5RTM成型技术

SchoolofMaterialsScienceandEngineering《复合材料制备新技术》树脂传递模塑（RTM）主讲：梅启林单位：材料学院SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、概述树脂传递模塑（RTM）成型工艺的发展起源于20世纪40年代末，最初是为成型飞机雷达罩而发展起来的。成本较低，但技术要求高，特别是对原材料和模具的要求较高．而且对气泡难以排尽、纤维浸润性差、树脂流动出现死角等问题未能找到好的解决办法，所以当时未能得以大规模推广。到了20世纪80年代，各国对生产环境的要求日益严格，如对工作区苯乙烯的限量浓度要求在10-4以下。模塑压力比SMC小，效率高，生产自动化适应性强，成本低等，所以至到各国重视。日本将RTM和挤拉两工艺推荐为最有发展前途的工艺，美国设置了用于培训RTM专业人才的学校。20世纪90年代初开始，掀起了对RTM工艺及理论研究的高潮，RTM设备，树脂和模具技术日趋完善。在美国，RTM以每年20％-25％的增长率向上增长，并且增长率还在继续增大。RTM工艺将成为21世纪复合材料行业的主导成型工艺之一。SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、概述RTM工艺基本原理树脂传递模塑工艺(树脂压铸成型)属于复合材料的液体成型工艺。它是在20世纪70年代发展起来的复合材料成型新工艺(也有资料认为它是由30年代的浇铸冷模工艺演变而来的)，在西欧RTM工艺也称“树脂注射”工艺。RTM工艺的注射操作一般要求在l／4-1／2树脂凝胶时间内完成，传递时间为(2-15)min，传递压力为(0.3-0.7)MPa、为脱除模腔内的气泡，促进树脂的流动和改善浸渍性，还发展了一种在注入树脂的同时抽真空的新工艺——真空辅助RTM工艺。SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、概述RTM工艺特点工艺分增强材料预成型体加工和树脂注射固化两个步骤闭模成型，低成本、高质量的半机械化纤维／树脂浸润法采用与制品形状相近的增强材料预成型技术，纤维／树脂的浸润一完成即可固化增强材料预成型体可以采用短切毡，连续纤维毡、纤维布，以及三维编织物，并可根据件能要求进行择向增强、局部增强、混杂增强以及采用预埋和夹芯结构，可充分发挥复合材料性能的可设计性闭模成型可减少树脂有害成分对人体和环境的毒害一般采用低压注射技术(注射压力＜0.4MPa)，有利于制备大尺寸、复杂外形两面光洁的整体结构SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、概述SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、概述SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原材料及工装设备RTM工艺用树脂体系的特点(1)在室温或较低温度下具有低的粘度，且具有一定的贮存期。贮存期长可保证在树脂固化前完全通过模具并浸润增强材料，粘度低可使树脂以较小的流动阻力快速充满模具空间．而且还有利于树脂对增强材料的浸润。(2)树脂对增强材料有良好的浸润性、匹配性和粘附性。(3)具有良好的固化反应性．在固化反应中不产生挥发物和其他不良副反应，后处理温度不应过高。(4)固化速度适宜。(5)固化收缩小，保证制品尺寸精度。SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原材料及工装设备SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原材料及工装设备RTM工艺对增强材料的要求(1)适用性强，易形成与制品相同的形状，且分布应符合制品结构设计的要求(2)增强材料铺好后，位置和状态应固定不动，不因合模和注入树脂而变动；(3)物理、化学、力学性能好。RTM工艺用增强材料的种类玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维和芳纶纤维等。连续纤维RTM工艺用增强材料预成型加工方法手工铺层、编织法、针织法、热成型连续原丝毡法、预成型定向纤维毡法和三维编织技术等。从根本上消除铺层、层压复合材料的严重分层现象SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原材料及工装设备辅助料辅助料包括脱模剂、填料、促进剂和引发剂。RTM工艺对脱模剂有较高的要求，要求脱模容易，表面粗糙度低。脱模剂主要有蜡、硅及聚乙烯醇等。在树脂中加入填料不仅可降低成本，增加刚度，而且可以减少收缩。填料加入后对树脂粘度会产生很大影响，当填料含量较高时可加入触变剂以改善树脂系统的流变性能。日前常用的填料有CaCO3、AL(OH)3、滑石粉、玻璃微珠等。促进剂和引发剂的加入有助于树脂的固化成型。RTM工艺对设备的要求设备包括树脂注射机和模具。能快速调节注射压力、组分比例和输送速度。SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原材料及工装设备RTM工艺对设备的要求(1)保证制品尺寸、形状的精度以及上下模匹配的精度；(2)具有夹紧和顶开上下模的装置及制品脱模装置；(3)在模压力、注射压力及开模压力下表现出足够高的强度和刚度(4)可加热，且模具材料能经受树脂固化放热峰值的温度；(5)具有合理的注射孔、排气孔、上下模具密封性能好；(6)寿命长，成本尽量低廉。SchoolofMaterialsScienceandEngineeringRTM成型设备与模具SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原材料及工装设备影响工艺参数的因素(1)增强体--纤维类型、尺寸和规格、表面处理状况、排列方向、体积含量等；(2)树脂--树脂类别、化学性质、粘度与温度关系等；(3)模具--内部几何尺寸、型腔表面材料及质量、排气口位置；(4)注射压力；(5)真空辅助；(6)环境条件.主要工艺参数树脂粘度与模具温度注射压力SchoolofMaterialsScienceandEngineering三、预成型工艺缝合法喷涂法冲压法SchoolofMaterialsScienceandEngineering四、树脂传递模塑(RTM)工艺过程材料及模具预制增强件混合、注射、充模反应与固化修整与表面处理成品合模及紧锁开模与脱模SchoolofMaterialsScienceandEngineering五、成型参数及其对RTM成型加工的影响树脂的流动及其模型描述Darcy法则：模型缺陷只反映树脂在纤维介质中的宏观流动，并不能解决如何减少制件的气泡或空隙等质量问题。渗透率参数的测试受模具变形、纤维滑动、织物皱纹、排列的差异等多种因素影响，其数据有很大的波动性，而模型计算仅适用于排列简单、规整的纤维介质，且忽略了树脂与纤维之间的相互作用，与实际应用相距较远；模型仅适用于如毛毡等孔隙大小、排布均匀的均相孔隙介质体系，而对非均相孔隙的纤维介质体系不适用。SchoolofMaterialsScienceandEngineering六、RTM成型技术的应用SchoolofMaterialsScienceandEngineeringThanksforyourattention！