第7章-树脂传递模塑成型工艺及设备

ZZ第七章树脂传递模塑成型工艺及设备本章要求：1.理解和掌握RTM、RIM工艺原理；2.掌握RTM、RIM工艺中需注意的问题3.了解RTM、RIM设备4.了解RTM、RIM产品质量分析第七章树脂传递模塑成型工艺及设备第七章树脂传递模塑成型工艺及设备第七章树脂传递模塑成型工艺及设备ASTONMARTIN跑车的车身侧围板第七章树脂传递模塑成型工艺及设备其驾驶室的材质为CFRP（碳纤维增强树脂复合材料）仅重145kg第七章树脂传递模塑成型工艺及设备LamborghiniMurcielago第七章树脂传递模塑成型工艺及设备Outline7.1树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具一、概述二、RTM成型工艺三、流动性分析四、RTM设备7.2反应注射模塑（RIM）成型工艺及设备一、概述二、原材料三、设备四、RIM加工技术五、RIM制品的缺陷及避免方法7.1RTM成型工艺及设备与模具第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具液体成型工艺（LiquidMolding）一、概述二、RTM成型工艺三、流动性分析四、RTM设备7.1RTM成型工艺及设备与模具第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具7.1.1RTM概述第七章树脂传递模塑成型工艺及设备一、RTM概述是从湿法铺层和注塑工艺中演变而来的一种新的复合材料成型工艺。是介于手糊法、喷射法和模压成型之间的一种对模成型法。树脂传递模塑（ResinTransferMolding）在一个耐压的密闭模腔内先填满增强材料，再用压力将液态树脂注入模腔使其浸透玻璃纤维，然后固化成型。7.1.1RTM概述第七章树脂传递模塑成型工艺及设备RTM法是指在模具的型腔里预先放置增强材料(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，合模夹紧后，从设置于适当位置的注入孔，在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中，使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到成型制品。7.1.1RTM概述第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1.1RTM概述第七章树脂传递模塑成型工艺及设备具有无需胶衣涂层即可为构件提供双面光滑表面的能力；能制造出具有良好表面品质、高精度的复杂构件；产品成型后只需做小的修边即可；模具制造与材料选择的机动性强，不需庞大、复杂的成型设备就可制造复杂的大型构件，设备和模具的投资少；空隙率低（0~0.2%）；RTM工艺具有明显的优点：7.1.1RTM概述第七章树脂传递模塑成型工艺及设备纤维含量高；便于使用计算机铺助设计(CAD)进行模具和产品设计；模塑的构件易于实现局部增强，可方便制造含嵌件和局部加厚构件；成型过程中散发的挥发性物质很少，有利于身体健康和环境保护。7.1.1RTM概述第七章树脂传递模塑成型工艺及设备加工双面模具最初费用较高；预成型坯的投资大；对模具中的设置与工艺要求严格。RTM不足：一、概述二、RTM成型工艺三、流动性分析四、RTM设备7.1RTM成型工艺及设备与模具第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备1.RTM成型工艺模具清理、脱模处理胶衣涂布胶衣固化纤维及嵌件等安放合模夹紧树脂注入树脂固化启模脱模二次加工7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备在胶衣涂布和固化的工序中，胶衣厚度一般取400-500μm；在纤维及嵌件等铺放过程中，一般使用预成型坯(preform)。2.RTM成型工艺中需注意的问题是在准备阶段将纤维制成与最终成型制品形状相近似的坯料，采用预成型可顺利转入后续工艺。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备在合模和夹紧模具工序中，根据所准备模具的结构，并适应模具尺寸、精度、锁模力、生产速度等，有的锁模机构设于模具自身内，有的用外设的简易合模压机夹紧，形式多样。合模压缩的程度因使用纤维增强材料的种类、形态、纤维含量而变化。对于短切纤维预成型坯，如果纤维含量为(体积)15％，则合模压力约为49-78kPa。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备RTM的成型周期可根据欲得成型制品所要求的产量而适当设定。由于一套模具的成型周期内树脂固化时间所占比例很高，所以要充分考虑注入树脂的固化时间和固化特性。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备RTM成功的关键是正确地分析、确定和控制工艺参数。影响RTM工艺的因素问题：RTM成型工艺中主要工艺参数有哪些？主要工艺参数有注胶压力、温度、速度等。这些参数是相互关联、相互影响的。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备（1）注胶压力压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一。压力的高低决定模具的材料要求和结构设计。高的压力需要高强度、高刚度的模具和大的合模力。如果高的注胶压力与低的模具刚度结合，制造出的制件就差。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备为降低压力采取以下措施：降低树脂粘度；适当的模具注胶口和排气口设计；适当的纤维排布设计；降低注胶速度。问题：RTM压注如何降低压力？RTM工艺希望在较低压力下完成树脂压注。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备充模的快慢对于RTM的质量影响也是不可忽略的重要因素。由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压力，较慢的充模压力和一定的充模反压有助于改善RTM的微观流动状况。但是，充模时间增加降低了RTM的效率。这一对矛盾也是目前的研究热点。（2）注胶速度注胶速度取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度；受树脂的活性期、压注设备的能力、模具刚度、制件的尺寸和纤维含量的制约。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备纤维与树脂的结合除了需要用偶联剂预处理以加强树脂与纤维的化学结合力外，还需要有良好的树脂与纤维结合紧密性。希望获得高的注胶速度，以提高生产效率。从气泡排出的角度，也希望提高树脂的流动速度，但不希望速度的提高会伴随压力的升高。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备较高的温度会使树脂表而张力降低，使纤维床中的空气受热上升，因而有利于气泡的排出。（3）注胶温度取决于树脂体系的活性期和最小粘度的温度。在不至太大缩短树脂凝胶时间的前提下，为使树脂在最小的压力下使纤维获得充足的浸润，注胶温度应尽量接近最小树脂粘度的温度。过高的温度会缩短树脂的工作期，过低的温度会使树脂粘度增大，而使压力升高，也阻碍了树脂正常渗入纤维的能力。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备3.RTM工艺树脂加热方法RTM工艺过程对树脂的加热分为两步：注胶时加热固化时加热7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备在材料容器、全部的泵送机构和模具内安放加热元件，实现树脂在容器内预热，并且在以后的全部工艺过程中保持这一温度树脂注胶加热通过泵送机构连续地往复循环已加热的物料。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备树脂固化加热间接加热法直接加热法将某种能量（射频电、微波电）直接施加于树脂里，使树脂固化。目前只处于研究试验阶段。目前采用的热能由介质（如热气、热水、油、蒸汽）携带，经模具背衬、型壳、型面传导到树脂里，使树脂固化。由于管路离型面较远，传导热较困难，因此加热速度慢，加热循环较长。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备树脂固化加热利用含热激化催化剂的聚酯薄膜取代液态聚酯，将上述薄膜覆盖普通预成型玻纤型坯，将型坯投入已加热的型腔内，闭模，薄膜熔化浸渍型坯，固化时间5min，此技术处于研究阶段。物料充模后，将整个模具置于固化炉(或高压釜)内加热。热能经过模具传导到型腔内的树脂，致使树脂固化。但是，热效率低，固化周期长。炉(釜)内整模加热法。含热激化催化剂聚酯薄膜技术。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备4.RTM工艺的的延伸（1）真空辅助RTM（VARTM）（VacuumAssistantResinTransferMolding）（2）热膨胀树脂传递模塑（TERTM）（ThermolExpansionResinTransferMolding）7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备为了使注射时改善模具型腔内树脂的流动性、浸渍性，更好地排尽气泡；腔内抽真空，再用注射机注入树脂，或仅靠型腔真空造成的内外压力差注入树脂的工艺；基本原理和RTM工艺是一致的，适用范围也是类似的。（1）真空辅助RTM（VARTM）工艺7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备一般RTM工艺在树脂注入时，模具型腔内可积几吨压力。通过使用真空，模具内形成这种压力的趋势可得到减少，因而增加了使用更轻的模具的可能性。真空的使用也可提高玻璃纤维对树脂的比率，使充入模具型腔内物料的纤维含量更高。真空还有助于树脂对纤维的浸渍。优点：7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备①各组分在各自容器里加热，在一定真空度下搅拌3-4h脱气泡；②将模具型腔内抽真空，抽尽树脂里的气泡和纤维型坯里的水分，型腔内在浸渍期间保持一定的真空度；③注射前真空处理系统将型腔内的真空度降到137Pa(不大于脱气泡的真空度)，并一直保持到注满型腔，以2.1-2.7MPa的压力将树脂注入型腔；④型腔充满后真空度消失，在10lkPa下型腔内的制品固化。工艺过程7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备使用聚氨酯、PVC、聚氨酯泡沫塑料等作预成型坯的芯材。注射过程中树脂同时渗入芯材和预成型坯中。芯材在加热条件下发生膨胀，进而与纤维增强材料粘合，既减轻了重量又提高了强度。（2）热膨胀树脂传递模塑7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备到目前为止，TERTM技术产品包括用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、环氧树脂及其混合物所复合而成的轻舟浆。另一种是向碳纤维带包容的聚氨酯泡沫编织的单向碳纤维管中注入环氧树脂所制得的增强结构杆件。随着TERTM技术的发展，该技术目前已用于制造小型飞机机门。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备5.增强材料（1）RTM成型对增强材料的要求增强材料的分布应符合制品结构设计的要求，要注意方向性；增强材料铺好后，其位置和状态应固定不动，不应因合模和注射而引起变动；对树脂的浸润性好；利于树脂的流动并能经受树脂的冲击。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备增强材料的种类：①片状增强材料;②预成型坯；③特殊纤维增强材料制品。碳纤维、芳纶、聚酯、维尼纶等玻璃纤维以外的增强材料(有时与玻璃纤维并用)制成与以上所述相同形态的增强材料。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备目前，投入大量研究工作的是利用RTM进行纤维的复合与铺放，以获得满意的产品性能，其研究要素有以下几个方面：（2）预成型坯（也称纤维床）预成型坯的加工是RTM成型的一个关键步骤。主要是指纤维的密度及其排列方式，织物层间形式，纤维的整体上胶状况等7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备②纤维排列的方向性。③复合层数与厚度。④纤维的浸润剂。①树脂进入预成型纤维坯模具的压力。取决于纤维的密度及其对树脂的阻力大小。纤维越密集，对树脂渗透的阻力越大，树脂进入预成型纤维坯模具的压力越大。在满足产品性能的情况下，树脂穿过纤维的速度要低于沿纤维长度方向流动的速度，以此来考虑纤维排列的方向。复合层数与厚度会阻碍树脂分布或使其分布复杂化。纤维的浸润剂是影响树脂与纤维粘结性能的重要条件。7.1.2RTM成型工艺第七章树脂传递模塑成型工艺及设备增强材料预成型工艺大致有以下5种