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(yīng)用化學(xué)學(xué)院沈陽(yáng)110142)文摘簡(jiǎn)述了傳統(tǒng)RTM工藝的成型原理和樹(shù)脂工藝參數(shù),詳細(xì)介紹了兩種常見(jiàn)的RTM派生工藝:真空導(dǎo)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(yīng)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(duì)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(yīng)用于(1)RTM工藝專用樹(shù)脂在常溫下為液體或固體,體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜強(qiáng)度高的復(fù)合材料制件的成型,該可在室溫下穩(wěn)定的存在,貯存時(shí)不出現(xiàn)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(dāng)?shù)酿ざ?工作真空導(dǎo)入模塑工藝(ⅥMP)、柔性輔助RTM( Flexible范圍內(nèi)約為02-0.8Pas)),黏度過(guò)高會(huì)導(dǎo)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(rùn)困難;過(guò)低會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂不穩(wěn)定技術(shù)”。這些技術(shù)在保留了傳統(tǒng)的樹(shù)脂傳遞模塑流動(dòng)與擴(kuò)散形成孔隙。工藝可浸漬成型帶有夾芯、加觴、預(yù)埋件的大型構(gòu)件(3)足夠長(zhǎng)的凝膠時(shí)間以滿足樹(shù)脂流動(dòng)充模、纖維等優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,具有生產(chǎn)構(gòu)件范圍廣、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)浸潤(rùn)的要求。同時(shí),樹(shù)脂的低黏度保持時(shí)間應(yīng)大于40定、易與其他編織工藝相結(jié)合和低成本的制造優(yōu)勢(shì)。min,形成RM工藝樹(shù)脂所需的低黏度平臺(tái)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(duì)RTM的成型同時(shí)樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)材料應(yīng)具有良好的浸潤(rùn)性和粘附性。原理進(jìn)行簡(jiǎn)述,對(duì)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(tǒng)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(rùn)代替了傳統(tǒng)成型工藝兩步或多步浸潤(rùn)1.1RTM成型工藝的基本原理的過(guò)程,減少了預(yù)浸料制備、鋪層、真空袋及在熱壓罐RTM成型工藝是指在預(yù)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(shè)計(jì)要求計(jì)算得到的纖維增強(qiáng)的成本,成為降低先進(jìn)復(fù)合材料加工成本的重要方法。材料預(yù)成型體。,在一定的壓力范圍內(nèi)采用注射設(shè)2兩種新型RTM派生工藝備將專用的樹(shù)脂體系注入閉合模腔內(nèi),通過(guò)樹(shù)脂與增2.1真空導(dǎo)入模塑工藝強(qiáng)體的浸潤(rùn)固化成型為所需高性能復(fù)合材料的一種中國(guó)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(fù)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(fù)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(cè)、微波傳感檢測(cè)9、光纖傳感檢測(cè)等先進(jìn)手密封纖維增強(qiáng)材料,利用真空負(fù)壓排除模腔中的氣體,段的使用,VMP工藝在未來(lái)勢(shì)必會(huì)得到更廣泛的應(yīng)并通過(guò)真空負(fù)壓驅(qū)動(dòng)樹(shù)脂流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂對(duì)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(dǎo)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(qiáng)材料心結(jié)構(gòu),通過(guò)柔性模對(duì)預(yù)成型體的壓實(shí)作用來(lái)加工先預(yù)成型體透氣材料密封膠袋進(jìn)復(fù)合材料的一種成型技術(shù)。根據(jù)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(tǒng)的RTM工藝相比,此法解決了內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較復(fù)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(fù)雜復(fù)樹(shù)脂桶樹(shù)脂收集器合材料構(gòu)件中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。氣囊輔助RTM工藝是目前國(guó)外研究較多的一種先進(jìn)工藝,它是通過(guò)將預(yù)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(yù)成型體,使Fig. 1 Working principle diagram of VIMP molding processVMP又稱樹(shù)脂浸漬模塑法( SCRIMP),近幾年其附著于模腔內(nèi)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(jī)機(jī)艙罩、船舶制造等領(lǐng)法曾制成了空心構(gòu)件a)。如圖2所示。域得到了廣泛的應(yīng)用1)。其基本的加工流程步驟如下:設(shè)計(jì)和加工單面的剛性模具;鋪設(shè)增強(qiáng)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(yù)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(yīng)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?jī)?nèi)容。圖2柔性輔助RTM工作原理導(dǎo)流介質(zhì)的應(yīng)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(gòu)件外形的形成方式了諸如貼體坐標(biāo)/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(gòu)件2,其成型法純有限元法和邊界單元法,對(duì)充模過(guò)程中各項(xiàng)工原理與U. Lehmann等人的合成原理相似。N. Bernet藝參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)0。尤其是依據(jù)滲漏模型,利用等人1對(duì)氣囊輔助RTM工藝在復(fù)雜形狀構(gòu)件中的應(yīng)Darcy定律和滲流量計(jì)算方程建立的有限元數(shù)值模用也做了相應(yīng)的闡述。目前,在氣囊輔助RTM工藝中擬方程,應(yīng)用于模擬預(yù)測(cè)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(fù)錯(cuò)的效果,這些都為優(yōu)化工藝,降低工藝實(shí)驗(yàn)成本及合材料構(gòu)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(yù)成型體安與傳統(tǒng)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(nèi),利用下:(1)對(duì)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(shù)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(duì)預(yù)成型體進(jìn)行擠壓成型。與傳統(tǒng)的復(fù)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(jié)的尺寸和幾何形狀不受限制、力學(xué)性能優(yōu)異;(3)構(gòu)復(fù)雜腔體構(gòu)件的整體成型。國(guó)防科技大學(xué)在“十VIMP工藝是在真空負(fù)壓下吸注樹(shù)脂,克服了傳統(tǒng)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(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)的研究中,對(duì)其在大型構(gòu)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(yīng)用開(kāi)展了細(xì)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(yīng)用中軟模壓力控制不穩(wěn)酸樹(shù)脂上得到了廣泛的應(yīng)用。為研究與預(yù)測(cè)這些樹(shù)的問(wèn)中國(guó)煤化工肝究熱點(diǎn)。脂在ⅥMP工藝窗口時(shí)的各項(xiàng)物理參數(shù)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(cè)CNMH乙制備的高精度天線兒死主兒體內(nèi)襯,效果較數(shù)據(jù),以及對(duì)于樹(shù)脂流動(dòng)過(guò)程中的行為監(jiān)控(尤其是好。利用此工藝成功成型了復(fù)合材料背架構(gòu)件htp://w. yhclgy. com宇航材料工藝2010年第6期和內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料艙段構(gòu)件刈。靜載性PanA,200,34:551-56能實(shí)驗(yàn)表明艙段整體力學(xué)性能優(yōu)異,可滿足航天主承[14]楊金水.真空導(dǎo)入模塑工藝樹(shù)脂流動(dòng)行為研究力構(gòu)件的使用要求。[D].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué),2003結(jié)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(duì)象。如16] Vaidya U K, Abraham A, Bhide S. Affordable pr何將該技術(shù)更為廣泛的應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域,成為 cessing of thick section and integral multi-function formulation當(dāng)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(fù)合基體材料黏度的反應(yīng)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(duì)現(xiàn)有成型技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)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(yīng)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(rùn),而當(dāng)ng processing of composite laminates [J]. Polymer Composites樹(shù)脂完全浸潤(rùn)時(shí)采用高壓力排除模具內(nèi)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(yīng)用瓶頸的一個(gè)方向。rent sensing in vacuum assisted resin transfer molding[ J].Smart參考文獻(xiàn)Material Structure, 2000, 9(6): 727-736[1]張彥飛,劉亞青,等.復(fù)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(guó)樹(shù)脂復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展方向[刀.Rev68(5):2156-2157[J].纖維復(fù)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(guó)外RTM發(fā)展?fàn)顩r[]玻璃鋼復(fù)合材料,技術(shù)的整體推力結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)[J].玻璃鋼/復(fù)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(xiàn)狀[].纖[22] Lehmann U, et al. 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