RTM成型工藝及其派生工藝

RTM成型工藝及其派生工藝孫賽劉木金王海崔天放(沈陽(yáng)化工大學(xué)應用化學(xué)學(xué)院沈陽(yáng)110142)文摘簡(jiǎn)述了傳統RTM工藝的成型原理和樹(shù)脂工藝參數,詳細介紹了兩種常見(jiàn)的RTM派生工藝:真空導入模塑工藝、柔性輔助RTM工藝。展望了通過(guò)降低樹(shù)脂黏度和成型工藝改進(jìn)的兩種方法,使RTM工藝更廣泛的應用于航空航天等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞樹(shù)脂傳遞模塑工藝(RTM),原理,派生工藝RTM Molding Process and Its Derive TechnologyCollege of Applied Chemistry, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142Abstract This article presents to the readers a brief description of the principle of RTM and physical parametersadvanced composite. Then two common derived RTM process: vacuum infusion molding process and flexible RTM arediscussed in detail. And, an outlook on two methods which are going to widen the use of rtm in aerospace field lowering the viscosity of the resin and improving this technology, also put forwardKey words Resin transfer molding( RTM), Principles, Derive technology引言成型技術(shù)。樹(shù)脂傳遞模塑工藝(RTM)具有高效、低成本、制1.2RTM成型工藝對樹(shù)脂的要求件質(zhì)量好、尺寸精度髙、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),應用于(1)RTM工藝專(zhuān)用樹(shù)脂在常溫下為液體或固體,體積大、結構復雜強度高的復合材料制件的成型,該可在室溫下穩定的存在,貯存時(shí)不出現樹(shù)脂化學(xué)成分工藝已經(jīng)成為近幾年航空航天材料加工領(lǐng)域研究最和性質(zhì)的改變?yōu)榛钴S的方向之一。經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展,派生出了(2)樹(shù)脂體系在工藝溫度下有適當的黏度(工作真空導入模塑工藝(ⅥMP)、柔性輔助RTM( Flexible范圍內約為02-0.8Pas)),黏度過(guò)高會(huì )導致樹(shù)脂RTM)和共注射RTM(Co- injection RTM, CIRTM)等流動(dòng)和纖維/樹(shù)脂浸潤困難;過(guò)低會(huì )導致樹(shù)脂不穩定技術(shù)”。這些技術(shù)在保留了傳統的樹(shù)脂傳遞模塑流動(dòng)與擴散形成孔隙。工藝可浸漬成型帶有夾芯、加觴、預埋件的大型構件(3)足夠長(cháng)的凝膠時(shí)間以滿(mǎn)足樹(shù)脂流動(dòng)充模、纖維等優(yōu)勢的基礎上,具有生產(chǎn)構件范圍廣、產(chǎn)品質(zhì)量穩浸潤的要求。同時(shí),樹(shù)脂的低黏度保持時(shí)間應大于40定、易與其他編織工藝相結合和低成本的制造優(yōu)勢。min,形成RM工藝樹(shù)脂所需的低黏度平臺特性。VIMP、柔性輔助RTM作為近幾年新興的RTM派生(4)樹(shù)脂在注射及固化過(guò)程中無(wú)揮發(fā)產(chǎn)物的生成,工藝,受到了人們格外的關(guān)注。本文對RTM的成型同時(shí)樹(shù)脂對增強材料應具有良好的浸潤性和粘附性。原理進(jìn)行簡(jiǎn)述,對兩種新型RTM派生工藝做介紹,展1.3RTM成型工藝的優(yōu)點(diǎn)望RTM工藝的發(fā)展方向。RTM成型工藝與傳統成型工藝相比,最大的優(yōu)點(diǎn)1RTM成型工藝介紹就是以一步浸潤代替了傳統成型工藝兩步或多步浸潤1.1RTM成型工藝的基本原理的過(guò)程,減少了預浸料制備、鋪層、真空袋及在熱壓罐RTM成型工藝是指在預先制作符合特定工藝尺中固化等工序9,從而大大的降低了成型時(shí)間和成型寸的模腔中,鋪放好按設計要求計算得到的纖維增強的成本,成為降低先進(jìn)復合材料加工成本的重要方法。材料預成型體。,在一定的壓力范圍內采用注射設2兩種新型RTM派生工藝備將專(zhuān)用的樹(shù)脂體系注入閉合模腔內,通過(guò)樹(shù)脂與增2.1真空導入模塑工藝強體的浸潤固化成型為所需高性能復合材料的一種中國煤化工起來(lái)的一種新型的大CNMHG收稿日期:2010-06-28作者簡(jiǎn)介:孫賽,1989年出生,本科,主要從事功能髙分子材料及復合材料研究。E-mail:suni89042l@ yahoo.chtpe://w.yhclgy.com宇航材料工藝2010年第6期尺寸復合材料制件的低成本液體模塑成型技術(shù)0,其過(guò)流控制),還有待于進(jìn)一步研究。隨著(zhù)壓力傳感檢工藝原理是在單面剛性模具上用柔性真空袋膜包覆、測、微波傳感檢測9、光纖傳感檢測等先進(jìn)手密封纖維增強材料,利用真空負壓排除模腔中的氣體,段的使用,VMP工藝在未來(lái)勢必會(huì )得到更廣泛的應并通過(guò)真空負壓驅動(dòng)樹(shù)脂流動(dòng)而實(shí)現樹(shù)脂對纖維及其用織物浸漬的一種工藝-121,如圖1所示。2.2柔性輔助RTM工藝真空袋膜樹(shù)脂邇道導流介質(zhì)脫積布真空通道柔性輔助RTM( Flexible rtm)工藝是利用制造空增強材料心結構,通過(guò)柔性模對預成型體的壓實(shí)作用來(lái)加工先預成型體透氣材料密封膠袋進(jìn)復合材料的一種成型技術(shù)。根據柔性模膨脹的方式,又分為氣囊輔助RTM工藝和熱膨脹軟模輔助RTM工藝。與傳統的RTM工藝相比,此法解決了內腔結構較復雜而無(wú)法脫模的問(wèn)題,同時(shí)制件纖維體積含量得真空梨到提高2,產(chǎn)品性能得到改善。該工藝在成型復雜復樹(shù)脂桶樹(shù)脂收集器合材料構件中具有獨特優(yōu)勢。氣囊輔助RTM工藝是目前國外研究較多的一種先進(jìn)工藝,它是通過(guò)將預成圖1VMP封裝原理示意圖型體安放在密封氣囊,通過(guò)氣囊充壓壓實(shí)預成型體,使Fig. 1 Working principle diagram of VIMP molding processVMP又稱(chēng)樹(shù)脂浸漬模塑法( SCRIMP),近幾年其附著(zhù)于模腔內表面而成型。U. Lehmann等人利用此已在大型風(fēng)力發(fā)電葉片、飛機機艙罩、船舶制造等領(lǐng)法曾制成了空心構件a)。如圖2所示。域得到了廣泛的應用1)。其基本的加工流程步驟如下:設計和加工單面的剛性模具;鋪設增強材料和輔助材料;使用真空袋膜密封;抽真空并檢查氣密性;置入預成型體吸住樹(shù)脂;固化成型;脫模后處理。VIMP的成型過(guò)程也可分為樹(shù)脂的充模流動(dòng)、熱傳遞和固化反應三大步驟。充模流動(dòng)作為工藝過(guò)程的第一步驟直接影響加工產(chǎn)品性能,因此成為該工藝脫模注射和固化的主要研究?jì)热?。圖2柔性輔助RTM工作原理導流介質(zhì)的應用,使得ⅥIMP工藝中樹(shù)脂的充模Fg2 Working principle diagram of flexible RTM molding流動(dòng)模式與RTM工藝中明顯不同。近年來(lái)人們采用從圖2中可以看出構件外形的形成方式了諸如貼體坐標/有限差分法、有限元控制體積單元 Michaeli等人也利用此法制成了特殊構件2,其成型法純有限元法和邊界單元法,對充模過(guò)程中各項工原理與U. Lehmann等人的合成原理相似。N. Bernet藝參數進(jìn)行了預測0。尤其是依據滲漏模型,利用等人1對氣囊輔助RTM工藝在復雜形狀構件中的應Darcy定律和滲流量計算方程建立的有限元數值模用也做了相應的闡述。目前,在氣囊輔助RTM工藝中擬方程,應用于模擬預測其流動(dòng)行為,并取得了不存在的問(wèn)題是,由于氣囊較薄膨脹不均勻,有可能使復錯的效果,這些都為優(yōu)化工藝,降低工藝實(shí)驗成本及合材料構件的筋條位置偏移,從而影響其力學(xué)性能保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的支持。熱膨脹軟模輔助RTM工藝,則是將預成型體安與傳統的RTM工藝相比,VIMP工藝的優(yōu)點(diǎn)如放在硅橡膠等軟質(zhì)材料上后,置入剛性陰模內,利用下:(1)對模具的要求大大降低。RTM工藝則需要陰軟質(zhì)材料和陰模材料熱膨脹系數的不同,造成的膨脹陽(yáng)雙面模具,VMP用模具只需要單面的剛性模具,體積差異對預成型體進(jìn)行擠壓成型。與傳統的復合模具制造成本大大降低;(2)工藝操作簡(jiǎn)單,產(chǎn)品材料相比該工藝無(wú)需外加的壓力來(lái)源,尤其適合結的尺寸和幾何形狀不受限制、力學(xué)性能優(yōu)異;(3)構復雜腔體構件的整體成型。國防科技大學(xué)在“十VIMP工藝是在真空負壓下吸注樹(shù)脂,克服了傳統一五”期間開(kāi)展的“軟模輔助RTM成型工藝”制備大RTM工藝容易產(chǎn)生樹(shù)脂孔隙的問(wèn)題"。型復合材料主承力結構的研究中,對其在大型構件成VIMP工藝樹(shù)脂目前在不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基型的具體應用開(kāi)展了細致的研究并取得了階段性成樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂和聚碳果2。目前,如何克服在應用中軟模壓力控制不穩酸樹(shù)脂上得到了廣泛的應用。為研究與預測這些樹(shù)的問(wèn)中國煤化工肝究熱點(diǎn)。脂在ⅥMP工藝窗口時(shí)的各項物理參數而建立的各種模型不斷完善,但是如何在實(shí)踐中能夠得到吻合的測CNMH乙制備的高精度天線(xiàn)兒死主兒體內襯,效果較數據,以及對于樹(shù)脂流動(dòng)過(guò)程中的行為監控(尤其是好。利用此工藝成功成型了復合材料背架構件htp://w. yhclgy. com宇航材料工藝2010年第6期和內部結構復雜的復合材料艙段構件刈。靜載性PanA,200,34:551-56能實(shí)驗表明艙段整體力學(xué)性能優(yōu)異,可滿(mǎn)足航天主承[14]楊金水.真空導入模塑工藝樹(shù)脂流動(dòng)行為研究力構件的使用要求。[D].長(cháng)沙:國防科技大學(xué),2003結語(yǔ)[15]Sun xiudong, Li Shoujie, Lee L J. Molding filling a-RM工藝及其派生工藝經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展和 ysis in vacuum assisted resin transfer molding. PolymerComposites,1998,19(6):807-817完善,已經(jīng)成為低成本加工技術(shù)中主要發(fā)展對象。如16] Vaidya U K, Abraham A, Bhide S. Affordable pr何將該技術(shù)更為廣泛的應用于航空航天等領(lǐng)域,成為 cessing of thick section and integral multi-function formulation當前人們研究最為熱點(diǎn)的課題。降低樹(shù)脂黏度和改[刀]. Composites,panA,2005:164516 Mnction formulation進(jìn)成型工藝是今后的研究方向。[17許亞洪秦明,李小剛,等.6421雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂在不能很好的降低部分優(yōu)良復合基體材料黏度的反應流變特性及樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝研究[冂].材料工的情況下,對現有成型技術(shù)進(jìn)行適當改進(jìn)以適合樹(shù)脂程,2002):39-40,35高黏度,也成為人們解決RTM及其派生工藝應用瓶18] Lynch K, Hubert P, Poursartip A. Use of a simple頸的有效方法之一。嘗試在樹(shù)脂注射過(guò)程初期采取 pensive pressure sensor to measure hydrostatic resin pressure dur-低壓力注射,使得高黏度樹(shù)脂得到完全的浸潤,而當ng processing of composite laminates [J]. Polymer Composites樹(shù)脂完全浸潤時(shí)采用高壓力排除模具內殘余空氣的199,20(4):581-593[19] Vaidya U, Jadhav N, Hosur M, et al. Assessment of方法來(lái)加工高黏度的樹(shù)脂材料,也不失為人們探索解 flow and cure monitoring using direct current and altemating cur-決RTM及其派生工藝應用瓶頸的一個(gè)方向。rent sensing in vacuum assisted resin transfer molding[ J].Smart參考文獻Material Structure, 2000, 9(6): 727-736[1]張彥飛,劉亞青,等.復合材料液體模塑成型技術(shù)[20]Bemstein J, Wagner J. Fiber optic sensors for use(LCM)的研究進(jìn)展[J]塑料,2005(2):31monitoring flow front in vacuum resin transfer molding process[2]董永祺我國樹(shù)脂復合材料成型工藝的發(fā)展方向[刀.Rev68(5):2156-2157[J].纖維復合材料,2003(2):32[21]彭超義曾竟成,肖加余,等基于柔性模輔助RTM[3]盧峰國外RTM發(fā)展狀況[]玻璃鋼復合材料,技術(shù)的整體推力結構的分析和設計[J].玻璃鋼/復合材料,1993(5):462006(3):28-30[4]王東,等樹(shù)脂模熔滲工藝(RF)的研究現狀[].纖[22] Lehmann U, et al. Cores lead to an automated produc維復合材料,2000(3):11tion of hollow composite parts in resin transfer modeling [J][5]張宗科RTM工藝用預成體技術(shù)研究[D]北京:北 Composites, Part A,1998,(29):803京航空航天大學(xué),2001:20[23]Michaeli W, Dyckhoff J, Jehrke M. Produced with a com-[6]張明龍,尹昌平梁濟豐,等.復合材料柔性RTM工 bined RTM and bladder moulding technology[J]. 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