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RTM成型工艺解析与生产注意事项
发布时间:2017-06-28 15:23:21   作者:    点击量:

RTM成型工艺与分类

 1.RTM

   所谓闭模成型工艺就是在阴、阳模闭合的情况下成型复合材料构件的工艺方法。SMC、BMC模压、注射成型、RTM、VEC技术都属闭模成型工艺。由于环境法的制定和对产品要求的提高使敞模成型复合材料日益受到限制,促使了闭模成型技术的应用,近年来尤其促进了RTM技术的革新和发展。

2.RTM的类型

   RTM工艺,即树脂传递模塑工艺,是一种新型的模压成型方法。它具有模具造价低、生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。40年代来,该工艺是为适应飞机雷达罩成型而发展起来的。目前,RTM成型工艺己广泛应用于建筑、交通、电讯、卫生、航天航空等领域。下面介绍几种RTM技术。

 1)RTM,树脂传递模塑。该技术源自聚氨酯技术,成型时关闭模具,向预制件中注入树脂,玻纤含量低,约20-45%。

 2)VARIT,真空辅助树脂传递注塑。该技术利用真空把树脂吸入预制件中,同时也可压入树脂,真空度约10-28英寸汞柱。

 3)VARTM,真空辅助树脂传递注塑。制品孔隙一般较少,玻纤含量可增高。

 4)VRTM,真空树脂传递模塑。

 5)VIP,真空浸渍法。

 6)VIMP,可变浸渍塑法。树脂借助真空或自重移动,压实浸渍。

 7)TERTM,热膨胀RTM。在预制件中插入世材,让树脂浸渍并对模具与成形品加热。芯材受热膨胀,压实铺层。利用这种压实作用,结合表面加压成型。

 8)RARTM,橡胶辅助RTM。在TERTM方法中不用芯材而用橡胶代之。橡胶模具压紧成型品,使孔隙大大减少,玻纤含量可高达60-70%。

 9)RIRM,树脂注射循环模塑。真空与加压结合,向多个模具交替注入树脂,使树脂循环,直至预制件被充分浸透。

10)CIRTM,Co-Injection RTM。共注射RTM,可注入几种不同的树脂,也可使用几种预制件,可利用真空袋和柔性表面的模具。

11)RLI,树脂液体浸(渗)渍。在下模内注入树脂,入入预制件后覆盖上模,加热并用热压釜的成型压力成型。加热使树脂粘度降低、流动性好,易于浸透。

12)SCRIMPTM西曼复合材料公司权脂浸渍塑法。申请专利。利用真空袋使树脂加压浸渍,浸渍速度快、面积广。树脂在预制件的厚度方向也能充分浸渍,必须使用真空袋和软面模具。

13)UVRTM,紫外线(固化)RTM。与SCRIMP法相似,固化快,必须使用紫外光源,能透过紫外线的真空袋和软质模具。

14)VECTM虚拟设计复合材料VEC的核心技术是获得专利的“浮充模具”思想。复合材料对模装于两充液的钢制压力容器之间,而模具沿容器全长形成密封,容器内充满可压缩的导热液体,液体通常为水。


RTM成型工艺模具技术

1)RTM总工艺路线

   RTM有三个重要的组成部分:

    *1原材料系统

    *2注入设备

    *3模具系统

 2)RTM成型用模具技术

   所有RTM产品都需一适合工艺的模具,RTM也不例外。RTM模具可以用铝钢、FRP来制作。由于铝钢模具不易变形但价格格高,在这不作介绍。下面主要介绍FRP模具。

 *1RTM模具型式和材料

   FRP模具用于RTM,按一般规定做——7-10mm厚的模具层板,然后在基础模具表面下装入——加热芯形成夹层结构,模具层板总厚为20mm。由于这厚度不能胜任RTM成型工艺所需的强度,因此需进一步增强。箱形钢型材要比复合材料便宜得多,一般以箱形钢型材加固。

   FRP模具实践证明用劣质树脂翻制的模具使用寿命极短,而对产品质量也有直接影响,所以模具表面要求用耐温、耐化学腐蚀的材料来做。模具制作成本大部分是人工、材料选择成本几乎与模具总造价无关。目前一般选用乙烯基酯模具树脂系统和胶衣,并且证明比传统环氧材料具有更好的使用寿命和耐温性。据国外资料报道,用乙烯基酯模具树脂制得的模具模塑次数已超过18000多模次,而且还在继续使用。

*2模具加热

   用于玻璃钢工业的大多数树脂都有一与温度直接相在的固化曲线,所以寻找生产模具能够控制温度的方法具有相当的现实意义,这样有助于优化生产效率。事实上模具温度每提高10℃,凝胶时间将减半,因此在环境温度(20℃)下,模塑一个部件也许固化脱模时间需要60分钟,而在50℃,同样的树脂体系,模塑同一部件,在7.5分钟内就能脱模。

   电热布加热

   在RTM模具中应用加热布铺设在模具内存的电加热方式已用了许多年。加热比较均匀,模具能够轻而易举升温至100℃以上,但标准应用最高模具温度用到75℃。

  液体加热

   液体加热是将热循环和冷循环系统安装到合适的模具结构中,可以替代电加热。这为模具还提供了一个冷却系统。温度可通过预埋管子中的循环介质来控制。

*3模具的密封

   用于RTM和真空模塑(VM)的所有闭合对模都需要一个在模腔边缘控制树脂溢流的密封装置。在VM模塑情况下,需要附加外置模具法兰真空密封装置。

密封圈有许多不同的形式,但要求密封圈材料具有耐高温和一致恢复率。目前看来有机硅胶材用于基本模胶树脂密封是最成功的。如果用法正确的话,足以提供1000次以上的使用寿命。

   被动密封

   几乎专用的固体硅橡胶密封圈截面,设计成当闭模时它的“Z”向末端闭位置可压缩1.0-1.5mm。要在不提高模具闭模力的情况下达到有效密封,密封圈的硬度和压缩尺寸的选择是关键的。只不过因为所需的压力太大,容易引起模具变形。模具接触面一般3-5mm足以阻止树脂渗出,从而达到有效密封。 

   动态密封

   动态形式优于被动密封形式。它能够永久地控制截面变化。图示形式其截面尺寸变化可高达4mm。这使垂直密封轨迹可待嵌入模具法兰。反之被动密封将仅仅是“塑性变形”并极度磨损。动态密封圈内侧截面一经加压,可提供密封效果很好的调节。当模具闭合或启模时,密封圈随着真空隙弹性变形,有儿防止了垂直方向的“塑性变形”引起的磨损。

*4注射口

   搞RTM成型工艺的技术人员特别重视注射模塑树脂的入口位置。实践证明,RTM注射口设在中心位置(视模腔形状定)是最可靠的。

*5模具的精度

   RTM模具经常处于受力状态,所以对于成功的闭模模具来说,模具的精度是关键因素之一。模腔精度控制在±0.2mm是闭合模模具的目标精度,达不到该精度将不可避免导致缺胶和不可预见的树脂充填,并且模塑件尺寸超差。最常见的是超厚,同时要将材料收缩率参数考虑在内。


RTM成型工艺操作及材料选择

  *1、RTM工艺操作

   RTM工艺注射的操作一般要求在1/4-1/2凝胶时间内完成,传递时间为2-15分钟,传递压力为0.3-07Mpa。

   树脂传递压力是RTM工艺中应该控制的主要参数。此压力用来克服注入模腔和浸透增强材料时所遇到的阻力。树脂完成传递的时间与系统压力和温度有关,时间短可提高生产效率。但如果树脂流量太大,胶液来不及渗透增强材料,并可以由于系统压力增加而导致意外。因此,一般要求在传递过程中进入模具的树脂液面上升速度不大于25mm/min。通过观察排出口来监控树脂传递过程。通常以为,模具上所有的观察口均有胶液溢出并不再排出气泡,且实际加入的树脂量与预计加入的树脂量基本一致时,传递过程即已完成。因而排出口设置应周密考虑。

 *2、树脂选择

   树脂系统的选择是RTM工艺的关键。要将树脂出至模腔内并且使树脂迅速浸润纤维其粘度为0.025-0.03Pa•s为最佳。聚酯树脂粘度较低,常温下冷注射即可完成。但是,由于产品的性能要求不同,不同类型的树脂会被选择,它们的粘度不尽相同,所以管路和注射头大小均要设计成合适特殊成份的流动性要求。

适合RTM工艺的树脂有聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。

  *3、增强材料选择

   RTM工艺中增强材料可选用玻璃纤维、石墨纤维、碳纤维、碳化硅和芳纶纤维等。品种可根据设计需要选择短切纤维、单向织物、多轴织物、编织、针织、芯材等材料或预成型坯。


RTM制品常见缺陷、原因及解决方法


  1、产品表面局部粗糙无光泽    

     RTM产品产生这种现象的主要原因是产生轻度粘膜。用手在模具上触摸,当触摸到这些部位时,手感极其粗糙。通常产品生产一段时间后就会这样的总题,需要及时清洗模具。首先用水砂打磨模具上粗糙的部位,然后用蘸有丙酮的棉丝擦洗整个模具,最后给模具涂覆脱模剂。

  2、起  皱    

     这是有胶衣制品经常发生的弊病之一。胶衣起皱的的主要原因是在注射树脂之前,胶衣树脂固化不完全,注射树酯中的单体(苯乙烯)部分地融解了胶衣树酯,引起膨胀,产生皱纹。因此在注射树脂之前要检查胶衣是否固化。

3、漏  胶    

     漏胶的主要原因是模具合模后不严密或密封垫不严密。合模前检查密封垫是否完好,有无裂缝等。发现总是要及时更换。合模时要检查密封状况。

4、起   泡    

     产生这种现象的主要原因1)模腔内树脂固化的应放热过高,固化时间过短,从而模腔中的气体没有完全排出。2)树脂入模腔时带入空气过多,注射时间内无法将气泡完全排出。3)树脂粘度过大气泡在注射时不能全部从产品中溢出。4)树脂注入模腔的压力过大,致使气泡包容在树脂中难以排出。

5、制品内部出现干斑    

     RTM产品内部出现干斑主要原因是玻纤浸润不充分。如果同期产品中出现干斑是某个产品的某个部位,这时也应考虑是否由于玻璃纤维布被子污染造成的。通常制品,内部出现干斑也与树脂粘度有关,所以应首先分析和调节树脂粘度。查看模具流道是否太长或太窄,及时修改模具。查看给料管,改进给料管,改进给料管,增加给料点

6、芯材移动    

    注射时芯材的移动是由于流动的不稳定性引起的,可通过在芯材上开孔来解决或确保加在芯材上的闭合压力远大于该处树脂的压力,增强材料的移动,如纤维的冲刷也是由于合模压力相对于注射压力不足。

现 象

原 因

对 策

裂纹

树脂过多

增加毡、布

拐角加腻子(加大 R )

预成型玻纤分布要均匀

厚度不均

脱模时变形过大

喷射作业不熟练

提高刚度,提高固化度

脱模处理要适当

发热量过多

使用低放热树脂,薄壁化

气泡

拐角缺少玻璃纤维

拐角刮腻子

树脂注入速度太快

降低注入速度,提高树脂粘度

浸渍不良

局部玻纤过多

玻纤分布均匀化

树脂流动性不好

设置气孔,变更注口位置

白斑

固化不良

增加胶衣和树脂的固化剂量

延长充模时间

胶衣厚度不足

厚度要在 0.3mm 以上

玻璃纤维过多

玻璃纤维用量要适当

树脂固化收缩

加填料,使用低收缩树脂

粗纱、硬度大

再选牌号

邹折

玻璃纤维流动错位

用对预成型坯粘结剂有效的粘结剂,减慢注入速度

玻璃纤维类型质量不好

选择质量好的玻纤

挠曲变形

脱模时固化不完全

促进树脂固化,用补强材料提高刚度

使用矫正夹具

树脂固化收缩

使用低收缩剂,使用填料


RTM工艺与手糊工艺生产成本对比

RTM成型工艺

  RTM工艺具体工艺流程如下:


 RTM成型工艺的特点:

  1、生产周期短

  2、劳动力成本低

  3、环境污染少

  4、制造尺寸精确

  5、外形光滑、可制造复杂产品

 手糊成型工艺

   手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法,也是一种最简单的方法,其具体工艺流程如下:



 手糊成型工艺的特点:

  1、不受尺寸、形状的限制;

  2、设备简单、投资少;

  3、工艺简单;

  4、可在任意部位增补增强材料,易满足产品设计要求;

  5、产品树脂含量高,耐腐蚀性能好。

 手糊工艺和RTM工艺生产成本对比

  1、RTM工艺模具与手糊工艺模具的模具材料消耗对比

  2、RTM与手糊产品成本对比






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