以将Al2O3虚拟为可以溶于水的氧化物，当其遇到酸时，它呈碱性而变为碱Al(OH)3应该与酸发生中和反应，当其遇到碱时呈酸性，它变为2mol的HAlO2·H2O酸与碱发生中和反应。在这样的复分解反应原理指导下的方程式书写将是非常容易的，对其性质理解掌握也是非常牢固的，同样的原理解释来类比Al(OH)3的性质学习也会是水到渠成的，含铝元素各种物质之间的转化都是容易理解的。 2.内容处理 《人教版》中关于铝的知识点分成4大块：金属与非金属的反应——铝与NaOH溶液

复合材料结构与力学设计复结习题(本科生)

《复合材料结构设计》习题 §1 绪论 1.1 什么是复合材料？ 1.2 复合材料如何分类？ 1.3 复合材料中主要的增强材料有哪些？ 1.4 复合材料中主要的基体材料有哪些？ 1.5 纤维复合材料力学性能的特点哪些？ 1.6 复合材料结构设计有何特点？ 1.7 根据复合材料力学性能的特点在复合材料结构设计时应特别注意到哪些问题? §2 纤维、树脂的基本力学性能 2.1 玻璃纤维的主要种类及其它们的主要成分的特点是什么？ 2.2 玻璃纤维的主要制品有哪些？玻璃纤维纱和织物规格的表示单位是什么？2.3 有一玻璃纤维纱的规格为2400tex，求该纱的横截面积（取玻璃纤维的密度 为2.54g/cm3）？ 2.4 有一玻璃纤维短切毡其规格为450 g/m2，求该毡的厚度（取玻璃纤维的密 度为2.54g/cm3）？ 2.5 无碱玻璃纤维（E-glass）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致 值是多少？ 2.6 碳纤维T-300的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？密 度为多少？ 2.7 芳纶纤维（kevlar纤维）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值 是多少？密度为多少？ 2.8 常用热固性树脂有哪几种？它们的拉伸弹性模量、拉伸强度的大致值是多 少？密度为多少？热变形温度值大致值多少？ 2.9 简述单向纤维复合材料抗拉弹性模量、抗拉强度的估算方法。 2.10 试比较玻璃纤维、碳纤维单向复合材料顺纤维方向拉压弹性模量和强度值，指出其特点。 2.11 简述温度、湿度、大气、腐蚀质对复合材料性能的影响。 2.12 如何确定复合材料的线膨胀系数？ 2.13已知玻璃纤维密度为ρf=2.54g/cm3，树脂密度为ρR=1.20g/cm3，采用规格 为450 g/m2的玻璃纤维短切毡制作内衬时，其树脂含量为70％，这样制作一层其GFRP的厚度为多少? 2.14 采用2400Tex的玻璃纤维（ρf=2.54g/cm3）制造管道，其树脂含量为35％ （ρR=1.20g/cm3），缠绕密度为3股/10 mm，试求缠绕层单层厚度? 2.15 试估算上题中单层板顺纤维方向和垂直纤维方向的抗拉弹性模量和抗拉强度。 2.16已知碳纤维密度为ρf=1.80g/cm3，树脂密度为ρR=1.25g/cm3，采用规格为300 g/m2的碳纤维布制作复合材料时，其树脂含量为32％，这样制作一层其CFRP的厚度为多少?其纤维体积含量为多少？ 2.17 某拉挤构件的腹板，厚度为5mm，采用±45°的玻璃纤维多轴向织物（面密